Bir düşünün: Ormanın derinliklerinde, evinizin çatısına konmuş dev bir pizza tepsisi büyüklüğündeki uydu çanağıyla, Dünya’dan 550 kilometre ötede dönen bir uyduya internet ışınları göndermek… Kulağa bilim kurgu gibi geliyor, değil mi? Ama gerçek. Üstelik bu uydular saatte 27.000 kilometre hızla akıl almaz bir süratle ilerlerken, bizim “Dishy McFlatface” adını verdiğimiz çanak da saniyede yüzlerce megabit veriyi bu uydulara gönderip alıyor. Her dört dakikada bir farklı uyduya geçiş yapması falan cabası. Eğer bu teknolojinin nasıl bir sihre sahip olduğunu merak ediyorsanız, doğru yerdesiniz. Gelin, bu Starlink internet mucizesinin kapılarını aralayalım.
Starlink ve Geleneksel Uydu İnterneti: Fark Nerede?
Önce küçük bir farkı netleştirelim. Eski nesil televizyon çanaklarıyla Starlink’in Dishy McFlatface‘i arasında büyük bir ayrım var. Bildiğimiz TV çanakları, Dünya’dan 35 bin kilometre uzaktaki yayın uydularından gelen sinyalleri sadece alırken, bizim Dishy’miz hem internet verisi gönderiyor hem de alıyor. Evet, yanlış duymadınız, iki yönlü bir iletişim! Starlink uyduları, TV uydularından 60 kat daha yakın olsa da (550 km), bu hala muazzam bir mesafe. Bu mesafede kablosuz olarak bu kadar güçlü bir sinyal göndermek, ışınların inanılmaz derecede odaklanmış ve sürekli olarak uyduya doğru açılı olmasıyla mümkün oluyor.
Geleneksel yayın sinyalleri Kuzey Amerika’dan bile büyük alanları kapsayan devasa bir fan gibi yayılırken, masa boyutundaki Starlink uyduları düşük Dünya yörüngesinde (LEO) seyahat ediyor. Neden mi? Çünkü 20 milisaniye gibi kritik gecikme süreleri sunmak zorundalar. Bu da çevrimiçi oyunlarda takılmadan oynamak ya da internette ışık hızında gezinmek için şart. Elbette bu uyduların kapsama alanı çok daha küçük, bu yüzden tüm Dünya’yı kapsayabilmek için 10.000 veya daha fazla Starlink uydusuna ihtiyaç duyuluyor.
Dishy McFlatface’in Kalbine Yolculuk: Antenlerin Sırrı
Peki, bu Dishy McFlatface‘in içinde neler var? Arka tarafında, router’a bağlanan bir Ethernet kablosu ve iki motor görüyoruz. Bu motorlar Dishy’yi sürekli hareket ettirmiyor; sadece ilk kurulumda, çanağı doğru genel yöne bakacak şekilde ayarlamak için kullanılıyor. İçini açtığımızda ise devasa bir baskılı devre kartı (PCB) karşılıyor bizi. Bir yüzünde 640 küçük ve 20 büyük mikroçip, karmaşık izlerle birbirine bağlanmış durumda. Diğer yüzünde ise yaklaşık 1.400 bakır daire var. Altında lastik bir petek deseni, onun altında bir tane daha… Bu ne mi demek?
Aslında 1280 adet antenden oluşan bir sistemle karşı karşıyayız. Her bir bakır daire yığını, PCB’deki mikroçipler tarafından kontrol edilen tek bir anten. Bu devasa dizi, faz dizili anten (phased array antenna) adı verilen bir teknikte bir araya gelerek, 550 kilometre yukarıdaki bir Starlink uydusuna doğru elektromanyetik dalgalar gönderip alıyor.
