Рой из тысяч крошечных пикоспутников может превратить обычный смартфон в спутниковый

МОСКВА, 26 марта. /Новости науки/. Японские исследователи предложили новую схему спутниковой связи, в которой не один крупный аппарат, а рой из тысяч крошечных пикоспутников работает как единая антенна и может напрямую связываться с обычными смартфонами. По мнению ученых, такой подход способен сделать спутниковую связь дешевле, надежнее и доступнее практически в любой точке Земли, сообщила пресс-служба Института науки Токио.

«Предложенная архитектура позволяет миниатюризировать каждый отдельный блок. Компактные размеры дают возможность использовать попутные запуски ракет, что значительно снижает стоимость вывода на орбиту», — приводятся в сообщении слова доцента Института науки Токио Ацуси Сиране.

Как отмечают исследователи, идея прямой связи спутников с обычными телефонами, известная как direct-to-device, в последние годы стремительно набирает популярность. Ее главная цель — обеспечить связь там, где наземные сети не работают или их невозможно развернуть, например в океане, пустынях или других удаленных районах.

Сегодня для такой связи обычно рассматриваются крупные спутники с фазированными антенными решетками. Они состоят из множества маленьких излучающих элементов, которые работают вместе и позволяют электронным способом направлять сигнал в нужную область без подвижных механических частей.

Но у такой схемы есть серьезные ограничения. Большой спутник стоит очень дорого, его запуск сложен, а выход из строя одного важного узла может повредить всю систему. Кроме того, для работы фазированной решетки все элементы должны быть очень точно синхронизированы, а сделать это в космосе без кабелей крайне трудно.

Чтобы решить эту проблему, команда Сиране предложила отказаться от одного большого спутника и заменить его построением из десятков тысяч пикоспутников. Каждый из них должен нести отдельный элемент антенны, а все вместе аппараты будут работать как одна гигантская распределенная система.

В основе разработки лежит новая беспроводная архитектура фазированной решетки. В ней один спутник-шлюз передает опорный сигнал, по которому остальные аппараты синхронизируются, даже оставаясь физически разделенными в пространстве.

Такой подход позволяет отказаться от части сложных компонентов на каждом отдельном спутнике, в том числе от локальных генераторов и систем синхронизации, которые обычно требуют много энергии. За счет этого аппараты можно сделать маленькими, дешевыми и пригодными для массового производства.

Для проверки идеи ученые создали компактный приемопередающий чип на базе стандартной кремниевой CMOS-технологии — той же, что используется в массовой электронике. Затем они собрали небольшие беспроводные модули и провели эксперименты, имитирующие построение спутников в космосе.

Испытания проводились на сигналах стандарта LTE, который используется в современных смартфонах. Эксперимент показал, что система может точно направлять сигнал и обеспечивать качественную передачу данных даже при использовании сложных схем модуляции.

По словам исследователей, у нового подхода есть и еще одно важное преимущество — устойчивость к отказам. Если в обычной схеме поломка одного крупного спутника может вывести из строя всю систему, то в распределенной сети с тысячами пикоспутников отказ отдельных аппаратов не приводит к остановке всей сети.

«Наше решение обеспечивает высокую устойчивость. В отличие от традиционных монолитных спутников, вся сеть продолжает работать даже при отказе отдельных спутников», — отметил Сиране.

Ученые считают, что если эту технологию удастся развить дальше, в будущем она может стать основой новых глобальных спутниковых сетей, которые будут напрямую подключаться к повседневным устройствам пользователей. Это позволит расширить мировое покрытие связи, одновременно снижая стоимость и технические риски.

Результаты работы будут представлены на конференции IEEE International Solid-State Circuits Conference.