لماذا لا نأخذ نفس خيوط الضوء التي تزود كابلات الألياف الضوئية في العالم بالطاقة ونسمح لها بالسفر بحرية عبر الهواء؟
عندما تم إطلاق Telstar 1، أول قمر صناعي للاتصالات على الإطلاق، في عام 1962، أعاد إلى الوطن فكرة الاتصال العالمي الحقيقي. ربما يكون هذا القمر الصناعي الوحيد قد سبق ظهور الإنترنت، لكنه وضع المعيار العالمي الجديد لمشاركة المعلومات حول العالم. اليوم، هناك ما يقرب من 10000 قمر صناعي يدور حول الأرض، يُستخدم معظمها لنقل بياناتنا، وتوصيل مكالماتنا، والسماح لنا بالتسكع افتراضيًا مع الأصدقاء والعائلة والزملاء في أي مكان يتواجدون فيه. أو بالكاد في أي مكان.
يقدر الاتحاد الدولي للاتصالات أن 2.6 مليار شخص – أي حوالي ثلث سكان العالم – لا يزالون يفتقرون إلى إمكانية الوصول إلى الإنترنت، وعادة ما يكون ذلك في أماكن نائية ذات مناطق جغرافية صعبة أو بنية تحتية سيئة. من الصعب حفر خنادق الكابلات عبر سلسلة من التلال الصخرية أو مد الألياف عبر الأخاديد والأنهار والمحيطات. ولكن من خلال رفع الشبكة نحو السماء، وعدت تكنولوجيا الأقمار الصناعية بحل هذه المشكلة، وربط القرى الجبلية، والمجتمعات الجزرية، وغيرها من المناطق النائية بإشارات من المدار. وقد نجحت الأقمار الصناعية في العديد من النواحي، فهي عبارة عن كوكبة من الآلات التي تدور حول الكوكب، وهي قادرة على تجاوز الأعمال المكلفة المتمثلة في حفر الخنادق أو بناء الأبراج الأرضية. ومع ذلك، كلما نظرت عن كثب، أصبحت المقايضات أكثر وضوحًا. التغطية وحدها لا تساوي الأداء، وليس من السهل التخلص من حقائق الفيزياء.
يجب أن تنتقل الإشارات المرسلة إلى الفضاء والعودة مئات الكيلومترات، مما يؤدي إلى زمن انتقال لا مفر منه. ويتم أيضًا تقاسم الحزمة العريضة لكل قمر صناعي بين آلاف المستخدمين، مما يخفف عرض النطاق الترددي مع ارتفاع الطلب. إذا انضم شخص آخر إلى شبكتك، فهذا يعني انخفاض النطاق الترددي بالنسبة لك. ولهذا السبب يظل التخزين المؤقت والازدحام أمرًا شائعًا، خاصة وأن المزيد من الأشخاص يعتمدون على هذه الأنظمة في المهام ذات النطاق الترددي الثقيل مثل بث الفيديو والتطبيب عن بعد والخدمات السحابية. حتى موفرو الأقمار الصناعية يعترفون بأن نموذجهم ليس مناسبًا تمامًا للبيئات الحضرية الكثيفة حيث تكون متطلبات حركة المرور أعلى. مع مرور الوقت، كشفت تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي واعتمادنا المتزايد على البث ونقل البيانات في الوقت الحقيقي عن القيود المفروضة على تكنولوجيا الأقمار الصناعية. فهو يوفر تغطية لا مثيل لها، ولكنه مقيد بشكل أساسي عندما يتعلق الأمر بتقديم نوع الاتصالات ذات السعة العالية والكمون المنخفض التي تتطلبها الاقتصادات الحديثة.
