يعد اتصال القمر الصناعي ذي النطاق العريض broadband، المشار إليه أحيانًا باسم "الاتصال القمري بالإنترنت" أو "الإنترنت الفضائي"، هو أقصى تقنية وصل إليها العلم وتستحق الدراسة عند البحث عن استثمارات التكنولوجيا العميقة. وتشير التقديرات الأخيرة لإيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة سبايس اكس
SpaceX، إلى أن إمكانات السوق للاتصال بالإنترنت تُقدر بما يصل إلى تريليون دولار. وقد حُددت هذه القيمة مقابل سوق الخدمات اللاسلكية المحمولة العالمي الذي تُقدر قيمته بتريليون دولار (المصدر: بيانات السوق الصادرة عن جمعية GSMA، سبتمبر 2020) وسوق الاتصال القمري بالإنترنت العالمي البالغة قيمته 2.93 مليار دولار في عام 2020، والتي من المتوقع أن تصل إلى 18.59 مليار دولار بحلول عام 2030 ومن المتوقع أن تنمو بمعدل سنوي مركب قدره 20.4٪ من عام 2021 إلى عام 2030 (المصدر: وكالة أبحاث Allied Market Research، يوليو 2021: تحليل الفرص العالمية وتوقعات الصناعة، 2020-2030).
يوجد حوالي 40.5٪ من الأشخاص على وجه الأرض ليس لديهم إمكانية الاتصال بشبكة الإنترنت وفقًا لتقرير شركة Statista(يناير 2021)،مما يدل على الحجم الهائل للسوق المستهدفة المحتملة، حيث تغطي الشبكات الخلوية حاليًا من 10٪ إلى 15٪ فقط من سطح الهواء وفقًا لتحليلات Quilty analytics، سبتمبر 2021.
يوفر اتصال القمر الصناعي ذي النطاق العريض broadband مجموعة من الفرص المختلفة للابتكار. فمن خلال تقليل زمن الانتظار واحتمالية انخفاض تكاليف الإنفاق الرأسمالي (capex) لمشغلي الهواتف الخلوية / مقدمي خدمات الإنترنت (ISPs) في بعض المناطق، يمكن أن يزيد ذلك من سرعة الإنترنت وإتاحته على نطاق أوسع وأكثر سهولة. واليوم، ينتقل 5 مليار هاتف محمول إلى داخل التغطية وخارجها ولا يزال 51٪ من سكان العالم محرومين من الإنترنت عبر الهاتف المحمول (المصدر: بيانات السوق الصادرة عن جمعية GSMA، سبتمبر 2020). ويمكن أن يمهد تحسين الاتصال والتغطية أيضًا الطريق أمام التقنيات الجديدة، مثل السيارات الكهربائية (EV) والابتكارات المستندة إلى الطائرات بدون طيار والتي تعد مجالات اهتمام شركة PSION.
ومع ذلك، هناك العديد من التحديات والعقبات التي لا يزال يتعين على هذه الصناعة التغلب عليها. لذلك سيغطي منشور المدونة هذا ماهية اتصال القمر الصناعي ذي النطاق العريض وتوضيح بعض أكبر التحديات والفرص التي تواجه الشركات في الفضاء والأشخاص/الصناديق التي تستثمر فيها.
يغطي هذا المقال بعض أساسيات تقنيات الاتصال القمري بالإنترنت، ولكن هناك الكثير مما يجب أن تعرفه لاتخاذ قرار استثماري مستنير. لذا نحن في سيون بارتنرز PSION Partners نتمتع بخبرة تزيد عن 20 عامًا في مجال الاستثمار في التكنولوجيا العميقة، سواء كصندوق استثماري أو كمستشارين للمستثمرين والصناديق الكبيرة والمكاتب العائلية.
ما اتصال القمر الصناعي ذي النطاق العريض broadband؟
نحن متأكدون من أن معظم قرّاء هذا المقال هم بالفعل على دراية بمفهوم اتصال القمر الصناعي ذي النطاق العريض broadband. ومع ذلك، إذا لم تكن على دراية به، فنوضح لك أن اتصال القمر الصناعي ذي النطاق العريض هو اتصال بشبكة الإنترنت تقدمه أقمار الاتصالات في الفضاء بدلًا من خطوط DSL أو توصيلات الكابلات الأرضية.
يعمل الاتصال القمري بالإنترنت عادةً باستخدام موجات لاسلكية وبالتالي يمكن أن يوفر مساحة كبيرة من التغطية لكل قمر صناعي. ومع ذلك، كانت سرعة هذه الاتصالات عادةً أبطأ من الاتصالات الأرضية. واليوم، يحاول المشاركون الجدد في السوق تجربة أساليب جديدة وأسرع، في محاولة لتحسين سرعات الإنترنت وإمكانية الوصول إليها.
فعلى سبيل المثال، تقوم شركة Starlink التابعة لشركة SpaceX بتجربة الليزر بدلًا من الموجات اللاسلكية، في محاولة لتحسين سرعة الاتصال بين الأقمار الصناعية والعودة إلى الأرض. كما أنها تخطط للعمل مع عدد أكبر من الأقمار الصناعية (راجع مقالنا "زيادة حجم الاتصالات التحويلية مع إعطاء نتائج ملحوظة" لمزيد من التفاصيل) على ارتفاع عمودي أقل (مدار أرضي منخفض - LEO - راجع مقالنا عن الأقمار الصناعية الصغيرة والقاذفات الدقيقة لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع)، وتقصير المسافة وبالتالي تقليل الوقت الذي يستغرقه للحصول على معلومات للانتقال من القمر الصناعي وإليه.
