يمكن وصف تطور صناعة الأقمار الصناعية ذات النطاق العريض في الفترة من 2012 إلى 2023 بأنه غير مسبوق وغير متوقع. تقدم هذه المقالة لمحة عامة عن المعالم التاريخية وتطورات النظام والتحديات التي واجهتها الأقمار الصناعية ذات النطاق العريض خلال العقد الماضي. ويركز في المقام الأول على تطوير ثلاثة أنظمة ساتلية:

المدار غير الثابت بالنسبة للأرض (NGSO)

كوكبات المدار الأرضي المنخفض (المدار الأرضي المنخفض)

المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO)

ظهور رقائق الترددات اللاسلكية للاتصالات الساتلية

وفقًا للإحصاءات الصادرة عن OSSTP في أبريل 2022، قدم أكثر من 20 كيانًا مستقلًا طلبات إلى لجنة الاتصالات الفيدرالية للوصول إلى السوق في قطاع الاتصالات الساتلية في الولايات المتحدة. تهدف هذه الطلبات إلى تقديم خدمات النطاق العريض الثابت باستخدام ما مجموعه 70,000 قمر صناعي تغطي نطاقات Ku وKa وV. وقد بدأت بعض الكيانات بالفعل في نشر الأقمار الصناعية. وبحلول ديسمبر 2022، أطلقت شركات مثل OneWeb وStarlink أكثر من 4000 قمر صناعي في المدار غير الثابت بالنسبة للأرض (NGSO).

وقد أُنشئ الإطار التكنولوجي والأساس التنظيمي لهذه النظم الساتلية بشكل رئيسي في أواخر التسعينيات وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، حيث أرست النظم المبكرة مثل Skybridge وTeledesic الأساس. وعلى الرغم من أن هذه الشبكات الساتلية المبكرة لم تنجح تجارياً، إلا أنها حفزت تطوير صناعة الأقمار الصناعية بأكملها وساعدت في دفع عجلة وضع المعايير التقنية والتنظيمية داخل الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU).

عقد من تطوير الأقمار الصناعية ذات النطاق العريض

في نوفمبر 2012، قدم غريغ وايلر، وهو أحد رجال الأعمال في مجال صناعة الأقمار الصناعية ورائد أعمال، طلباً إلى الاتحاد الدولي للاتصالات لاستخدام النطاق Ku للاتصالات الساتلية ذات النطاق العريض. وشكّل ذلك بداية عملية التقييم للجيل القادم من أنظمة المدار غير الثابت بالنسبة للأرض (NGSO) مثل OneWeb وStarlink وLightspeed وKuiper. وخلال نفس الفترة، بدأت الأقمار الصناعية ذات المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO) ذات السعة العالية مثل Viasat-1 والأقمار الصناعية ذات المدار المتوسط (MEO) مثل O3b في تقديم خدماتها. وتعتبر O3b واحدة من أنجح شبكات الأقمار الصناعية التي تقدم خدمات اتصالات عالية السعة.

وقد شهد إطلاق الأقمار الصناعية ذات النطاق العريض تعاوناً مبكراً، بما في ذلك عمل وايلر مع جوجل، ولاحقاً شراكته مع شركة سبيس إكس والرئيس التنفيذي لشركة تسلا إيلون ماسك. وقد حققوا معًا خطوات كبيرة في مجال الوصول إلى النطاق العريض عبر الأقمار الصناعية NGSO، مما أدى في النهاية إلى إنشاء OneWeb و Starlink.

ال رقائق الترددات اللاسلكية المستخدمة في أنظمة الأقمار الصناعية هذه دورًا حاسمًا في ضمان كفاءة الاتصالات، وتوفير معالجة قوية للإشارة وتحويل التردد. رقائق الترددات اللاسلكية ضرورية لكل من إرسال واستقبال الإشارات عالية التردد، والتي تعتبر ضرورية لعمل أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.

تحديات تكنولوجيا الاتصالات عبر الأقمار الصناعية

لقد واجهت صناعة الأقمار الصناعية العديد من التحديات التكنولوجية والتنظيمية في العقد الماضي، والتي أعاقت تطوير رقائق الترددات اللاسلكية للاتصالات عبر الأقمار الصناعية. تشمل التحديات التقنية الرئيسية ما يلي:

حلول منخفضة التكلفة: تحتاج صناعة الأقمار الصناعية إلى حلول فعالة من حيث التكلفة لتصنيع ونشر رقائق الترددات اللاسلكية بأعداد كبيرة لأنظمة NGSO.

محطات المستخدم الطرفية: ومن العقبات الأخرى تطوير محطات طرفية موثوقة للمستخدمين يمكنها دعم متطلبات الاتصالات الساتلية. إذ يجب أن تتعامل المحطات الطرفية مع الإشارات الواردة من الأقمار الصناعية في مدارات مختلفة، مما يتطلب تطوير رقائق الترددات اللاسلكية.

