Кіріспе
Ұялы телефонның түрі
Спутниктік телефон, спутниктік байланыс телефон немесе спутниктік телефон – бұл ұялы телефондар сияқты, жердегі ұялы байланыс станцияларының орнына Жерді айналатын спутниктер арқылы радиобайланыспен басқа телефондарға немесе телефон желісіне қосылатын ұялы телефонның бір түрі. Сондықтан, егер ашық аспан және телефон мен спутник арасында тікелей көру сызығы болса, олар Жер бетіндегі көптеген географиялық орналасқан жерлерде жұмыс істей алады. Белгілі бір жүйенің архитектурасына байланысты, жабылу аймағы бүкіл Жерді немесе белгілі бір аймақтарды ғана қамтуы мүмкін. Спутниктік телефондар жердегі ұялы телефондарға ұқсас мүмкіндіктерді ұсынады: дауыстық қоңыраулар, мәтіндік хабарламалар және көптеген жүйелерде қолжетімді төмен жылдамдықты интернетке қол жеткізу. Спутниктік телефонның артықшылығы – жердегі байланыс инфрақұрылымы, мысалы, стационарлық телефон желісі және ұялы байланыс желісі жоқ аймақтарда пайдалану мүмкіндігі. Спутниктік телефондар, әсіресе, жақсы ұялы байланыс қызметі жоқ алыс аймақтарға жасалатын экспедицияларда, демалыс, аң аулау, балық аулау және қайықпен саяхаттау сияқты жағдайларда, сондай-ақ кен өндіру орналасқан жерлер мен теңіз тасымалы сияқты бизнес мақсаттарында танымал. Спутниктік телефондар Жердегі табиғи апаттар немесе соғыс сияқты адамның әрекеттерінен сирек бұзылады, сондықтан жергілікті байланыс жүйесі бұзылған кезде төтенше және гуманитарлық жағдайларда сенімді байланыс құралы болып табылады. Қозғалмалы құрылғы, сондай-ақ терминал деп те аталады, әртүрлі болады. Алғашқы спутниктік телефондардың корпусы мен салмағы 1980 жылдардың соңы мен 1990 жылдардың басындағы ұялы телефондарға ұқсас болды, бірақ көбінесе үлкен, қайтарылатын антеннасы болды. Жақындағы спутниктік телефондардың көлемі қалыпты ұялы телефонға ұқсас, ал кейбір спутниктік телефондардың прототиптері қарапайым смартфоннан ешқандай айырмашылығы жоқ. Кемеде қолданылатын сияқты тұрақты орнатуға үлкен, берік, тіреуге орнатылған электроника және спутниктерді автоматты түрде бақылайтын мачтадағы басқарылатын микротолқынды антенна кіруі мүмкін. VoIP-ті екі бағытты спутниктік кеңжолақты қызмет арқылы пайдаланатын кішкентай орнатулар, мысалы BGAN немесе VSAT, демалыс кемелерінің иелері үшін шығындарды қолжетімді етеді. Интернет-сервисті спутниктік телефондар үй ішінде нашар қабылданады, бірақ егер шатыр жеткілікті жұқа болса, терезе жанында немесе ғимараттың жоғарғы қабатында тұрақты сигнал алуға болады. Телефондарда көлік құралдары мен ғимараттарға орнатуға болатын сыртқы антенналарға қосылатын ұңғыштар бар. Сондай-ақ, жүйелер жердегі ұялы телефон жүйелері сияқты ретрансляторларды пайдалануға мүмкіндік береді. 2020 жылдардың басында әртүрлі өндірушілер спутниктік хабарлама байланысын және спутниктік авариялық қызметтерді әдеттегі ұялы телефондарға біріктіре бастады, оларды сенімді жер желісі жоқ алыс аймақтарда пайдалану үшін.
Спутниктік желі
Спутниктік телефон жүйелерін екі түрге бөлуге болады: Жер бетінен жоғары, геостационарлық орбитадағы спутниктерді пайдаланатын жүйелер және Жер бетінен жоғары, төменгі жер орбитасындағы (LEO) спутниктерді пайдаланатын жүйелер.