يقدم هذا الفيديوشرحًا جيدًا لأساسيات الاتصال القمري بالإنترنت وكيفية عملها في المعتاد. وإليك هنا مقطع فيديو يوضح خدمة SpaceMobile القادمة التي من شأنها إحداث ثورة في النهج الأكثر تقليدية، وإلغاء الحاجة إلى الهوائيات على الأرض والاتصال مباشرةً باستخدام الهاتف في جيبك.
هناك نوعان رئيسيان من أقمار الاتصال بالإنترنت التي تستهدف سوق الإنترنت الفضائي، وهما الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية (HTS) والأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO).
مقارنة بين الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية (HTS) والأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO)
الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية، وتسمى أيضًا HTSs، هي نوع من الأقمار الصناعية التي تستخدم عادة للإنترنت الفضائي اليوم. وتوفر هذه الأقمار الصناعية إنتاجية أكبر بكثير من أقمار خدمة الأقمار الصناعية الثابتة (FSS) التي كانت تستخدم سابقًا. ويمكن أن تزيد سعة قمر HTS بمقدار مرتين إلى 20 مرة عن قمر FSS التقليدي. ويكون التأثير الصافي هو انخفاض كبير في تكلفة كل جيجابت في الثانية (Gbps).
وتستخدم الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية (HTSs) نطاقي Ka وKu تمامًا مثل معظم أقمار الاتصالات الأخرى، وهي موجودة دائمًا تقريبًا في المدار الثابت بالنسبة للأرض أو المدار الثابت بالنسبة للأرض القريب (GEO/NGEO). ويقع المدار الثابت بالنسبة للأرض على بُعد أكثر من 35,000 كيلومترًا فوق سطح الأرض(35,786 على وجه الدقة)،في حين أن المدار الثابت بالنسبة للأرض القريب عادةً ما يكون على بُعد حوالي 20,000 كيلومترًا "فقط" فوق سطح الأرض. ومن الأمثلة على هذه الأقمار الصناعية؛ ViaSat وTelesat وIntelsat.
وتقع الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض على بُعد يتراوح بين 160 و2,000 كيلومتر فوق سطح الأرض. وتكلف الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض طاقة أقل لوضعها في المدار بسبب انخفاض ارتفاعها. ومع ذلك، فهي أكثر عرضة للاضمحلال المداري، مما يعني أن عمرها أقصر بشكل عام (عادة من 5 إلى 7 سنوات) أو تحتاج إلى إعادة تعزيز منتظمة (تتطلب وقودًا محدودًا) لضمان بقاءها في المدار.
ونظرًا لارتفاع هذه الأقمار الصناعية فوق سطح الأرض، يمكن أن تخدم أقمار المدار الثابت بالنسبة للأرض مساحة سطحية كبيرة. وهذا يعني أنه يمكن لعدد أقل من الأقمار الصناعية أن يغطي مساحة كبيرة، في حين أن الأقمار ذات المدار الأرضي المنخفض قد تستغرق عدة مرات أكثر مما تستغرقه الأقمار الصناعية الأخرى لتغطية نفس المساحة السطحية.
فروق زمن الانتظار بين الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية (HTS) والأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO)
بما أن الأقمار الصناعية في المدار الثابت بالنسبة للأرض تدور على ارتفاعات أعلى عادةً بمقدار 30 إلى 70 مرة من الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض، فيكون لها زمن انتظار أعلى كثيرًا لأنه يتعين على موجات الراديو أن تنتقل إلى مسافات أبعد.
زمن الانتظار هو التأخير الزمني عبر وصلة اتصال، أي أنه الوقت الذي تستغرقه المعلومات للانتقال من النقطة أ إلى النقطة ب. ويتم تحديده بشكل أساسي من خلال المسافة التي يجب أن تنتقل بها البيانات بين المستخدم والخادم، ومع ذلك، يمكن أن تؤثر جوانب أخرى، بما في ذلك الوسط المستخدم لإرسال البيانات، على سرعة زمن الانتظار. وتنتقل موجات الراديو بشكل أسرع في أي فراغ، لكنها في كثير من الأحيان لا تعوض المسافة الإضافية المقطوعة مقارنةً بالتوصيلات الأرضية.
مقارنة بين السرعات الحالية وعرض النطاق الترددي
يستغرق إنترنت القمر الصناعي في المدار الثابت بالنسبة للأرض حاليًا حوالي 638 مللي ثانية للانتقال ذهابًا وإيابًا من لندن إلى نيويورك. ويعد أسرع اتصال أرضي حالي على هذا الكوكب هو كابل GTT Express المملوك للقطاع الخاص (Hibernian express سابقًا) بسرعة 58.95 مللي ثانية - انظر الشكل 1 أدناه.
كان كابل الاتصالات عبر الأطلسي 1 (AC1)، وهو كابل أرضي مملوك للقطاع الخاص، أسرع كابل اتصال سابقًا عند 65 مللي ثانية فقط. فكلف مشروع Hibernian Express استثمارًا يُقدر بمبلغ 300 مليون دولار وخفّض 5 مللي ثانية فقط من أسرع اتصال بين لندن ونيويورك قبله.
ومن المرجح أن تحقق Starlink سرعات في زمن الانتظار تتراوح بين 20 و40 مللي ثانية، وهو ما يوفر تحسنًا بنسبة 77٪ إذا ما قورن بسرعات الكابلات/الألياف عبر المحيط الأطلسي العتيقة التي تبلغ 76 مللي ثانية، مما يجعلها جذابة للغاية لعملاء الخدمات المالية المتخصصين.
