Met veel kabaal, rook en vuur steeg eind vorig jaar een raket van SpaceX op. De Falcon 9 bracht niet één, maar tientallen kleine satellieten omhoog. Die trend naar kleine zogeheten ‘cubesats’ biedt mogelijkheden voor veel nieuwe start-ups, waaronder eentje uit Nederland. Hiber Global wil met kunstmaantjes een wereldwijd netwerk bouwen.
De satelliet is afkomstig van Hiber Global, een start-up die drie jaar geleden ontstond. Het is een mooie mijlpaal voor het bedrijf: het is het eerste commerciële bedrijf uit Nederland dat zelfstandig een satelliet heeft weten te lanceren. Geen geringe prestatie.
Toch is dat voor Hibers medeoprichter en CTO Maarten Engelen niet het belangrijkste. Hij wuift de satellieten weg als slechts een onderdeel van zijn bedrijf. “Een middel, geen doel”, noemt hij het. Het doel is geen satellietnetwerk zoals bedrijven als SpaceX of TelSat dat willen. Zij werken aan constellaties van honderden of zelfs duizenden kleine satellieten die internet naar de aarde moeten sturen. Zo kunnen ze gebieden bereiken waar normaal geen gsm-verbinding te vinden is. Dat is niet wat de Hiber-1 moet doen.
Hiber wil weliswaar een wereldwijd dekkend netwerk opzetten, maar ook dat netwerk is niet te vergelijken met wat SpaceX wil. Het wordt geen breedbandnetwerk voor (mobiel) internet, maar een eigen netwerk genaamd Hiberband LPGAN. Het is een low-power-netwerk waarbij gebruikers kleine datasetjes kunnen versturen naar een modem. Het is eerder vergelijkbaar met low-range-netwerken (LoRa) dan met breedband, zegt Engelen. Op zulke netwerken wordt de data over een lage bandbreedte verstuurd, waardoor ze veel verder kunnen reiken en minder stroom nodig hebben.
Hij ziet een grote toekomst voor zulke netwerken. “Smartphones hebben radicaal veranderd hoe we met elkaar communiceren. We zien een soortgelijke shift op apparaatniveau: je kunt straks data verzenden, waar je ook bent, onder welke omstandigheden dan ook, of er nou een gsm-netwerk is of niet. In de toekomst komt er ruimte voor apparaten met een minimaal stroomverbruik, die met alleen een accu héél lang meekunnen.”
Hiberbrand-netwerk
Vooral dat minimale stroomverbruik is belangrijk en het is wat Hibers netwerk anders maakt dan de meeste andere netwerken. Het Hiberband-netwerk bestaat uit een modem voor de gebruiker en een satelliet in een baan om de aarde. Gebruikers kunnen het modem inzetten om korte signalen naar de satelliet te sturen. Die signalen komen van een sensor die op het modem wordt aangesloten, waarmee bijvoorbeeld neerslag of weersomstandigheden kunnen worden gemeten.
De data worden opgeslagen in het modem van Hiber, dat vervolgens in ‘winterslaap’ gaat. Daar zit het geheim van Hiber en dat is ook waar de naam (afgeleid van hibernation) vandaan komt. Het modem blijft in winterslaap totdat één van de satellieten van Hiber komt overgevlogen. “Ze weten precies waar de satellieten zich bevinden en kunnen dus precies op het juiste moment wakker worden, en weer in slaap vallen als de satelliet weer buiten bereik is. Daardoor verbruiken ze bijna geen stroom”, zegt Engelen.
De modems kunnen volgens Hiber wel tien jaar met een batterij doen, al voegt het bedrijf er wel aan toe dat dat van veel omstandigheden afhankelijk is. In de satelliet zit ook zo’n modem dat de informatie opslaat tot het moment dat de satelliet over één van de grondstations van Hiber vliegt. Op dat moment worden de data naar beneden gezonden en naar de eigenaar gestuurd.
Daar ligt het grote verschil met grote breedbandnetwerkconstellaties zoals die van SpaceX. De berichten op het Hiber-netwerk kunnen maximaal 1.400 bits zijn, waarvan 248 gereserveerd zijn voor een timestamp en het ID van het modem. Kleine binaire berichtjes dus, in plaats van complexe grote datapakketten. Hiberband is bedoeld om zulke kleine signaaltjes naar het modem te sturen, niet om op te internetten.
Op papier klinken de toepassingen beperkt, maar Hiber heeft over klanten niet te klagen. Boeren uit Tanzania gebruiken de communicatie om neerslag te meten. In Indonesië houden visserijen hun schepen in de gaten via Hiberband. Engelen ziet vooral in die sectoren veel mogelijkheden. “Smart agriculture, de visserij, logistiek … er zijn zó veel toepassingen waar dingen gemeten moet worden. Dat kun je allemaal automatiseren. We zien nog iedere dag nieuwe toepassingen waar we zelf nog niet eens over hadden nagedacht.”