Геостационарлық спутниктер
Кейбір спутниктік телефондар аспандағы тұрақты орбитада орналасқан спутниктерді (GSO) пайдаланады. Бұл жүйелер үш немесе төрт спутникпен ғана үнемі жаппай ғаламдық қамтуды қамтамасыз ете алады, бұл іске қосу шығындарын азайтады. Бұл жүйелерге қолданылатын спутниктердің салмағы өте ауыр (шамамен 5000 кг) және оларды жасау мен ұшыру қымбат. Спутниктер Жердің бетінен жоғары биіктікте айналады; пайдаланушылардан үлкен қашықтыққа байланысты телефон арқылы сөйлескенде немесе деректер қызметтерін пайдаланғанда байқалатын кешігу бар. Бұл жүйелерде қол жетімді жолақтылық төмен Жер орбитасы жүйелерінен әлдеқайда жоғары; барлық үш белсенді жүйеде портативті спутниктік Интернет ноутбук өлшеміндегі терминалдарды пайдалана отырып, секундына 60-512 кбит жылдамдықпен қамтамасыз етіледі. Геостационарлық спутниктік телефонды тек төменгі ендіктерде, әдетте экватордан солтүстікке қарай 70 градус пен экватордан оңтүстікке қарай 70 градус аралығында ғана пайдалануға болады. Жоғары кеңістікте спутник аспанда өте төмен бұрышта пайда болады, сондықтан бірдей жиілік жолақтарындағы жер бетіндегі көздерден радиожиілік кедергісі сигналға кедергі келтіре алады. Геостационарлық спутниктік жүйелердің тағы бір кемшілігі - көптеген аймақтарда, тіпті ашық аспан көп жерде болса да, телефон мен спутник арасындағы көзге көрінетін сызықты тік төбелер мен орман сияқты кедергілер бұзады. Пайдаланушы телефонды пайдалану алдында көзге көрінетін аймақты табуы керек. Бұл LEO қызметтерінде емес: егер сигнал кедергімен бұғатталса да, басқа спутниктің үстінен өткеніне дейін бірнеше минут күтуге болады, бірақ GSO спутнигі көзден тыс қалған кезде қоңырауды тастауы мүмкін. ACeS: Бұрын Индонезияда орналасқан шағын өңірлік оператор бір спутникті пайдалана отырып, Шығыс Азияда, Оңтүстік Азияда және Оңтүстік-Шығыс Азияда дауыс және дерек қызметтерін көрсетті. Ол 2014 жылы жұмысын тоқтатты. Inmarsat: 1979 жылы құрылған ең көне спутниктік телефон операторы, британдық компания. Ол бастапқыда кемелерге арналған үлкен тұрақты қондырғыларды ұсынған, бірақ жақында ACeS-пен бірлескен кәсіпорын арқылы қол телефондары нарығына кірді. Компания он бір спутникті пайдаланады. Полярлық аймақтардан басқа жердің басым бөлігінде қамту қол жетімді. Thuraya: 1997 жылы құрылған, Біріккен Араб Әмірліктері орналасқан Thuraya спутниктері Еуропа, Африка, Таяу Шығыс, Азия және Австралия бойынша қамтуды қамтамасыз етеді. MSAT / SkyTerra: Inmarsat-қа ұқсас жабдықтарды пайдаланатын, бірақ Thuraya-ға ұқсас қолмен ұсталатын құрылғыларды пайдалана отырып, Америкада қызмет көрсетуді іске қосуды жоспарлайтын американдық спутниктік телефон компаниясы. Terrestar: Солтүстік Америка үшін спутниктік телефон жүйесі. ICO Global Communications: Америкалық спутниктік телефон компаниясы, ол әлі белсенді емес, бір геосинхронды спутникті ұшырды.
