SpaceX приступает к развертыванию глобального спутникового интернета
Американская компания SpaceX 21 февраля 2018 года запустит первые два коммуникационных микроспутника Microsat-2a и Microsat-2b, на которых будут испытываться новая фазированная антенная решетка с технологией формирования направленного луча и оборудование межспутниковой связи. Из подобных аппаратов в будущем компания намерена сформировать громадную группировку, которая обеспечит широкополосным спутниковым — и очень дешевым — доступом в интернет почти всю поверхность Земли. Впрочем, как это будет сделано с технической точки зрения, пока не понятно — американская компания подробности о проекте не раскрывает. На пути к всепланетному интернету SpaceX может столкнуться и с сопротивлением властей: от противодействия антимонопольных служб до различных ведомств по лицензированию связи.
Впервые о планах организовать покрытие интернетом всей планеты SpaceX объявила в 2015 году. Проект получил название Starlink. Согласно изначальным планам, американцы должны были разработать микроспутники массой от 100 до 500 килограммов. На борту каждого спутника планировалось разместить сетевое оборудование, позволяющее не только отправлять на Землю сигналы и принимать ответы, но и пересылать данные от спутника к спутнику.
Для «общения» с Землей спутники должны были получить трансмиттеры с фазированными антенными решетками с технологией формирования направленной диаграммы, благодаря которой мощность сигнала и скорость обмена данными можно было бы повышать для районов планеты, где идет наиболее активное пользование сетью или высока плотность населения. В свою очередь, передавать данные друг другу спутники SpaceX смогли бы с помощью лазерной связи с частотой излучения более десяти терагерц.
Технические подробности о работе антенн и оптической системы SpaceX предоставила американской Федеральной комиссии по связи в рамках подачи заявки на выделение рабочих частот для спутникового интернета. При этом компания сумела добиться запрета на публичное распространение этих подробностей — о существовании заявки и ее примерном содержании известно, о деталях — нет.
Изначально американская компания, основанная предпринимателем Илоном Маском, планировала вывести на низкую околоземную орбиту 4425 спутников с оборудованием связи, работающим в Ku- и Ka-диапазонах частот (от 12 до 18 гигагерц и от 26,5 до 40 гигагерц соответственно). Эти аппараты планировалось разместить в 83 орбитальных плоскостях на высотах от 1110 до 1325 километров. Именно такое размещение аппаратов, по оценке компании, позволило бы побороть главный недостаток спутникового интернета — большие задержки в прохождении сигнала.
Сегодня во всем мире действуют несколько провайдеров, предоставляющих доступ в интернет посредством спутниковой связи. Для этого абоненту необходимо лишь приобрести трансивер (устройство, принимающее и передающее спутниковый сигнал и конвертирующее его в стандартный сетевой сигнал) и спутниковую тарелку. Это оборудование позволяет принимать сигнал с одного или нескольких спутников, размещенных на геостационарной орбите на высоте около 36 тысяч километров.
Столь высокое размещение спутников позволяет с помощью всего одного аппарата покрывать практически целое полушарие (при этом ближе к полюсам качество сигнала сильно снижается из-за того, что радиоволнам приходится преодолевать большое расстояние через атмосферу). И хотя радиосигнал распространяется со скоростью света, его путешествие от спутника на Землю и обратно приводит к возникновению задержек, которые усугубляются помехами. В итоге задержка может составлять от сотен миллисекунд до нескольких секунд — про Skype или онлайн-игры можно забыть.
В 2017 году стало известно, что SpaceX решила организовать группировку из 11943 спутников. Помимо изначальных 4425 аппаратов в группировку планируется включить 7518 спутников на более низких орбитах — от 335 до 346 километров. 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).
Инженеры компании полагают, что такое решение позволит 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 существенно изменяться в зависимости от нагрузки на сеть и удаленности от вышек сотовой связи.
Некоторые вопросы вызывает техническая сторона глобального интернета. Современные системы связи, используемые на телекоммуникационных спутниках на геостационарных орбитах, могут одновременно обслуживать в среднем до 1200 подключений. Это означает, что к одному такому спутнику одновременно с Земли могут подключиться не более 1200 терминалов, к каждому из которых, впрочем, в свою очередь могут быть подключены несколько сотен компьютеров (правда, в этом случае ширина канала связи с терминалом будет делиться между всеми одновременно подключенными компьютерами — 40 мегабит в секунду, распределенные между сотней машин, выглядят бледновато).
