Starlink покрыл почти всю поверхность планеты Земля

В среду, 26 мая, произошло историческое событие — ракета-носитель Falcon 9 FT с первой ступенью B1063-2 вывела на орбиту 550 км, 53,0° очередную партию из 60 спутников. Миссия Starlink-28 завершилась успехом.

Восьмой успешный запуск за последние восемь недель в рамках одной программы. Космические аппараты отправляются на орбиту с регулярностью авиарейсов. Впервые в истории человечества.

Но главный успех в другом. Эти 60 спутников Starlink полностью заполнили Shell 1 (Слой 1) — низкую околоземную орбиту с высотой 550 км и углом наклонения 53,2°. Таким образом, спутниковая группировка покрыла практически всю поверхность планеты Земля.

Илон Маск успешно завершил первый этап первой фазы своего проекта. Осталось наполнить еще три таких слоя и довести количество спутников в группировке до 4408. Сейчас в рабочем состоянии находятся «всего лишь» 1635 аппаратов.

Но, как говорил первый астронавт, ступивший на поверхность Луны, Нил Армстронг: «Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества».

К сожалению, выходить в интернет через Starlink можно лишь в нескольких ограниченных по территории зонах. В северной части США, в южной части Канады и в Великобритании. Дело в том, что сигнал не передается между космическими аппаратами.

Спутник работает, как ретранслятор, соединяя пользователя с наземной базовой станцией. Поэтому для того, чтобы выйти в интернет через Starlink, необходимо находиться не дальше, чем в 1000 км от базовой станции.

Тем не менее это огромное достижение. Построить наземные базовые станции и получить разрешения от местных регуляторов радиочастотного ресурса — куда легче, чем вывести на орбиту даже десяток спутников.

Если с силой бросить камень, он не сразу упадет на землю, а пролетит вперед. Чем большую силу вы приложите, тем дальше он упадет. Если придать камню достаточную скорость, чтобы он полетел за горизонт, то он превратится в искусственный спутник Земли.

Радиоволны распространяются в атмосфере примерно со скоростью света. Это очень быстро, но даже им требуется какое-то время, чтобы пройти расстояние от передатчика до спутника, затем от спутника к наземной базовой станции и уже потом, по наземным оптоволоконным кабелям — к серверу, на котором находится сайт, который вы открываете.

Чтобы интернет «не тормозил», видео не «подвисало», игры «не лагали», необходимо чтобы обмен информацией происходил примерно за 50 мс. Значит, спутник следует расположить не далее, чем в 1000 км от поверхности Земли. Чем ближе — тем лучше. Орбита в 550 км подходит просто идеально.

Чтобы удержать спутник на высоте в 550 км, ему необходимо придать скорость в 7,7 км/сек (27 720 км/ч). Тогда полный оборот вокруг Земли он будет совершать всего за 91 минуту.

Для сравнения — современный авиалайнер Boeing 777 преодолевает путь в 5566 км из Лондона в Нью-Йорк за 6 часов 50 минут, а Спутнику Starlink для этого достаточно всего 12 минут.

Когда вы пользуетесь интернетом через терминал Starlink, вы контактируете с одним спутником всего лишь несколько минут. Не дольше, чем 4 минуты и 8 секунд. Потом он скрывается за горизонтом, а вы — переключаетесь на следующий. В ноябре прошлого года инженеры SpaceX сумели вдвое увеличить скорость передачи данных, просто оптимизировав этот процесс переключения.

Из-за огромной скорости спутников опасность столкновения превращается в огромную проблему. Каждый космический аппарат Starlink ориентируется, как автомобиль на Земле — по сигналу от спутников GPS. Поэтому центр управления SpaceX точно знает, что происходит на орбите и где находится каждый аппарат. Если потребуется — траекторию можно немного подкорректировать.

Но если два спутника столкнутся, появится огромное количество обломков. Даже совсем маленький кусок космического мусора, весом в 1 грамм, представляет серьезную угрозу для аппарата, несущегося на скорости в 27 720 км/ч.

Частая коррекция орбиты — не выход. Потому что для изменения курса, пусть даже небольшого, придется тратить драгоценное топливо. А его должно хватить на 8 лет эксплуатации. Если часто корректировать орбиту, топливо закончится раньше, спутник будет сведен с орбиты и ему на замену придется отправлять новый. Поэтому спутники в околоземном пространстве разнесены по высоте, плоскостям и наклонению орбиты.

