Сигнал из космоса Как работает спутниковый интернет

Сегодня спутниковый интернет оказался у всех на слуху. Произошло это благодаря Илону Маску, компания которого с 2018 года развертывает группировку космических аппаратов Starlink. Первые пользователи уже получили доступ к Сети через небольшие (как для спутникового ТВ) антенны-тарелки. Однако Маск не единственный герой на этом еще только формирующемся рынке. На пятки ему наступает проект OneWeb, тоже начавший подключение пользователей, — ​некоторые поселки на Аляске уже пользуются этой системой. Если считать по степени готовности орбитальной флотилии, то OneWeb даже опережает американского конкурента. Из более чем 40 тысяч аппаратов, запланированных для Starlink, в космосе работает около 1800. Технология OneWeb не требует такого множества спутников и будет включать 648 штук, из которых 394 уже выведены на орбиту. Есть между лидерами и другие важные отличия, разобраться в которых «Цифровому океану» помог Михаил Кайгородов, коммерческий директор российского отделения OneWeb.

Почему спутникового интернета до сих пор не было?

Доступ в Сеть через спутники работает уже несколько десятилетий. Однако большинство телекоммуникационных спутников находятся на геостационарной орбите (ГСО). Поэтому качество этой связи будет далеко не тем, к которому мы привыкли, пользуясь обычными способами подключения. ГСО находится на высоте более 35 500 км над поверхностью Земли. При прохождении сигнала на все это расстояние, туда и обратно, неизбежно возникает задержка во времени, доходящая до 500–600 миллисекунд. Для телевидения это еще приемлемо, но для интернета — ​нет, и устранить проблему не позволяют законы самой физики. Единственное, что можно сделать, — ​это уменьшить орбиту, на которой находятся спутники.

Михаил Кайгородов, коммерческий директор российского отделения OneWeb:

Весьма показательна история системы Iridium. Развертывание этой флотилии низкоорбитальных аппаратов для телефонной связи началось в 1990-х. Однако в силу огромных затрат на производство и доставку спутников себестоимость услуг Iridium сразу оказалась неприемлемо высокой. Поэтому проблемы начались уже на первых этапах коммерческой эксплуатации системы. Поддерживать спутниковую группировку оказалось слишком дорого, компания прошла через банкротство. Работает она до сих пор, однако бурное развитие технологий связи на Земле оставило спутниковое подключение далеко позади

Но чем ниже высота орбиты, тем меньшую площадь поверхности Земли «видят» спутники. Чтобы охватить планету целиком, для ГСО достаточно трех-четырех аппаратов. А вот на средних орбитах их понадобятся уже десятки — ​например, 20, как у телекоммуникационной флотилии O3b, работающей на высоте около 8000 км. Еще лучше для быстрой связи подходят низкие околоземные орбиты (НОО) высотой менее 2000 км. Однако они требуют сотен спутников, как в проекте OneWeb, или даже тысяч, как у Starlink. Изготовить, вывести в космос и поддерживать такую мегагруппировку (она так и называется — mega-constellation) куда сложнее и дороже, чем несколько аппаратов на ГСО.

Для чего нужно так много спутников?

Геостационарные орбиты недаром так важны для телекоммуникаций. Находясь здесь, спутник вращается синхронно с Землей и словно висит над одной и той же точкой ее поверхности, охватывая обширное пространство под собой. Это позволяет обойтись минимальным количеством аппаратов. А вот на высоте НОО аппараты быстро проносятся над планетой, и каждый из них покрывает лишь ограниченную площадь. Чтобы связь оставалась бесперебойной, спутники должны непрерывно сменять друг друга, и их требуется много.

Михаил Кайгородов, коммерческий директор российского отделения OneWeb:

В 2021 году мы обеспечили покрытие спутниками OneWeb земного шара начиная с 50-й северной широты и выше. Параллельно идет получение прав на коммерческую деятельность в разных странах. Для 40 юрисдикций разрешения уже получены, в России процесс еще продолжается. Российский рынок имеет особое значение для OneWeb. Территория страны настолько велика, что около 15 % емкости всей группировки «висит» над ней. Компании важно конвертировать эти мощности в сервисы для местных клиентов

К тому же на высотах в сотни километров еще чувствуется влияние земной атмосферы, пусть и чрезвычайно разреженной. Находящиеся здесь аппараты требуют дополнительных расходов топ­лива для поддержания нужной орбиты, что сокращает срок их службы. Обычная продолжительность активного существования на ГСО составляет 15 лет, а на НОО — ​около пяти. Поэтому низкоорбитальные мегагруппировки не просто многочисленны — ​они должны непрерывно обновляться.

Почему спутниковый интернет стал развиваться теперь?

