Xona планує розгорнути 258 супутників на низькій навколоземній орбіті як альтернативу GPS.
Нові навігаційні супутники на низькій навколоземній орбіті зможуть забезпечити в 100 разів сильніший сигнал порівняно з GPS та іншими глобальними навігаційними супутниковими системами, що працюють з вищих орбітальних висот. Це дозволить точніше визначати місцезнаходження в щільних міських забудовах, під густою рослинністю і навіть всередині будівель. Такі сигнали, ймовірно, будуть більш стійкими до перешкод, у той час як комерційні авіарейси, морські перевезення та навіть різні додатки для смартфонів стикаються зі зростаючим поширенням перешкод для GPS-сигналів.
Бачення цього може почати втілюватися, коли перші шість виробничих супутників каліфорнійської компанії Xona Space Systems будуть запущені в жовтні 2026 року, а раннє обслуговування розпочнеться у 2027 році. Після запуску повного 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.
«Ця додаткова потужність означає, що ми можемо проникати в приміщення, куди GPS не може проникнути сьогодні», — розповів Адрієн Перкінс, співзасновник і віце-президент з інжинірингу Xona Space Systems, виданню Ars. «Наша вища потужність дозволяє вам проникнути в середовища з перешкодами набагато далі, ніж це можливо з одним лише GPS».
Xona вже запустила свій перший супутник під назвою Pulsar-0 на борту ракети SpaceX Falcon 9 у рамках місії спільного запуску 1 липня 2025 року. Згідно з дописом у блозі Xona, супутник Pulsar-0 брав участь у численних «тестуваннях перешкод у реальному небі в різних країнах», щоб продемонструвати, як сигнали, у 100 разів сильніші за GPS, можуть зменшити ефективну зону впливу глушника на 95 відсотків. Компанія також протестувала анти-спуфінговий водяний знак, вбудований у сигнали Pulsar, щоб допомогти приймачам автентифікувати супутникові сигнали, та використала оновлення програмного забезпечення для покращення «власної точності позиціонування» початкового супутника з похибки вимірювання 4,2 см до точності 1,5 см.
Як і інші глобальні навігаційні супутникові системи, що надають послуги позиціонування, навігації та синхронізації (PNT), супутники Pulsar також зможуть надавати періодичні сигнали синхронізації клієнтам у середніх широтах після запуску шести виробничих супутників у жовтні. Xona вже залучила кількох клієнтів, що займаються високоточним синхронізацією, для використання сигналів супутників Pulsar у службах синхронізації та зв’язку для фінансових ринків, телекомунікацій, центрів обробки даних і транспортних систем.
Xona очікує, що її супутники з часом забезпечать еталон синхронізації з точністю до 10 наносекунд. Але на відміну від супутників GPS, які несуть дорогі атомні годинники для точного хронометражу, супутники Pulsar покладатимуться на значно дешевше програмне рішення для високоточного синхронізації.
Служби синхронізації Pulsar стануть більш стабільними та доступними в міських умовах, коли сузір’я досягне приблизно 16 супутників на орбіті, забезпечуючи регулярний зв’язок принаймні з одним супутником, згідно з Xona. Компанія також описала можливість позиціонування на рівні сантиметрів як таку, що стане можливою за наявності чотирьох супутників Pulsar, які видно над певною територією, чого вона очікує досягти для «пріоритетних регіонів» до завершення формування повного сузір’я.
Першими клієнтами для Xona та інших компаній, що планують супутникові навігаційні системи на низькій навколоземній орбіті (LEO), ймовірно, будуть «організації, які надзвичайно високо цінують доступність, стійкість, цілісність, автентифікацію та точність, і вже звикли платити за преміальні послуги PNT», — розповів Закарі Кассас, директор Лабораторії автономних систем сприйняття, розвідки та навігації (ASPIN) Університету штату Огайо, виданню Ars. Він припустив, що такими клієнтами будуть «користувачі оборонної сфери 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 — «це і благословення, і прокляття», — пояснив Кассас у своїй колонці для Inside GNSS. Благословення полягає в тому, що супутники LEO можуть забезпечувати сильніші сигнали для наземних приймачів, працюючи ближче до Землі, а їхній відносно швидкий рух по небу може вимірюватися способами, що надають додаткову інформацію, корисну для геолокації та навігації на Землі.
