卫星间链接
2020年9月3日，SpaceX宣布了首次星际链路（ISL）测试。
在一开始就宣布在Starlink星座中存在此类频道，但后来为了节省时间和金钱，第一代卫星将其废弃。
卫星间通道将有可能解决地球上那些无法在其上安装网关并连接有光纤链路以进行Internet访问的地区的通信问题。目前，Starlink不能在海洋中提供服务，除了与海岸线的距离很短之外，从而使自己脱离了利润丰厚的游轮和商业海运市场以及全球民用航空的大多数长途飞行。 ...
ISL的另一个广受热议的优势是，空间中信号的传播速度等于光速，但是在光缆中，它的传播速度要小得多，并且从理论上讲，将Starlink卫星与ISL一起使用时的延迟要小于使用连接美国的跨大西洋海底电缆时的延迟。欧洲，亚洲和澳大利亚，这将吸引在这些大洲交易所交易的股票经纪人。
在继续讨论之前，我们先介绍一下激光通信技术。
如今，激光已广泛用于通过光缆传输大量数据。它们在空间中的使用甚至具有更大的潜力；缺少物理传输介质将使获得高速信息传输成为可能。激光的另一个优点是，光的波长比空间通信中使用的无线电波的波长短10,000倍（或比传输频率高10,000倍）。这意味着激光可以在较窄的光束中传播，并且需要较小的接收器才能接收足以处理振幅的信号。除了提高空间通信的安全性之外，这还将减少通信设备的重量，尺寸，在将其运送到太空中时，花费了很多钱。
数字：激光通信LLCD（月球激光通信演示）的机载设备的视图，该飞机参加了2013年的NASA LADEE（月球大气和尘埃环境探测器）实验：地球与月球轨道上的航天器之间的通信。
应该注意的是，通信信道的带宽主要由接收光学器件的直径决定，例如，本实验的地面接收站如下所示：
同时，来自月球轨道的传输速率达到622 Mbit / s，但是，尽管从地球传输的站台很大，但相反方向的传输速率却不超过20 Mbit / s。也就是说，接收光学器件的尺寸以及发射器和信号接收器之间的距离起着关键作用。
当前，主要重点是使用激光通信在地球和人造地球卫星之间进行通信。例如，一个用于激光通信的Mynaric AG（德国）的车载开发套件重7-15 kg。该套件可在4500公里的范围内传输10 Gbps。制造商正在考虑100 Gbps，但其当前产品的运行速度为10 Gbps。请注意，地球上以这种速度接收数据的接收终端具有令人印象深刻的尺寸。
该图显示了Mynaric地面激光终端。
根据Mynaric的说法，瞄准，捕获和跟踪航天器是空间激光通信中最困难的问题。这里的基本权衡是在瞄准精度和光束功率之间找到一个折衷：光束的发散（散射）越小，在接收器处的信号越高，但是在这种情况下，对指向精度的要求更高。现代激光束的发散可以达到10毫拉德（或0.00057度）。请注意，在这种情况下，距离为1000 km的光束的直径仅为10米，对于另一套制导系统而言，用另一颗卫星“击中”光束的任务将非常困难。
应当记住，通过卫星和地球之间的连接，我们一方面具有一个牢固固定在空间中的物体，并具有一个星际通信通道，所以组织通信会话的复杂性实际上增加了一倍。
如果卫星上的设备不能提供这样的指向精度，那么它就不得不忍受宽波束散射，这在卫星上具有固定的发射器功率和光接收器的尺寸的情况下，会大大降低这种通信信道的吞吐量。
我们还要注意一点：如果对于一个与地球进行通信的卫星来说，一套激光通信就足够了，那么在通信会话中它将定向到地球，那么在像Starlink这样复杂而又多卫星的系统中，就可以组织服务，也就是说，在任何地方都可以有一个连续的通信信道在一天中的每个时间，每个卫星必须具有4组沿所有四个方向定向的激光通信模块。同时，即使有四个模块，也必须确保模块中光束的偏转范围在90°（与轴成正负45°）的范围内，这使得这种模块的设计极其复杂，并且在激光通信模块中可能需要机械旋转设备。 ...如果不能自动保证45°偏转角，则存在从特定卫星接收/传输的“死区”，这将导致以下事实：通信将不会沿着最短的路径进行组织，并且ISL传输的控制将需要在每个时间对每个卫星连续计算“死区”，并考虑到这一点铺设“路线”时。