Новый этап развития низкоорбитальных группировок связан с прогрессом в космических и электронных технологиях. В нулевые годы стоимость производства спутников радикально снизилась. Например, один аппарат OneWeb сегодня обходится всего лишь в миллион долларов, в десятки раз дешевле первых Iridium. Это позволяет организовать массовое производство, чтобы развертывать и поддерживать по-настоящему большие орбитальные мегагруппировки. На совместном предприятии OneWeb и Airbus во Флориде сегодня действуют две сборочные линии, каждая из которых способна конвейерным способом выпускать до 30 спутников в месяц — ​не только на текущие нужды, но и «на вырост».

Скрыть текст

Антенна «видит» пролетающие один за другим спутники, поддерживая непрерывную связь

Михаил Кайгородов, коммерческий директор российского отделения OneWeb:

Эти успехи привлекли внимание и других разработчиков. Создание низкоорбитальных группировок для доступа в интернет анонсировали Amazon (проект Kuiper), и „МегаФон“ (проект „МегаФон 1440“), и, конечно, сразу несколько китайских компаний. Однако Starlink и OneWeb продвинулись дальше всех. Они уже развернули минимальные необходимые группировки на орбите, активно развивают наземную инфраструктуру, спроектировали и выпускают пользовательские терминалы

Такое же падение стоимости произошло и в области космических стартов. Появление многоразовых ракет SpaceX Falcon многократно удешевляет доставку на орбиту полезной нагрузки. Снизили цены все, кто может предложить такие услуги, включая и Роскосмос, с которым у OneWeb заключен долгосрочный контракт. А еще большую экономию дают технологии кластерного запуска, позволяющие отправлять на одной ракете десятки небольших спутников. Ракеты-носители «Союз» с разгонными блоками «Фрегат» доставляют на орбиту по 36 аппаратов OneWeb с каждым стартом.

Чем отличаются Starlink и OneWeb?

Проекты схожи концептуально, технически и функционально. Однако орбиты спутников Starlink находятся на высоте 550 км, а у OneWeb она вдвое больше — ​1200 км. Это позволяет обойтись меньшим числом спутников и запусков, хотя каждый отдельный аппарат приходится делать крупнее и мощнее, чем для Starlink, чтобы он мог обеспечить передачу данных большему числу абонентов.

Михаил Кайгородов, коммерческий директор российского отделения OneWeb:

Главное отличие в том, что Starlink предназначен для частных пользователей. Если компания официально допущена на рынок страны, то кто угодно может купить себе „тарелку“ и пользоваться доступом в интернет. Таким образом, Илон Маск начинает конкурировать с локальными операторами связи. Мы же идем совершенно другим путем и ориентируемся на В2В, не соперничая, а объединяясь с действующими провайдерами. Им система OneWeb позволяет „дотянуться“ до абонентов везде, обеспечивая широкий канал связи с удаленными и малонаселенными регионами, а также на транспорте

Из-за своей крайне низкой орбиты аппараты Starlink бывают видны даже невооруженным глазом. А благодаря своей многочисленности они постоянно вмешиваются в наблюдения за далекой Вселенной, вызывая критику со стороны астрономов. Поэтому для уменьшения блеска на новых поколениях спутников Starlink приходится использовать специальное затемняющее покрытие. Перед OneWeb такая проблема не стоит, поскольку эта система использует намного меньше спутников, а их орбиты пролегают куда выше.

Разрешат ли их в России?

В обозримой перспективе Starlink вряд ли получит лицензию на работу в Российской Федерации. Самым серьезным препятствием к этому являются технологии прямой передачи данных с одного спутника на другой, которые закладываются в эту систему. Подразумевается, что сигнал, полученный с одной точки Земли, будет пересылаться с аппарата на аппарат и лишь затем возвращаться вниз, к получателю, находящемуся в другой точке планеты. Однако такой подход противоречит действующим требованиям законодательства России и некоторых других стран.

Михаил Кайгородов, коммерческий директор российского отделения OneWeb:

Для многих регуляторов, которые принимают решение о допуске иностранной компании на местный телекоммуникационный рынок, прямой обмен данными между спутниками создает трудности. Он делает бесполезными усилия по „приземлению“ трафика. Поэтому в техническом решении OneWeb такие возможности не предусмотрены изначально. Так что мы не видим серьезных препятствий для регистрации в России и вплотную этим занимаемся

Дело в том, что в последние годы власти прикладывают большие усилия для «приземления» трафика. Работая в России, зарубежные операторы связи обязаны развернуть здесь наземную инфраструктуру. Через эти серверы должен проходить и фильтроваться весь контент, генерируемый пользователями на территории страны, прежде чем уйдет за рубеж. Схожие требования действуют в Китае, Индонезии и Казахстане.