Тиждень тому Елон Маск (Elon Musk) спробував зробити у своєму Twitter перший запис через систему супутникового інтернету Starlink.  Ще через кілька хвилин він зробив другий твіт: «Вау, це працює»!

Отже, проєкт американської компанії SpaceX по створенню супутникової платформи, який здатний надавати доступ до широкосмугового (високошвидкісного) інтернету у віддалених місцях, продемонстрував перші реальні результати. І хоча Starlink — далеко не єдина у світі система супутникового зв’язку, однак, саме вона та ще кілька конкурентних проєктів, які також знаходяться в стадії розробки, можливо зроблять революцію в доставленні супутникового інтернету. 

Адже, по-перше, інтернет справді стане швидким, по-друге, він обіцяє бути доступним за ціною. Щоб досягти цього, супутникові системи нового покоління мають задовольняти трьом наступним вимогам: низька навколоземна орбіта, велика кількість супутників, розгалужена мережа наземних комутаторів.

Чому потрібне низькоорбітальне супутникове сузір’я?

В більшості систем супутникового зв’язку термінальний пристрій має невелику антену та слабкий передавач, що ускладнює приймання та передачу сигналу. Для того, щоб потужність сигналу була достатньою, застосовують одне з двох рішень: фіксовану позицію супутника на геостаціонарній орбіті та потужний передавач, або ж велику кількість супутників на низькій орбіті. Відповідно, в останньому випадку допустимі слабкіші передавачі . Кожен підхід має свої переваги та недоліки.

• Супутники розташовані на екваторіальній геостаціонарній орбіті. Оскільки ця орбіта віддалена від Землі на відстань 35786 км, на супутник потрібно встановити потужний передавач. Цей підхід використовується системою Inmarsat та деякими регіональними операторами персонального супутникового зв’язку наприклад, Thuraya. Недоліком зв’язку зі супутником на геостаціонарній орбіті є часові затримки, які фізично не можуть бути менш як 480 мс, плюс неминучі витрати часу на обробку сигналу. В сумі стандартне значення затримки складає 600-900 мс. Час затримки обумовлений тим, що сигнал проходить від термінала до супутника близько 40 тисяч км, ще стільки ж — до базової станції, і потім шлях назад, тобто приблизно 160 тисяч км (швидкість поширення сигналу дорівнює 300 тисячам км/сек). Таким чином, робота в критичних до часу затримки програмних додатках практично неможлива, наприклад мова йде про мережеві комп’ютерні ігри, інтерактивні відеоконференції, тощо. Крім того, кількість сателітів, які можна розмістити на геостаціонарній орбіті, є обмеженою. А оскільки один супутник може обслуговувати відносно невелику кількість користувачів, то й загальне охоплення буде не дуже значне.
• Велика кількість супутників розташовується на похилих або полярних орбітах на відносно невеликій висоті, від 400 до 1000 км. При цьому необхідна потужність передавача не така висока, та й вартість виведення супутника на орбіту нижче. Однак подібний підхід вимагає не тільки безлічі супутників, а й розгалуженої мережі наземних комутаторів. Зате завдяки невеликій часовій затримці можна забезпечити високу швидкість передачі даних.

Перші сателітні системи, що забезпечували передачу інтернет-даних, з’явилися ще в 1990-х. Це були як системи супутників на геостаціонарній орбіті, так і низькоорбітальні.

Наприклад, компанія Globalstar має 24 супутники на низькій навколоземній орбіті, надає послуги голосового зв’язку та інтернету з низькою швидкістю. Iridium — глобальний американський оператор, який працює з 1991 року, налічує 66 супутників на низькій навколоземній орбіті, причому покриває всі 100% поверхні планети. Основний фокус — телефонія, передача даних здійснюється з низькою швидкістю. Intelsat налічує 55 телекомунікаційних супутників на геостаціонарній орбіті, в тому числі для надання широкосмугового доступу в інтернет.

Exede Business від компанії Viasat Internet — широкосмуговий Інтернет-сервіс, працює на супутнику ViaSat-1. Забезпечує для користувача швидкість до 12 Мбіт/с, а в деяких областях — навіть до 25 Мбіт/с.

Нові супутникові сузір’я будуть радикально відрізнятися від чинних. По-перше, вони будуть нараховувати в десятки чи навіть сотні разів більше супутників, по-друге, зможуть забезпечити високу швидкість даних і широке охоплення користувачів, яке буде обчислюватися мільйонами.

Отже, буквально в найближчі 2-5 років для нас, можливо, будуть доступні щонайменше 4 супутникових системи. Поговоримо про них більш детально.

