В марте 2021 года компания SpaceX провела новую серию запусков своих спутников и довела их количество на околоземной орбите до 1 300, тем самым выполнив около 8% от плана на 2027 год.
Возможно, начинается новая эра высокоскоростного и общедоступного интернета: именно таков замысел Илона Маска.
Его идея заключается в том, чтобы развернуть на низкой околоземной орбите сеть из небольших спутников, окутав ей всю планету, за исключением полюсов. То есть интернет может стать доступен в любом уголке Земли — и в пустыне Сахара, и на Чукотке. Проект, действительно, нацелен именно на обеспечение связью жителей труднодоступных мест — там, где нет мобильного или проводного интернета: удаленные от больших городов поселения, территории со сложным ландшафтом или острова в океане.
Всего SpaceX планирует запустить 11 тыс. спутников, что обойдется компании в $10 млрд. На сегодняшний день мировая индустрия доступа в интернет приносит около $1 трлн годового дохода. Поэтому даже получение доли в 3% от этого рынка позволит компании зарабатывать примерно $5 млрд в год и быстро окупить проект.
До конца 2021 года планируется охватить сетью спутников 25 стран. Чтобы обеспечить абонентов комплектами приемного оборудования, SpaceX собирается построить завод по их производству в Остине, штат Техас. Кроме того, компания подала заявку на обеспечение спутниковым интернетом движущихся объектов: наземного, морского и воздушного транспорта.
В чем уникальность
Давайте, для начала, разберемся в том, почему проект Илона Маска считается уникальным и инновационным, почему именно о нем так много говорят, ведь, по большому счету, в спутниковом интернете как таковом нет ничего нового, он давно и успешно используется, в т. ч. и в России.
Действующая спутниковая связь сейчас работает через аппараты, размещенные на геостационарной орбите — она находится на высоте 36 000 км над экватором. Расположенные на ней спутники вращаются на той же скорости, что и Земля, поэтому неподвижны относительно планеты и, соответственно, антенн, направленных на них с поверхности Земли.
Поначалу эти спутниковые антенны были огромны — минимум 10 метров в диаметре, сейчас их средний размер составляет 70 см. Вы можете видеть их в большом количестве на многоквартирных и частных домах — в основном, это тарелки для спутникового ТВ, но для спутникового интернета через геостационарную орбиту они выглядят аналогично.
А вот идея «низколетающих» негеостационарных спутников в первый раз пришла в головы инженерам в связи с разработкой общедоступных спутниковых телефонов. Однако произошла революция на рынке сотовой связи, и проект быстро потерял актуальность, компании, вложившие в эти исследования свои средства, обанкротились.
О низкоорбитальных спутниках вспомнили вновь уже в связи с широкополосным интернетом. Но на этот момент спутниковый интернет уже давно и успешно функционировал через геостационарные спутники. В чем же их недостатки и почему технология не имеет массового спроса?
Главная проблема связи через высокоорбитальные геостационарные аппараты — это спутниковая задержка. Сигнал от абонентского устройства (той самой тарелки на крыше дома) до спутника идет не меньше 300 миллисекунд и еще столько же обратно. Это осложняет работу телефонии, VPN туннелей, а также различных онлайн приложений. Огромное расстояние от спутника до Земли ослабляет сам сигнал и снижает скорость интернета. Эти проблемы, в первую очередь, и решает переход на низкоорбитальные спутники.
Есть и другие претензии к геостационарной орбите.
Во-первых, она уже просто «забита» спутниками, и вывести новый в коммерчески интересных регионах сейчас уже фактически невозможно.
Во-вторых, сигнал со спутников на геостационарной орбите не виден на полюсах Земли, то есть связь выше полярного круга ими поддерживается плохо. Возможна ситуация, когда ресурса спутников на геостационарной орбите не хватит для всех потенциальных абонентов в определенных регионах, а емкости увеличить будет невозможно.