الغالبية العظمى من حركة الإنترنت العالمية العابرة للقارات - أكثر من 95 في المائة (المصدر: برنامج الأمم المتحدة للبيئة Env't World Conserv'n Monitoring Ctr. ، الكابلات البحرية والمحيطات: ربط العالم ، في 3 ، سلسلة التنوع البيولوجي لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة - WCMC رقم 31 (2009)) - تنتقل عبر الكابلات تحت سطح البحر التي تمر عبر قاع المحيط. تمنحك هذه الخريطة التفاعلية انطباعا عن مقياس هذه الكابلات البحرية. يصور هذا الرسم التوضيحي من TeleGeography (2021) 464 كابلا و 1,245 محطة هبوط. 428 كابل نشط و 36 مخططا لها. هناك أكثر من 1.3 مليون كيلومتر من الكابلات البحرية التي تغطي العالم ، والتي من شأنها أن تلتف حول الأرض أكثر من 30 مرة من البداية إلى النهاية.
يتمثل التغيير الرئيسي في أنه بعد أن شكلت حصة مقدمي المحتوى من إجمالي السعة أقل من 10٪ قبل عام 2012، ارتفعت تلك الحصة إلى 66٪ في عام 2020. وعلى عكس الطفرات السابقة، يقوم مقدمو المحتوى مثل امازون وجوجل وفيسبوك ومايكروسوفت بدور أكثر نشاطًا في سوق الكابلات البحرية. ومع ذلك، تدخل فودافون بقوة أيضًا في هذا السوق لأنها أدركت أيضًا مدى التحول الكبير الذي حدث مؤخرًا.
يوضح الشكل 1 (أدناه) هذا التحول. وقد هبط نظام كابلات غريس هوبر، الذي تملكه شركة جوجل حصريًا، في كورنوال وبيلبوا بإسبانيا في سبتمبر 2021، وسوف يعمل بكامل طاقته في عام 2022. وهو يمثل جيلًا جديدًا من الكابلات العابرة للمحيط الأطلسي القادمة إلى شواطئ المملكة المتحدة مع 16 كابلًا من الألياف المزدوجة وزيادة كبيرة في سعة عرض النطاق الترددي إلى 352 تيرابيت في الثانية (Tbps) - وهي خطوة كبيرة بازغة من الكابلات السابقة التي ركّبتها شركات تشغيل الاتصالات. ويحقق كابل Amitié سعة عرض نطاق ترددي مماثلة عند 320 تيرابت في الثانية.
وهنا يكمن حل اللغز لفهم الأثر الذي قد تتركه أبراج الأقمار الصناعية الصغيرة الجديدة مثل ستارلينك، ووان ويب، وتيليسات وكويبر (امارون) على كيفية انتقال الحركة عبر الإنترنت في المستقبل القريب.
قام العلماء في قسم الملاحة الجوية والملاحة الفضائية التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مؤخرًا بتحديث تحليل أداء نظامهم على الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية من سبايس اكس (ستارلينك) وامازون (كويبر) وتيليسات ووان ويب - راجع "تحديث مقارنة أنظمة أبراج الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض الأربعة لتوفير عرض نطاق عريض عالمي"، يناير 2021.
تمكن العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من تقدير إنتاجية الأقمار الصناعية كما رأينا في الشكل 2. واستطاع القمر Telesat تحقيق إنتاجية مماثلة لقمر Starlink على الرغم من وجود أقل من نصف الأقمار الصناعية فقط، وذلك بفضل نظام اتصال البوابة المزدوجة. ويحسّن استخدام رابط عبر الأقمار الصناعية (ISL) تبلغ سعته 20 جيجابت في الثانية، الذي يجرى اختباره حاليًا في Starlink للجيل الثاني من أقمارها الصناعية التي ستطلق قريبًا، من الإنتاجية ومن الانتفاع بالأقمار الصناعية ويخفّض الحاجة إلى المحطات الأرضية. ويوضح الشكل 3 أدناه الأثر على الإنتاجية، سواء باستخدام اتصال برابط عبر الأقمار الصناعية بسعة 20 جيجابت في الثانية أو بدونه.
تستفيد جميع هياكل أنظمة الأقمار الصناعية من استخدام الروابط عبر الأقمار الصناعية (ISLs) بسعة 20 جيجابت في الثانية. ومن المهم أيضًا ملاحظة أنه على الرغم من أن وان ويب وكويبر يحققان إنتاجية أعلى من وتيليسات وستارلينك، إلا أنهما يتطلبان أيضًا جزءًا أرضيًا أكبر بكثير مع هوائيات بوابة أكثر بنسبة 50٪ تقريبًا.
ومع ذلك، عند وضع أرقام الإنتاجية المشار إليها في سياقها مع قدرة النطاق الترددي العالمية الفعلية 2,620 تيرابت في الثانية في عام 2019، المزمع نموها إلى 5656 تيرابت في الثانية بحلول عام 2022 (انظر الشكل 4)، يتضح أنه حتى مع امتلاك ستارلينك 42,000 قمر صناعي في المدار الأرضي المنخفض بمفردها، سيضيف ذلك ما يصل إلى 897 تيرابت في الثانية، أي 16٪ فقط من متطلبات النطاق الترددي العالمي المتوقعة في عام 2022. عند استخدام الحد الأقصى لأرقام معدل البيانات من دراسة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بما في ذلك تيليسات وون ويب وكويبر، يضيف ذلك ما يصل إلى 584 تيرابت فقط أي 10٪ فقط من عرض النطاق الترددي العالمي المتوقع وفقا ل statista (مايو 2021) ووفقا لأحدث بيانات إطلاق سبايس اكس(سبتمبر 2021).
