Компанія Xona планує розгорнути 258 супутників на низькій навколоземній орбіті як альтернативу GPS.
Нові навігаційні супутники на низькій навколоземній орбіті (LEO) зможуть 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 позиціонування в щільних міських забудовах, під густою рослинністю і навіть всередині будівель. Такі сигнали також будуть більш стійкими до перешкод, що особливо актуально в умовах зростання перешкод для GPS, з якими стикаються комерційні авіаперевезення, морське судноплавство та різні додатки для смартфонів.
Ця концепція може почати втілюватися в життя вже у жовтні 2026 року, коли планується запуск перших шести серійних супутників від каліфорнійської компанії Xona Space Systems. Ранній старт обслуговування очікується у 2027 році. Після запуску повного угруповання 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.
«Ця додаткова потужність означає, що ми можемо отримати доступ до внутрішніх приміщень, куди GPS сьогодні не може проникнути, — розповів Адрієн Перкінс, співзасновник і віце-президент з інженерних питань Xona Space Systems. — Наша вища потужність дозволяє працювати в середовищах з перешкодами значно краще, ніж з одним лише 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 перешкод у реальних умовах у багатьох країнах», щоб продемонструвати, як сигнали, що у 100 разів сильніші за GPS, можуть зменшити ефективну зону дії глушника на 95 відсотків, згідно з повідомленням у блозі Xona. Компанія також протестувала вбудований у сигнали Pulsar водяний знак для захисту від спуфінгу, щоб допомогти приймачам автентифікувати супутникові сигнали, та використала оновлення програмного забезпечення для покращення «власної точності позиціонування» початкового супутника з похибкою визначення відстані 4,2 см до 1,5 см.
Як і інші глобальні навігаційні супутникові системи, що надають послуги позиціонування, навігації та синхронізації часу (PNT), супутники Pulsar також зможуть почати надавати періодичні сигнали синхронізації часу клієнтам у регіонах з помірними широтами після запуску шести серійних супутників у жовтні. Xona вже залучила кількох клієнтів, що займаються високоточним синхронізацією часу, для використання сигналів супутників Pulsar у сервісах синхронізації для фінансових ринків, телекомунікацій, центрів обробки даних та транспортних систем.
Xona очікує, що її супутники з часом забезпечать референсну точність синхронізації часу до 10 наносекунд. Але на відміну від супутників GPS, які несуть дорогі атомні годинники для точного вимірювання часу, супутники Pulsar будуть покладатися на набагато дешевше програмне рішення для високоточного синхронізації.
Послуги синхронізації Pulsar стануть більш стабільними та доступними в міських умовах, коли угруповання досягне приблизно 16 супутників на орбіті, що забезпечить регулярне бачення принаймні одного супутника, за даними Xona. Компанія також зазначила, що можливість позиціонування з точністю до сантиметра стане можливою за наявності чотирьох супутників Pulsar, видимих над певним регіоном, чого вона очікує досягти для «пріоритетних регіонів» ще до завершення формування повного угруповання.
«Першими клієнтами для Xona та інших компаній, що планують супутникові навігаційні системи на низькій навколоземній орбіті (LEO), ймовірно, будуть організації, які надзвичайно цінують доступність, стійкість, цілісність, автентифікацію та точність, і вже звикли платити за преміальні PNT-послуги, — зазначив Зак Кассас, директор лабораторії ASPIN (Autonomous Systems Perception, Intelligence, and Navigation) Університету штату Огайо. — Він припустив, що такими клієнтами будуть користувачі оборонного та національної безпеки, а також урядові установи, відповідальні за стійкість».
Вид на завод супутників Xona Space Systems у Берлінгеймі, Каліфорнія. Джерело: Xona Space Systems Використання супутників на LEO для надання послуг позиціонування та синхронізації часу «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 можна вимірювати способами, що дають додаткову інформацію, корисну для геолокації та навігації на Землі.
Прокляття полягає в тому, що для надійного надання майже миттєвих послуг позиціонування та синхронізації часу по всьому світу потрібні сотні супутників LEO. Перспектива розгортання такої кількості супутників більше не лякає завдяки зниженню вартості ракетних запусків, спричиненому SpaceX, що дозволило створити зростаючі мегасузір’я з тисячами супутників, таких як Starlink. Але це було серйозним обмеженням під час розгортання першої у світі системи супутникової навігації американськими військовими під назвою Transit у 1960-х роках.