Beter dan zendmasten
Nieuwe toepassingen of niet, Engelen is niet helemaal verrast door het succes. Waar sommige soortgelijke netwerken nog weleens last hebben van het fenomeen ‘oplossing zoekt naar een probleem’, heeft Hiber veel onderzoek gedaan naar mogelijke toepassingen. “We zijn eerst naar mogelijke klanten toegegaan en hebben gevraagd: ‘Waar heb je problemen mee als het gaat om je bereikbaarheid?’ Daar komt dan uit dat ze vaak overal ter wereld beschikbaar willen zijn en dat de hardware weinig energie mag verbruiken.”
Er zijn verschillende manieren om zo’n netwerk aan te bieden. “Je kunt in principe ook overal zendmasten neerzetten”, zegt Engelen. “Maar ja, dat is duur en bijna niet te doen.” Als je het zo bekijkt, zijn satellieten helemaal niet zo’n gek idee. “We bouwen niet zozeer een satellietnetwerk, dat is niet ons einddoel. We bouwen een globale communicatie-infrastructuur en satellieten zijn dan simpelweg de beste manier om dat te doen.”
Hiber speelt in op een recente trend in de ruimtevaart waarbij satellieten steeds kleiner en daarmee goedkoper worden. Een decennia of twee geleden waren kunstmanen nog peperduur en hightech, en daardoor eigenlijk alleen beschikbaar voor grote bedrijven of instituten zoals NASA of ESA. Inmiddels is dat niet meer het geval. Er is meer concurrentie in de lanceermarkt waardoor prijzen dalen en de technologie wordt steeds compacter. Daardoor kunnen bedrijven steeds makkelijker een kleine satelliet bouwen die weliswaar beperkt is in functie, maar ook veel goedkoper is.
Daar maakt Hiber nu ook gebruik van. In december werden de eerste twee satellieten gelanceerd, aan boord van respectievelijk een Indiase GSLV-raket en een Falcon 9-raket van SpaceX. “Die sturen een grote satelliet naar boven en wij kunnen meeliften in de extra ruimte in die raket”, zegt Engelen. Het bedrijf ontwikkelde de satelliet zelf, maar besteedt de bouw ervan uit aan het onfortuinlijk genaamde ISIS Space in Delft.
Uitdagingen
“Het bouwen én lanceren van een satelliet kost ons op dit moment één miljoen euro”, zegt Engelen. “Dat is al relatief weinig, maar in de toekomst verwachten we dat dat nog verder daalt. De kosten van lanceringen gaan bijvoorbeeld snel omlaag.”
Engelen mag het belang van de satellieten dan wel wegwuiven, echt makkelijk is het bouwen ervan niet, geeft hij toe. “Als je met satellieten werkt, loop je natuurlijk wel tegen nieuwe problemen aan waar je misschien eerst niet bij stilstond. Ze moeten bijvoorbeeld tegen zowel heel hoge als heel lage temperatuur kunnen. En de apparatuur binnenin moet daartegen worden beschermd. Maar dat verandert allemaal niet dat een satelliet gewoon een computer met wat zonnepanelen is.”
Hibers satellieten vliegen op zo’n 600 kilometer hoogte, een ‘low Earth orbit’ oftewel lage omloopbaan. Dat heeft volgens Engelen zijn voordelen. “Je kunt je satellieten kleiner maken en ze verliezen minder radiosignaal over korte afstanden. De degradatie van de satelliet zelf is ook een stuk minder, want er is door het elektromagnetisch veld van de aarde veel minder straling.” En, ook niet onbelangrijk, de kosten om iets naar een lage aardbaan te lanceren, zijn een stuk lager dan wanneer je naar een hogere baan gaat.
Veel andere netwerkconstellaties (zoals gps, dat bestaat uit 24 satellieten) is Hibers netwerk al operationeel vanaf één enkele satelliet. Klanten kunnen er dan al mee aan de slag, al moeten ze wel veel geduld hebben. De wachttijd (latency) is namelijk zo’n 16 uur. Dat is hoe lang het duurt voordat de satelliet over dezelfde plaats heen vliegt. Hoe meer satellieten Hiber kan lanceren, hoe lager die wachttijd wordt. “Voor sommige klanten is 16 uur voldoende, anderen vinden dat te traag voor hun toepassingen. Een idealere wachttijd zou volgens Engelen eerder twee uur of zelfs een kwartier zijn, maar het bedrijf wil in de toekomst zelfs naar een dienst toe die informatie in realtime kan verzenden.
De reden dat Hiber toch nu al lanceert, heeft weinig te maken met technologische obstakels. Het is een puur economische beslissing. “Voor dit soort diensten geldt: wie het eerst is, bepaalt de markt”, zegt Engelen. “We kunnen best verder ontwikkelen, nieuwe en betere features toevoegen, maar je weet dan niet of iemand eerder op de markt komt als jij. Wij willen liever gewoon beginnen voor de eerste groep mensen, en daarna van hen leren waar ze verder behoefte aan hebben. En omdat de dienst aanvankelijk zo simpel is, is-ie ook relatief goedkoop voor onze klanten.”