Tek bir antenin nasıl çalıştığına yakından bakalım. Bu apertürle birleşmiş yama anteni, 6 katmandan oluşuyor. Basitçe anlatmak gerekirse, alttan gelen 12 Gigahertz’lik bir sinyal, anten yamasını titreştiriyor. Bu titreşimler, elektrik ve manyetik alanlar oluşturarak uzaya doğru genişleyen bir elektromanyetik dalga yaratıyor. Tıpkı tavandaki bir ampulden yayılan ışık gibi, ama çok daha hızlı ve hedefli. Anten, aynı prensiple hem sinyal alabiliyor hem de gönderebiliyor, ancak aynı anda ikisini birden yapamıyor. Ayrıca, diğer tüm frekansları dışarıda bırakmak için çok özel boyutlarda tasarlanmışlar.
Işın Oluşturma: Uzaya Ulaşan Güçlü Sinyaller
Tek bir antenin çapı sadece bir santim kadar. Onunla uzaya sinyal göndermek, Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan yanan tek bir ampulü görmeye çalışmak gibi olurdu. Bize, binlerce kat daha parlak ve tüm elektromanyetik dalgaları tek, güçlü bir ışına odaklayacak bir yöntem lazım. İşte burada, 55 santimetre genişliğindeki, 1280 adet özdeş anteni barındıran devasa Dishy PCB’miz devreye giriyor. Tüm bu antenlerin gücünü birleştirmeye “ışın oluşturma” (beamforming) diyoruz.
Basitçe, yan yana duran iki antenin elektromanyetik dalgaları, uzayda birbirleriyle etkileşime girer. Bazı yerlerde dalgalar birbirini güçlendirirken (yapıcı girişim), bazı yerlerde birbirini yok eder (yıkıcı girişim). Böylece, tek bir antenden çok daha odaklanmış bir bölge oluşur. 1280 anten bir araya geldiğinde ise, o kadar yoğun ve yönlü bir ışın oluşur ki, uzaya kadar ulaşabilir. Aslında 1280 antenin gücü, matematiksel olarak beklediğimizin çok ötesinde, tek bir antenin yaklaşık 3500 katı gücünde bir ışın oluşturuyor. Sanki tek bir anteni 1280 ile çarpıp etrafına aynalar koyup sadece ana ışının çıkması için tek bir delik bırakmışız gibi düşünebilirsiniz.
Göklerdeki Dans: Sinyal Işınını Nasıl Yönlendiriyor?
Peki, bu kadar güçlü bir ışını, saatte 27.000 kilometre hızla geçen bir uyduya nasıl sürekli olarak yönlendiriyoruz? Motorları sürekli hareket ettirmek mümkün değil, hem çabuk bozulurlar hem de yeterince hassas değiller. Çözüm, faz dizili ışın yönlendirme denilen bir teknikle geliyor.
Faz, bir sinyalin “zamanlaması” veya “kaydırılması” anlamına geliyor. Antenlere aynı sinyali vermek yerine, her birine farklı bir faz kayması uyguluyoruz. Böylece her antenden çıkan dalgaların zirveleri ve çukurları farklı zamanlarda yayılıyor. Bu farklı zamanlamalar, dalgaların uzayda yapıcı girişimle birleştiği noktanın açısını değiştiriyor. Yani sinyalin fazını sürekli değiştirerek, Dishy’nin hareket etmesine gerek kalmadan, ışını gökyüzünde istediğimiz yöne doğru “sürebiliyoruz.” Dishy’nin GPS koordinatları ve Starlink uydusunun yörünge konumu bilgisiyle, yazılım her anten için gereken faz kaymasını hesaplıyor. Bu hesaplamalar her birkaç mikrosaniyede bir tekrarlanarak, ışının uyduyu mükemmel bir şekilde hedeflemesi sağlanıyor. Böylece ışın, 100 derecelik bir görüş alanı içinde her yere yönlendirilebiliyor.
Starlink uydularının kendisi de bir tane değil, dört adet faz dizili anten taşıyor. İki tanesi Dishy’lerle, diğer ikisi ise yer istasyonlarıyla iletişim kurarak internet trafiğini aktarıyor. Bu teknoloji sadece Starlink’te değil, uçuş sırasında internet bağlantısı sağlayan ticari uçaklarda da kullanılıyor.