Жердің төменгі орбитасы
Спутниктік телефондар Жердің төменгі орбитасында (LEO) спутниктерді пайдалана алады. Оның артықшылықтарына әлемдік сымсыз байланыспен қамтуды, үзіліссіз қамтамасыз ету мүмкіндігі кіреді. LEO спутниктері Жерді жоғары жылдамдықпен, төмен биіктікте, 70–100 минуттық орбиталық уақытпен айналып өтеді. Кез келген спутник телефонның көрісінде қысқа ғана уақыт болады, сондықтан телефон жергілікті горизонттан шығып кеткен кезде сигнал басқа спутникке электрондық түрде "көшірілуі" керек. Спутник пен терминалдың орналасуына байланысты, LEO спутнигінің бір рет көрінуі орташа есеппен 4–15 минутқа созылады. Қамту аймақтарының барлығын әрқашан қамтамасыз ету үшін кем дегенде бір спутник көріс сызығында болуы керек; сондықтан бүкіл әлемдік қамтуды сақтау үшін әдетте 40–70 спутниктерден тұратын шоқжұлдыз қажет. Globalstar: 48 белсенді спутникті пайдалана отырып, әлемнің көп бөлігін қамтитын желі. Дегенмен, Жер бетінің көптеген аймақтары қамтудан тыс қалды, өйткені спутник Жер станциясының шлюзінің қабылдау аймағында болуы тиіс. Спутниктер 52 градус бұрышпен орбитада ұшады, сондықтан полярлық аймақтар қамтылмайды. Желі 2000 жылдың ақпан айында толыққанды коммерциялық қызметке кірісті. Екінші буын шоқжұлдызы 24 Жердің төменгі орбиталық (LEO) спутнигінен тұрады. Екінші буын шоқжұлдызының іске қосылуы 2013 жылдың 6 ақпанында аяқталды. Iridium: 66 спутникті полярлық орбитада пайдаланатын және Жер бетінің барлық жерінде қамтуға ие екенін мәлімдейтін желі. Деректерді Жер станциясымен байланысы бар ең жақын спутникке беру үшін спутниктер арасында радио байланысы қолданылады. Коммерциялық қызмет 1998 жылдың қарашасында басталды және 1999 жылдың тамызында 11-ші тарау бойынша банкротқа ұшырады. 2001 жылы Iridium Satellite LLC қызметті қайта жаңартты. Iridium NEXT, байланыс спутниктерінің екінші буыны 2019 жылдың 11 қаңтарында аяқталды. АҚШ-та орналасқан екі жүйе де 1990 жылдардың соңында басталды, бірақ іске қосу шығындарын қаржыландыру үшін жеткілікті абоненттер таба алмағандықтан жақын арада банкротқа ұшырады. Қазір оларды бастапқы құнынан әлдеқайда арзанға сатып алған жаңа иелері басқарады және екеуі де жоғары өткізу қабілетімен жұмыс істейтін жаңа шоқжұлдыздарды іске қосуды жоспарлап отыр. Қазіргі желілердегі деректер жылдамдығы спутниктік телефонды пайдаланғанда 2200–9600 бит/с аралығында болады. 2022 жылы T-Mobile US және SpaceX серіктестігін жариялады, бұл Starlink екінші буынының (Gen2) спутниктеріне 2022 жылдың соңында орбитаға шығатын спутниктік ұялы байланыс қызметін қосуды көздейді. Қызмет T-Mobile иелігіндегі қолданыстағы орта жиілікті PCS спектрін пайдалана отырып, АҚШ-тағы байланыс жоқ аймақтарда ұялы телефондарды қамтуға бағытталған. Ұялы байланыс хабарламалармен басталады, кейін дауыстық және шектеулі деректер қызметтерін қосады, сынақтар 2023 жылы басталмақ. Starlink Gen2 спутниктері төменгі Жер орбитасында қолданыстағы PCS спектрін пайдалана отырып, T-Mobile кәдімгі ұялы телефондарды спутниктерге қосуды жоспарлап отыр, бұрынғы спутниктік телефондар нарықта геосинхронды орбиталық спутниктерге қосылу үшін арнайы радиоларды қолданған және ұзақ байланыс кешігуіне тап болған.
Геодеректер
LEO жүйелері спутниктен Допплер навигациясын қолдана отырып, жылдам қозғалатын құрылғының орналасқан жерін анықтай алады. Дегенмен, бұл әдіс ондаған шақырымға дейін қате болуы мүмкін. Кейбір Iridium құрылғыларында AT командаларын пайдаланып координаттарды алуға болады, ал жаңа Globalstar телефондары оларды экранда көрсетеді. Көптеген VSAT терминалдары GPS координаттарын автоматты түрде анықтауды тоқтатып, қолмен енгізілген GPS координаттарын қабылдау үшін AT командаларын қолдану арқылы далада қайта бағдарламаланады.
Виртуалды ел кодтары
Спутниктік телефондар әдетте белгілі бір елдің телефон кодтарымен шығарылады. Inmarsat спутниктік телефондарына +870 коды беріледі. Бұрын әртүрлі спутниктерге қосымша ел кодтары тағайындалған, бірақ +871-ден +874-ке дейінгі кодтар 2008 жылдың соңында қолданудан шығарылды, нәтижесінде Inmarsat қолданушылары терминалдары қай спутникке тіркелгеніне қарамастан, бірдей ел кодымен қалды. Халықаралық телекоммуникация одағының ғаламдық жылжымалы спутниктік жүйесінің +881 виртуалды ел кодына Жер төменгі орбиталық жүйелері, оның ішінде кейбір қолданыстан шығарылған жүйелерге де нөмірлер берілген. Иридиум спутниктік телефондары +881 6 және +881 7 кодтарымен шығарылады. Globalstar +881 8 және +881 9 кодтарын алғанмен, Бразилиядағы қызмет көрсетуші дилерлерді қоспағанда, АҚШ телефон нөмірін пайдаланады, олар +881 диапазонын қолданады. Кішкентай аймақтық спутниктік телефон желілеріне +882 кодында нөмірлер беріледі, ол "халықаралық желілерге" арналған, бірақ ол спутниктік телефон желілері үшін ғана пайдаланылмайды.