Toekomstbestendig
Dat is ook de reden dat de dienst van het bedrijf nog lang niet af is. “We hoeven niet per se te beginnen met de beste techniek. Je kunt beter techniek bouwen die je makkelijker kunt laten doorgroeien naar verschillende diensten die je misschien in de toekomst nog gaat aanbieden.” Die toekomstbestendigheid is een belangrijker pijler voor het bedrijf. Volgens Engelen zit er een ‘gelaagdheid’ in zowel de satellieten als de modems waardoor ze in de toekomst makkelijker uit te bouwen zijn.
Een belangrijke ontwikkeling daarin is volgens Engelen dat de satellieten niet alleen backward compatible zijn, maar ook forward compatible. “Dat betekent dat alle hardware die nu op de grond actief is, zoals modems en grondstations, ook werken met toekomstige satellieten. Als we in de toekomst een nieuwe, betere satelliet lanceren, dan werkt die ook gewoon met wat je hier op aarde gebuikt.”
Dat is volgens Engelen een flinke stijlbreuk met hoe de traditionele satellietindustrie werkt. “Dat is een industrie waar satellieten een levensduur hebben van zo’n 15 jaar. Ze zijn duur en hangen vaak ook op een grotere hoogte, waardoor je ze niet zomaar kunt upgraden. Daardoor kun je ook niet zomaar de infrastructuur op aarde veranderen, omdat die dan mogelijk niet meer werkt met het bestaande netwerk.”
Die compatibiliteit gaat over zowel hardware als software. Engelen noemt zowel de satellieten als de modems ‘softwaredefinieerbare platformen’. “We kunnen ons hele netwerk herconfigureren als we willen. Als we willen, kunnen we zelfs van frequentie veranderen. Nu zitten we nog op de S-band, maar als we straks in andere banden mogen kunnen we de hardware makkelijk verplaatsen.”
In de toekomst moeten de bestaande features niet alleen verbeteren, maar er moeten ook nieuwe bij komen. Nu mikt Hiber op een uursdienst, waarbij ieder uur een satelliet komt overgevlogen. Klanten kunnen dan verschillende abonnementen afsluiten, bijvoorbeeld om ook daadwerkelijk ieder uur data te versturen, of juist iedere zes of zelfs 24 uur. Engelen wil uiteindelijk ook naar een realtime-dienst toe, waarbij een modem in theorie altijd in contact kan staan met de kunstmanen. “Dat betekent simpel gezegd: meer satellieten”.
Belangrijker is nog dat de satellieten in de toekomst ook opdrachten aan de modems kunnen geven. Nu kan er alleen binaire data van en naar de modems worden gezonden, maar is er niet veel meer communicatie met de modems mogelijk. In de toekomst kunnen de satellieten ook commando’s sturen naar een specifiek modem, zodat gebruikers bijvoorbeeld de instellingen van een modem op afstand kunt veranderen. Dan hoef je er niet fysiek naartoe – handig omdat de modems vaak op afgelegen plekken staan. Technisch is dat overigens al wel mogelijk (op die manier worden bijvoorbeeld firmware-updates verstuurd), maar Hiber biedt het nog niet als dienst aan klanten aan.
In het verlengde daarvan speelt Hiber volgens Engelen met het idee om navigatie-data toe te voegen aan de data. “Als je coördinatiemetingen wilt hebben in je data, dan moet je nu nog een gps-ontvanger gebruiken. Dat kost juist weer veel stroom. Maar als je een netwerk van satellieten boven de aarde hebt, kun je die data ook gebruiken om te bepalen waar je bent.” Het nadeel daarvan zijn wel dat beperkte aantal bits en bytes dat je tot je beschikking hebt.
Levensduur
Hiber verwacht dat de satellieten een kleine drie jaar blijven werken. Aan het einde van hun levensduur worden ze vervangen met een nieuwe generatie. Die wordt krachtiger, sneller en efficiënter.
Drie jaar klinkt kort voor een satelliet. Engelen geeft toe dat de satellieten inderdaad wel wat langer meekunnen, maar dat dat niet efficiënt is voor het bedrijf. “Wij schrijven ze na drie jaar af. Tegen die tijd wil je wel een keer nieuwe hardware. Je chips raken dan verouderd en je wilt een efficiëntere architectuur kunnen maken. Net als met computers moet je meegroeien met de technologie.”
Het is niet alleen de interne technologie die veroudert na die tijd. Ook de satelliet zelf degradeert na een paar jaar in de ruimte. “Het silicium van de zonnepanelen wordt dan bijvoorbeeld minder goed. Tegen die tijd is het brandstofgebruik niet meer zo efficiënt. Je wilt gewoon nieuwe tech hebben, je moet het niet eindeloos willen rekken.”