Допомога «Тихому флоту» Військово-морських сил
До появи GPS існувала система Transit. Ідея системи супутників Transit виникла у фізиків Applied Physics Laboratory Університету Джонса Гопкінса, які розробляли спосіб розрахунку орбіти радянського супутника «Спутник-1», що став першим штучним супутником Землі. Їхня робота базувалася на розрахунку доплерівського зсуву — зміни спостережуваної частоти сигналу — радіосигналів, що надходили від «Спутника» під час його прольоту над головою. Однак подальші обговорення призвели до усвідомлення того, що доплерівський зсув від супутника з відомим положенням можна також використовувати для розрахунку місцезнаходження приймача сигналу на Землі.
Це відкрило шлях до запуску прототипів супутників, починаючи з 1959 року, а оперативний старт системи супутникової навігації Transit відбувся у 1964 році. Завдяки наземним станціям, що відстежували орбіти супутників та розраховували їхні положення, система Transit була розроблена для того, щоб балістичні ракетоносці США могли точно визначати своє місцезнаходження будь-де у світі. Навігатори на підводному човні чи кораблі могли визначати своє власне положення, вимірюючи доплерівський зсув супутника Transit, що пролітає над ними, одночасно отримуючи попередньо розраховані дані про орбіту та місцезнаходження супутника у вигляді передачі.
Однак, оскільки повне угруповання складалося лише з 36 оперативних супутників, Transit міг надавати послуги визначення місцезнаходження лише кожні годину-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 пуску ракет для ураження цілей. Але це здавалося б вічністю для сучасних реалій, звиклих отримувати точну інформацію про місцезнаходження в режимі реального часу.
Transit зрештою поступився місцем GPS та іншим глобальним навігаційним супутниковим системам, які працюють з середніх навколоземних орбіт, де вони можуть використовувати подібну кількість супутників для надання майже миттєвих PNT-послуг по всьому світу. На відміну від використання Transit доплерівських зсувів, система GPS надає інформацію про місцезнаходження, використовуючи комбінацію радіосигналів щонайменше від чотирьох супутників для розрахунку положення приймача на Землі та усунення помилок синхронізації.
Щоб відтворити продуктивність GPS, система супутникової навігації на низькій навколоземній орбіті потребуватиме приблизно в 10 разів більше супутників, ніж аналогічне супутникове угруповання на середній навколоземній орбіті, пояснив Кассас. Але, як показує нещодавній розвиток Xona та інших конкурентів, зниження витрат на виробництво та запуск дозволило створити та запустити таке супутникове угруповання, призначене для надання PNT-послуг з низької навколоземної орбіти.
Тім Грем керує розробкою супутників у Xona Space Systems, охоплюючи апаратне забезпечення, програмне забезпечення та рушійні установки. Джерело: Xona Space Systems Виготовлення та запуск супутникового флоту
Xona уклала контракт з Aerospacelab, бельгійським виробником супутників, на виготовлення деяких перших супутників, які доставлятимуть PNT-корисні навантаження Xona на орбіту. Але компанія зосереджується на розробці власної шини супутників для виробництва більшості з запланованих 258 супутників Pulsar на заводі компанії в Берлінгеймі, Каліфорнія.
«Наш перший найманий співробітник до цієї внутрішньої команди супутників з’явився трохи більше року тому, і те, чого команда досягла на сьогодні, неймовірно вражає, — сказав Перкінс. — Можливість залучити людей з таким досвідом допомагає нам трансформувати перший прототип і продовжувати оптимізувати його».
Одним з останніх помітних наймів Xona став Тім Грем, який десять років працював над інженерними завданнями в SpaceX, а згодом став керівником відділу авіоніки двигунів Raptor, що приводять у рух ракету Starship від SpaceX. Але він побачив можливість застосувати свій досвід та знання у масштабуванні виробництва обладнання в Xona і приєднався до компанії на початку цього року, щоб очолити розробку супутників у галузях апаратного забезпечення, програмного забезпечення та рушійних установок.
«Якщо подивитися на історичний вплив великих технологічних розробок, GPS займає там одне з перших місць як щось, що змінило світ, — сказав Грем. — Надання світу більш сучасної конструкції для сучасної технології GPS — це досить захоплива місія».