一个单独的问题是卫星上模块放置的布局。现在已对Starlink卫星进行了优化，以使其尽可能紧密地安装在Falcon 9火箭的整流罩内，并且是矩形的形状，高度相当低，但是在该“短”侧需要放置光学模块（每侧一个）。问题是，即使考虑到SpaceX自己将设计用于激光通信及其光学模块的事实，是否也有可能将它们适合卫星的当前设计。从对光通信设备的描述来看，光束方向的控制是由透镜系统实现的，并且这种光学部件在以高吞吐量传输时需要相当大的尺寸。
还要注意，激光通信的发射器是船上的新能源消耗者，其效率不超过25％，也就是说，出现了将剩余的75％的消耗能量利用并倾倒到太空的问题，尽管这不是很关键，但仍然是至关重要的。需要工程解决方案的任务。
一个单独的，更为复杂和重要的问题是针对光通信信道的流量管理。让我们回想一下，地球静止轨道上现有的“古典”通信卫星是中继器，即带有镜子的中继器。它们以一个频率从地球接收信号，然后以另一频率从卫星传输到地球，但不改变信号本身的调制和其他参数。
为了理解，我们将通过一个基本示例来说明什么是调制以及如何在无线电信号中传输有用的信息。
在载波和基带信号之间进行区分。如果我们正在谈论模拟信号的传输，则另一个信号会叠加在载波频率上，从而改变载波频率的幅度：
A）载波频率信号
的类型，B）调制信号的类型（有用的信息），C
）具有有用信息的发送信号的类型。
为了传输数字信息，载频和具有有用信息的调制信号如下所示：
这里的主要问题是卫星上缺少信号处理（解调），因此缺少用于此目的的设备。
因此，当在Ku频段中操作时，信号以14-14.5 GHz的频率从网关传输到卫星，机载信号改变了载波频率，并以恒定的调制（有用信息）以10.7-11的频率向下传输到用户终端2 GHz。但是，将激光通信信道包括在Starlink网络的体系结构中将需要在卫星上进行路由，并将信息从用户终端分离到将要向下传输到网关或进一步通过卫星间信道的信息流中。在不显着复杂化卫星本身设计的情况下，最简单的方法是在公共频带内分配特殊的频率范围，当该信号和信息进入卫星时，沿着该频带专门将其发送到卫星间通信信道。即，携带数据的高频无线电信号在通过波长为1000-1500 nm的光通道传输之前叠加在光信号上（光纤上的射频技术）。它比较简单，但是它意味着：
A）最初会限制卫星间信道的吞吐量，
B）在卫星飞过网关数量足够大且不需要的区域期间，不包括用于传输通过卫星间通信信道进一步传输的信息的整个频率资源，以便为普通用户提供服务在卫星间信道中，
B）的概率很高，将需要以双频模式工作的特殊用户终端。
此选项的替代方法是在卫星上进行信息处理。即，将从订户终端接收的无线电信号解调并解码为IP数据包级别，然后发送给路由器，该路由器已经将信息分发到了射频或光通信信道。
这种方法允许灵活使用整个可用频率范围，并且不需要特殊的用户终端，但是需要能够以高达20 Gbit / s的速度处理数据包的机载路由器。同时，这种路由器的处理器不应在工作温度范围狭窄的数据中心的严格空调房间中工作，而应在开放空间中工作，在开放空间中，即使存在强大的COTR（冷却和温度调节系统），温度也将处于较大的温度范围内。同时，强大的SOTR的存在无疑会影响卫星的质量和尺寸参数。
但是请注意，上述所有问题本质上都是技术性的，原则上可以解决。
