قمر صناعي عالي الإنتاجية

القمر الصناعي عالي الإنتاجية ( HTS ) هو قمر اتصالات يوفر إنتاجية أعلى من قمر الخدمة الثابتة التقليدي (FSS). يوفر القمر الصناعي عالي الإنتاجية ضعف الإنتاجية على الأقل، وغالبًا ما يصل إلى 20 ضعفًا أو أكثر، ^{[ 1 ]} لنفس مقدار الطيف المداري المخصص ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة البت الواحد. ^{[ 2 ]} يوفر كل من ViaSat-1 و EchoStar XVII (المعروف أيضًا باسم Jupiter-1 ^{[ 3 ]} ) سعة تزيد عن 100 جيجابت/ثانية، أي أكثر من 100 ضعف السعة التي يوفرها قمر الخدمة الثابتة التقليدي. ^{[ 4 ]} عند إطلاقه في أكتوبر 2011، كانت سعة ViaSat-1 (140  جيجابت/ثانية) أكبر من سعة جميع أقمار الاتصالات التجارية الأخرى في أمريكا الشمالية مجتمعة. ^{[ 5 ]}

تُحقق الزيادة الكبيرة في السعة بفضل تقنية إعادة استخدام الترددات عالية المستوى وتقنية الحزمة الموضعية ، التي تُمكّن من إعادة استخدام الترددات عبر حزم موضعية متعددة ضيقة التركيز ^{[ 1 ]} (عادةً ما تكون في حدود مئات الكيلومترات) ^{[ 1 ]} ، كما هو الحال في شبكات الهاتف المحمول، وهما سمتان تقنيتان أساسيتان للأقمار الصناعية عالية الإنتاجية. في المقابل، تستخدم تقنية الأقمار الصناعية التقليدية حزمة واحدة عريضة (عادةً ما تكون في حدود آلاف الكيلومترات) ^{[ 1 ]} لتغطية مناطق واسعة أو حتى قارات بأكملها. ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى سعة النطاق الترددي الكبيرة، تتميز الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية بأنها تستهدف في الغالب، وإن لم يكن حصراً، سوق المستهلكين. ^{[ 6 ]} في السنوات العشر الماضية، عملت غالبية الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية في نطاق K _a (26.5-40 جيجاهرتز )، ومع ذلك فإن هذا ليس معيارًا حاسمًا، وفي بداية عام 2017 كان هناك ما لا يقل عن 10 مشاريع أقمار صناعية عالية الإنتاجية في نطاق K _u (12-16 جيجاهرتز)، منها 3 تم إطلاقها و7 قيد الإنشاء.  

في البداية، استخدمت أنظمة البث عالي الإنتاجية (HTS) أقمارًا صناعية في نفس المدار المتزامن مع الأرض (على ارتفاع 35,786  كم) مثل أقمار البث التلفزيوني (حيث تتشارك أقمار مثل KA-SAT و Yahsat 1A و Astra 2E وظائف البث التلفزيوني وHTS). إلا أن زمن الاستجابة ذهابًا وإيابًا لنقل بروتوكول الإنترنت عبر قمر صناعي متزامن مع الأرض قد يتجاوز 550  مللي ثانية، وهو ما يُعيق العديد من تطبيقات الاتصال الرقمي، مثل التداول الآلي للأسهم، والألعاب الإلكترونية، ومحادثات الفيديو عبر سكايب . ^{[ 7 ] [ 8 ]} ويتجه التركيز في أنظمة HTS بشكل متزايد نحو المدار الأرضي المتوسط ​​(MEO) والمدار الأرضي المنخفض (LEO)، حيث يصل ارتفاعهما إلى 600  كم ^{[ 9 ]} وزمن الاستجابة إلى 40 مللي ثانية فقط. ^{[ 10 ]} كما أن انخفاض فقد الإشارة في مداري MEO وLEO يقلل من متطلبات الطاقة وتكاليف المحطات الأرضية والأقمار الصناعية، وبالتالي يتم تحقيق زيادة هائلة في الإنتاجية والتغطية العالمية باستخدام مجموعات من العديد من الأقمار الصناعية الصغيرة والرخيصة ذات الإنتاجية العالية. ^{[ 11 ] [ 8 ]} كانت كوكبة O3b التابعة لشركة SES أول نظام أقمار صناعية عالي الإنتاجية في المدار المتوسط، تم إطلاقه في عام 2013، وبحلول عام 2018 تم اقتراح إطلاق أكثر من 18000 قمر صناعي جديد في المدار المنخفض بحلول عام 2025. ^{[ 12 ]}