ومع ذلك، لا يزال هناك أمل في أن تتمكن الأقمار ذات المدار الأرضي المنخفض من سد الفجوة الرقمية العالمية بحلول نهاية العقد مع تكنولوجيا الإرسال المتعدد المكاني بتقسيم الاستقطاب الديناميكي وتكوين الشعاع ("الاستقطاب الديناميكي" ، أو "DPSMXBF") (انظر هذا المقال "الطفرة التكنولوجية تحول شبكة الواي فاي بالجيجابت إلى اتصال قمري بالإنترنت بالتيرابت" بواسطة Carlos Rios ، 26 يوليو 2021). فيوضح هذا المقال أنه باستخدام تكنولوجيا MIMO اللاسلكية المعاد صياغتها، يمكن ترقية سعة الجيل الثاني من أقمار Starlink الصناعية إلى 1.8 تيرابت في الثانية لكل منها (بزيادة أكثر من 90 ضعفًا عن الحد الأقصى الحالي للإنتاجية البالغة 0.0197 تيرابت في الثانية، انظر الشكل 2 أعلاه). وتعد طريقة الإدخال المتعدد والإخراج المتعدد (MIMO) من الطرق المستخدمة لضرب سعة أي وصلة لاسلكية تستخدم هوائيات الإرسال والاستقبال المتعددة لاستغلال الانتشار متعدد المسارات.
باختصار، فإن الأمر لا يتعلق فقط بسرعات زمن الانتظار السريع الذي تزعم ستارلينك أنها تحققها عند 20-40 مللي ثانية، بل يتعلق أيضًا بامتلاك سعة عرض نطاق ترددي كافية لاستهداف السوق الشامل. ومن التقديرات المقدمة في دراسة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، يمكن استنتاج أن جميع الأبراج الضخمة الأربعة يمكن أن توفر سعة إجمالية تبلغ حوالي 584 تيرابت في الثانية، أي 10٪ فقط من متطلبات عرض النطاق الترددي العالمي في عام 2022.
ومع هذه المقادير المتصورة حاليًا من معدلات البيانات، فإنها لن تكون قادرة على التنافس مع الشبكات الأرضية الحالية، التي مخطط لها أن تنقل حوالي 5,000 تيرابت في الثانية في عام 2020 (المصدر: "تقرير صناعة الاتصالات البحرية"، الإصدار 8، 2019/2020 ، تحليلات STF)، ولكن يمكنها أن تكمل تغطية البنية التحتية للأراضي في المناطق التي يكون فيها الاتصال بالكابل غير فعال أو غير مناسب أو غير ممكن (على سبيل المثال، المناطق الريفية والمناطق الساحلية والجزرية النائية، ومستخدمي الهواتف المحمولة الجوية والبحرية).
ومن المعقول أيضًا أن نتوقع أن الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO) مثل ستارلينك، سوف تلاقي صعوبة في التنافس مع أقمار HTS GEO من منظور التكلفة لكل جيجابت في الثانية. ومع ذلك، يعتقد الخبراء أن مستقبل الاتصالات عبر الأقمار الصناعية سيكون مزيجًا من أقمار داخل GEO وخارج GEO، مع توفير أقمار LEO لشبكات ربط متنقلة وعرض نطاق عريض استهلاكي عالي السرعة واتصالات المحطات الطرفية ذات الفتحات بالغة الصغر (VSAT).
برج Starlink العملاق التابع لشركة SpaceX
تُعد SpaceX’s Starlink أحد المبتكرين الرئيسيين عندما يتعلق الأمر الاتصال بالإنترنت عبر الأقمار الصناعية fالمدار الأرضي المنخفض. وتخطط لإطلاق 42,000 قمر صناعي في السنوات المقبلة وأطلقوا بالفعل أكثر من 1,786 حتى الآن وفقا ل statista (مايو 2021) ووفقا لأحدث بيانات إطلاق SpaceX.
وفي نوفمبر 2018، مُنحت Starlink موافقة لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) على 7,518 قمرًا صناعيًا بالإضافة إلى 4,425 قمرًا صناعيًا تم ترخيصه سابقًا. وتم إطلاق الدفعة الأولى من أقمار Starlink الصناعية في 24 مايو 2019 وهي الآن في المدار الأرضي المنخفض (LEO) في 5 قذائف على ارتفاعات تتراوح بين 540 كم و570 كم، مما يوفر التوازن الأمثل بين زمن الانتظار والتغطية. وبتاريخ 15 أكتوبر 2019، قدمت لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) طلبات إلى الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) نيابة عن SpaceX لترتيب طيف لعدد 30,000 قمر صناعي إضافي من Starlink (الجيل الثاني) لتكملة العدد البالغ 12,000 قمرًا صناعيًا من Starlink وافقت عليه لجنة الاتصالات الفيدرالية بالفعل حتى تلك اللحظة. وستُنشر أقمار Starlink من الجيل الثاني على تسعة ارتفاعات تتراوح بين 340 كيلومترًا و 614 كيلومترًا.
وقد صرحت السيدة غوين شوتويل، رئيس شركة سبيس إكس، في عام 2019 أن صاروخ Falcon 9 التابع لشركة SpaceX يمكنه إطلاق 60 قمرًا صناعيًا من طراز Starlink في وقت واحد، لكن المركبة الفضائية (الرحلة التجريبية المدارية الأولى التي قدرت مؤخرًا في الربع الرابع من عام 2021) ستكون قادرة على "حمل 400 قمرًا صناعيًا في وقت واحد". ومع هذه القدرة الإضافية على الإطلاق، يبدو أن رقم 42,000 قمرًا صناعيًا الذي حددته SpaceX أكثر قابلية للتحقيق.
في سبتمبر 2020، تساءلت شركة التحليل المالي Cowen & co. عن قيود سعة Starlink بمجرد وصول 12,000 قمر صناعي إلى المدار الأرضي المنخفض، قائلة إن Starlink لن تكون قادرة على خدمة "أكثر من 485,000 تدفق بيانات متزامنبسرعة 100 ميجابت في الثانية في الولايات المتحدة". وبالإضافة إلى ذلك، تشير ملاحظات العملاء الأولية إلى مشكلات موثوقية الاتصال ثنائي التشغيل/الإيقاف التي تتطلب حلًا قبل توسيع شبكتهم بشكل أكبر.