Shell 1 или Слой 1 — это часть спутниковой группировки, работающая на одной высоте и с одинаковым наклонением орбиты. В данном случае − 550 км над уровнем моря и под углом в 53.0° к экватору.
Вот, как выглядят орбиты всех спутников, входящих в этот слой:

Вы, наверное, сразу заметили, что полярные «шапки» Земли остались непокрытыми. Илон Маск еще раньше запустил 10 спутников в Shell 4 − на орбиту 560 км, под углом в 97.6° к экватору.

Поэтому уже сейчас Starlink покрыл всю поверхность Земли.

Весь Слой 1 поделили на условные 72 плоскости и в каждую из них запустили по 33 спутника. Всего нужно было отправить в космос 1584 аппарата. Но, чтобы избежать возможных проблем, Маск решил увеличить это число до 1725.

По состоянию на конец мая 2021 года, в Shell 1 находится 1625 рабочих спутников. И еще 100 аппаратов считаются нерабочими. Часть из них не сумела выйти на орбиту, другие еще находятся в процессе подъема или не отвечают на сигналы. Но, в любом случае, Илон Маск даже перевыполнил план. У него в первом слое находится 41 запасной спутник, готовый в любой момент заменить своего «коллегу», вышедшего из строя.

Для сравнения: в орбитальной группировке Iridium, единственной, на сегодняшний день, имеющей рабочее покрытие над всей поверхностью Земли, работает только 82 аппарата. Из них: 76 − рабочие и еще 6 − запасные.

Теперь SpaceX может строить базовые станции в любой точке мира и буквально за считаные дни предоставлять местным жителям широкополосный доступ в интернет. Создав глобальное покрытие для своей спутниковой группировки, Илон Маск получил весомое моральное преимущество перед своими конкурентами. И создал отличные позиции для начала переговоров с местными регуляторами.

Первыми доступ к Starlink получили индейские резервации в отдаленных регионах США. Теперь по этому пути могут пройти затерянные в океане острова, такие как Питкэрн или Остров Святой Елены. Высокогорные поселения, например, в Тибет или Памир. Или затерянные в джунглях деревни, скажем, расположенные в верховьях Амазонки.

Очевидно, Илон Маск будет ждать запросы от властей. Чтобы получить от них гранты или прямое финансирование на развертывание базовых станций и производство пользовательских терминалов.

На данном этапе SpaceX не могут начать массовое подключение пользователей. Во-первых, на орбите все еще мало спутников для того, чтобы обслужить много абонентов в одном регионе. Во-вторых, — себестоимость терминала все еще высока для массовой продажи. SpaceX платит не менее $2000 за комплект. А продает их по $499. Поэтому получение финансирования от властей выглядит вполне логичным и правильным.

Вся красота инженерного замысла Илона Маска и его команды, видна в этой таблице:

Всего в первой фазе планируется запустить 4396 спутников, а во второй − 7518. Вместе получается 11 914, не считая резервных. Половина космических аппаратов должна оказаться на орбите уже в 2024 году. А завершение всего проекта запланировано на ноябрь 2027.

Как видно из таблицы, первый слой − лишь капля в море амбициозных планов Илона Маска. Но сомнений в том, что ему удастся завершить проект полностью, уже почти не осталось.

Этот сегмент спутниковой группировки почти что в точности повторяет первый слой. То есть он нужен для того, чтобы удвоить пропускную способность. Чтобы в тех регионах, где уже есть базовые станции, можно было подключить больше пользователей.

Местные жители уже будут знать, как работает Starlink и что можно ожидать. Параметры доступа (скорость загрузки и выгрузки, время задержки) скорее всего, не изменятся.

Нужен для того, чтобы «закрыть бреши» в первых двух слоях. Возможно, в этом слое будут использоваться спутники, способные обмениваться информацией посредством передачи данных через лазерный луч.

Возможно, эти спутники будут использоваться для предоставления «премиум» услуг. Например, обеспечат доступ для очень малого количества пользователей по всему миру. Или же помогут SpaceX улучшить покрытие в регионах с большим спросом.

Тут все понятно. Эти космические аппараты необходимы для того, чтобы покрыть высокие широты обоих полушарий. Пользователей в Арктике и Антарктике живет и работает совсем мало. Но именно тут − самый большой спрос на высокоскоростной спутниковый интернет.

