Starlink и OneWeb. Перспективы развития и проблемы спутникового интернета

Несмотря на то, что 2021-й г. еще не завершен, он уже преподнес нам один любопытный рекорд. В течение его первых девяти месяцев в космос было запущено свыше 1400 спутников. Для сравнения, за весь 2020 г. на орбиту было выведено 1300 аппаратов, что в свою очередь было новым рекордом: до этого в космос никогда не запускалось свыше 1000 спутников за год.

Концепция спутникового интернета. Источник: Advantech Wireless Research

Причина этих рекордов весьма проста. Компания SpaceX и OneWeb приступили к реализации своих весьма амбициозных планов по развертыванию глобальных спутниковых созвездий. Их цель — предоставление землянам услуги доступного спутникового интернета.

Зачем нужен спутниковый интернет?

У многих жителей мегаполисов наверняка возникает резонный вопрос о принципиальной востребованности спутникового интернета. Казалось бы, зачем нужны такие сложности? Ведь подключение по оптоволокну позволяет добиться прекрасных характеристик соединения при вполне доступной цене.

Но дело в том, что далеко не все люди проживают в крупных городах с высокой плотностью населения, где прокладка оптоволоконного кабеля экономически целесообразна. Более того, в силу все тех же экономических соображений в странах с большой территорией широкополосный интернет зачастую остается услугой, доступной для жителей далеко не всех регионов. Даже в США нескольким миллионам человек по-прежнему приходится использовать архаичное подключение по dial-up. Что уж тут говорить про менее богатые государства. Во многих странах Африки и Азии доля пользователей глобальной сети не превышает несколько процентов от населения.

Нельзя сказать, что идея использования спутников для раздачи интернета в удаленных, малонаселенных или попросту бедных уголках нашей планеты является новаторской. Такие услуги уже давно предлагает ряд операторов. Но есть несколько причин, почему спутниковый интернет пока что не получил широкого распространения. Во-первых, это цена. Для приема спутникового сигнала требуется достаточно громоздкий и при этом не самый дешевый комплект оборудования. Во-вторых, это характеристики соединения. Для раздачи интернета используются аппараты на геостационарной орбите на высоте 36 тыс. км.

Источник: SciTechDaily

Безусловно, в этом есть смысл, потому что в зоне видимости спутника на геостационарной позиции будет находиться целое полушарие. Но подобное расположение также порождает существенную проблему, обусловленную законами физики. Чтобы достичь конечного пользователя сигналу с геостационарной орбиты требуется намного больше времени, чем при использовании интернета от наземного провайдера. Это приводит к большим задержкам и высокому пингу (свыше 600 мс), что весьма критично для многих программ и приложений, чувствительных к запаздыванию сигнала (например, Skype), а также для любителей сетевых видеоигр.

Поэтому, еще до недавнего времени спутниковый интернет не рассматривался всерьез в качестве возможной массовой услуги. Обычно его использовали лишь в случае отсутствия какой-либо другой доступной альтернативы. В силу дороговизны и качества соединения он не мог конкурировать даже с широкополосным интернетом, не говоря уже о доступе по оптоволокну.

Второе рождение спутникового интернета

Конечно, специалисты давно придумали, как повысить качество спутникового сигнала — расположить аппараты-ретрансляторы на более низких орбитах. Это позволило бы значительно увеличить скорость передачи данных и при этом избавиться от сопутствующих задержек. Но для бесперебойной работы такой системе необходимо много действующих аппаратов, чтобы постоянно держать в поле зрения всю земную поверхность. В свою очередь, это требует значительного количества запусков для развертывания и регулярной замены выводимых из эксплуатации спутников. Высокие расценки на пусковые услуги и создание космической техники делали подобные проекты экономически невыгодными еще на стадии обсуждения.

Ситуация начала меняться несколько лет тому назад. В качестве своеобразной точки отсчета можно выделить 2013 г., когда Федеральная комиссия по связи США (FCC) опубликовала отчет, посвященный спутниковому интернету. В нем сообщалось о существенном прогрессе в технологиях связи, позволившем значительно увеличить скорость передачи данных с орбиты. Вскоре компания SpaceX начала свое победное шествие на пусковой рынок, в итоге приведшее к заметному снижению цен на коммерческие запуски. К этому добавилось значительное увеличение надежности космической техники при тенденции к ее удешевлению. Все это подготовило почву для появления современных проектов массового спутникового интернета.