卫星间光信道的存在将导致为消费者提供不同的服务。当他的信息通过卫星间通信信道发送并且仅在最接近端点的位置“下降”到地球时，他可以通过常规网关以基本费率访问互联网，并具有“标准”信道延迟，或者可以选择“快速”连接选项。网关。当然，这种“快速”的数据传输将更加昂贵，以这种方式传输的流量的成本自然会更高。
当然，一个单独的纯商业任务是计算这种“快速”流量的成本应比平时高多少，而主要问题是是否有足够数量的客户愿意为网络体系结构和空间领域的相关投资支付这种根本性变化。
在这方面，让我提醒您，SpaceX商业销售副总裁乔纳森·霍夫勒（Jonathan Hofeller）表示：“我们需要确保它具有成本效益，然后再创建它（SL）并在Starlink星座中实现。”
在星座中拥有卫星间链接还有另一个方面。到目前为止尚未吸引SpaceX专家注意的Starlink ISL的引入将使Starlink订户可以绕过任何地面通信中心从另一个国家的领土访问Internet或将信息从一个终端传输到另一个终端。
但是，几乎所有国家，甚至更发达的国家，其立法中都有规范，要求所有电信运营商确保特殊服务能够访问其网络中传输的流量。正是关于确保访问的保证，无论特殊服务机构是否会阅读信件，这已经是法院和当地立法的其他规范的问题。但是电信运营商必须提供这一点。在美国，这是由比尔·克林顿时代（甚至在9/11事件发生之前）通过的《执法人员通信协助法》（CALEA）规范的。该法律的规范和对美国电信运营商的要求与俄罗斯SORM法规以及对俄罗斯电信运营商的相应要求相距不远，在大多数其他州也是如此。
确保SORM的要求带来了两类问题。一种纯粹是美国的-SpaceX如何说服FBI遵守CALEA的要求。也许这将是FBI预先批准并可以与ISL一起使用该服务的Starlink订户列表，它可能被禁止将源自美国境外的流量发送给美国的订户，也许ISL仅将通过美国网关发送的流量进行传输。通常，有很多选择，它们是SpaceX和FBI之间讨论的主题，毕竟，埃隆·马斯克（Elon Musk）是美国的好公民，也是这个国家的爱国者。
但是，如果我们要谈论另一个国家，则特殊服务访问订户流量的问题开始变得完全不同。
如果在引入星际通信通道之前，SpaceX可以说服任何国家电信监管机构说，该国用户的所有流量都将来自其领土上的网关，特殊服务/警察将在该网关上提供适当的警察拦截器设备，那么在ISL的存在下，他们将不得不要么采用美国私人公司的话，要么与FBI签署某种合作协议，将部分权力移交给FBI，以拦截来自该国的潜在犯罪分子的交易。无论如何，我们将讨论限制Starlink订户在其领土上的国家主权。
当然，最有可能在美国及其北约或西方世界的盟友之间建立数据交换，但是即使在这些国家中也存在内部冲突，例如在西班牙-加泰罗尼亚的分离主义问题或在土耳其-埃尔多安与他的对手之间的对抗没有犯罪或恐怖主义的地方，但该国当局限制或可能限制互联网上的某些站点，或者对个人公民的来往感兴趣。就是说，事实上，即使美国政府不将政治对手视为罪犯，西班牙或土耳其也应责令美国对其政治对手进行监视。
如果我们回想起沙特阿拉伯（美国的盟友），那么它不太可能准备向其公民开放全面接触的机会。色情内容网站或批评当前君主的网络资源。
简而言之，在SpaceX星座中引入星际通信信道将为其进入其他国家的商业通信市场带来严重的问题。
因此，可以说SpaceX处于十字路口。如果引入了星际通信渠道，那么其服务将引起美国军方以及美国的邮轮和船运公司的极大兴趣，但是在其他国家市场上提供商业通信服务的机会将大大恶化。
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