Прокляття полягає в тому, що сотні супутників LEO необхідні для надійного надання майже миттєвих послуг позиціонування та синхронізації по всьому світу. Перспектива розгортання такої кількості супутників більше не є складною, враховуючи появу дешевших запусків ракет завдяки 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 американськими військовими під назвою Transit у 1960-х роках.
Допомога підводному флоту ВМС
До появи GPS існував Transit. Ідея супутникової системи Transit виникла у фізиків Applied Physics Laboratory Університету Джонса Гопкінса, які з’ясовували, як обчислити орбіту радянського “Супутника-1”, що став першим штучним супутником Землі. Їхня робота ґрунтувалася на обчисленні доплерівського зсуву — зміни спостережуваної частоти сигналу — радіосигналів, що надходили від “Супутника”, коли він пролітав над головою. Але подальші дискусії призвели до усвідомлення того, що доплерівський зсув від супутника з відомим положенням також можна використовувати для обчислення місцезнаходження приймача сигналу на Землі.
Це відкрило шлях до запуску прототипів супутників, що почався у 1959 році, та до операційного запуску навігаційної супутникової системи Transit у 1964 році. З наземними станціями, що відстежували орбіти супутників і обчислювали їхні положення, система Transit була розроблена, щоб дозволити американським підводним човнам з балістичними ракетами Polaris точно визначати своє місцезнаходження будь-де у світі. Навігатори на борту підводного човна або корабля могли визначити своє місцезнаходження, вимірюючи доплерівський зсув Transit-супутника, що пролітав над ними, одночасно отримуючи попередньо обчислені дані орбіти та положення супутника як передачу.
Однак, оскільки повне сузір’я складалося лише з 36 оперативних супутників, Transit міг надавати послуги визначення місцезнаходження лише кожні годину-дві в кращому випадку, коли супутник з’являвся над горизонтом. Це було достатньо для основної мети системи — допомогти американським підводним човнам обчислити своє місцезнаходження як основу для здійснення необхідних розрахунків запуску ракет для ураження цілей. Але це здавалося б вічністю для сучасних відчуттів, звиклих отримувати точну інформацію про місцезнаходження в реальному часі.
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 послуг PNT по всьому світу. На відміну від використання Transit доплерівських зсувів, система GPS надає інформацію про місцезнаходження, використовуючи комбінацію радіосигналів від щонайменше чотирьох супутників для обчислення положення приймача на Землі та вирішення 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 показує нещодавній 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.
Тім Грем керує розробкою супутників у Xona Space Systems, охоплюючи апаратне забезпечення, програмне забезпечення та рушійні системи. Джерело: Xona Space Systems Створення та запуск супутникового флоту
Xona уклала контракт з Aerospacelab, бельгійським виробником супутників, для створення деяких перших супутників, які доставлятимуть корисне навантаження PNT від Xona на орбіту. Але компанія зосереджена на розробці власної шини супутників для виробництва більшості з запланованих 258 супутників Pulsar на фабриці компанії в Берлінгеймі, Каліфорнія.
«Наш перший найнятий спеціаліст у цій внутрішній команді супутників з’явився трохи більше року тому, і те, чого досягла команда на сьогодні, неймовірно вражає», — сказав Перкінс. «Можливість залучити людей з таким досвідом допомагає нам перейти від першої версії до того, як ми продовжимо її оптимізацію».
Одним з останніх помітних наймів Xona є Тім Грем, який протягом десятиліття працював над інженерними завданнями в SpaceX, ставши в кінцевому підсумку менеджером з інжинірингу авіоніки для двигунів Raptor, що приводять у рух ракету SpaceX Starship. Але він побачив можливість застосувати свій досвід та знання у масштабуванні виробництва обладнання в Xona і приєднався до компанії на початку цього року, щоб керувати розробкою супутників у сфері апаратного забезпечення, програмного забезпечення та рушійних систем.