وبدراسة الأرقام والحقائق، فإنها تطرح تساؤلًا حول رقم الإيرادات السنوية المستهدفة لماسك والبالغة 30 مليار دولار، حيث تعتقد شركة Cowen & Co. أن شركة Starlink سوف تكون في الواقع قادرة على دعم 8.28 مليون عميل فقط في جميع أنحاء العالم (زيادة في اشتراكات الشبكة بعامل واحد من ثلاثة). وهذا من شأنه أن يسمح بأن تصل أقصى إيراداتها السنوية المحتملة إلى 9.9 مليار دولار على أساس أسعار عملاء الوحدات السكنية فقط. وستحتاج أنت إلى إضافة إيرادات إضافية من عملاء الشركات من هؤلاء العملاء البالغ عددهم 8.28 مليون عميل على مستوى العالم.
إلا أن النقطة الرئيسية التي تسلط شركة كوين آند كو الضوء عليها هي أن Starlink لديها حدود واضحة، وبالتالي لا يمكنها حل جميع مشكلات الاتصال الموجودة، والتي يعززها تحليل شركة Psion لمشكلات سعة عرض النطاق الترددي في القسم أعلاه - انظر الشكل 2 إلى 5. ومراعاة للأمانة والإنصاف، فقد صرح مالك SpaceX، إيلون ماسك، بالفعل بأن"Starlink لا تشكل تهديدًا كبيرًا لشركات الاتصالات السلكية واللاسلكية".
وأشار ماسك، في يونيو 2021، إلى أن مشروع Starlink كان ينمو بسرعة وتوقع أن يتراوح إجمالي تكاليف الاستثمار في الشركة بين 20 و30 مليار دولار.
الاعتماد الشامل وقابلية التطبيق
وبصرف النظر عن مسألة عرض النطاق الترددي الواردة أعلاه، تتمثل المسألة الحاسمة لاعتماد الشامل من ستارلينك/وان ويب في إنتاج هوائيات محطة أرضية أرخص جذريا. لم تتمكن وان ويب من تحقيق ذلك. وبغرض جعل نموذج أعمالهم قابلا للتطبيق اقتصاديا، يتعين عليهم خفض متوسط تكلفة المحطات الأرضية إلى أقل من 100 دولار أميركي. عند معرفة أن تكاليف الإنتاج الحالية للجهاز المشار إليه تبلغ ما يتجاوز 1000 دولارأمريكي، يُعد هذا التحدي الرئيسي لهذه التكنولوجيا.
ستحتاج Starlink إلى إنتاج أطباق بحوالي 200 دولار من أجل أن تكون قابلة للتطبيق من الناحية التجارية. ومع ذلك، فإن تكلفتها تبلغ حاليًا حوالي 1,300 دولار (أبريل 2021، بانخفاض يتراوح بين 1,500 دولار و3,000 دولار). وفي حين أن سعر طبق Starlink الحالي للعميل الذي يبلغ 499 دولار مكلف، إلا أنه يتم بيعه في الواقع بخسارة كبيرة. وخلال فعالية ندوة Space Symposium المنعقدة في أغسطس 2021، صرحت غوين شوتويل، رئيس شركة SpaceX، موضحة: "لقد أحرزنا تقدمًا هائلًا في محطة المستخدمين، لكنها لا تزال مكلفة. ولكن مرة أخرى، أعتقد أنها ستمثل حوالي ربع التكلفة بالنسبة لنا الآن في غضون عام واحد". ولا يزال من غير الواضح ما إذا كانت أطباق Starlink ستظل تباع بخسارة أم لا. ووفقًا لتصريحات شوتويل، فإن الإصدار التالي سيكلف في نهاية المطاف ما يقرب من 250 دولارًا حتى يبلغ في النهاية 125 دولارًا فقط.
ستكون هناك حاجة إلى ملايين المحطات الأرضية لجعل العالم يدرك أن ستارلينك ووان ويب يضعان هذا الأمر في عين الاعتبار، وهذا وحده سيكلف مليارات الدولارات لتحقيقه، حيث تقدّر إحدى التقديرات تكلفة بناء شبكة ستارلينك بمبلغ 170 مليار دولار. غير أن بعض هذه التكاليف سيغطيها المستخدم في شكل دفعة لمرة واحدة للمحطة الأرضية.
هناك شركة ناشئة في المملكة المتحدة حصلت على 9 ملايين جنيه إسترليني من تمويل وكالة الفضاء البريطانية وهي تهدف إلى تحقيق نقطة سعر قدرها 600 دولار بعد التطوير والاختبار الكاملين لمنتجها. ويمكن أن يحدث هذا في غضون سنوات قليلة، لكنه لا يزال أقل من نقطة السعر البالغة 200 دولار اللازمة لتطبيق هذه التكنولوجيا.
وتولد التحديات من هذا الحجم شكوكًا بشأن الجدوى التجارية لتقنيات المدار الأرضي المنخفض (LEO) التي تعتمد على ملايين الأطباق على الأرض.
وثمة مشكلة أخرى هي أنه لكي تعمل بعض الأقمار الصناعية لشركات تكنولوجيا مصفوفة الحالة القائمة على المركبات، فإنها تحتاج إلى أطباق أرضية تتراوح تكلفتها بين 30,000 و250,000 دولار. وهذه التكنولوجيا ليست جاهزة تمامًا لطرحها في السوق بسبب مشكلات الرنين على مستوى الرقائق، وهي مشكلة تحتاج إلى عدة سنوات وعشرات الملايين لحلها. ولكن من يدري إلى أين ستتطور أقمار ستارلينك وكويبر التابع لشركة امازون أو تكنولوجيا اي اس تي لند ساينس - وهي شبكة النطاق الترددي العريض الخلوية الفضائية - بحلول ذلك الوقت.