Новые группировки низкоорбитальных спутников позволяют решить все эти проблемы, в т. ч. связанную со скоростью — задержка сигнала через них равна всего 15–25 миллисекундам, а это значит, что с одного континента до другого сигнал идет быстрее, чем по кабельным наземным сетям. Получается, проект Старлинк и аналогичные ему в будущем, возможно, смогут предоставить доступ к интернету из любой точки земного шара, и по качеству он не будет уступать проводному.
Как это работает
Сеть любого провайдера спутникового интернета строится на трех составляющих.
VSAT (very small aperture terminal) — это комплект устройств, которые устанавливает абонент для приема-передачи сигнала. Включает антенну и дополнительное оборудование для подключения к интернету.
HUB Station (GateWay, гейтвей) — наземная станция провайдера, подсоединенная к сети интернет по кабелю. Именно она обеспечивает связь абонента с интернетом, спутник же является в этой сети промежуточным звеном, позволяющим подключиться абоненту к станции из любой точки в зоне покрытия спутника.
Satellite — собственно, сам спутник. Является, как мы уже сказали, ретранслятором сигнала. То есть запрос от абонентского устройства поступает сначала на спутник, со спутника — на наземную станцию, а затем тот же путь проходит и ответный сигнал.
Рассмотрим особенности этих компонентов у сети Starlink.
Спутники
Как уже говорилось, спутников для работы сети Starlink необходимо несколько тысяч, они расположены на низкой орбите (около 550 км) и перемещаются относительно планеты.
Рассмотрим параметры каждого спутника. Его размеры небольшие: длина — 3,2 м, ширина — 1,6 м, высота — 0,2 м. Устройство имеет солнечную батарею, состоящую из сложенных «гармошкой» сегментов, длина каждого из которых соответствует длине самого спутника (3,2 м).
Космические аппараты Starlink специально сконструированы так, чтобы запускать их группами по 30 штук на одной ракете. После вывода группы спутников на опорную орбиту (около 280 км), они раскрывают солнечные батареи, устанавливают связь с наземным центром управления, проходят проверку на работоспособность, а затем активируют плазменные двигатели, работающие на криптоне, и в течение 2–3 месяцев поднимаются на рабочую высоту.
Запаса криптона в спутнике достаточно, чтобы удерживать его местоположение в течение 5 лет, а потом изменить орбиту с круговой на эллиптическую, благодаря чему аппарат опустится ниже и со временем сгорит в атмосфере.
Главные части спутника — это 2 антенных комплекса для связи с наземными станциями и с абонентскими терминалами. Повторим, что спутник является ретранслятором и не производит обработки информации: на его борту происходит только изменение частоты принимаемого сигнала и его усиление, затем сигнал передается на Землю. Также на борту имеется оборудование для командной радиолинии и передачи телеметрии.
Шлюзовые станции (GateWay)
Шлюзовая станция (гейтвей) обеспечивает передачу информации из сети интернет через спутник на абонентские терминалы. То есть для функционирования системы необходимо, чтобы в зоне покрытия сигнала спутника, через который работает в данный момент абонентский терминал, находилась как минимум одна наземная станция.
Стандартный гейтвей сети Starlink имеет 8 антенн, каждая из которых передаёт информацию на отдельный спутник. На станциях используются параболические антенны диаметром 1,5 м в радомах (радиопрозрачных куполах) с передатчиком мощностью 50 Вт. Еще на гейтвеях находятся абонентские терминалы, служащие для контрольных задач: проверяют, на каких модуляциях в текущих погодных условиях работает сеть в данном районе. Также гейтвеи имеют в своем составе устройства для преобразования принятого со спутника радиосигнала в цифровой поток данных и выдачи его в наземную сеть.
Шлюзовая станция подключена к магистральным каналам сети интернет по оптоволоконным кабелям. При этом точкой входа абонента в сеть интернет всегда являются только собственные сервера SpaceX, на которых стоит система учета и управления трафиком клиента и оборудование CALEA (Communications Assistance for Law Enforcement Act, американское название аналогичного закона об обязанности телеком-оператора дать полиции доступ к трафику).