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. А на самом деле их будет меньше из-за перемещения спутников относительно земной поверхности и переключения терминалов между аппаратами.
Нынешние планы американской компании предполагают возможность подключения каждого наземного терминала к сети на скорости до одного гигабита в секунду. Это довольно широкий канал, внутри которого смогут относительно комфортно сосуществовать несколько десятков компьютеров. Если учесть, что в Европе и США широкополосным доступом в интернет принято считать подключение на скорости больше 10-15 мегабит в секунду, то фактически благодаря одному терминалу скоростное подключение к сети смогут получать небольшие поселения.
Для сравнения, для 76 стран мира в рейтинге сервиса измерения скорости подключения Ookla Speedtest средняя скорость подключения в 2017 году выросла на 30 процентов — до 20,28 мегабита в секунду. При этом средняя скорость доступа в интернет для всех стран мира составляет около семи мегабит в секунду. Оценивая эти данные, следует отметить, что существует множество развивающихся стран Африки и Азии, где интернета практически нет.
Многие СМИ поначалу писали, что спутниковая группировка SpaceX позволит организовать доступ в интернет по Wi-Fi по всему миру, однако это совсем не так. Современные системы связи, использующие технологию Wi-Fi разных стандартов, ведут вещание на частотах 2,4 и 5 гигагерц. Однако сигнал, переданный на этих частотах из космоса на Землю или отправленный с Земли в космос, не сможет преодолеть ионизированные слои атмосферы, которая допускает прохождение радиосигналов в относительно узком диапазоне частот.
Как уже говорилось выше, для получения доступа к интернету посредством спутников SpaceX необходимо будет купить трансивер, фазированную антенну и терминал управления ею. Предполагается, что с помощью терминала антенна будет поддерживать направление на ближайший спутник, а при ухудшении качества связи с ним — переключаться на следующий. Сколько будет стоить такое оборудование, пока неизвестно. Современные трансиверы с антеннами для спутникового интернета стоят в среднем от 300 до 800 долларов.
Экономическая модель всемирного доступа в сеть, разрабатываемого SpaceX, пока не ясна. Сегодня провайдеры спутникового интернета получают основной доход от абонентской платы, которая может составлять от пяти долларов в месяц за один гигабайт трафика (при скорости прямого канала до 40 мегабит в секунду и обратного — до 12 мегабит в секунду) до 150-200 долларов в месяц за 200 гигабайт трафика. При этом для корпоративных клиентов цены могут увеличиваться до двух раз. Провайдеров, которые бы предоставляли безлимитный доступ, буквально единицы, а стоимость на такие услуги обычно уже определяется индивидуально. Впрочем, крупные компании, работающие в регионах, где другой связи нет в принципе, пользуются спутниковым интернетом.
Для сравнения, обычные кабельные или сотовые провайдеры экономическую модель сместили в сторону доходов от встроенной рекламы, дополнительных услуг, в том числе технической поддержки, обслуживания линий, а также аренды и продажи оборудования.
Если изначальное утверждение SpaceX о дешевом широкополосном доступе верно, то основную прибыль компания, вероятно, будет получать от рекламы, аренды и продажи оборудования (терминалы с самонастраивающимися на спутники антеннами дешевыми быть просто не могут), а также, возможно, от оказания услуг, включая установку и настройку оборудования. Кроме того, в SpaceX уже заявили, что получать доход компания планирует и от сдачи своих интернет-спутников в аренду — на них, помимо собственного оборудования компании, за некоторую сумму может быть размещено оборудование сторонних исследовательских организаций.
В целом же благодаря глобальному спутниковому интернету SpaceX намерена получить финансирование на разработку, проведение испытаний и производство многоразовых транспортных космических кораблей, которые будут использоваться для перевозки людей и грузов на Марс.
Впрочем, помимо чисто технических проблем SpaceX может столкнуться с законодательными ограничениями в отдельных странах. Даже в США статус программы Starlink до сих пор не определен. SpaceX удалось получить разрешение Федеральной комиссии по связи США на запуск и испытание двух телекоммуникационных спутников, но формирование группировки из почти 12 тысяч аппаратов все еще изучается, причем не только «связистами», но и военными.
Предполагается, что первый всеобщий доступ в интернет будет развернут в США, затем в Канаде, странах Европы, а потом и в остальных регионах планеты. При этом власти европейских, азиатских или африканских стран могут не выдать разрешение на использование частот. В этом случае либо SpaceX придется выключать вещание спутников на территорию стран, не выдавших разрешения (что вряд ли), либо компании будет запрещено поставлять свои спутниковые терминалы в эти государства.