Грем також оцінив можливість приєднатися до компанії, яку очолює співзасновник і генеральний директор Xona Браян Меннінг, який раніше працював інженером SpaceX над переробкою компонентів силової структури ракети Falcon 9. «Люди зі SpaceX пройшли через це разом, і це був вдалий вибір», — сказав Грем.
Компанія вже виготовила два власні супутникові шасі, запуск яких заплановано на жовтень 2026 року. Коли Ars спілкувався з командою Xona у червні, шасі супутників проходили вібраційні випробування, щоб перевірити їхню стійкість до симуляційного навантаження ракетних запусків. Швидке та часте тестування обладнання може надати інформацію про несправності, які набагато легше зрозуміти та усунути задовго до виведення супутника на орбіту, зазначив Грем.
«Я перейняв ментальність SpaceX щодо тестування… тест, який нічого не зламав або не показав нового, не надто цінний, — пояснив Грем. — Давайте просто спробуємо, подивимося, що працює, що ламається, а потім зробимо його міцнішим».
Xona також розробляє та виготовляє супутники Pulsar, щоб вони були сумісні практично з будь-яким провайдером ракетних запусків. «Існує цілий ряд нових провайдерів запуску, які тільки починають виходити на ринок і пропонують досить конкурентні ціни, — сказав Грем. — Тому ми дійсно намагаємося, як частину нашого загального дизайну супутників, бути сумісними з цим майбутнім екосистеми запуску, щоб ми могли використовувати як можливості запуску, так і зниження витрат на запуск, коли вони з’являться в цьому секторі».
Мета — забезпечити максимальну гнучкість і мінімізувати час, необхідний для запуску угруповання Pulsar, одночасно заздалегідь плануючи, скільки супутників Pulsar може поміститися в кожен варіант запуску. «Ми хочемо працювати абсолютно з усіма», — сказав Перкінс. Таке планування неминуче вимагає компромісів у дизайні щодо маси та форм-фактору кожного супутника, але «інженери люблять заглиблюватися в ці деталі», — додав він.
Групове фото команди Xona Space Systems. Джерело: Xona Space Systems Сумісність та доступність обладнання
Xona не єдина компанія, яка працює над створенням PNT-послуг на основі супутників на низькій навколоземній орбіті. Наприклад, стартап TrustPoint зі штату Вірджинія планує надавати ранні PNT-послуги з низької навколоземної орбіти, починаючи з 2027 року, і згодом розгорнути угруповання з 300 супутників. TrustPoint зосередився на використанні супутникових сигналів C-діапазону в діапазоні від 4 до 8 ГГц замість сигналів L-діапазону в діапазоні від 1 до 2 ГГц, щоб забезпечити більшу передачу даних і ускладнити спроби глушіння або спуфінгу, повідомляє SpaceNews.
Однак Xona пішла іншим шляхом, зробивши сигнали супутників Pulsar сумісними з наземними приймачами, розробленими для сигналів L1 або L5. Це рішення допомагає зробити сигнали супутників Pulsar більш сумісними 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 вимагатимуть лише оновлення прошивки та програмного забезпечення.
«Наші інженери переглядають продукт виробника та його передбачуване застосування, разом розробляють індивідуальний план тестування та підтверджують, що реалізація отримує сигнал, — розповів Перкінс. — Краса в тому, що насправді не потрібно переробляти апаратне забезпечення».
З цією метою Xona оголосила 9 липня 2026 року про свою програму Pulsar Verified, яка надає індивідуальний план тестування для кожного виробника обладнання, щоб забезпечити сумісність із сигналами Pulsar. До компаній, які вже приєдналися до програми, входять провідні компанії в галузі PNT, такі як Trimble та Septentrio, а також STMicroelectronics, Safran, StarNav та Keysight.
«Те, що виділяє Xona серед інших конкурентів, — це їхнє прагнення до впровадження приймальної екосистеми», — зазначив Кассас з Університету штату Огайо.
Зростання кількості супутникових угруповань на низькій навколоземній орбіті навіть створило нові можливості для незалежних навігаційних рішень. Кассас та його колеги використовували готові антени та розробили програмні алгоритми для використання сигналів від супутників, експлуатованих Xona та багатьма іншими постачальниками супутників, які навіть не надають виділених PNT-послуг, включаючи Starlink. Їхнє рішення для навігації використовує метод прослуховування, який вимірює доплерівські зсуви сигналів — відгомін піонерської демонстрації можливостей супутникової навігації системою Transit.
Подробиці можна знайти на сайті: arstechnica.com