على الرغم من ارتفاع تكاليف تقنية الحزمة الموضعية، إلا أن التكلفة الإجمالية لكل دائرة أقل بكثير مقارنةً بتقنية الحزمة المُشكّلة. ^{[ 1 ]} في حين أن عرض نطاق التردد K _u band FSS قد يتجاوز 100 مليون دولار لكل جيجابت في الثانية في الفضاء، فإن أنظمة النقل عالية الإنتاجية مثل ViaSat-1 قادرة على توفير جيجابت من الإنتاجية في الفضاء بأقل من 3 ملايين دولار. ^{[ 6 ]} مع أن انخفاض تكلفة البت يُعدّ ميزةً جوهريةً للأقمار الصناعية عالية الإنتاجية، إلا أن أقل تكلفة للبت ليست دائمًا الدافع الرئيسي وراء تصميم نظام النقل عالي الإنتاجية، وذلك بحسب القطاع الذي سيخدمه. ^{[ 13 ]}

تُستخدم أنظمة الأقمار الصناعية عالية الإنتاجية (HTS) بشكل أساسي لتوفير خدمة الإنترنت عريض النطاق (نقطة إلى نقطة) للمناطق التي لا تغطيها التقنيات الأرضية أو تغطيها بشكل محدود، حيث يمكنها تقديم خدمات مماثلة للخدمات الأرضية من حيث السعر وعرض النطاق الترددي. في حين أن العديد من منصات HTS الحالية مصممة لخدمة سوق النطاق العريض للمستهلكين، فإن بعضها يقدم خدماته أيضًا للقطاعات الحكومية والتجارية، بالإضافة إلى مشغلي شبكات الهاتف المحمول الأرضية الذين يواجهون طلبًا متزايدًا على خدمات النقل الخلفي عريض النطاق إلى مواقع الخلايا الريفية . بالنسبة لخدمات النقل الخلفي الخلوي، فإن انخفاض تكلفة البت في العديد من منصات HTS يخلق نموذجًا اقتصاديًا أكثر ملاءمة لمشغلي الاتصالات اللاسلكية لاستخدام الأقمار الصناعية في نقل الصوت والبيانات الخلوية. بعض منصات HTS مصممة بشكل أساسي لقطاعات المؤسسات والاتصالات والنقل البحري. علاوة على ذلك، يمكن لأنظمة HTS دعم تطبيقات نقطة إلى نقاط متعددة، وحتى خدمات البث مثل توزيع البث المباشر إلى المنازل (DTH) لمناطق جغرافية صغيرة نسبيًا تغطيها حزمة شعاعية واحدة.

يتمثل أحد الفروق الأساسية بين أقمار HTS في أن بعضها يرتبط بالبنية التحتية الأرضية عبر وصلة تغذية باستخدام حزمة إشعاعية إقليمية تحدد مواقع محطات البث الفضائي ، بينما تسمح أقمار HTS الأخرى باستخدام أي حزمة إشعاعية لتحديد مواقع هذه المحطات . في الحالة الأخيرة، يمكن إنشاء محطات البث الفضائي في منطقة أوسع، حيث تغطي حزمها الإشعاعية قارات ومناطق بأكملها، كما هو الحال في الأقمار الصناعية التقليدية. ^{[ 14 ]}

يعتقد محللو الصناعة في شركة Northern Sky Research أن الأقمار الصناعية ذات الإنتاجية العالية ستوفر ما لا يقل عن 1.34  تيرابايت/ثانية من السعة بحلول عام 2020 ^{[ 14 ]} ، وبالتالي ستكون قوة دافعة لسوق النقل الخلفي للأقمار الصناعية العالمي، والذي من المتوقع أن يتضاعف ثلاث مرات في القيمة - حيث يقفز من الإيرادات السنوية لعام 2012 التي بلغت حوالي 800 مليون دولار أمريكي إلى 2.3 مليار دولار بحلول عام 2021.

• خدمة الأقمار الصناعية الثابتة