К слову, дешевый спутниковый интернет, если он действительно будет дешевым, может вызвать интерес также антимонопольных служб, особенно если стоимость доступа в сеть окажется существенно ниже, чем у остальных провайдеров. SpaceX планирует завершить формирование спутниковой группировки к середине 2020-х годов. К этому времени ее численность превысит общее количество спутников, находящихся на земных орбитах сегодня. При этом, если у американской компании появятся конкуренты, ее группировка все равно, вероятнее всего, будет крупнейшей.
Это тоже может послужить поводом для интереса антимонопольных служб, действия которых могут быть самыми разнообразными: от назначения многомиллионного или даже многомиллиардного штрафа до запрета деятельности компании в той или иной стране. Особенной активностью отличаются европейские антимонопольные службы, уже успешно оштрафовавшие и Microsoft, и Amazon, и Google (вложила один миллиард долларов в проект Starlink), и много других компаний поменьше.
Помимо SpaceX, созданием группировки интернет-спутников планирует заняться корейская компания Samsung. В 2015 году она объявила о намерении вывести на околоземную орбиту на высоте 1,4 тысячи километров 4,6 тысячи спутников. Эта группировка, как заявляли корейцы, могла бы обеспечить совокупную мировую пропускную способность в один зеттабайт (1021 байт) в месяц. Для сравнения, по оценке компании Cisco, общемировой объем интернет-трафика (через кабельные, сотовые сети и спутники) за год в 2019 году составит около двух зеттабайт.
Предварительные работы по проекту Samsung начала вскоре после объявления о нем, однако с тех пор каких-либо новостей о создании корейского спутникового интернета не появлялось. Три года назад, объявляя о своих планах, корейская компания заявляла, что формирование ее спутниковой группировки завершится к 2028 году.
Между тем разработкой собственного спутникового интернета занимается британский консорциум OneWeb, который поддерживают предприниматель и основатель корпорации Virgin Group Ричард Брэнсон, а также компания по разработке беспроводных систем связи Qualcomm. OneWeb планирует разместить на орбите высотой 1,2 тысячи километров 648 телекоммуникационных спутников, которые будут обеспечивать интернет-покрытием большую часть поверхности Земли.
В 2017 году компания подала в Федеральную комиссию по связи США заявку на размещение на низкой околоземной орбите дополнительных 1972 спутников. Запустить первые аппараты в космос планировалось еще в конце 2017 года, однако этого не произошло. Изначально план консорциума предусматривал завершение формирования группировки спутников до конца 2019 года. К слову, в середине февраля 2018 года стало известно, что Государственная комиссия по радиочастотам России отказалась выделять частоты для OneWeb.
В российском ведомстве заявили, что частоты, необходимые для работы спутникового интернета OneWeb в России, пересекаются с частотами, на которых должна будет вещать российская система «Экспресс-РВ», создаваемая предприятием «Космическая связь». В состав «Экспресс-РВ» войдут четыре спутника на высокоэллиптической орбите, которые будут обеспечивать связью Арктику.
Развитие Арктики для российских властей является приоритетным. Во-первых, из-за глобального потепления и таяния льдов в Арктике стало возможным регулярное мореходство, а через этот район проходит Северный морской коридор — кратчайший морской путь из Европы в Азию. Во-вторых, над Арктикой проходит Кроссполярный авиамост — кратчайший воздушный путь между Северной Америкой и Азией. Именно по этому пути в случае ядерного конфликта полетят баллистические ракеты и бомбардировщики. В итоге в Арктике сходятся интересы многих ведомств, включая Министерство обороны России, которым необходимо будет обеспечить связь и наблюдение за судами.
В целом, создание группировок из телекоммуникационных спутников позволит существенно увеличить глобальное проникновение интернета. Проектом спутникового интернета, например, могут заинтересоваться власти Великобритании, которые намерены наделить всех граждан страны неотъемлемым правом на интернет и к 2020 году обеспечить всех желающих широкополосным доступом в сеть, даже если они проживают в труднодоступных районах. Тем не менее, низкие околоземные орбиты уже сегодня довольно сильно замусорены, а по мере выхода из строя сотен и тысяч интернет-спутников SpaceX, OneWeb, Samsung и кого угодно еще замусоренность только увеличится. Как планируется решать эту проблему, ни один из будущих провайдеров глобального спутникового интернета пока не рассказал. Видимо потому, что это дело очень отдаленного будущего.
Василий Сычёв