استفاده از ماهواره های مدار پایین زمین (LEO) به نقطه عطف خود نزدیک می‌شود و پتانسیل دگرگونی ارتباطات را دارد. در مقایسه با ماهواره‌های سنتی، فناوری LEO ارتباطات سریعتر و تأخیر کمتری را ارائه می‌دهد. خود ماهواره‌ها نیز کوچکتر و ساخت و پرتاب آن‌ها ارزان‌تر است و پیش‌بینی می‌شود هزینه‌ها همچنان کاهش یابد. هزاران ماهواره LEO نسل اول در حال حاضر در مدار قرار دارند، اما نسخه‌های جدید در تعداد بیشتر در حال آمدن هستند. این ماهواره‌ها جایگزین ماهواره‌های موجود نخواهند شد، بلکه آن‌ها را تکمیل می‌کنند و راه‌حلی ترکیبی ایجاد می‌کنند که کاربردهای جدیدی را بر اساس اتصال بی‌وقفه در همه جای زمین، حتی در دورافتاده‌ترین مکان‌ها، باز می‌کند.
ماهواره‌های مدار پایین زمین، محدودیت‌های ماهواره‌های مدار ژئو سنکرون (زمین‌آهنگ) در ارتفاعات بالای زمین را برطرف می‌کنند.
راه حلی جدید برای اتصال همه جا حاضر
بر اساس تحلیل ما، بازار جهانی ارتباطات ماهواره‌ای در مسیر رسیدن به ۴۰ تا ۴۵ میلیارد دلار تا سال ۲۰۳۰ است، در حالی که در حال حاضر حدود ۲۵ میلیارد دلار است. انتظار می‌رود ماهواره‌های LEO حدود ۴۰ درصد از این بازار را در آن زمان به خود اختصاص دهند، عمدتاً به این دلیل که ویژگی‌هایی را ارائه می‌دهند که ماهواره‌های موجود ندارند. تا همین اواخر، مفید بودن اکثر ماهواره‌ها به دلیل مدار ژئو سنکرون (GEO) در ارتفاعات بالای زمین محدود بود و اتصال کند و کم پهنای باند را برای تعداد کمی از کاربردها ارائه می‌داد.
ماهواره‌های LEO این محدودیت‌ها را برطرف می‌کنند. آن‌ها در ارتفاع ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتری مدار می‌گردند، فاصله‌ای کوتاه‌تر تا زمین که ارتباط با سرعت بالاتر و تأخیر کمتر را امکان‌پذیر می‌کند. دو صورت فلکی پیشگام – استارلینک و یوتلسات-وان وب – در حال حاضر بیش از ۴۵۰۰ ماهواره در مدار دارند که سرعت ۲۵ تا ۱۵۰ مگابیت بر ثانیه و تأخیر ۲۵ تا ۶۰ میلی‌ثانیه را روی زمین ارائه می‌دهند. ماهواره‌هایی که توسط این شرکت‌ها و سایر بازیگران پرتاب می‌شوند، ماهواره‌های LEO نسل اول هستند که کاربردهایی مانند کشاورزی دقیق، مدیریت ناوگان، حمل و نقل عمومی و پیامک مستقیم به تلفن همراه (D2C) را از طریق تلفن‌های همراه ممکن می‌سازند. (سرویس SOS در آیفون‌ها از قبل از ماهواره‌های LEO استفاده می‌کند).
کاربردهای ماهواره LEO
طیف کاربردهای ماهواره‌های LEO در پنج تا ده سال آینده به طور چشمگیری گسترش خواهد یافت. در این مدت، این صنعت از صورت‌های فلکی پیشرفته‌تر با استفاده از فناوری‌های حتی بهتر استفاده خواهد کرد. به عنوان مثال، ماهواره‌های LEO نسل دوم دارای آنتن‌های بزرگتر و لینک‌های بین ماهواره‌ای (که داده‌ها را مستقیماً بین ماهواره‌ها منتقل می‌کنند) خواهند بود تا سیگنال‌هایی را ارائه دهند که پنج برابر سریعتر از ماهواره‌های فعلی هستند و با نیمی از تأخیر و ایستگاه‌های زمینی کمتر. این ارتقاها باعث توسعه برنامه‌های کاربردی جدید مصرفی و تجاری خواهد شد.