Veri Nasıl Uçuruluyor? Milyonlarca Bitin Şifresi
Şimdi gelelim asıl konuya: Bu elektromanyetik dalgalar içinde, izlediğimiz diziler, oynadığımız oyunlar nasıl taşınıyor? Yüksek frekanslı sinüsoidal dalgalar görüyoruz, ama bunlar ikili kodlara (binary) veya favori dizinize pek benzemiyor. Sırrı modülasyonda gizli.
Dishy ve uydu, sinyalin genliğini (şiddetini) ve fazını (zamanlamasını) değiştiriyor. Her farklı genlik ve faz kombinasyonuna 6 bitlik ikili değerler atanıyor. 6 bit, 64 farklı değer anlamına geliyor. Bu farklı kombinasyonlar bir “takımyıldız diyagramında” görselleştiriliyor. Örneğin, belirli bir genlik (%59) ve faz kayması (121 derece) 011 101 bitlerini temsil edebilir. Bir sonraki değer için sinyal hemen başka bir genlik ve faz kombinasyonuna geçiyor.
Bu 6 bitlik gruplara sembol deniyor ve her biri sadece 10 nanosaniye kadar sürüyor! Bu inanılmaz hız, saniyede 90 milyon 6-bitlik grubun veya sembolün, yani saniyede 540 milyon bitin aktarılmasına olanak tanıyor. Ancak bu veri akışı indirme ve yükleme arasında paylaşılıyor. Çünkü anten aynı anda hem veri gönderemiyor hem de alamıyor. Bu nedenle saniyenin yaklaşık 74 milisaniyesi Dishy’den uyduya, 926 milisaniyesi ise uydudan Dishy’ye veri göndermek için kullanılıyor. Bu, gecikmeyi azaltmak için saniye boyunca dağıtılıyor. Bu genlik ve faz varyasyonlarını kullanarak 6 bitlik değerler gönderme tekniğine 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation) deniyor. Bu sayede milyonlarca sembol ve yüzlerce megabit veri akışı, evlerimize kadar ulaşıyor.
Starlink gibi teknolojilerin perde arkasını görmek gerçekten akıllara durgunluk verici. Evimizin çatısındaki o sade görünümlü Dishy McFlatface, uzayda ışık hızında hareket eden uydularla sürekli bir dans içinde. İnsan zekasının sınırlarını zorlayan bu mühendislik harikası, geleceğin internetini bugünden evlerimize getiriyor. Peki, sizce bir sonraki teknolojik devrim ne olacak?
—
Sıkça Sorulan Sorular
Starlink uyduları neden düşük Dünya yörüngesinde (LEO) bulunuyor?
Starlink uyduları, oyun oynamak veya internette gezinmek gibi aktiviteler için kritik olan 20 milisaniye gibi düşük gecikme süreleri sağlamak amacıyla 550 kilometre gibi nispeten alçak bir yörüngede bulunuyor. Geleneksel TV uyduları ise çok daha yüksek (35 bin km) yörüngelerdedir.
Dishy McFlatface nasıl oluyor da hareket etmeden uyduya doğru sinyal yönlendirebiliyor?
Dishy, fiziksel motorlarla sürekli hareket etmek yerine, içindeki 1280 adet anteni ve faz dizili ışın yönlendirme (phased array beam steering) tekniğini kullanır. Her bir antene farklı bir faz kayması (sinyalin zamanlaması) uygulayarak, ışının uzayda yapıcı girişimle birleştiği noktayı ve dolayısıyla ışının yönünü değiştirebilir. Bu sayede, motor kullanmaya gerek kalmadan, ışını 100 derecelik bir görüş alanı içinde herhangi bir yöne “sürebilir”.
Starlink, veriyi elektromanyetik dalgalarla nasıl şifreliyor ve gönderiyor?
Starlink, 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation) adı verilen bir teknik kullanır. Bu teknikte, gönderilen elektromanyetik dalganın genliği (şiddeti) ve fazı (zamanlaması) değiştirilerek, her farklı genlik ve faz kombinasyonuna 6 bitlik ikili değerler atanır. Bu 6 bitlik gruplara “sembol” denir ve her biri çok kısa sürelerde (yaklaşık 10 nanosaniye) arka arkaya gönderilerek saniyede yüzlerce megabit veri aktarımı sağlanır.