ما هو نموذج العمل الصحيح؟
بغض النظر عن التحديات العديدة التي لا تزال تواجهها هذه التكنولوجيا، فإنها توفر العديد من الفرص العظيمة. وتتمثل إحدى المزايا في قدرتها على تغطية مساحة سطحية كبيرة، لا سيما في المناطق الأقل كثافة سكانية، بجزء صغير من تكلفة البنية التحتية للربط المكافئ الأرضي.
وتشير التقديرات إلى أن نقل الولايات المتحدة فقط من شبكة لاسلكية 4G إلى شبكة لاسلكية 5G على مدى السنوات الخمس المقبلة سيكلف ما يقرب من 300 مليار دولار (انظر الشكل 7 أدناه). ويتم تحديد هذه القيمة مقارنةً بالإنفاق الرأسمالي (CAPEX) التراكمي العالمي لمزود خدمة الهاتف المحمول البالغ قيمته حوالي 1.14 تريليون دولار أمريكي في جميع أنحاء العالم بين عامي 2020 و2025، 78٪ منها ستكون في شبكات 5G. ومن المثير للاهتمام أن ما يقرب من 80٪ من هذه النسبة سيتم إنفاقه في المناطق الأقل كثافة سكانية. هذا هو المكان الذي قد يوفر فيه الاتصال بالإنترنت عبر الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض (LEO) بديلًا بأسعار معقولة. ولكن ما هو نموذج العمل الصحيح لحالات الاستخدام هذه؟
سيكون إنترنت الأشياء (IoT) جزءًا لا يتجزأ من عصر شبكات 5G. وسيُقدر حجم الاتصالات العالمية بإنترنت الأشياء فيما بين عامي 2019 و2025 بأكثر من الضعف ليصل إلى ما يقرب من 25 مليار اتصال، في حين ستتضاعف إيرادات اتصالات إنترنت الأشياء العالمية بأكثر من ثلاثة أضعاف لتصل إلى 1.1 تريليون دولار. ويمكن أن توفر البنية التحتية للاتصال الفضائي بديلًا فعالًا من حيث رأس المال في حالات استخدام معينة للمساعدة في ربط العالم.
تستعد شبكة النطاق الترددي العريض الخلوية الفضائية AST & Science لنشر أقمار صناعية كبيرة تزن حوالي طنان في المدار الأرضي المنخفض (LEO) لإنشاء أكثر من مليون خلية أرضية ثابتة على مستوى العالم بسعة نطاق ترددي عريض تماثل سعة شبكات 4G-5G. وهي تستخدم روابط تغذية عالية الإنتاجية بنطاق Q/V لشبكة الربط. وتتحمل شركات تشغيل شبكات الهاتف المحمول (MNOs) تكاليف عدد محدود جدًا من البوابات الأرضية التي تربط الأقمار الصناعية بشبكات الاتصالات الأرضية. وهذا يتيح ربطًا مباشرًا بالهواتف المحمولة غير المعدلة وغيرها من الأجهزة الخلوية، مما يلغي الحاجة إلى تلك الأطباق باهظة الثمن التي تحتاجها ستارلينك Starlink وغيرها لتشغيل نماذجها.
بالإضافة إلى ذلك، تستخدم AST نموذج عمل يتوقع في جوهره نموذجًا لمشاركة الإيرادات الناتجة من تجارة الجملة الفائقة بين الشركات التجارية (B2B)، بنسبة 50/50، مما يتيح التوزيع السريع للبنية التحتية لنموذج SpaceMobile الخاص بها من خلال شركات تشغيل شبكات الهاتف المحمول الحالية التي تمثل حاليًا 1.3 مليار مشترك. وبما أن هذه الشركات تفهم التعقيدات التنظيمية الإقليمية ذات الصلة المختلفة، وبالشراكة مع AST، فإنها تضمن تقديمًا سلسًا لنموذج SpaceMobile في جميع أنحاء العالم بأقل تكلفة ممكنة من AST. وترى AST أن خدمتها مكملة للشبكات الأرضية القائمة.
ووفقًا للمادة المودعة لإدراج الشركة في بورصة ناسداك في أبريل 2021، من المتوقع أن تحقق الشركة 2.6 مليار دولار على قاعدة تضم 108 مليون مشترك بحلول عام 2025 وأن تحقق حوالي 9.7 مليار دولار على قاعدة تضم 372 مليون مشترك بحلول عام 2027. ومن المتوقع أن تحقق أرباحًا قبل الفائدة والضرائب والإهلاك واستهلاك الدين (EBITDA) بقيمة مليار دولار في عام 2024، وبقيمة 2.6 مليار دولار في عام 2025، وبأكثر من 9 مليار دولار بحلول عام 2027 (90٪ + هوامش EBITDA). وتفترض AST انخفاض ARPUs (متوسط الإيرادات لكل مستخدم) بالنسبة لأسعار السوق وانخفاضها إلى 1.00 دولار شهريًا في بعض الأسواق. ومن المتوقع أن تحقق تغطية كاملة من الإدخال المتعدد والإخراج المتعدد (MIMO) باستخدام 168 قمرًا صناعيًا فقط في المدار الأرضي المنخفض (LEO) مقابل 42,000 قمرًا صناعيًا من أقمار ستارلينك وحوالي 6,372 قمرًا صناعيًا من أقمار OneWeb. وهذا يعادل الإنفاق الرأسمالي البالغ 3.3 مليار دولار فقط لشبكة النطاق الترددي العريض الخلوية الفضائية ذات التغطية العالمية.