شرکت‌های جدید از جمله آمازون کیپر و تلست، به همراه شرکت‌های تثبیت‌شده مانند استارلینک و یوتلسات-وان وب، در مجموع قصد دارند بیش از ۴۵۰۰۰ ماهواره جدید LEO را به فضا پرتاب کنند. گوگل و AT&T مشترکا ۱۵۵ میلیون دلار در AST SpaceMobile سرمایه‌گذاری کرده‌اند تا یک صورت فلکی را به طور خاص برای رقابت با بازیگران تثبیت‌شده تأمین مالی کنند. شرکت‌های دیگر نیز سرمایه‌گذاری‌های مشابهی در فناوری LEO انجام می‌دهند.
در بلندمدت، ماهواره‌های نسل سوم که در حال توسعه هستند، قصد دارند تماس‌های تصویری، پخش ویدیو و سایر برنامه‌های کاربردی غنی از داده را انجام دهند. این گسترش عظیم طیف وسیع‌تری از برنامه‌های کاربردی را امکان‌پذیر می‌کند – ما حداقل ۳۵ برنامه کاربردی در ۱۵ بخش اصلی را تخمین می‌زنیم، از اینترنت پهن‌باند ماهواره‌ای در مناطق دورافتاده گرفته تا اتصال خودرو، پاسخ به بلایا، راه‌حل‌های مراقبت‌های بهداشتی پوشیدنی و برنامه‌های AR/VR. در مجموع، این برنامه‌ها تا سال ۲۰۳۰ تا ۲۰ میلیارد دلار ارزش بازار ایجاد خواهند کرد.(تصویر ۱)
زمان جایگزینی با نسل های قبلی
با این حال، اتصال ماهواره‌ای LEO جایگزین ماهواره‌های موجود نخواهد شد. در عوض، هدف این است که راه‌حل‌های متعدد یکدیگر را تکمیل کنند. با دستگاه‌های زمینی که می‌توانند با ماهواره‌های LEO، شبکه‌های تلفن همراه زمینی، فناوری‌های جدید مانند ایستگاه‌های پلتفرم ارتفاع بالا و سایر فناوری‌های مخابراتی ارتباط برقرار کنند. در نهایت، این امر اتصال ترکیبی را امکان‌پذیر می‌کند که از فناوری مناسب در زمان مناسب استفاده می‌کند. همگرایی این فناوری‌ها برای تحقق چشم‌انداز جهانی کاملاً متصل، با برنامه‌های کاربردی مصرفی و صنعتی که از ارتباطات و انتقال داده‌های یکپارچه در هر نقطه از سیاره استفاده می‌کنند، بسیار مهم است.
برای موفقیت این برنامه‌ها، چندین فناوری بهبود یافته مورد نیاز است. یکی از آن‌ها این است که تلفن‌های همراه به آنتن‌های مختلفی برای تطبیق با فرکانس‌های ماهواره‌ای جدید، همراه با باتری با قدرت بیشتر برای پشتیبانی از افزایش تقاضای انرژی برای انتقال سیگنال‌ها در مسافت‌های طولانی‌تر به ماهواره‌های LEO نیاز دارند.
همچنین برای این نوع اتصال همیشه روشن، یک ترمینال چند مداری مورد نیاز است. واحدی که در یک کارخانه، کامیون یا سایر تجهیزات متصل به ماهواره روی زمین قرار می‌گیرد. سیگنال‌ها را از چندین سیستم ماهواره‌ای – LEO، GEO و مدار زمین متوسط (MEO) – دریافت می‌کند. در صورت نیاز بین آن‌ها جابجا می‌شود تا اتصال ثابت را حفظ کند. این ترمینال‌ها در حال توسعه هستند، اما پیچیده و پرهزینه هستند: هزینه پیش‌بینی شده هر کدام ۱۰,۰۰۰ تا ۱۵,۰۰۰ دلار است. ارزان‌تر و قابل دسترس‌تر کردن آن‌ها نیازمند تحقیق و توسعه مداوم است و اقتصاد مقیاس می‌تواند با افزایش تولید، هزینه‌ها را کاهش دهد. علاوه بر این، یارانه‌های دولتی هزینه را برای کاربران نهایی کاهش می‌دهد، که می‌تواند بخشی از حمایت مالی گسترده‌تر عمومی باشد.
