Компанія Xona планує розгорнути 258 супутників на низькій навколоземній орбіті як альтернативу GPS.
Нові навігаційні супутники на низькій навколоземній орбіті зможуть забезпечити в 100 разів потужніший сигнал порівняно з GPS та іншими глобальними навігаційними супутниковими системами, що працюють з вищих орбітальних висот. Це дозволить точніше визначати місцезнаходження в щільній міській забудові, під густою рослинністю і навіть у приміщеннях. Такі сигнали також будуть стійкішими до перешкод, в той час як комерційні авіарейси, морські перевезення та навіть різні додатки для смартфонів стикаються зі все більш поширеними збоями через глушіння GPS.
Ця концепція може почати втілюватися, коли перші шість серійних супутників від каліфорнійської компанії Xona Space Systems будуть запущені у жовтні 2026 року, а раннє обслуговування розпочнеться у 2027 році. Після запуску повного угруповання з 258 супутників Pulsar протягом наступних років, Xona стверджує, що клієнти зможуть з точністю до кількох сантиметрів визначати своє місцезнаходження будь-де на Землі.
«Ця додаткова потужність означає, що ми можемо проникнути всередину приміщень, куди GPS сьогодні не досягає», — розповів Адрієн Перкінс, співзасновник і віце-президент з інжинірингу Xona Space Systems. «Наша вища потужність дозволяє вам проникнути в ці середовища із завадами набагато далі, ніж ви могли б з одним лише GPS».
Xona вже запустила свій перший супутник під назвою Pulsar-0 на борту ракети SpaceX Falcon 9 1 липня 2025 року. Згідно з повідомленням у блозі Xona, супутник Pulsar-0 брав участь у численних «тестуваннях глушіння в реальному часі в різних країнах», щоб продемонструвати, як сигнали, що в 100 разів потужніші за GPS, можуть зменшити ефективну зону дії глушника на 95 відсотків. Компанія також протестувала вбудований у сигнали Pulsar водяний знак для захисту від спуфінгу, щоб допомогти приймачам автентифікувати супутникові сигнали, і використовувала оновлення програмного забезпечення для покращення початкової «власної точності позиціонування» супутника з похибки вимірювання 4,2 сантиметра до 1,5 сантиметра.
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 регіонах з середніми широтами після запуску шести серійних супутників у жовтні. Xona вже залучила кількох клієнтів, що потребують точної синхронізації, для використання супутникових сигналів Pulsar у послугах синхронізації для фінансових ринків, телекомунікацій, дата-центрів та транспортних систем.
Xona очікує, що її супутники з часом забезпечать часову прив’язку з точністю до 10 наносекунд. Але на відміну від супутників GPS, які несуть дорогі атомні годинники для точного хронометражу, супутники Pulsar покладатимуться на набагато дешевше програмне рішення для точної синхронізації.
Послуги синхронізації Pulsar стануть більш постійними та доступними в міських умовах, коли угруповання зросте приблизно до 16 супутників на орбіті, що дозволить принаймні одному супутнику регулярно бути в полі зору, за даними Xona. Компанія також описала можливість позиціонування на рівні сантиметрів як досяжну за наявності чотирьох супутників Pulsar в зоні видимості над певним регіоном, чого вона очікує досягти для «пріоритетних регіонів» до завершення розгортання 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 послуги PNT», — розповів Ars Зак Кассас, директор лабораторії автономних систем сприйняття, розвідки та навігації (ASPIN) Університету штату Огайо. Він припустив, що такими клієнтами будуть «користувачі оборонної та національної безпеки, а також державні установи, відповідальні за стійкість».
Використання супутників на LEO для надання послуг позиціонування та хронометражу — 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 можна вимірювати 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 кількості супутників більше не лякає завдяки появі більш дешевих ракетних запусків від SpaceX, що сприяло зростанню мегасузір’їв із тисячами супутників, таких як Starlink. Але це становило серйозне обмеження під час розгортання першої у світі системи супутникової навігації Transit американськими військовими у 1960-х роках.
Допомога підводному флоту ВМС
До появи GPS був Transit. Ідея супутникової системи Transit виникла у фізиків з Прикладної лабораторії фізики Університету Джонса Гопкінса, які намагалися розрахувати орбіту першого штучного супутника Землі — радянського «Спутник-1». Їхня робота базувалася на розрахунку доплерівського зсуву — зміни частоти спостережуваного сигналу — радіосигналів, що надходили від «Спутника» під час його прольоту над головою. Але подальші обговорення призвели до усвідомлення того, що доплерівський зсув від супутника з відомим положенням також може бути використаний для розрахунку місця розташування приймача сигналу на Землі.
Це проклало шлях для запуску прототипів супутників, що розпочався у 1959 році, та операційного запуску навігаційної супутникової системи Transit у 1964 році. З наземними станціями, що відстежували орбіти супутників і розраховували їхні позиції, система Transit була розроблена для того, щоб дозволити американським підводним човнам з балістичними ракетами «Поларіс» точно визначати своє місцезнаходження будь-де у світі. Навігатори на підводному човні або кораблі могли визначати своє місцезнаходження, вимірюючи доплерівський зсув Transit-супутника, що пролітав над головою, одночасно отримуючи попередньо розраховані орбітальні дані та дані про місцезнаходження супутника як передачу.
Однак, оскільки повне угруповання складалося лише з 36 оперативних супутників, Transit міг забезпечувати послуги визначення місцезнаходження лише раз на годину або дві, коли супутник з’являвся над горизонтом. Цього було достатньо для основної мети системи — допомогти американським підводним човнам розрахувати своє місцезнаходження як основу для виконання необхідних розрахунків запуску ракет для ураження цілей. Але для сучасних уявлень, що звикли отримувати точну інформацію про місцезнаходження в реальному часі, це здавалося б вічністю.