«Якщо подивитися на історичний вплив великих технологічних розробок, GPS є одним із найважливіших, що змінив світ», — сказав Грем виданню Ars. «Надати світу сучаснішу конструкцію для сучасної технології GPS — це досить захоплююча місія».
Грему також сподобалося працювати в компанії під керівництвом співзасновника та генерального директора Xona Браяна Меннінга, який раніше працював інженером SpaceX над перепроектуванням компонентів силової структури ракети Falcon 9. «Люди зі SpaceX пройшли через це разом, тому це був вдалий збіг», — сказав Грем.
Компанія вже виготовила два власні супутникові автобуси, які мають бути запущені у жовтні 2026 року. Коли Ars спілкувалася з командою Xona у червні, супутникові автобуси проходили вібраційні випробування, щоб перевірити, наскільки добре вони можуть витримувати імітовані навантаження ракетних запусків. Тестування обладнання на ранніх стадіях та часто надає розуміння збоїв, які набагато легше зрозуміти та усунути задовго до запуску супутника на орбіту, сказав Грем.
«Я виховувався з менталітетом SpaceX щодо тестування… тест, який нічого не ламає або не показує вам чогось нового, не є надзвичайно цінним», — пояснив Грем. «Давайте просто спробуємо, побачимо, що працює, що ламається, а потім зробимо це міцнішим».
Xona також проектує та виготовляє супутники Pulsar, щоб вони були сумісні практично з будь-яким постачальником ракетних запусків. «Існує цілий ряд нових постачальників запуску, які тільки починають працювати і пропонують досить конкурентоспроможні ціни», — сказав Грем. «Тому ми дійсно намагаємося, як частину нашої загальної конструкції супутника, бути сумісними з майбутнім екосистеми запусків, щоб ми могли використовувати як можливості запуску, так і зниження вартості запусків, коли вони з’являтимуться в цьому секторі».
Мета — забезпечити максимальну гнучкість і мінімізувати час, необхідний для запуску сузір’я Pulsar, заздалегідь плануючи, скільки супутників Pulsar може вміститися в кожному варіанті запуску. «Ми хочемо працювати абсолютно з усіма», — сказав Перкінс Ars. Таке планування неминуче вимагає компромісів у дизайні щодо маси та форми кожного супутника, але «інженери люблять заглиблюватися в це», — сказав він.
Колективне фото команди Xona Space Systems. Джерело: Xona Space Systems Сумісність та доступність обладнання
Xona не самотня у прагненні до створення послуг PNT на основі супутників низької навколоземної орбіти. Наприклад, стартап TrustPoint з Вірджинії планує надавати ранні послуги PNT з низької навколоземної орбіти, починаючи з 2027 року, і врешті-решт створити сузір’я з 300 супутників. TrustPoint зосередився на використанні сигналів супутників C-діапазону в діапазоні від 4 до 8 гігагерц замість сигналів L-діапазону в діапазоні від 1 до 2 гігагерц, щоб забезпечити більшу передачу даних та ускладнити зусилля зі створення перешкод або підробки, згідно з 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 зараз 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 призначене застосування, розробляють спільний адаптований план тестування та перевіряють, чи приймає реалізація сигнал», — розповів Перкінс Ars. «Краса в тому, що це насправді не вимагає перепроектування обладнання».
З цією метою Xona оголосила про свою програму Pulsar Verified 9 липня 2026 року, яка надає індивідуальний план тестування для кожного виробника обладнання для забезпечення сумісності з сигналами Pulsar. Компанії, які вже зареєструвалися в програмі, включають провідні компанії PNT, такі як Trimble та Septentrio, а також STMicroelectronics, Safran, StarNav та Keysight.
«Що відрізняє Xona від інших претендентів, так це те, що вони прагнуть до впровадження екосистеми приймачів», — сказав Кассас з Університету штату Огайо.
Зростання кількості супутникових сузір’їв 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, керованих Xona та багатьма іншими постачальниками супутників, які навіть не керують виділеними послугами PNT, включаючи Starlink. Їхнє рішення для навігації, що використовує техніку прослуховування, вимірює доплерівські зсуви сигналів — відгомін піонерської демонстрації можливостей супутникової навігації системою Transit.
Інформація підготовлена на основі матеріалів: arstechnica.com