Компанія Xona планує розгорнути 258 супутників на низькій навколоземній орбіті як альтернативу GPS.
Нові навігаційні супутники на низькій навколоземній орбіті могли б забезпечувати в 100 разів сильніший сигнал порівняно з GPS та іншими глобальними навігаційними супутниковими системами, що працюють з вищих орбітальних висот. Це дозволить досягти більшої точності визначення місцезнаходження в щільних міських умовах, під густою рослинністю і навіть усередині будівель. Такі сигнали також, ймовірно, будуть стійкішими до перешкод у час, коли комерційні авіарейси, морські перевезення та навіть різні додатки для смартфонів стикаються зі все більш поширеними збоями через глушіння GPS.
Це бачення може почати втілюватися, коли перші шість виробничих супутників каліфорнійської компанії Xona Space Systems будуть запущені в жовтні 2026 року, а ранній сервіс розпочнеться у 2027 році. Після розгортання повної сузір’я з 258 супутників Pulsar протягом наступних років, Xona стверджує, що клієнти зможуть точно визначати своє місцезнаходження будь-де на Землі з точністю до кількох сантиметрів.
«Додаткова потужність означає, що ми можемо потрапити в ті внутрішні середовища, куди GPS сьогодні не може дістатися», — розповів Ars Адрієн Перкінс, співзасновник і віце-президент з інженерії Xona Space Systems. «Наша вища потужність дозволяє вам значно далі проникати в середовища з перешкодами, ніж це можливо лише з GPS».
Xona вже запустила свій перший супутник під назвою Pulsar-0 на борту ракети SpaceX Falcon 9 у рамках спільного запуску 1 липня 2025 року. Супутник Pulsar-0 брав участь у численних «тестуваннях глушіння в реальних умовах у різних країнах», щоб продемонструвати, як сигнали, що в 100 разів сильніші за GPS, можуть допомогти зменшити ефективну зону дії глушника на 95 відсотків, згідно з дописом у блозі Xona. Компанія також протестувала водяний знак проти спуфінгу, вбудований у сигнали Pulsar, щоб допомогти приймачам автентифікувати супутникові сигнали, і використала оновлення програмного забезпечення для покращення «власної точності позиціонування» початкового супутника з похибки вимірювання 4,2 см до точності 1,5 см.
Подібно до інших глобальних навігаційних супутникових систем, які надають послуги позиціонування, навігації та синхронізації (PNT), супутники Pulsar також зможуть надавати періодичні сигнали часу клієнтам у регіонах з середніми широтами після запуску шести виробничих супутників у жовтні. Xona вже залучила кількох клієнтів, що потребують точного часу, для використання супутникових сигналів Pulsar у службах синхронізації для фінансових ринків, телекомунікацій, центрів обробки даних і транспортних систем.
Xona очікує, що її супутники зрештою забезпечуватимуть еталонний час з точністю до 10 наносекунд. Але, на відміну від супутників GPS, які несуть дорогі атомні годинники для точного хронометражу, супутники Pulsar покладатисямуться на набагато дешевше програмне рішення для точної синхронізації.
Послуги синхронізації Pulsar стануть більш постійними та доступними в міських умовах, коли сузір’я зросте приблизно до 16 супутників на орбіті, що дозволить щонайменше одному супутнику бути в полі зору на регулярній основі, за даними Xona. Компанія також описала можливість позиціонування з точністю до сантиметра як таку, що стане можливою за наявності чотирьох супутників Pulsar у полі зору над регіоном, чого вона очікує досягти для «пріоритетних регіонів» до завершення розгортання повного сузір’я.
«Першими клієнтами для Xona та інших компаній, що планують супутникові навігаційні системи на низькій навколоземній орбіті (LEO), ймовірно, будуть організації, які надають винятково високу цінність доступності, стійкості, цілісності, автентифікації та точності, і вже звикли платити за преміальні послуги PNT», — сказав Ars Зак Кассас, директор Лабораторії автономних систем сприйняття, інтелекту та навігації (ASPIN) Університету штату Огайо. Він припустив, що такими клієнтами будуть «користувачі оборонної та національної безпеки, а також урядові агентства, відповідальні за стійкість».
Використання супутників на LEO для надання послуг позиціонування та синхронізації — це «і благословення, і прокляття», пояснив Кассас у своїй колонці для Inside GNSS. Благословення полягає в тому, що супутники LEO можуть надавати сильніші сигнали наземним приймачам, працюючи ближче до Землі, а їхній відносно швидкий рух по небу може бути виміряний способами, що надають додаткову інформацію, корисну для геолокації та навігації на Землі.