Спутники Starkink в представлении художника. Источник: SpaceX

В 2014 г. компания WorldVu, позже переименованная в OneWeb, начала разрабатывать систему для предоставления услуги доступа в интернет, состоящую из 700 – 900 аппаратов на 1200-километровой орбите. По иронии судьбы, в то время предприятие поддерживало тесные контакты со SpaceX. Известно, что основатель OneWeb Грег Уайлер и Илон Маск обсуждали возможность строительства совместного завода для массового производства спутников. Однако компании так и не заключили никакого соглашения о сотрудничестве и вскоре их пути разошлись.

Уже в январе 2015 г. Илон Маск впервые поведал о планах по развертыванию спутникового созвездия, состоящего из нескольких тысяч аппаратов. Впоследствии проект получил название Starlink. Изначально, многие эксперты крайне скептически отнеслись к словам Маска, сочтя их обычным пиаром. Но со временем стало понятно, что в SpaceX основательно взялись за дело. В 2017 г. компания взбудоражила общественность, обратившись в FCC за разрешением на размещение почти 12 тыс. аппаратов на околоземной орбите (совсем недавно компания подала дополнительную заявку еще на более чем 30 тыс. аппаратов). Годом спустя SpaceX запустила первые прототипы спутников Starlink. Даже тогда многие все еще не могли поверить в серьезность планов компании. Было сложно представить, что SpaceX действительно хочет создать систему, требующую больше спутников, чем было выведено за все 60 лет космической эры.

Типовая партия из 60 спутников Starlink, которые выводятся в космос ракетой Falcon 9. Источник: SpaceX

Но SpaceX в очередной раз сумела всех удивить. В 2019 г. компания показала первую партию спутников Starlink, размещенная под головным обтекателем Falcon 9. Оказалось, что инженеры SpaceX основательно переработали дизайн аппаратов, значительно уменьшив их габариты по сравнению с ранними прототипами. Благодаря этому, компания получила возможность запускать по 60 спутников на одном Falcon 9.

Процесс глобального развертывания Starlink начался в ноябре 2019 г. За два последующих года SpaceX вывела на орбиту 32 партии, в общей сложности, насчитывающие свыше 1700 спутников. Фактически, компания сумела превратить процесс их развертывания в самый настоящий конвейер. Еще никто и никогда в истории не запускал так много космических аппаратов в столь короткий промежуток времени.

Что касается OneWebb, то компания формализовала свои планы летом 2015 г. Был подписан контракт с Airbus Defence and Space на производство 720 спутников. В ходе последующих корректировок их количество уменьшилось до 640. В качестве основного носителя была выбрана ракета «Союз-2.1». В феврале 2019 г. OneWebb отправил в космос шесть прототипов спутников. Процесс развертывания созвездия начался через год. По состоянию на нобрь 2021 г. группировка OneWeb состоит из 358 действующих аппаратов.

Партия спутников OneWeb. Источник: Arianespace

В 2019 г. году в гонку за создание глобального спутникового интернета также официально вступил Amazon. Компания сообщила о разработке собственной системы, получившей название Kuiper — в честь известного астронома Джерарда Койпера.

В полностью развернутом виде система Kuiper будет состоять из 3236 спутников, находящихся орбитах высотой 590, 610 и 630 км. Запуск первых прототипов запланирован на конец 2022 г. Серийное развертывание системы первоначально будет осуществляться при помощи ракеты Atlas V (Amazon уже купила девять запусков). Предполагается, что остальные аппараты будут выводиться с помощью New Glenn.

Цена вопроса

Как же выглядит работа спутникового интернета? Вопреки распространенному мнению, речь не идет глобальном бесплатном Wi-Fi из космоса, к которому можно свободно подключиться со смартфона. Спутники Starlink будут передавать сигнал в диапазоне от 12 до 18 ГГц и от 26,5 до 40 ГГц, OneWeb —  на частотах от 26,5 до 40 ГГц. В то же время, поддерживающие Wi-Fi устройства используют частоты в 2,4 и 5 ГГц. Сигнал на этой частоте из космоса попросту не преодолеет ионосферу. Да и даже если бы не это физическое ограничение, было бы несколько наивно ожидать, что коммерческие компании потратит миллиарды долларов на подобную благотворительность.