غلبه بر چالش‌های نظارتی حوزه ماهواره
پتانسیل قابل توجه فناوری ماهواره‌های LEO و نیاز به حفظ رقابت اقتصادی با سایر کشورها، احتمالاً دولت‌ها را به حفظ بازاری پویا ترغیب می‌کند. ما معتقدیم که بزرگترین چالش در زمینه مقررات است. مقررات ماهواره‌ای قبلاً در رویدادهای جهانی مانند مجمع امنیت زیرساخت‌های دیجیتال و مخابرات ENISA ۲۰۲۳ و کنفرانس جهانی رادیو ۲۰۲۳ مورد بحث قرار گرفته‌اند. اما از آنجایی که این برنامه‌ها جهانی هستند، هیچ نهاد واحدی نمی‌تواند کل صنعت را تنظیم کند. در عوض، دولت‌های ملی ممکن است نیاز به همکاری داشته باشند. اپراتورهای Satcom امروزه باید شبکه پیچیده‌ای از مقررات ملی و بین‌المللی را برای تأمین عناصر ضروری مانند حقوق فرود، مجوزهای خدمات، تجهیزات زمینی و مجوزهای دروازه ایستگاه زمینی از تنظیم‌کننده‌های مختلف در سراسر جهان، پشت سر بگذارند.
ما معتقدیم که بزرگترین چالش برای آزادسازی پتانسیل فناوری ماهواره‌های LEO از مقررات دولتی ناشی می‌شود.
این پیچیدگی دلیل اصلی این است که تنها دو شرکت LEO – Starlink و Eutelsat-OneWeb – توانسته‌اند به مقیاس جهانی دست یابند. هر دو یادداشت تفاهم را با کشورهای مختلف و اتحادیه‌ها، از جمله اتحادیه اروپا، امضا کرده‌اند. حتی با وجود این توافق‌ها، برخی از کشورها به دلیل نگرانی در مورد حاکمیت و امنیت سایبری، از اعطای مجوزهای عملیاتی محتاط هستند. تا پایان سال ۲۰۲۳، سرویس Starlink تنها در حدود ۴۰ کشور و Eutelsat-OneWeb در حدود نیمی از این تعداد در دسترس بود، اگرچه قرار است در سال ۲۰۲۴ کشورهای بیشتری آن را ارائه دهند. (نمودار ۲ را ببینید).
شفافیت نظارتی در دو حوزه می‌تواند به پیشرفت سریعتر صنعت LEO منجر شود: تخصیص طیف و تعیین استانداردهای جهانی.
تخصیص طیف
افزایش تعداد ماهواره‌ها در مدار LEO، خطر فزاینده‌ای از تداخل در فرکانس‌های ارتباطی ایجاد می‌کند. تنظیم‌کننده‌ها می‌توانند با تجدید نظر در رویکرد خود به تخصیص طیف، این خطر را کاهش دهند. نهادهای جهانی مانند اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) هماهنگی اشتراک‌گذاری فرکانس‌های جهانی را بر عهده دارند. دفتر امور فضای بیرونی سازمان ملل و تنظیم‌کننده‌های مختلف منطقه‌ای و ملی باید با هم همکاری کنند تا چارچوب‌ها و استانداردهایی برای اشتراک‌گذاری فرکانس‌های ماهواره‌ای ایجاد کنند. این همکاری به کاهش خطر تداخل و تقویت رقابت سالم کمک می‌کند.
به طور مشابه، مقررات فرکانسی باید عمل انبار کردن طیف را مهار کند، که در آن اپراتورهای Satcom طیف را حتی اگر برنامه‌ای برای استفاده از آن نداشته باشند، صرفاً برای مسدود کردن رقبا خود رزرو می‌کنند. (برخی از اپراتورها دلیل موجهی برای عدم استفاده از طیف خود دارند، مانند مسائل فنی یا نظارتی.) ITU در حال حاضر مقررات‌هایی را برای مهار این عمل اجرا کرده است، اما هماهنگی بیشتر بین تنظیم‌کننده‌های ملی و منطقه‌ای می‌تواند به اجرای آن‌ها کمک کرده و باندهای طیف کم‌مصرف را در دسترس‌تر کند.