فيزياء الضوء
تبث الأقمار الصناعية بثًا واسعًا، وتلقي مخاريطًا واسعة من التغطية من ارتفاع مئات الكيلومترات فوق الأرض. إن هذا الوصول مثير للإعجاب، لكنه يأتي بتكلفة. يجب أن تنتقل الإشارات حتماً إلى المدار والعودة، مما يضيف زمن الوصول، في حين يتم تقسيم الطيف إلى حصص أصغر وأصغر لكل مستخدم في منطقة التغطية. الآن تخيل استبدال هذا الضوء الكاشف في السماء بضوء كشاف على الأرض – شعاع دقيق للغاية بحيث يمكنه رسم خط مستقيم بين برجين وحمل البيانات بينهما بسرعة الضوء. هذا هو جوهر الاتصالات البصرية اللاسلكية. ليست تغطية واسعة النطاق، ولكن اتصالًا متعمدًا ومستهدفًا بأقل قدر من زمن الوصول وجيجابايت من السعة يركز بالضبط على المكان المطلوب.
يمكن لهذه الطرق السريعة غير المرئية من الضوء أن تحمل ما يصل إلى 20 جيجابت في الثانية عبر 20 كيلومترًا، مع زمن استجابة يشبه الألياف يصل إلى بضعة أجزاء من الثانية فقط. عندما ينشر المدار الموارد بشكل ضئيل، يركزها الضوء، مما يؤدي إلى إعادة تقييم أساسية لكيفية نقل البيانات: الدقة على نطاق واسع، والأداء على مدى الوصول، والسعة حيث تشتد الحاجة إليها.
من الألياف الضوئية إلى الليزر الضوئي
إنها فكرة بسيطة عندما تقوم بتفكيكها: لماذا لا تأخذ نفس خيوط الضوء التي تشغل بالفعل كابلات الألياف الضوئية في العالم وتسمح لها بالسفر بحرية عبر الهواء؟ يبدو الأمر واضحًا للغاية، ولكن هذا بالضبط ما يجعله عمليًا للغاية. لعقود من الزمن، كان توسيع النطاق العريض يعني حفر الطرق، وتمزيق الأرصفة، ومد أميال من الكابلات تحت شوارع المدينة عبر الأنهار. وكما هو الحال مع الأقمار الصناعية، فإن الاتصالات الضوئية اللاسلكية تتجاوز كل ذلك – ولكن دون مشكلة الكمون. يمكن لمحطتين مدمجتين، مثبتتين على أسطح المنازل أو الأبراج، إضاءة اتصال بنفس سعة خط ألياف مدفون، ولكن دون أشهر من السماح أو التعطيل أو تكاليف البناء.
وبطبيعة الحال، هذه الفكرة ليست جديدة. المحاولات السابقة لبصريات الفضاء الحر قبل أن تنضج التكنولوجيا بالكامل، لم ترق إلى مستوى هذا الوعد. سوف تنجرف الحزم مع تأرجح البرج، أو تومض في الرياح العاتية، أو تسقط عندما يعبر طائر طريقه. بعض هذه المشكلات لا تزال قائمة، لكن أنظمة اليوم تعمل على مكافحتها. يستخدمون تصحيحات في الوقت الفعلي للحفاظ على ثبات الشعاع، وتعويض الحركة والاهتزاز والتداخل البيئي. تحتوي على تكرار مضمن، بحيث أنه عند انقطاع الاتصال أو فقدان الحزم، تتم إعادة إرسالها بسرعة كبيرة بحيث لا يلاحظ المستخدم أي انقطاع في الخدمة.
في المختبر، قام المهندسون بالفعل بتكديس أشعة الليزر للوصول إلى 160 جيجابت في الثانية، مما يثبت أنه لا يوجد سقف أعلى تقريبًا عندما يتعلق الأمر بتسخير قوة الضوء. ستظل الأقمار الصناعية جزءًا من مزيج الاتصال بالتأكيد، خاصة بالنسبة للتغطية عن بعد، ولكن مستقبل التوصيل عالي السعة موجود هنا على الأرض – شبكات غير مرئية من الأبراج المرتبطة بالضوء والتي يمكنها ربط المنازل والشركات بطرق أسرع وأرخص وفي النهاية أكثر قابلية للتوسع من أي شيء يدور حول كوكبنا.