На данный момент SpaceX запустила в четвертый слой только 10 спутников. Для того чтобы протестировать работу системы в высоких широтах. И чтобы можно было отрапортовать всему миру о создании глобального покрытия.

Первая фаза рассчитана на предоставление доступа в интернет в тех местностях, где нет других дешевых подключений. Тут SpaceX конкурирует только с другими спутниковыми операторами.

А вторая фаза − это уже выход на массовый рынок. То есть, Starlink начнет конкурировать с сотовыми и кабельными операторами.

В первой фазе все спутники работают в Ku (12-18 ГГц, длина волны — 2,5-1,67 см) и Ka (26-40 ГГц, длина волны — 11,1-7,5 мм) диапазонах. Космические аппараты второй фазы переходят в V диапазон, 40-75 ГГц, длина волны — 7,5-4 мм. И это уже интересно.

Впервые V диапазон в 1995 году использовали ВВС США для построения перекрестной связи между спутниками в своей группировке. Эксперимент признан успешным. На частоте 60 ГГц можно передавать большие пакеты данных на высокой скорости не боясь, что их перехватит противник. Радиоволны идут «узким пучком».

Возникла лишь одна проблема. Радиоволны на частотах около 60 ГГц попадают в спектральную линию поглощения кислорода. То есть, атмосфера Земли, богатая кислородом, «поглощает» радиоволны. Для военных спутников это хорошо − радиообмен между ними практически невозможно прослушать с Земли. А для бытовых устройств попадание в спектральную линию стало большой проблемой.

Поэтому диапазон скоро начали использовать только для построения Wi-Fi сетей с малым радиусом действия. На 60 ГГц передавали до 7 Гбит/сек, но только на небольшие расстояния. В конце прошлого века технологии так и не смогли преодолеть барьер в 10 метров для бытовых устройств. Диапазон оказался никому не нужен.

Поэтому государственные регуляторы радиочастотных ресурсов забыли про V-band. И в XXI веке оказалось, что почти во всех странах мира для работы на 60 ГГц не нужно получать лицензию. И в США тоже не надо.

Поэтому почти все компании, запускающие в космос спутники, начиная от Boeing и telesat, заканчивая Starlink и OneWeb объявили о планах работать в V-диапазоне.

То, что еще вчера казалось невозможным, сегодня превращается в обыденность. Похоже, что инженерам удалось решить проблему радиообмена между спутником и Землей в V-диапазоне. Это означает, что Starlink таки сможет реализовать мечту среднестатистического пользователя.

Спутниковым интернетом можно будет пользоваться прямо с мобильного устройства. Это будет похоже на Wi-Fi сеть, покрывающую всю поверхность планеты Земля.

Построение сети Starlink предположительно завершится к концу 2027 года. То есть, нам осталось ждать около шести лет.

Теперь понятно, почему Илон Маск говорил про третью фазу и запуск более 40 000 спутников. После завершения второй фазы (12 000 космических аппаратов на орбите) мобильный интернет из космоса можно предоставить сравнительно небольшому количеству пользователей. Двум-трем десяткам миллионов.

А по мере увеличения количества спутников стоимость устройств, подключения и ежемесячной абонплаты будет падать. И количество пользователей, которые смогут позволить себе подключиться к Starlink, будет расти.

Каждый из нас сможет пользоваться спутниковым интернетом со своего смартфона. И эта услуга вряд ли будет стоить дороже, чем доступ в сетях 5G или по оптоволоконному кабелю.

В поисковой корпорации поняли, какие возможности открывает проект Илона Маска. Поэтому в середине мая «облачное» подразделение Google объявило о победе в тендере и заключении сделки со SpaceX.

Со своей стороны Google предоставит доступ к собственной оптоволоконной сети (одной из крупнейших в мире). То есть, сигнал со спутника Starlink будет «опускаться» на Землю и далее идти к серверам по оптоволоконным кабелям Google.

А SpaceX разместит свои наземные базовые станции в дата-цетрах, принадлежащих Google.

Таким образом, мы еще быстрее сможем открывать Таблицы или Документы Google, загружать видео из YouTube или пользоваться другими сервисами корпорации.

Больше всех от сделки выиграют простые пользователи. Если Starlink будет работать только с Google, то у Amazon и Microsoft просто не останется другого выхода. Компаниям придется строить свои спутниковые группировки. Значит, конкуренция на рынке сильно возрастет. А стоимость доступа к спутниковому интернету — упадет.

#starlink #илонмаск