Құны
Thuraya, Iridium және Globalstar желілеріне арналған қолданылған телефондарды шамамен 2000 долларға алуға болады, бірақ ең жаңа телефондар өте қымбат. 2001 жылы шыққан Iridium 9505A 2010 жылдың наурыз айында 1000 доллардан астамға сатылды. Спутниктік телефондар нақты бір желі үшін жасалған және басқа желілерге ауыстырылмайды. Телефон бағасы желінің өнімділігіне байланысты өзгереді. Егер спутниктік телефон операторы желісінде мәселе туындаса, телефон бағасы төмендейді, ал жаңа спутниктер іске қосылғаннан кейін қайтадан өседі. Сол сияқты, абоненттік төлемдер төмендеген кезде телефон бағасы да артады. Ең қымбат спутниктік телефондардың қатарында BGAN терминалдары бар, олардың бағасы бірнеше мың долларды құрайды. Бұл телефондар шамамен 0,5 Мбит/с жылдамдықпен интернет және дауыс байланысын қамтамасыз етеді. Кейде операторлар абоненттік келісімшарт жасаған жағдайда спутниктік телефондарға субсидия береді, бірақ субсидия көлемі әдетте бірнеше жүз доллардан аспайды. Көптеген спутниктік телефондар лицензия бойынша өндіріледі немесе телефондарды жасау OEM компанияларына тапсырылады, сондықтан операторлар сату бағасына үлкен әсер етеді. Спутниктік желілер өзіндік протоколдар бойынша жұмыс істейді, бұл өндірушілерге дербес телефондар жасауды қиындатады. Бір стартап арзан ұялы телефондардан спутниктерге қысқа хабарламалар жіберу үшін стандартты ұялы телефон технологиясын пайдалануды ұсынады.
Шақыру құны
Спутниктік телефоннан дауыстық қоңырау шалудың құны минутына шамамен 0,15 доллардан 2 долларға дейін, ал стационарлық және әдеттегі ұялы телефоннан қоңырау шалу одан да қымбатқа түседі. Деректерді жіберу құны (әсіресе кеңжолақты деректерді) одан да жоғары болуы мүмкін. Стационарлық және ұялы телефондардан қоңырау шалу тарифтері минутына 3-ден 14 долларға дейін жетеді, соның ішінде Iridium, Thuraya және Inmarsat желілері ең қымбаттары болып саналады. Егер арнайы кері төлем қызметі арқылы қоңырау келсе, қоңырауды қабылдаған адам ештеңе төлемейді. Әртүрлі спутниктік телефон желілері арасындағы қоңыраулар көбінесе өте қымбат, минут сайын 15 долларға дейін жетеді. Спутниктік телефоннан стационарлық телефонға қоңырау шалу, егер арнайы ұсыныстар қолданылмаса, әдетте минутына 0,80-ден 1,50 долларға дейін тұрады. Мұндай акциялар көбінесе трафиктің аз болатын белгілі бір географиялық аймаққа байланысты болады. Көптеген спутниктік телефон желілері алдын ала төлемдік жоспарларды ұсынады, купондардың бағасы 100 доллардан 5000 долларға дейін ауыспайды.
Бір бағыттағы қызметтер
Кейбір спутниктік телефон желілері нашар жамылу аймақтарындағы (мысалы, үй ішінде) пайдаланушыларды келіп түсетін қоңырау туралы ескерту үшін бір бағыттық шақыру арнасын ұсынады. Ескерту спутниктік телефонға түскен кезде, қоңырауды қабылдау үшін оны жақсы жамылатын жерге алып жүру қажет. Globalstar активтерді бақылау үшін көбінесе қолданылатын бір бағыттық деректерді жіберу қызметін ұсынады. Iridium бір бағыттық пейджер қызметімен қатар қоңырау ескерту мүмкіндігін де ұсынады.