Абонентский терминал
Абонентский комплект оборудования для приема спутникового интернета Starlink состоит из роутера, PoE-инжектора, треноги и антенны, которую называют Dishy McFlatface.
Роутер предназначен для «раздачи» интернета по wi-fi на оконечные устройства — ноутбуки, смартфоны и т. д. Устройство базируется на прошивке OpenWRT.
Инжектор — блок питания. Имеет два выхода: один обеспечивает энергопотребление роутера, другой подает питание на спутниковую антенну.
Антенна имеет привычную форму тарелки. Но в отличие от тех, которые повсеместно используются для спутникового телевидения, оснащена сервоприводом и настраивается сама — сама определяет свое местоположение при включении, после чего автоматически направляется на источник сигнала.
Установка всего оборудования — несложная, вполне реально справиться самостоятельно. Главное — верно выбрать место установки антенны: между ней и небосводом не должно быть препятствий — крон деревьев, крыш домов и т. д. При этом участок видимого тарелкой неба должен быть достаточно большой, т. к. антенна держит связь с постоянно движущимися спутниками.
На видео: обзор оборудования и тест скорости Starlink
Стоимость
Несмотря на сложившееся в России мнение, интернет Starlink бесплатным не будет. Для доступа к нему, как и к спутниковому интернету любых других операторов, потребуется купить оборудование и вносить абонентскую плату.
Комплект оборудования стоит 499 долларов.
Оплата за каждый месяц использования на данный момент равняется 99 долларам.
Реальная скорость, которую получают пользователи, не уступает скорости кабельного соединения и может достигать 200 Мбит/сек.
На территории РФ услугу подключить на данный момент невозможно.
История
Рождение проекта
Началом проекта можно считать далекий 2007 год. Именно тогда Грегом Уайлером была основана компания O3b Networks. О3b — это сокращение от «Other 3 billion», то есть напоминание о тех 3 млрд землян, которые не имели на тот момент доступа к интернету.
Суть проекта заключалась в создании группировки спутников на орбите 8000 км над экватором. Предполагалось, что это позволит обеспечить широкополосным интернетом население Земли, проживающее между 45° южной и 45° северной широты. Сервис положительно приняли правительства стран Африки и островных государств в Тихом океане, а также им заинтересовался Пентагон для своих зарубежных баз, и ресурс сети быстро был распродан.
Однако технологии тех лет были ограничены, и для приема этого интернета требовался комплекс из двух антенн диаметром 2,4 м и стоимостью $120 000. А значит, из-за огромной стоимости оборудования услугой не могли воспользоваться простые жители — она была доступна только корпорациям и государственным учреждениям. Нужен был проект, который исправит этот недостаток.
На фото: Грег Уайлер
И он появился в Google: 30 сентября 2014 года компания подала заявку на патент на спутниковую группировку для высокоскоростного доступа в интернет с сетью наземных шлюзовых станций и межспутниковыми линиями связи. Автором заявки выступил Марк Кребс, активным участником проекта также выступал уже упомянутый выше Грег Уайлер. Именно его идеей было привлечь к данному проекту Илона Маска для изготовления спутников и доставки их в космос. Однако в этом же, 2014 году, Грег Уайлер расстался с Google и основал проект OneWeb, а Илон Маск получил финансирование от Google и в начал собственный аналогичный проект. Марк Кребс перешел в SpaceX в. 2016 году, покинул же его в 2018, после чего присоединился к проекту Amazon Kuiper.
2015—2020 гг.
Широкой общественности проект системы спутниковой связи из 4000 спутников был представлен Илоном Маском в январе 2015 года во время открытия производственно-исследовательского центра компании в Редмонде, штат Вашингтон.
22 февраля 2018 года SpaceX с помощью ракеты-носителя Falcon 9 вывела на орбиту два экспериментальных спутника для системы Starlink — Tintin-A и Tintin-B.