Starlink

На даний момент проєкт компанії SpaceX та Елона Маска Starlink знаходиться на початковому етапі розвитку — в травні компанія вивела на навколоземну орбіту за допомогою ракетоносія Falcon 9 перших 60 супутників. Всього SpaceX має дозвіл на запуск 12 тисяч супутників Starlink і подала заявку на запуск ще 30 тисяч. Планується, що всі супутники будуть з’єднані один з одним за допомогою космічних лазерів.

Водночас Елон Маск повідомив, що для глобального покриття треба набагато менше супутників: близько 400 для забезпечення «фрагментарного» покриття і 800 для «помірного» покриття. Але компанія розраховує, що за допомогою додаткових супутників вона зможе запропонувати клієнтам кастомізовані варіанти обслуговування.

Площа покриття території Землі одним супутником становитиме круг із максимальним діаметром 2120 км. Але кожен супутник зможе обслуговувати всього 1100 користувачів, якщо ті будуть одночасно дивитися потокове 4К-відео. Нагадаємо, що для перегляду 4К-відео потрібний стабільний інтернет-канал на швидкості щонайменше 25 Мбіт/с. Відповідно, для великих міст такої пропускної здатності буде недостатньою, але у містян і так є чимало способів під’єднатися до мережі, особливо з огляду на розвиток мобільного інтернету.

Президент SpaceX Гвінна Шотвелл (Gwynne Shotwell) заявила, що необхідно виконати 6-8 запусків ракетоносія Falcon 9, щоб отримати покриття, якого буде достатньо, щоб почати надавати послугу споживачам у середині 2020 року. Нагадаємо, що супутники Starlink спеціально мають пласку форму, яка дає можливість встановлювати їх по 60 штук в ракетоносій при кожному запуску. Всього 24 запуски потрібно для глобального покриття.

Повідомляється, що наземні термінали Starlink будуть розраховані на приймання сигналу в частотному діапазоні 10,7-12,7 ГГц, тоді як передача буде вестися в смузі 14-14,5 ГГц, це так званий Ku-діапазон.

Назва діапазону/Частотний діапазон

• L    1,5 ГГц
• S    2,5 ГГц
• С    4 ГГц, 6 ГГц
• X    Для супутникового зв’язку рекомендаціями ITU-R частоти не визначені. Для додатків радіолокації вказаний діапазон 8-12 ГГц.
• Ku    11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц
• K    20 ГГц
• Ka    30 ГГц

Гвінна Шотвелл також заявила, що наразі можливості Starlink тестуються лабораторією досліджень ВВС США в рамках програми під назвою Global Lightning. Компанія SpaceX у грудні 2018 року отримала контракт на $28 млн, за умовами якого має перевірити протягом наступних трьох років, яким чином військові зможуть використати широкосмугові послуги Starlink. Поки що Starlink зміг продемонструвати доставлення даних на швидкості 610 Мбіт/с в кабіну американського військового двомоторного турбогвинтового літака С-12 під час польоту.

SpaceX має наміри запропонувати послугу для уряду США, але зараз компанія зосереджена на споживчому ринку. Перш за все, сервіс буде запропонований користувачам автомобіля Tesla.

Але SpaceX має намір надавати послугу супутникового інтернету не тільки в США, але й за межами, правда в кожній країні компанії доведеться отримувати окремий дозвіл від місцевої влади. Це пов’язано також з тим, що супутникову систему необхідно доповнити наземними трансиверами. Крім того, у багатьох країнах компанія буде вимушена надавати цю послугу через партнерів — місцеві телекомунікаційні компанії.

Шотвелл визнала, що для SpaceX — це абсолютно новий та незнайомий бізнес. Водночас вона сказала, що Starlink вважається додатковим бізнесом, а це означає, що основним джерелом доходу SpaceX все ж таки будуть запуски космічних кораблів.

SpaceX доведеться найняти цілий дивізіон нових співробітників для розв’язання питань продажу, технічної підтримки та інжинірингу продуктів. Найбільше питань викликають користувацькі термінали. 

«Чим більше операцій ми покладаємо на термінал користувача, тим менше людей нам доведеться найняти, — заявила Шотвелл. — Термінали – це один з аспектів бізнесу Starlink, який компанія має правильно вирішити».

Питання ціни

Яким буде ціновий діапазон для  споживачів і чи буде середня ціна однакова в усіх регіонах — ці питання все ще обговорюються. За словами Гвінни Шотвелл, мільйони людей у США платять $80 на місяць, щоб отримати «послугу сумнівної якості». До того ж вона не вказала, скільки конкретно буде коштувати сервіс від Starlink  — більше чи менше вищезгаданої суми, але припустила, що компанія, перш за все, націлиться на сільські райони, які наразі не мають надійного інтернет-доступу, а також на мобільних споживачів, яким потрібний швидкий та бездротовий інтернет-зв’язок.

За словами Маска, в майбутньому користувачі зможуть придбати «термінальний модем» для супутникового інтернету приблизно за $200. Сьогодні тестові термінали виробляють на заводі SpaceX у місті Хоторн, Каліфорнія. Але в майбутньому масове виробництво терміналів перенесуть в інше місце, яке поки що не називають.