Қауіпсіздік мәселелері
Қазіргі заманғы спутниктік телефон желілері дауыс трафигін тыңшылықтан қорғау үшін шифрлайды. 2012 жылы академиялық қауіпсіздік зерттеушілерінің тобы қолданыстағы екі негізгі меншікті шифрлау алгоритмін кері инженериялады. Бір алгоритм (GMR 1 телефондарында қолданылады) GSM-де (көне ұялы телефондарда қолданылады) қолданылатын A5/2 алгоритмінің түрі болып табылады, және екеуі де тек шифрмәтінге ғана жасалатын шабуылдарға осал. GMR 2 стандарты жаңа шифрлау алгоритмін енгізді, оны да сол зерттеу тобы сәтті криптоталдады. Осылайша, жоғары қауіпсіздік қолданбалары үшін спутниктік телефондарға қосымша шифрлау қажет.
Апаттық жағдайларға қарсы іс-қимыл
Ұялы телефон желілерінің көпшілігі қалыпты жағдайда мүмкіндігінің шегінде жұмыс істейді, ал кең ауқымды төтенше жағдайлар салдарынан қоңыраулардың күрт өсуі жүйелерді ең қажетті сәтте артық жүктемеге ұшыратады. Мұндай жағдайларға 1999 жылғы Измит жер сілкінісі, 11 қыркүйектегі теракттар, 2006 жылғы Кихоло шығанағындағы жер сілкінісі, 2003 жылғы Солтүстік-Шығыс аймағындағы қараңғылық, «Катрина» дауілі, 2007 жылғы Миннесота штатындағы көпірдің құлауы, 2010 жылғы Чили жер сілкінісі және 2010 жылғы Гаити жер сілкінісі сияқты БАҚ-та жарияланған оқиғалар жатады. Сондай-ақ, журналистер мен тілшілер Ирак сияқты соғыс аймақтарындағы оқиғаларды хабарлау және ақпарат алмасу үшін спутниктік телефондарды пайдаланады. Құрлықтағы ұялы телефон антенналары мен желілері табиғи апаттардан зақымдануы мүмкін. Спутниктік телефон бұл мәселенің алдын алуға және табиғи апаттар кезінде көмектесуге мүмкіндік береді. Бірақ спутниктік телефон желілері де тығырыққа ұшырауы мүмкін, себебі спутниктер мен шоғырланған сәулелер салыстырмалы түрде аз дауыс каналдары бар кең аумақты қамтиды.
Кәдімгі ұялы телефонға кірігу
2020 жылдардың басында өндірушілер ұялы байланыс желісінің қамту аймағынан тыс, шалғай орналасқан аймақтарда пайдалану үшін смартфондарға спутниктік байланыс мүмкіндігін енгізе бастады. Телефонға арналған спутниктік байланыс қызметтері L жиіліктерінде жұмыс істейді, бұл мүмкіндік көбінесе заманауи телефондармен үйлесімді. Дегенмен, дәстүрлі телефондардың антенналық мүмкіндіктері шектеулі болғандықтан, бастапқы кезеңдерде спутниктік байланыс спутниктік хабарламалармен және спутниктік төтенше жағдайларға арналған қызметтермен ғана шектелді. 2022 жылы Apple iPhone 14 Globalstar спутниктері арқылы шұғыл мәтіндік хабарламаларды жіберуді қолдады. 2023 жылы Apple iPhone 15 АҚШ-та жол бойындағы қызметтермен спутниктік байланыс мүмкіндігін қосты. 2022 жылы T-Mobile компаниясы 2024 жылдың соңында күтілетін, қолданыстағы LTE спектрі арқылы Starlink қызметтерін пайдалану үшін серіктестікке келді. 2022 жылы AST SpaceMobile 3GPP стандартына негізделген ұялы кеңістік желісін құруға кірісті, бұл өзгеріссіз, қолданыстағы смартфондардың қамту аймағындағы кемшіліктері бар жерлерде спутниктерге қосылуына мүмкіндік береді. 2023 жылы Qualcomm Snapdragon Satellite қызметін жариялады, ол Snapdragon 8 Gen 2 чипсетінен бастап қолдау көрсетілетін ұялы телефондарға 5G жер үстіндегі емес желілер (NTN) арқылы мәтіндік хабарламаларды жіберуге және қабылдауға мүмкіндік береді. 2024 жылы Iridium Project Stardust жобасын ұсынды, бұл 5G жер үстіндегі емес желілері үшін NB IoT арқылы қолдау көрсетілетін, стандартқа негізделген спутниктік-ұялы телефон қызметі. Бұл қызмет Iridium-ның қазіргі төмен орбиталық спутниктері арқылы пайдаланылады. 2026 жылы іске қосылатын бұл қызмет автомобильдер, смартфондар, планшеттер және осыған байланысты тұтынушылық қолданбалар үшін хабар алмасу, төтенше жағдайларда байланыс және IoT мүмкіндіктерін ұсынады.