Transit зрештою поступився місцем GPS та іншим глобальним навігаційним супутниковим системам, що працюють з середніх навколоземних орбіт, де вони можуть використовувати подібну кількість супутників для забезпечення майже миттєвих послуг PNT по всьому світу. На відміну від системи Transit, яка використовувала доплерівські зсуви, 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, навігаційна супутникова система на низькій навколоземній орбіті потребувала б приблизно в 10 разів більше супутників, ніж аналогічне супутникове угруповання на середній навколоземній орбіті, пояснив Кассас. Але, як показує нещодавній зліт Xona та інших конкурентів, зниження виробничих витрат та витрат на запуск зробило можливим створення та запуск такого супутникового угруповання, призначеного для надання послуг PNT з низької навколоземної орбіти.
Створення та запуск парку супутників
Xona уклала контракт з Aerospacelab, бельгійським виробником супутників, на виготовлення деяких перших супутників, які доставлятимуть корисне навантаження PNT від Xona на орбіту. Але компанія зосереджена на розробці власної платформи супутника для виробництва більшості запланованих 258 супутників Pulsar на фабриці компанії в Берлінгеймі, Каліфорнія.
«Наш перший співробітник у цій внутрішній команді супутників був найнятий трохи більше року тому, і те, що команда досягла на сьогодні, неймовірно вражає», — сказав Перкінс. «Можливість залучити людей з таким досвідом допомагає нам розвиватися від першої версії до того, як ми продовжимо її оптимізацію».
Одним із останніх помітних наймів Xona є Тім Грем, який протягом десяти років працював над інженерними завданнями в SpaceX, врешті-решт ставши менеджером з інженерії авіоніки двигунів Raptor, що приводять у рух ракету SpaceX Starship. Але він побачив можливість застосувати свій досвід та знання в масштабуванні виробництва обладнання в Xona і приєднався до компанії на початку цього року, щоб очолити розробку супутників у сферах апаратного забезпечення, програмного забезпечення та двигунів.
«Якщо подивитися на історичний вплив великих технологічних розробок, GPS знаходиться на вершині як щось, що змінило світ», — сказав Грем Ars. «Надання більш сучасного дизайну для сучасної технології GPS світу — 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 випробування разом, і 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 випробування обладнання може дати уявлення про збої, які набагато легше зрозуміти та усунути задовго до запуску супутника на орбіту, зазначив Грем.
«Я перейняв від SpaceX ментальність тестування… тест, який нічого не ламає або не показує вам щось нове, не є надто цінним», — пояснив Грем. «Давайте просто спробуємо, подивимося, що працює, що ламається, а потім зробимо це міцнішим».
Xona також розробляє та створює супутники Pulsar, щоб вони були сумісними практично з будь-яким постачальником ракетних запусків. «Є цілий ряд нових постачальників запусків, які тільки починають виходити на ринок і пропонують досить конкурентоспроможні ціни», — сказав Грем. «Тому ми справді намагаємося, як частина нашого загального дизайну супутника, бути сумісними з цим майбутнім екосистеми запусків, щоб ми могли використовувати як можливості запуску, так і нижчі витрати на запуск, коли вони з’являються в цьому секторі».
Мета — забезпечити максимальну гнучкість і мінімізувати час, необхідний для запуску угруповання Pulsar, одночасно 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 цим займатися», — додав він.
Сумісність апаратного забезпечення та доступність
Xona не самотня у прагненні створити послуги PNT на основі супутників на низькій навколоземній орбіті. Наприклад, стартап TrustPoint зі штату Вірджинія планує надавати ранні послуги PNT з низької навколоземної орбіти, починаючи з 2027 року, і зрештою побудувати угруповання з 300 супутників. TrustPoint зосереджується 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 глушіння або спуфінг, за даними SpaceNews.
Однак Xona пішла іншим шляхом, зробивши сигнали супутників Pulsar сумісними з наземними приймачами, призначеними для сигналів L1 або L5. Це рішення допомагає забезпечити кращу сумісність сигналів Pulsar з наземними приймачами та чіпсетами, які зараз розроблені для сигналів L-діапазону від GPS та інших глобальних навігаційних супутникових систем. Компанія стверджує, що для деяких існуючих апаратних засобів і приймачів знадобиться лише оновлення прошивки та програмного забезпечення.
«Наші інженери оглядають продукт виробника та його передбачуване застосування, спільно розробляють індивідуальний план тестування та перевіряють, чи отримує реалізація сигнал», — розповів Перкінс Ars. «Краса полягає в тому, що це насправді не вимагає переробки обладнання».
Для цього Xona 9 липня 2026 року оголосила про свою програму Pulsar Verified, яка надає індивідуальний план тестування для кожного виробника обладнання, щоб забезпечити сумісність із сигналами Pulsar. Компанії, які вже підписалися на програму, включають провідні компанії PNT, такі як Trimble та Septentrio, а також STMicroelectronics, Safran, StarNav та Keysight.
«Те, що виділяє Xona серед інших претендентів, — це їхнє прагнення до прийняття екосистеми приймачів», — 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 стандартні антени та створили програмні алгоритми для використання сигналів від супутників, керованих Xona та багатьма іншими постачальниками супутників, які навіть не надають виділених послуг PNT, включаючи Starlink. Їхнє навігаційне рішення, що використовує техніку прослуховування, вимірює доплерівські зсуви сигналів — відгомін піонерської демонстрації можливостей супутникової навігації системою Transit.
За матеріалами: arstechnica.com