Уже в конце этого года ВВС США заключили со SpaceX контракт на изучение использования сервиса Starlink для военных нужд. В 2019 году состоялись испытания системы, во время которых на борту военно-транспортного самолёта C-12J Huron была достигнута пропускная способность интернета 610 Мбит/сек.
В мае 2019 на орбиту высотой 440 км с помощью ракеты-носителя Falcon 9 была запущена первая тестовая партия из 60 спутников. В сентябре президент SpaceX Гвин Шотвелл сообщила о планах компании выполнить до 24 запусков спутников Starlink в следующем году и начать предоставление услуг. Этой же осенью компания подала в Федеральную комиссию по связи ряд заявок на размещение суммарно 30 000 дополнительных аппаратов Starlink для работы на орбитах высотой от 238 до 580 км.
На фото: Илон Маск
Весной 2020 года Армия США подписала со SpaceX рассчитанное на 3 года соглашение по тестированию системы Starlink для передачи данных между своими наземными подразделениями. В сентябре 2020 года SpaceX сообщила, что в процессе бета-тестирования системы была продемонстрирована скорость загрузки более 100 Мбит/с, а также достигнута сверхнизкая задержка сигнала. Буквально через 2 месяца, в конце октября, было объявлено о начале публичного тестирования сервиса, в котором могли принять участия жители северных штатов США. Им было предложено купить комплект приемного оборудования за 499 долларов, с абонентской платой в размере 99 долларов.
В конце 2020 года SpaceX выиграла государственный конкурс по обеспечению высокоскоростным интернетом пользователей в сельской местности и на труднодоступных территориях. Компания получит финансирование в размере 885 миллионов долларов и должна будет обеспечить спутниковым интернетом 643 тысячи абонентов в 35 штатах.
Конкуренты Старлинк
В мире есть еще несколько компаний, развивающие аналогичные Starlink проекты — сети низкоорбитальных телеком-спутников.
OneWeb
OneWeb — это британский проект, созданный в 2012 году Грегом Уайлером. Компании в период 2019-2021 гг удалось выполнить три запуска, причем два из них — совместно с Россией с космодрома Байконур при помощи ракеты «Союз-СТ-Б». Более того, в 2017 году было создано совместное предприятие OneWeb и дочерней компании Роскосмоса — спутниковой системы «Гонец». Однако ему так и не удалось получить разрешение на ведение деятельности, и проект пришлось свернуть.
Несмотря на запуск спутника в 2021 году, еще в 2020 году компания заявила о банкротстве, т.к. не смогла договориться с основным инвестором — SoftBank о финансировании. Но предприятие после этого не закрылось — его инвесторами стали британское правительство и Bharti Global. Британское правительство также создало организацию Satellite Applications Catapult, которая развивает проект использования спутников OneWeb для повышения надежности навигационных сервисов — например, GPS. Однако главным фокусом проекта по-прежнему остается предоставление доступа в интернет бизнес-клиентам из Великобритании и регионов Арктики.
Iridium Communications
Компанию можно считать настоящим ветераном отрасли — Iridium запускает спутниковые группировки с конца 90-х годов. Первый кластер спутников, состоящий из 77 аппаратов, был запущен еще в 1997—2002 гг. Примерная стоимость проекта составила 5 млрд долларов.
Контракт на запуск всех спутников следующего поколения Iridium NEXT получила компания SpaceX, и за 2017–19 годы количество модернизированных спутников на орбите достигло 75 штук. С января 2020 года спутники Iridium Communications имеют сертификацию для использования в GMDSS — глобальной системе оповещения о бедствиях и обеспечения безопасности на море.
Galaxy Space
Это китайская компания, которая занимается разработкой и производством спутников связи, работающих на низкой не геостационарной орбите, а также развивает сети 5G.