Прокляття полягає в тому, що для надійного надання майже миттєвих послуг позиціонування та синхронізації по всьому світу потрібні сотні супутників LEO. Перспектива розгортання такої великої кількості супутників більше не лякає завдяки появі більш дешевих ракетних запусків від SpaceX, що сприяло зростанню мегасузір’їв з тисячами супутників, таких як Starlink. Але це було серйозним обмеженням під час розгортання першої у світі системи супутникової навігації Transit армією США у 1960-х роках.
Допомога «тихому флоту» ВМС
До GPS існував Transit. Ідея супутникової системи Transit виникла у фізиків Прикладної фізичної лабораторії Університету Джонса Гопкінса, які намагалися розрахувати орбіту першого штучного супутника Землі — радянського «Спутника-1». Їхня робота базувалася на розрахунку доплерівського зсуву — зміни спостережуваної частоти сигналу — радіосигналів, що надходили від «Спутника», коли він пролітав над головою. Але подальші обговорення призвели до усвідомлення того, що доплерівський зсув від супутника з відомим положенням також може бути використаний для розрахунку місцезнаходження приймача сигналу на Землі.
Це проклало шлях до прототипних запусків супутників, що почалися у 1959 році, та до операційного запуску системи супутникової навігації Transit у 1964 році. З наземними станціями, що відстежували орбіти супутників і розраховували їхні положення, система Transit була розроблена для того, щоб підводні човни з балістичними ракетами ВМС США могли визначати своє місцезнаходження будь-де у світі. Навігатори на підводному човні або кораблі могли визначати своє місцезнаходження, вимірюючи доплерівський зсув супутника Transit, що пролітав над головою, одночасно отримуючи попередньо розраховані дані орбіти та положення супутника як передачу.
Однак, оскільки повне сузір’я складалося лише з 36 оперативних супутників, Transit міг надавати послуги визначення місцезнаходження щонайбільше раз на годину чи дві, коли супутник з’являвся над горизонтом. Цього було достатньо для основної мети системи — допомогти підводним човнам США розрахувати своє місцезнаходження як основу для здійснення необхідних розрахунків запуску ракет для ураження цілей. Але це здавалося б вічністю для сучасних реалій, звиклих отримувати точну інформацію про місцезнаходження в реальному часі.
Transit зрештою поступився місцем GPS та іншим глобальним навігаційним супутниковим системам, що працюють на середніх навколоземних орбітах, де вони можуть використовувати подібну кількість супутників для надання майже миттєвих послуг PNT по всьому світу. На відміну від використання доплерівських зсувів системою Transit, система GPS надає інформацію про місцезнаходження, використовуючи комбінацію радіосигналів від щонайменше чотирьох супутників для розрахунку положення приймача на Землі та усунення помилок синхронізації.
Щоб відтворити продуктивність GPS, супутникова навігаційна система на низькій навколоземній орбіті потребуватиме приблизно в 10 разів більше супутників, ніж подібне супутникове сузір’я на середній навколоземній орбіті, пояснив Кассас. Але, як свідчить недавній підйом Xona та інших конкурентів, нижчі витрати на виробництво та запуск зробили можливим створення та запуск такого супутникового сузір’я, призначеного для надання послуг PNT з низької навколоземної орбіти.
Побудова та запуск флоту супутників
Xona уклала контракт з Aerospacelab, бельгійським виробником супутників, на будівництво деяких перших супутників, які будуть нести корисне навантаження PNT від Xona на орбіту. Але компанія зосереджена на розробці власної внутрішньої платформи супутників для виробництва більшості запланованих 258 супутників Pulsar на заводі компанії в Берлінгеймі, Каліфорнія.
«Нашого першого співробітника в цю внутрішню команду супутників найняли трохи більше року тому, і те, чого досягла команда на сьогодні, неймовірно вражає», — сказав Перкінс. «Можливість залучати людей з таким досвідом допомагає нам перейти від того, як виглядає перша версія, до того, як ми продовжуємо її вдосконалювати».
Одним з останніх помітних наймів Xona є Тім Грем, який протягом десятиліття працював над інженерними завданнями в SpaceX, зокрема, був керівником інженерного відділу авіоніки двигунів Raptor, що приводять у рух ракету Starship від SpaceX. Але він побачив можливість застосувати свій досвід і знання у масштабуванні виробництва обладнання в Xona і приєднався до компанії на початку цього року, щоб очолити розробку супутників у сферах обладнання, програмного забезпечення та двигунів.
«Якщо поглянути на історичний вплив великих технологічних досягнень, GPS є одним із тих, що змінив світ», — сказав Грем Ars. «Представити світу сучаснішу конструкцію для сучасної технологічної системи GPS — це досить захоплива місія».