تفرض شركة Starlink التابعة لشركة SpaceX على المستهلكين التجريبيين من السكان رسومًا بقيمة 99 دولارًا في الشهر (من المفترض أن يعادل هذا أكثر من 4 أضعاف المخصص للمستخدمين من الشركات، لكنه يعتمد على نموذج ميجابت في الثانية)، وهناك أيضا رسوم مقدمة بقيمة 499 دولارًا تُخصص لطبق الأقمار الصناعية ومجموعة الأدوات المتعلقة به. وتصدر الشركة تقارير بسرعات تتراوح بين 50 و150 ميجابت في الثانية على الخدمة. وفي أواخر يونيو 2021، صرح إيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة SpaceX، بأن Starlink عززت قاعدة مشتركيها بنسبة 30٪ تقريبًا في شهر واحد وتجاوزت "العدد الاستراتيجي الملحوظ البالغ 69,420 مستخدمًا نشطًا" لتصل إلى 100,000 موقعًا في 12 دولة، ولكن تقع غالبيتها في الولايات المتحدة.
حصلت SpaceX مؤخرًا على ما يقرب من 900 مليون دولار كإعانات من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، في إطار صندوق الفرص الرقمية الريفية، الذي يهدف إلى توصيل الإنترنت عالي السرعة في جميع أنحاء الولايات المتحدة، خاصة في المناطق الريفية. وهذا يمكن أن يساعد أيضًا على الجدوى الاقتصادية للخدمة إلى حد ما. ومع ذلك، فإن المنافسة تتزايد أيضًا. وكانت تراهن شركات الاتصالات اللاسلكية رهانًا كبيرًا على تكنولوجيا 5G التي يمكن أن تقدم اتصالًا سريعًا بالإنترنت بالجيجابت على مساحات واسعة، لتتنافس بذلك بشكل رئيسي مع خدمات الإنترنت عبر الهاتف الثابت. ويبقى أن نرى ما إذا كانت خدمة SpaceX يمكن أن تقدم للعملاء عرض قيمة جذابًا مع زيادة المنافسة.
كذلك تعمل وان ويبعلى أساس التعاملات فيما بين المؤسسات التجارية- فهي تقدم خدمة الإنترنت لشركات الاتصالات القائمة التي تتولى بعد ذلك توزيع الإنترنت على المنازل والشركات. وقال كريس ماكلوفلين، رئيس الحكومة والتنظيم والمشاركة في وان ويب، (أبريل 2021) إن وان ويب ستترك تحديد التسعير لشركات الاتصالات لأنها "تعرف عملائها بشكل أفضل". ويوجد الآن 322 قمرا صناعيا التابعة لوان ويب في الفضاء (سبتمبر 2021) على ارتفاع 1,200 كيلومتر.
وعلى غرار ستارلينك، يمكن أن تكون وان ويب جزءًا من خطة الإنترنت بالجيجابت المخصصة لمشروع الحكومة البريطانية البالع تكلفته 6.9 مليار دولار،التي تهدف إلى توفير نطاق ترددي عريض أسرع لأكثر من مليون منزل وشركة في المناطق الريفية في البلاد. وبحسب ما ورد في أحد التقارير، فإن سبيس اكس شاركت في مناقشات مع أحد وزراء المملكة المتحدة في مارس 2021.
تتشارك Microsoft و Googleمع SpaceX لاستخدام أقمار Starlink كروابط للحوسبة السحابية.
وفي الوقت نفسه، صرح المديرون التنفيذيون في شركة امازونأن كويبريمكن أن يكمل عمليات سحابة خدماتامازون ويب سيرفيسيس (AWS). ووافقت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) على إطلاق 3,236 قمرًا صناعيًا من أقمار كويبر، وتلتزم امازون بإطلاق نصفها على الأقل بحلول عام 2026 للاحتفاظ برخصة التشغيل. وستعمل هذه الأقمار الصناعية في نطاق Ka (26.5 إلى 40 جيجاهرتز) على أن تحلق المركبة الفضائية على ارتفاعات تتراوح بين 590 كيلومترًا و630 كيلومترًا. وقد التزمت امازون باستثمار 10 مليارات دولار في البرنامج. وفي أبريل 2021، صرحت الشركة أن القوى العاملة في مشروع كويبر قد تجاوزت 500 موظف. وفي يوليو 2021، انتقل فريق الاتصال بالأقمار الصناعية في فيسبوك إلى مشروع كويبر في امازون.
يشير الخبراء إلى أن دور امازون الرئيسي سينطلق من قدرتها على دمج كويبر عموديا في بقية النظام البيئي لدى امازون - وهي قدرة لا يمكن لسبايس اكس مطابقتها مع ستارلينك. يقول زاك مانشستر، أستاذ مساعد في علوم الطيران والملاحة الفضائية في جامعة ستانفورد (أغسطس 2020)، "فيما يتعلق امازون ، إن هذا شأن آخر. "يتمثل الآمرالذي يجعل امازون مختلفة عن سبايس اكس ووان ويب في تعدد مشاغلهم." ففي حال نجاح كويبر، لن تقدم امازون الوصول العالمي إلى النطاق العريض عبر الأقمار الصناعية فقط - بل ستتمكن أيضا من تضمين هذا الوصول كجزء من خدمات امازون ويب سيرفيسيس (AWS)، التي تقدم بالفعل موارد للحوسبة السحابية والتعلم الآلي وتحليل البيانات، وغيرها الكثير كما أطلقت AWS مؤخرا برنامجها لتسريع الفضاء AWS مع سيرافيم كابيتال في أبريل 2021 لتشجيع الاستخدامات الجديدة لطموحاتهم في الإنترنت الفضائي.
لقد قررت شركة فيسبوكالتخارج من مجال الأقمار الصناعية، مع انتقال فريقها إلى فريق كويبر في امازون. وبدلًا من ذلك، تركز شركة فيسبوك على برامج الاتصال الأرضي بما في ذلك ماجما (التي دمجتها خدمات في خدمات Amazon Web Services في خدماتها المتطورة للحوسبة) ، وهيفنستار، تيراجرافو اكسبرس واي فاي. كما استثمرت فيسبوك في أكثر من 6,000 ميل من الألياف الأرضية و23,000 ميل من الألياف تحت سطح البحر كجزء من حملتها لتعزيز الشبكات العالمية - راجع ملكيتها الجزئية في المشاريع عبر المحيط الأطلسي مثل MAREA و HAVFRUE/AEC-2 و Amitié Cable في الشكل 1 أعلاه.