В начале 2020 года Galaxy Space запустила первый телеком-спутник на низкой околоземной орбите и совершила через него экспериментальный видеозвонок. Всего предприятие планирует развернуть сеть из 650 космических аппаратов, интернет через которые будет доступен на территории Китая. Это первый частный спутниковый проект в стране, он оценивается в 8 млрд юаней ($1,2 млрд).
Telesat
Канадская компания Telesat пока находится только в начале пути: совместно с правительство Канады запустила лишь один спутник в 2018 году. В феврале 2021 года был выбран генеральный подрядчик для производства спутниковых аппаратов — компания Thales Alenia Space. Первая партия — около 300 штук — будет запущена на орбиту в 2023 году, а уже ко второй половине 2024 обещают выполнить план по запуску всех спутников.
Kuiper
Одна из крупнейших в мире компаний — Amazon — также заявляет о желании войти на рынок предоставления доступа в глобальную сеть через низкоорбитальные спутники. На околоземную (от 590 до 630 км) орбиту планируется вывести 3236 аппаратов, которые будут обеспечивать скорость интернета до 400 Мбит/с. Проект Kuiper будет реализовываться в пять этапов, конечным пользователям услуги будут доступны после того, как на орбиту будет выведено 578 спутников.
LeoSat
Хотя проект на сегодняшний день считается закрытым, но неправильно было бы не упомянуть и его.
LeoSat — проект по запуску серии спутников в 2013-2019 гг, созданный компанией из Люксембурга. В 2017 она смогла привлечь инвестиции, в том числе от спутниковых операторов — испанского Hispasat и японского SKY Perfect JSAT Group. Планировалось вывести на орбиту на высоте 1400 км около 100 спутников, но ни один из них так и не был запущен, т.к. через некоторое время спустя финансирование приостановили, а в 2019 году компания вообще была закрыта из-за недостатка средств.
Критика Starlink
Как мы уже говорили выше, главную проблему геостационарных спутников низкоорбитальные аппараты решают — задержка сигнала сокращается в сотни раз, и скорость интернета становится сравнима со скоростью по оптоволоконному кабелю.
Но не все так просто — организация связи через аппараты на низкой орбите тоже имеет ряд проблем.
— Огромные затраты и на старт проекта, и на его поддержание. Кроме необходимости производства и запуска тысяч спутников, требуется еще и постоянное их обновление. Дело в том, что срок жизни аппарата на низкой орбите — всего 5–7 лет из-за наличия на этой высоте остатков атмосферы. Спутник же на геостационарной орбите, во-первых, нужен всего один, во-вторых, «живет» 15 лет.
— Необходимость координации используемых частот с теми, кто уже работает в космосе. Иногда в некоторых странах по тем или иным причинам частоты для низкоорбитальных группировок и вовсе не выделяются.
— Сложный абонентский терминал. Антенны, направленные на геостационарные спутники, — неподвижны, и главное при их установке — один раз точно навести на спутник и надежно зафиксировать. Для пользования спутниковым интернетом Старлинк нужен абонентский терминал, который постоянно следит за перемещающимися над ними спутниками и «умеет» быстро переключаться с одного спутника на другой. Очевидно, что такие устройства дороже обычных.
Пожалуй, наиболее активно критикуют проект Starlink астрономы. Они высказывают опасения, что множественные спутники на низких орбитах будут создавать помехи наблюдениям неба и удаленных космических объектов. Первые наблюдения подтвердили это — аппараты Starlink оказались одними из самых ярких и быстрых тел на ночном небе. Компания SpaceX обещала оснастить следующие версии спутников специальным покрытием, делающим их невидимыми для телескопов, а также выразила готовность регулировать орбиты спутников для выполнения наиболее чувствительных астрономических наблюдений.
Однако несмотря на перечисленные сложности и возможную дороговизну такого интернета для части населения планеты, проект Илона Маска — это шаг в будущее. В такое будущее, где в любом уголке Земли человек сможет получить доступ к всемирной паутине, а значит — получить любые знания, встретить друзей и попросить о помощи.