مضخمات الطاقة ذات الحالة الصلبة (SSPA): يعد تطوير أجهزة SSPAs عالية الكفاءة، لا سيما تلك القائمة على نيتريد الغاليوم (GaN) وزرنيخيد الغاليوم (GaA)، أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء رقائق الترددات اللاسلكية.

القاذفات: توافر مركبات إطلاق موثوق بها لنشر الأقمار الصناعية وضمان رقائق الترددات اللاسلكية العمل بفعالية في الفضاء يمثل تحديًا.

على الجانب التنظيمي، تُعد إدارة التداخل وتخصيص الطيف من الشواغل الرئيسية، خاصة في سياق أنظمة NGSO التي تتشارك الترددات مع شبكات الاتصالات الحالية. إن لجنة الاتصالات الفيدرالية وهيئات تنظيمية أخرى تعمل على وضع قواعد توازن بين احتياجات مشغلي الأقمار الصناعية وحماية الشبكات الأرضية الحالية.

تطور رقائق الترددات اللاسلكية للاتصالات الساتلية

تصميم ووظائف رقائق الترددات اللاسلكية للاتصالات عبر الأقمار الصناعية تتأثر بعوامل مختلفة، بما في ذلك:

1.تكنولوجيا المحطات الطرفية: استخدام هوائيات القطع المكافئ التقليدية أو هوائيات الصفيف التدريجي في محطات المستعملين. وفي حين أن الهوائيات المكافئة أرخص ثمناً، فإن هوائيات الصفيف التدريجي تتيح تبديلاً وتتبعاً أكثر كفاءة للأقمار الصناعية، وإن كان ذلك بتكلفة أعلى. وتستخدم محطات Starlink الأرضية هوائيات الصفيف التدريجي لتوفير خدمات إنترنت منخفضة الكمون.

2.تضخيم الطاقة: تعد مضخمات الطاقة ذات الحالة الصلبة بالموجات الصلبة (SSPAs) من المكونات الرئيسية في أنظمة الاتصالات الساتلية. وتقوم شركات مثل Akash Systems بتطوير حلول تستخدم مضخمات القدرة القائمة على الغاليوم (GaN)، والتي يمكن أن تزيد الكفاءة من 30% إلى أكثر من 50%، مما يحسن الأداء العام رقائق الترددات اللاسلكية.

3.إدارة الطيف الترددي: مع ازدياد عدد الأقمار الصناعية التابعة للمنظمة العالمية للاتصالات السلكية واللاسلكية في العالم، تزداد المنافسة على طيف التردد، مما يجعل من الضروري رقائق الترددات اللاسلكية لتلبية حدود كثافة تدفق الطاقة الصارمة، كما حددها الاتحاد الدولي للاتصالات ولجنة الاتصالات الفيدرالية.

التوقعات المستقبلية لرقائق الترددات اللاسلكية في الاتصالات الساتلية

تستمر صناعة الأقمار الصناعية في التطور، مع زيادة الطلب على رقائق الترددات اللاسلكية التي تدعم تقنيات الجيل التالي من الاتصالات. ويعتمد مستقبل شبكات الأقمار الصناعية اعتماداً كبيراً على تطوير تقنيات الجيل القادم من رقائق الترددات اللاسلكية التي يمكنها التعامل مع الإشارات عالية التردد بكفاءة، مما يضمن أن يكون الاتصال قويًا وموثوقًا.

مع إطلاق المزيد من الأقمار الصناعية وتغطية المزيد من المناطق بالنطاق العريض للأقمار الصناعية، يزداد الطلب على رقائق الترددات اللاسلكية سيستمر في الارتفاع. إن التطوير المستمر لـ رقائق الترددات اللاسلكية ستلعب أنظمة NGSO المصممة خصيصًا لأنظمة NGSO دورًا محوريًا في ضمان نجاح شبكات الاتصالات الساتلية المستقبلية.

خاتمة

على مدى العقد الماضي، أحرزت صناعة الأقمار الصناعية تقدماً ملحوظاً، حيث قامت الجهات الفاعلة الرئيسية مثل Starlink و OneWeb بنشر آلاف الأقمار الصناعية في المدار. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات في مجالي التكنولوجيا والتنظيم، لا سيما في مجال تطوير رقائق الترددات اللاسلكية التي تعتبر حاسمة للاتصالات الساتلية. ويعتمد مستقبل الأقمار الصناعية ذات النطاق العريض على التغلب على هذه العقبات، وإجراء تحسينات مستمرة في شريحة التردد اللاسلكي التكنولوجيا، وضمان تحديث الأطر التنظيمية لتعزيز الابتكار.