Čínský laserový satelit překonává Starlink: gigabit z oběžné dráhy ve výšce 36 tis. km

Laser slabší než noční lampička, a přesto rychlejší než Starlink

Čínští vědci z Pekingské univerzity a Čínské akademie věd právě ukázali světu, jak může vypadat satelitní internet příští generace. Jejich experiment prokázal gigabitový přenos dat z geostacionární dráhy s vysílačem o výkonu pouhých 2 wattů. To je výkon srovnatelný spíše s úspornou žárovkou než s klasickými dálkovými vysílači.

Test probíhal v astronomické observatoři Lijiang v provincii Yunnan. Výsledky naznačují, že optická satelitní spojení by mohla v budoucnu předehnat tradiční rádiové systémy – včetně sítě Starlink. Klíčem přitom nebyl jen samotný laser na orbitě, ale chytré „složení" deformovaného paprsku zpět dohromady přímo na Zemi.

Geostacionární dráha: výhoda i výzva zároveň

Satelit využitý při experimentu obíhá ve výšce přibližně 36 000 km nad rovníkem. I přes tuto obrovskou vzdálenost – více než šedesátkrát větší než u satelitů Starlink – se podařilo dosáhnout rychlosti přenosu dat přes 1 Gbps směrem k Zemi. Podle srovnání, která badatelé uvádějí, jde zhruba o pětinásobek typické rychlosti, jakou dnes Starlink nabízí.

1 Gbps z oběžné dráhy ve výšce 36 000 km a vysílače o výkonu 2 W – to je tempo, při kterém by se HD film přenesl ze Šanghaje do Los Angeles za méně než pět sekund.

Geostacionární satelit má jednu zásadní výhodu: z pohledu pozemské stanice se jeví jako nehybný bod na obloze. Teleskop nebo anténa ho nemusí neustále sledovat, jak je tomu u rychle se pohybujících satelitů na nízkých oběžných drahách. Jenže čím větší vzdálenost, tím slabší signál a tím náročnější průchod atmosférou.

Observatoř Lijiang: dalekohled místo domácí antény

Přijímací stanice v Lijiang rozhodně nepřipomíná spotřebitelskou satelitní anténu. Šlo o pokročilý optický systém postavený na třech klíčových prvcích:

• dalekohled o průměru 1,8 metru,
• soustava 357 korekčních mikrozrcadel,
• modul rozdělující paprsek do několika optických kanálů.

Světelný paprsek přicházející z vesmíru nebyl zachycen přímo. Nejprve prošel fází velmi rychlé korekce a teprve poté zamířil k dalšímu zpracování. Celý experiment nestál na výkonu laseru samotného – jeho ústředním tématem byl boj s největším nepřítelem podobných spojů: zemskou atmosférou.

Atmosféra jako hlavní protivník přenosu

Kosmické vakuum je pro laserový paprsek ideálním prostředím. Skutečné problémy začínají teprve u příjemce – v husté a neklidné vrstvě vzduchu těsně nad povrchem. Turbulence, teplotní výkyvy a změny hustoty vzduchu způsobují, že světlo se rozptyluje, ohýbá a ztrácí svůj původní tvar.

Výzkumníci měli k dispozici dvě osvědčené metody:

• Adaptivní optika – soustava zrcadel, která se v reálném čase deformuje tak, aby „narovnala" světelnou vlnu zkreslenou atmosférou.
• Modálně diverzitní příjem (MDR) – zachytávání více rozptýlených složek signálu a jejich digitální slučování za účelem obnovení přenášené informace.

Při slabé nebo mírné turbulenci každá z těchto technik funguje uspokojivě. Ve výrazném vzdušném víření, typickém pro horské observatoře, však jedno řešení samo o sobě nestačí.

Spojení dvou technik: synergie AO-MDR

Čínský tým se rozhodl obě metody propojit do jediného přijímacího řetězce, označovaného zkráceně jako „synergie AO-MDR". Na straně příjmu probíhalo zpracování ve dvou po sobě jdoucích etapách.

První etapa: vyhlazení světelné vlny

Signál nejprve dopadal na soustavu adaptivní optiky. Všech 357 mikrozrcadel reagovalo v reálném čase na změny tvaru příchozí vlny a průběžně opravovalo chyby vnášené atmosférou. Tato technologie má kořeny v observační astronomii, kde se podobné postupy používají k „zaostření" obrazu hvězd rozmazaného vrstvami vzduchu.

Druhá etapa: rozdělení a výběr nejsilnějších kanálů

Po předběžné korekci procházel signál takzvaným vícerovinným konvertorem. Ten rozložil paprsek do osmi základních kanálů lišících se módem šíření světla. Přijímač poté vybral tři nejsilnější z těchto osmi kanálů a sloučil je do jednoho datového toku k dekódování.

Systém tím pádem předpokládal, že část informace se po cestě rozptýlí – a využil pouze ty cesty, které přežily v nejlepší kondici.

Použití metody AO-MDR zvýšilo podíl využitelného signálu z přibližně 72 % na více než 91 %, což představuje výrazný skok nejen v rychlosti, ale i ve spolehlivosti spoje.

Ne domácí terminál, ale páteř sítě

Stanice v Lijiang rozhodně není prototypem zařízení, které by si někdo postavil na balkon. Jde o masivní teleskopickou instalaci vyžadující přesnou mechaniku, složitou řídicí elektroniku a pokročilý software pracující v reálném čase.

Takový profil předurčuje tyto spoje k roli páteřních uzlů. Reálně se nabízí několik scénářů využití:

• přenos obrovských objemů dat z observačních satelitů do datových center na pevnině,
• spojení vzdálených bodů na různých kontinentech, kde pokládka optických kabelů vychází draho nebo je technicky riskantní,
• budování datových „mostů" mezi geostacionárními komunikačními satelity a pozemními uzly sítí 5G a jejich nástupců.

Běžný domácí uživatel by z takového systému mohl těžit nepřímo – data by putovala do stávající infrastruktury internetových operátorů a odtud až k routeru v bytě.

Co tento experiment říká o budoucnosti satelitního internetu

Většina debat o vesmírném připojení se točí kolem počtu satelitů a rádiových frekvencí. Čínský test posouvá těžiště jinam: ukazuje, že obrovský potenciál se skrývá i v „posledním úseku" na straně příjemce.

Laserový paprsek, který se v teorii jeví jako křehký a náchylný na rušení, se při správném přístupu mění ve velmi výkonný nástroj. Klíč spočívá v tom, nepředstírat, že atmosféra neexistuje, ale naopak učinit z jejích rozmarů součást samotného návrhu. Systém AO-MDR v Lijiang přesně tohle dělá – přijímá, že signál bude rozbit, a pak se naučí vybírat jeho nejlepší fragmenty.

Pro inženýry plánující globální komunikační infrastrukturu z toho plynou jasné závěry. Optická satelitní spojení se mohou stát vážným doplňkem – a někdy i alternativou – ke klasickým rádiovým vysílačům. Zejména tam, kde záleží na vysoké propustnosti při energetických omezeních a kde nechceme dále zahušťovat přeplněná rádiová pásma.

Z pohledu koncového uživatele bude důležitý ještě jeden aspekt: podobné systémy by po svém praktickém nasazení mohly snížit rozdíly v přístupu k rychlému internetu mezi urbanizovanými oblastmi a těžko dostupnými regiony – od odlehlých ostrovů po polární výzkumné stanice. Konečný úspěch bude záviset nejen na technologii laserů, ale také na tom, jak rychle se podaří složitou stanici z Lijiang „zmenšit" do kompaktnějších a cenově dostupnějších řešení.