Серед усіх заявлених сьогодні супутникових проєктів саме Starlink  виглядає найбільш реалістичним — з тієї причини, що SpaceX має власні й найбільш ефективні у світі ракетоносії для виводу супутників на орбіту. Іншим гравцям доводитися звертатися до підрядників для виводу супутників на орбіту, в тому числі — і до SpaceX.

Кілька років тому SpaceX оцінила витрати на реалізацію проєкту Starlink в $10 млрд, чекаючи, що вже в перший же рік роботи система зможе принести дохід близько $30 млрд. Виходячи з таких цифр ми можемо спробувати розрахувати вартість щомісячної абонентської плати. Припустимо, компанія запустить 30 тисяч супутників, кожен з яких обслуговує 1100 абонентів. В сумі це дає 33 мільйони абонентів. Якщо поділити $30 млрд на 33 мільйони та на 12 (число місяців в році), отримаємо приблизно $75 на місяць — але при умові необмеженого трафіку. Якщо ж провайдер буде дозувати трафік, він зможе під’єднати більшу кількість клієнтів і таким чином ще більше знизити вартість абонентської плати.

Плани по запусках

SpaceX поспішає ввести Starlink в експлуатацію, оскільки кілька інших компаній також будують широкосмугові супутникові системи. Тим не менше, на ринку буде місце принаймні для двох конкурентів, вважають в SpaceX.

Оскільки на наступний рік заплановано понад 20 запусків з супутниками Starlink, в SpaceX хочуть максимально використати багаторазові ракетоносії Falcon, говорить Шотвелл. Тим більше, що саме під час виконання місії  Starlink компанія хоче оцінити, скільки польотів максимально вони зможуть зробити.

За даними конструкторів, кожен ракетоносій Falcon розрахований на 10 польотів. Наступний запуск супутників для проєкту Starlink заплановано на середину листопада і це буде четвертий рейс для Falcon.

SpaceX почала використовувати першу ступінь ракетоносія по кілька разів з 2015 року. З того моменту компанія повернула ракетоносій назад 44 рази: 26 на морі та 18 на суші. На сьогоднішній день 23 відновлених ракетоносіїв знаходяться в робочому стані.

Amazon Kuiper Systems

Керівництво компанії Amazon оголосило у квітні 2019 року, що має намір фінансувати та розгортати велике широкосмугове супутникове інтернет-сузір’я під назвою Project Kuiper. За цей бізнес буде відповідати дочірня компанія Amazon — Kuiper Systems LLC. Президентом Kuiper Systems став Раджєєв Бадяль (Rajeev Badyal), колишній віце-президент підрозділу супутникового Інтернету SpaceX. Очікується, що повне розгортання всіх 3236 супутників займе до 10 років, але дозволить забезпечити зв’язком «десятки мільйонів людей, яким не вистачає базового доступу до широкосмугового інтернету».  Amazon поки не сказала, чи планують вони продавати послугу безпосередньо споживачам, чи будуть робити це через партнерство з іншими компаніями.

Запуск супутників на орбіту можливо буде виконуватися за допомогою космічних кораблів компанії Blue Origin, яка належить засновнику Amazon.com Джефри Безосу

Супутники планують виводити на орбіту від 590 до 630 км.  Система Куйпера складатиметься з 3236 супутників, що працюють у 98 орбітальних площинах у трьох орбітальних оболонках, зокрема 784 супутники на висоті 590 кілометрів, 1296 супутників на висоті 610 кілометрів і 1156 супутників на висоті 630 кілометрів. Крім того, в проєкт входить мережа з 12 супутникових наземних станцій Amazon (AWS Ground Station), що була анонсована в листопаді 2018 року.

OneWeb (WorldVu)

Амбіційний проєкт WorldVu, що стартував в лютому 2014 року, спочатку був окремим напрямом всередині Google. Але далі засновник проєкту покинув Google та заснував власну компанію World Vu Satellites Ltd. У січні 2015 року інвесторами проєкту стали виробник чіпів Qualcomm Inc. та холдинг Річарда Бренсона Virgin Group.

Розмір запланованого низькоорбітального супутникового угруповання попервах складав 650, потім збільшився до 720 супутників у 18 практично полярних орбітах (нахилених на 87 градусів) на висоті 1200 км. Це має забезпечити системі глобальне покриття.

27 лютого 2019 року компанія OneWeb успішно запустила перші 6 з 648 запланованих супутників (600 активних плюс 48 запасних) на низьку орбіту Землі з космічного центру Гвіани у Французькій Гвіані. Додаткові запуски очікуються в кінці 2019 року.