SpaceX начала публичное тестирование терминалов Starlink в конце 2020 г. Комплект оборудования можно приобрести за 499 долларов, а стоимость месячной подписки на услуги связи составляет 99 долларов. Он размером с коробку пиццы (диаметр 61 см, высота ножки-подставки около 50 см) и имеет фазированную антенную решетку для отслеживания спутников. Терминал можно установить везде, откуда он может видеть спутники напрямую.

Антенна и пользовательский терминал Starlink. Источник: Steve Jurvetson

На данный момент SpaceX уже предоставляет услуги Starlink  более чем 140 000 пользователей в 20 странах по всему миру. Средняя скорость передачи данных составляет от 100 до 200 Мбит/с с пингом около 20 мс. Впрочем некоторым пользователям удается добиться и больших скоростей, достигающих 340 Мбит/с. По итогам тестирования SpaceX уже приняла решение внести изменение в форму антенны, уменьшив ее габариты и вес.

Что касается OneWeb, то в 2020 г. она заявила, что пользовательские терминалы для коллективного доступа с раздачей Wi-Fi   будут стоить от 1000 до 1500 долларов. Впрочем, уже в этом году руководство компании заявило о намерении добиться снижения цены в два раза.

Но какова стоимость развертывания всех этих спутников? В 2018 г. в SpaceX оценили ее в 10 млрд долларов. Однако не совсем понятно, идет ли речь о полном варианте системы или же о версии, которая сможет обеспечить ее «экономическую жизнеспособность». По другим оценкам, стоимость всех издержек может составить от 20 до 30 млрд долларов. Это огромная сумма, но в SpaceX считают, что игра стоит свеч. По расчетам компании, после полного развертывания, Starlink будет приносить компании до 30 млрд долларов в год.

Что касается OneWeb, то он обойдется значительно дешевле. Начальная конфигурация системы требует 640 спутников. По некоторым оценкам, стоимость их разработки, строительства и запуска составит порядка 2,6 – 3 млрд долларов: весьма солидная, но все же не запредельная цифра. Правда, она еще может измениться. Известно, что руководство компании изучает возможность расширить созвездие, в будущем запустив еще порядка 2000 аппаратов.

Прототип терминала OneWeb. Источник: spacenews.com

Следует подчеркнуть еще одно важное отличие между OneWeb и Starlink. Первый представляет хоть и амбициозный, но все же чисто коммерческий проект, направленный исключительно на получение прибыли. Однако Starlink сам по себе не является сверхцелью SpaceX. Основная задача компании — с нуля сформировать новый рынок, который смог бы обеспечить ее носители регулярной загрузкой. По задумке Илона Маска, полученная от Starlink прибыль окупит разработку и строительство космического корабля Starship. В свою очередь, это позволит SpaceX приступить к реализации его мечты о полете на Марс. Пользуясь услугами Starlink, вы помогаете человечеству стать мультипланетным видом. Неплохой слоган для рекламной компании, не правда ли?

Противники спутникового интернета

Помешать всем этим амбициозным планам могут не только экономические соображения, но и действия противников глобального интернета. А их у проектов Starlink и OneWebb хватает. После того, как SpaceX вывела на орбиту первую тестовую партию аппаратов, в сети стали появляться многочисленные видео, демонстрирующие движущуюся по небу спутниковую процессию. Оказалось, что Starlink (по крайней мере, сразу после вывода на орбиту) являются весьма яркими объектами, хорошо различимыми невооруженным глазом.

Треки, оставленные спутниками Starlink на астрофотографии. Источник: NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/NSF/AURA/CTIO/DELVE

В результате, астрономы забили тревогу. Многие деятели науки обрушились с критикой на SpaceX, обвинив компанию в том, что своими действиями она фактически уничтожает звездное небо и делает невозможным астрономические наблюдения. В ответ на это Илон Маск  пообещал, что специалисты SpaceX постараются решить проблему слишком большой яркости Starlink и сделать так, чтобы система не создавала помех для астрономов. Однако это убедило далеко не всех. В интернете быстро появились петиции, требующие запретить новые запуски Starlink.