أمور يجب مراقبتها
على الرغم من أن التكنولوجيا واعدة، لا يزال هناك الكثير من العقبات التي يتعين التغلب عليها قبل الوصول إلى الجدوى الاقتصادية. ومن المحتمل أن يوفر الاستثمار في الاتصال القمري بالإنترنت للمستثمرين عوائد غير عادية، ولكن من المهم التعامل معه بحذر وأخذ بعض أكبر التحديات التي تواجه هذه الصناعة الجديدة والمثيرة في الاعتبار.
من المحتمل أن يكون الاعتماد الشامل صعبًا
أود أن أطرح الافتراضات التي أدلت بها وان ويب والمتعهدين المماثلين بشأن الاعتماد الشامل للتكنولوجيا الخاصة بهم. وعلى الرغم من أن تحسين السرعة والتغطية هما فائتدين هامتين، فإن مشكلة عرض النطاق الترددي الذي تتوفر فيه التكنولوجيا حاليًا والوقت/الجهد/التكاليف لجميع المستهلكين/الشركات قد لا تستحق كل هذا العناء، حيث تترك المستهلكين/الشركات فقط في المواقع النائية والمستهلكين/الشركات الذين يعملون في قطاعات حساسة للوقت كعملاء محتملين.
ويبدو من تعليقات ماسك في مؤتمر الأقمار الصناعية المنعقد في بداية عام 2020 أن Starlink لا تهدف إلى سوق الاعتماد الشامل وتركز أكثر على خدمة العملاء "الذين يصعب الوصول إليهم بنسبة 3 أو 4 في المائة" والعملاء الذين "ليس لديهم اتصال" في الوقت الحالي. ومن خلال مناشدة هؤلاء العملاء، يشعر ماسك أنه سيتم إزالة "حِمل كبير" من مزودي خدمات الإنترنت (ISPs) الآخرين وبالتالي شركات تشغيل شبكات الهاتف المحمول (MNOs).
وقد يؤدي ذلك إلى أن يكون التوزيع بالجملة عن طريق شركات التشغيل الحالية أكثر قابلية للتطبيق، مما يقلل من 80٪ من تكاليفها الرأسمالية التي تنفقها على المناطق النائية التي تخدمها.
ومع ذلك، فإن الحُكم لا يزال مضطربًا إذا تمكنت Starlink من توليد الإيرادات السنوية التي توقعها ماسك بقيمة 30 مليار دولار.
الإطلاق والصيانة يحملان مخاطر كبيرة
هناك مشكلة أخرى تتمثل في إطلاق وصيانة أكثر من 40,000 قمرًا صناعيًا من أقمار Starlink في المدار الأرضي المنخفض (LEO). فعادةً ما يتراوح عمر تشغيل أقمار المدار الأرضي المنخفض (LEO) من 5 إلى 7 سنوات فقط. وهذا لا يؤدي فقط إلى احتمالية ارتفاع تكاليف عمليات الإطلاق والصيانة المنتظمة ولكن يعني أيضًا أنها معرضة لخطر فقدان رخصتها إذا لم تفي أي عمليات إطلاق بالمتطلبات التنظيمية.
وهذا يمكن أن يسبب اختناقًا لإطلاق أقمار صناعية أخرى، وهو ما تم إدراكه بالفعل من شركات أمثال Skyrora و Rocket Labs.
وقد يمكّن ظهور خدمات فضائية مثل خدمات D-Orbitو Orbit Fab وغيرها من تمديد عمر الأقمار الصناعية من خلال توفر خدمات التزود بالوقود والصيانة في الفضاء لتمكين الأقمار الصناعية من إعادة دفع نفسها إلى الارتفاعات المرجوة.
المتطلبات التنظيمية والسياسات غير مؤكدة
تحتاج أيضًا إلى أن تضع في اعتبارك أن المتطلبات التنظيمية قد تخلق تحديات أخرى للشركات في هذا القطاع. فالمشكلات المتعلقة بالحطام الفضائي (التي رسمتها منصات أمثال LeoLabs)،وانعكاس الضوء الساطع، والحد من/منع عمليات إطلاق وسائل النقل/المكوكات الأخرى المتجهة إلى الفضاء ليست سوى بعض من الحواجز المحتملة التي يمكن أن تواجه التدقيق التنظيمي في السنوات المقبلة.
ربما توجد أي تكنولوجيا جديدة من شأنها أن توفر حلولًا لهذه الحواجز الهامة. ومع ذلك، يبدو أن الوضع القائم في الوقت الراهن يحابي للمتشككين.
الخبر السار
بغض النظر عن جميع العقبات التي لا تزال هذه التقنيات بحاجة إلى التغلب عليها، فقد أثبتت الشركات القائمة بالفعل أن نماذج الأعمال القابلة للتطبيق في متناول اليد. وكانت هذه الحقيقة، إلى جانب وجود سوق شاملة مستهدفة تقترب من تريليون دولار، سببًا كافيًا للمستثمرين للدخول في الفضاء بمعدل مذهل.
يتعرض مقدمو خدمات الاتصالات لضغوط للحد من الإنفاق الرأسمالي (CAPEX)، ولكن مع وجود مناطق نائية تضم حوالي 80٪ من تكاليفها، فقد ثبت أن هذه مهمة صعبة. ومع ذلك، فإن الاتصال بالإنترنت المعتمد على الأقمار الصناعية يوفر فرصة فريدة من نوعها عند اتحاده مع ممارسة الضغط لتحسين التغطية.
المصادر
https://aerospace.csis.org/aerospace101/popular-orbits-101/
