Спутниковый интернет: как устроена глобальная система Starlink

Вчера SpaceX провела очередной успешный запуск ракеты-носителя Falcon 9, выведя на орбиту испанский спутник радиолокационного наблюдения PAZ и собственные интернет-спутники. Это первые тестовые спутники в рамках масштабного и амбициозного проекта Starlink по создании орбитальной группировки спутников, которые обеспечат почти всю поверхность Земли недорогим широкополосным доступом в интернет. В числе главных инвесторов проекта Starlink, напомним, Google и Fidelity.

Как всё начиналось

О самом проекте мы писали множество новостей по мере того, как всё развивалось, но, конечно же, за эти годы – а изначально идея была озвучена ещё в конце 2014 года – все всё забыли. Давайте попробуем освежить в памяти основные моменты, которые известны на данный момент.

Начнём с того, что сама по себе идея спутникового интернета не нова. На сегодняшний день во всем мире действуют несколько провайдеров спутникового интернета. Чтобы стать абонентом одной из таких компаний и пользоваться их услугами, надо приобрести трансивер для конвертации спутникового сигнала в обычный сетевой и спутниковую тарелку. Современные трансиверы с антеннами для спутникового интернета стоят в среднем от $300 до $800.

Спутники позволяют покрыть огромную территорию и в этом их главное преимущество для обеспечения интернета. Фактически, один аппарат может покрывать практически целое полушарие. Но есть и недостатки – радиоволнам приходится преодолевать большое расстояние через атмосферу, что неизбежно приводит к возникновению помех и задержек. Как итог – задержка может составлять от сотен миллисекунд до нескольких секунд, что накладывает существенные ограничения. Проект SpaceX призван устранить все эти ограничения.

Особенности и преимущества системы Starlink

Изначально SpaceX планировала запустить 4425 спутника с передатчиками Ka- и Ku-диапазонов (от 12 до 18 гигагерц и от 26,5 до 40 гигагерц соответственно) со сроком службы 5-7 лет на низкую околоземную орбиту в 83 орбитальных плоскостях в диапазоне высот от 1110 до 1325 километров. Как пишет научное издание N+1, именно такое размещение, по оценке компании, должно было устранить главный недостаток спутникового интернета — большие задержки в прохождении сигнала.

Затем в 2017 году стало известно, что спутниковая группировка SpaceX будет состоять из 11943 спутников. Кроме изначальных 4425 аппаратов в группировку планируется включить 7518 спутников на более низких орбитах — от 335 до 346 километров.

По задумке, все аппараты будут выстроены в одноранговую сеть (каждый спутник в сети будет самостоятельной единицей, одновременно выполняя функции и клиента, то есть участника сети, и сервера, управляющего ее сегментами). Это должно расширить каналы связи и увеличить скорость доступа в густонаселенных районах — существенно более низкое размещение спутников позволит снизить задержку сигнала до 25 миллисекунд. Для сравнения, в сотовых сетях стандарта 4G задержка составляет в среднем семь-восемь миллисекунд, но может быть и больше в зависимости от нагрузки на сеть и удалённости сотовых вышек.

SpaceX тщательно скрывает детали проекта, так что техническая сторона глобального интернета Starlink вызывает множество вопросов. Современные системы связи на геостационарных телекоммуникационных спутниках могут одновременно обслуживать в среднем до 1200 подключений. Это означает, что к одному спутнику одновременно могут подключиться не более 1200 наземных терминалов, к каждому из которых, в свою очередь, могут быть подключены несколько сотен компьютеров. Но тут надо учитывать, что канал не резиновый в таком случае делится между всеми одновременно подключенными компьютерами.

Сейчас компания рассчитывает обеспечить возможность подключения каждого наземного терминала к сети на скорости до одного гигабита в секунду. То есть, один такой терминал может обеспечить широкополосным интернетом (больше 10-15 мегабит в секунду) небольшое поселение. Отметим, что для связи с Землей спутники оснащаются трансмиттерами с фазированными антенными решетками с технологией формирования направленной диаграммы, что позволит им работать как адаптивная сеть, переводя свободные каналы на те участки планеты, где в данный момент находится больше всего активных пользователей. Передавать данные друг другу спутники SpaceX смогли бы с помощью лазерной связи с частотой излучения более десяти терагерц.

Если предположить, что спутники SpaceX будут поддерживать не меньшее количество подключений, то вся группировка из 11943 спутников сможет обслуживать не более 14,3 миллиона наземных терминалов, но реальная цифра будет меньше из-за перемещения спутников относительно земной поверхности и переключения терминалов между аппаратами.

Стоит также упомянуть, что организовать доступ в интернет по Wi-Fi по всему миру спутниковая группировка SpaceX не сможет. По крайней мере, не напрямую. Технология Wi-Fi основана на частотах 2,4 и 5 гигагерц, а передача сигнала на этих частотах через ионизированные слои атмосферы невозможна в принципе.

Цена и другие нерешённые вопросы

Экономическая составляющая проекта всемирного доступа в сеть SpaceX пока не ясна. Исходя из предыдущих заявлений компаний, можно сделать вывод, что зарабатывать она планирует на рекламе, аренде и продаже оборудования – терминалы SpaceX явно будут дороже нынешних моделей, учитывая множество улучшений.

Вдобавок ко всему, пока абсолютно не решен нормативно-правовой вопрос, даже в США. Федеральная комиссия по связи США (FCC) пока разрешила компании Маска запуск и испытание двух спутников, но формирование группировки из почти 12 тыс. аппаратов всё ещё изучается, в том числе и военными. И это не говоря о том, что аналогичные разрешения SpaceX ещё нужно получить от регуляторов других стран, ведь, помним, система должна быть глобальной. И если та или иная страна не даст разрешение, компании придется выключать вещание спутников на их территории. Но это маловероятно. Куда вероятнее запрет на поставку терминалов в эти государства.

Кроме того, если спутниковый интернет SpaceX окажется действительно дешевле, чем сейчас (от $5 в месяц за один гигабайт трафика (при скоростях загрузки и отдачи 40 и 12 Мбит/с соответственно до $150-$200 в месяц за 200 ГБ трафика), им могут заинтересоваться антимонопольщики разных стран.

Конкуренты

SpaceX далеко не одинока в желании обеспечить с помощью спутников доступ в интернет из любой точки мира. Аналогичные проекты развивают британская OneWeb, инвесторами которой выступают Qualcomm и Virgin Galactic Брэнсона, Samsung, Boeing и Telesat. И они уже получили разрешение от FCC на использование частот для передачи сигналов. Правда, группировка SpaceX должна быть самой крупной.

В сухом остатке

SpaceX планирует завершить формирование спутниковой группировки к середине 2020-х годов, пока неясно, как, когда и в каких количествах будут запускаться спутники. Но если все получится, SpaceX не только существенно увеличит глобальное проникновение интернета, но и получит новый источник доходов для главной цели – колонизации Марса. Ни у кого ведь нет сомнений, что именно это является главной миссией Илона Маска? Ранее, SpaceX оценивала затраты на реализацию проекта Starlink в $10 млрд, отмечая, что в первый же год работы система сможет принести доход порядка $30 млрд. Взято с itc.ua