Перепробовав ряд способов (среди них было и нанесение специального покрытия), в последующем SpaceX все же удалось, по крайней мере, частично решить проблему, оснастив аппараты специальными защитными козырьками. Это, а также изменение ориентации солнечных батарей на время выхода на рабочую орбиту, позволило существенно уменьшить яркость аппаратов на ночном небе.

Спутник Starlink с защитным козырьком (Visorsat). Источник: SpaceX

Еще одно серьезное опасение связано с космическим мусором. Единовременный вывод тысяч новых аппаратов существенно увеличит нагрузку на околоземное пространство. В теории, выработавшие свой ресурс спутники будут оперативно сводиться с орбиты. Но с учетом их огромного количества практически неизбежны ситуации, когда какие-то из них неожиданно выйдут из строя и пополнят популяцию космического мусора. Да и полностью исправный аппарат тоже может стать источником проблем. За последние месяцы Starlink нередко обвиняли в опасных сближениях с другими спутниками.

Из-за этого все громче и громче звучат призывы создать единую «диспетчерскую» систему для околоземной орбиты, которая позволит предупреждать опасные сближения и заранее разводить спутники по безопасным «эшелонам». Но для этого потребуется кооперация всех участников космического рынка и принятие ими единых стандартов по использованию орбиты.

Нельзя забывать и про западные антимонопольные органы. Если тарифы Starlink действительно будут заметно ниже, чем у остальных провайдеров, они вполне могут обвинить SpaceX в недобросовестной конкуренции, что может обернуться многолетними судебными тяжбами со сложно прогнозируемым результатом.

Но, пожалуй, наиболее серьезные проблемы для глобального интернета могут создать позиции отдельных государств, стремящихся полностью контролировать сетевой трафик. Нам не нужно далеко ходить за примерами. Еще в 2019 г. ФСБ заявила, что OneWeb представляет угрозу для национальной безопасности России (и это несмотря на то, что российские предприятия принимают активное участие в создании спутников OneWeb, а их вывод на орбиту осуществляется при помощи российских ракет). А осенью 2021 г. стало известно, что власти начали готовить закон, предусматривающий весьма внушительные штрафы как для юридических так и физических лиц за пользование спутниковым интернетом.

Антенна Starlink. Источник: spacenews.com

При этом надо понимать, что говоря о запрете на спутниковый интернет, речь не идет о глушении сигналов с орбиты. Это конечно возможно на определенной территории, но вряд ли осуществимо в масштабах одной девятой части суши. Властям намного проще запретить продажу и эксплуатацию ресиверов, что автоматически заблокирует всю легальную работу компаний на территории РФ.

Да, при необходимости и Starlink и OneWeb вполне могут обойтись и без российского рынка. Но с большой долей вероятности можно прогнозировать, что подобные проблемы могут возникнуть и с другими государствами. Очень многое будет зависеть от позиции Китая. Чтобы получить возможность работать на огромном рынке Поднебесной, Starlink и OneWeb по всей видимости придется присоединиться к «великому китайскому файерволлу».

Но, куда более вероятно что Китай вообще пойдет на радикальные меры и решит развернуть собственную систему спутникового интернета, чтобы обеспечить полную самодостаточность — как он уже это сделал, создав навигационную систему «Бэйдоу». В этом году представители Поднебесной публично анонсировали планы по запуску собственного созвездия интернет-спутников. Ранее российские власти уже заявляли о своей готовности присоединиться к подобной системе, чтобы получить «безопасную» альтернативу Starlink и OneWeb.

Увы, но в современном мире вопрос доступного интернета имеет не только экономическую, но и весьма заметную политическую составляющую. И пока ситуация не изменится, нельзя исключать, что в итоге мы может прийти к достаточно печальной ситуации, когда околоземная орбита окажется заполнена спутниками множества глобальных интернет-систем, которые смогут действовать исключительно в неких национальных пределах. Хоть с орбиты и нельзя увидеть государственные границы но, к большому сожалению, это ничуть не мешает людям использовать космос для их укрепления.