Грему також сподобалося працювати в компанії, яку очолює співзасновник і генеральний директор Xona Брайан Меннінг, який раніше працював інженером SpaceX над переробкою компонентів силової структури ракети Falcon 9. «Люди з SpaceX пройшли через багато труднощів разом, тому це був вдалий вибір», — сказав Грем.
Компанія вже виготовила дві власні платформи супутників, які мають бути запущені в жовтні 2026 року. Коли Ars спілкувалася з командою Xona у червні, платформи супутників проходили вібраційні випробування, щоб перевірити, наскільки добре вони можуть витримати імітовані навантаження ракетних запусків. Раннє та часте тестування апаратного забезпечення може дати уявлення про збої, які набагато легше зрозуміти та усунути задовго до запуску супутника на орбіту, сказав Грем.
«Я перейняв менталітет SpaceX щодо тестів… тест, який нічого не ламає і нічого нового не показує, не є надто цінним», — пояснив Грем. «Давайте просто спробуємо, побачимо, що працює, що ламається, а потім зробимо це міцнішим».
Xona також проєктує та виготовляє супутники Pulsar таким чином, щоб вони були сумісні практично з будь-яким постачальником ракетних запусків. «Існує цілий ряд нових постачальників послуг запуску, які тільки починають з’являтися і пропонують досить конкурентоспроможні ціни», — сказав Грем. «Тому ми справді намагаємося, як частину нашого загального дизайну супутника, бути сумісними з майбутнім екосистеми запусків, щоб ми могли використовувати як можливості запуску, так і нижчі витрати на запуск, коли вони з’являтимуться в цьому секторі».
Мета полягає в тому, щоб забезпечити максимальну гнучкість і мінімізувати час, необхідний для запуску сузір’я Pulsar, заздалегідь плануючи, скільки супутників Pulsar може поміститися в кожному варіанті запуску. «Ми хочемо працювати абсолютно з усіма», — сказав Перкінс Ars. Таке планування неминуче вимагає компромісів у дизайні щодо маси та форм-фактора кожного супутника, але «інженери люблять занурюватися в ці деталі», — додав він.
Сумісність обладнання та доступність
Xona не єдина компанія, яка працює над створенням послуг PNT на основі супутників на низькій навколоземній орбіті. Наприклад, стартап TrustPoint з Вірджинії прагне надавати ранні послуги PNT з низької навколоземної орбіти, починаючи з 2027 року, і зрештою створити сузір’я з 300 супутників. TrustPoint зосередився на використанні сигналів супутників у діапазоні C (4-8 ГГц) замість діапазону L (1-2 ГГц), щоб забезпечити більшу передачу даних і ускладнити зусилля з глушіння або спуфінгу, згідно з SpaceNews.
Однак Xona пішла іншим шляхом, зробивши сигнали супутників Pulsar сумісними з наземними приймачами, розробленими для сигналів діапазону L1 або L5. Це рішення допомагає полегшити роботу сигналів супутників Pulsar з наземними приймачами та чіпсетами, які наразі розроблені для сигналів L-діапазону від GPS та інших глобальних навігаційних супутникових систем. Компанія стверджує, що деяке існуюче обладнання та приймачі потребуватимуть лише оновлення прошивки та програмного забезпечення.
«Наші інженери переглядають продукт виробника та його передбачуване застосування, розробляють спільний індивідуальний план тестування та перевіряють, чи приймає реалізація сигнал», — розповів Перкінс Ars. «Краса в тому, що це насправді не вимагає переробки обладнання».
З цією метою Xona оголосила 9 липня 2026 року про свою програму Pulsar Verified, яка надає індивідуальний план тестування для кожного виробника обладнання для забезпечення сумісності з сигналами Pulsar. Компанії, які вже приєдналися до програми, включають провідні компанії PNT, такі як Trimble та Septentrio, а також STMicroelectronics, Safran, StarNav та Keysight.
«Те, що виділяє Xona серед інших претендентів, це те, що вони прагнуть створити прийняття приймачів у екосистемі», — сказав Кассас з Університету штату Огайо.
Зростання кількості супутникових сузір’їв на низькій навколоземній орбіті створило навіть нові можливості для незалежних навігаційних рішень. Кассас та його колеги використовували комерційно доступні антени та розробили програмні алгоритми для використання сигналів від супутників, керованих Xona та багатьма іншими постачальниками супутників, які навіть не надають спеціалізованих послуг PNT, включаючи Starlink. Їхнє рішення для навігації використовує техніку прослуховування, яка вимірює доплерівські зсуви сигналів — повернення до піонерської демонстрації можливостей супутникової навігації системою Transit.
Інформація підготовлена на основі матеріалів: arstechnica.com