Кожен супутник забезпечує пропускну здатність 8 Гбіт/с, а цей параметр для всього угруповання, за розрахунками OneWEB, складе 7 Тбіт/с. Проєкт оцінюють в $5-6 млрд. Для абонентського термінала анонсована швидкість до 50 Мбіт/с.

OneWeb використовує діапазони Ku (10.7-12.7 і 14-14.5 ГГц) і Ка (17.8-18.6, 18.8-19.3 і 27.5-29.1, 29.5-30.0 ГГц). Ku-діапазон використовується для передачі сигналу від супутника на абонентський термінал, а Ка-діапазон — для передачі інформації від наземного шлюза до супутника.

Telesat LEO

Проєкт був ініційований канадським супутниковим оператором Telesat. Розмір планованого низькоорбітального супутникового угруповання становить 117 супутників (72 на полярній орбіті на висоті 1000 км і 45 ШСЗ на похилій 37,40 градусів на висоті 1200 км). Але пізніше було анонсовано розширення до 259 і навіть 512 сателітів. Система передбачає міжсупутниковий зв’язок у вигляді лазерних оптичних лінків плюс бортовий цифровий процесор для обробки інформації на борту супутника. Розробники заявляють, що кінцевий абонент отримає швидкість інтернету не менше 1 Гбіт/с.

Тестовий супутник був успішно запущений індійською ракетою 12 січня 2018 року. Поки що він єдиний і не факт, що компанії вдасться знайти фінансування і завершити формування супутникового угруповання.

Негативна сторона супутникового інтернету

Всі проблеми численних супутникових угруповань зводяться до двох площин: екологія та небезпечне космічне сміття. Так, для виведення на орбіту 12 тисяч супутників компанії SpaceX доведеться зробити близько 200 запусків. Кожен запуск призводить до руйнування озоносфери продуктами згоряння палива ракетних двигунів, а цей шар атмосфери захищає людину від ультрафіолетового випромінювання. Крім того, наслідком зльоту стає осідання продуктів згоряння ракетного палива. Однак технологія SpaceX ще відносно дружня стосовно екології, оскільки застосовує нетоксичне паливо і багаторазові першу ступінь та обтічник своїх космічних кораблів. А от  з російськими кораблями класу «Союз» ситуація набагато гірша, так само як і з аналогічними морально застарілими апаратами європейського чи американського виробництва.

Друга проблема пов’язана з космічним сміттям. На сьогодні навколо землі обертається близько 45 тисяч різних об’єктів: уламків космічних апаратів, супутників, що відслужили свій термін, і останніх ступенів ракетоносіїв. Все це сміття представляє нескінченну загрозу для життя космонавтів і безперебійної роботи супутників, насамперед на низьких орбітах. І перші неприємні інциденти вже були.

Зростання кількості космічного сміття за останні 60 років

7 липня 1995 французький військовий супутник Cerise був успішно виведений на орбіту за допомогою ракети-носія «Аріана-4». Через рік після запуску Cerise був вибитий зі своєї орбіти, втратив висоту і почав падати. За допомогою програми COMBO (Computation Of Miss Between Orbits) NASA вдалося встановити, що Cerise був збитий фрагментом старої ракети «Аріана-1», яка розсипалася на 500 уламків, що відстежуються. Правда, Cerise вдалося утримати на орбіті й він навіть зберіг працездатність.

У червні 1993 року був запущений російський військовий супутник зв’язку Космос-2251. Через два роки його вивели з експлуатації. Оскільки на супутнику була відсутня система маневрування, він так і залишився на орбіті. 10 лютого 2009 року, перебуваючи на висоті 790 кілометрів над територією Північного Сибіру, він зіткнувся з американським супутником Iridium-33. Сила зіткнення була настільки велика, що утворилося близько 600 уламків розміром більше 5 см і кілька тисяч зовсім дрібних.

У 2013 році над Індійським океаном невеликий еквадорський супутник «Пегас» зіткнувся з хмарою сміття, що оточувала ракету «Циклон-3». Остання була запущена, до речі, ще в 1985 році й до цього часу теліпається на орбіті.

У 2009 році ретрорефлекторний супутник BLITS вивели на орбіту, а у 2013 році було помічено раптове 120-метрове зниження висоти супутника. Як виявилося, BLITS зіткнувся з одним з уламків китайського космічного сміття. Так, ще у 2007 році, в рамках випробувань протисупутникових ракет, Китай знищив один зі своїх старих 750-кілограмових метеорологічних апаратів FY-1C. Вибух створив 2317 фрагментів, що відстежуються в різних орбітальних площинах навколо Землі, а також 15 тисяч фрагментів, які не відстежуються, і в будь-який момент можуть врізатися в супутник або один з пілотованих космічних апаратів. До речі, після одного з таких вибухів МКС вже довелося виконати маневр ухилення, щоб не врізатися в купу космічного сміття.

Джерело: imena.ua