Покрыть сетью всю планету: как развивался спутниковый интернет — от нишевых проектов до Starlink Илона Маска

SpaceX уже выбивается в лидеры индустрии, но сталкивается с «земными» проблемами — регуляцией властей и конкуренцией со стороны других компаний.

В октябре 2021 года SpaceX завершила бета-тест системы Starlink. В нём приняли участие больше 900 тысяч человек — они остались довольны качеством связи, несмотря на поначалу скептичное отношении к интернету через спутник.

Компания Илона Маска не единственная осваивает низкую орбиту, а журналисты говорят о новой гонке технологий. Но все преследуют разные цели — одни хотят дать доступ в интернет бизнесу, а другие — рядовым пользователям, и всех хотят регулировать власти.

Спутниковый интернет доступен людям почти 20 лет, но раньше технология была нишевой из-за дорогих запусков ракет. Теперь, когда миллиардеры вкладывают деньги в собственные космические компании, на орбиту ежегодно выходят тысячи летательных аппаратов.

Передавать данные через спутник человечество научилось ещё в 1960-ых. Аппараты NASA проекта Syncom транслировали телевизионную картинку с Олимпийский игр в Токио, а позже обеспечивали связь высшего командования американской армии во время войны во Вьетнаме.

В апреле 1965 года американский Intelsat I стал первым коммерческим аппаратом через который работала телефонная связь, телевидение и факс. Пробыв на орбите больше четырёх лет, вместо запланированных 18 месяцев, Intelsat I показал, что одно устройство в космосе может обеспечить качественную и быструю связь из космоса между Америкой и Европой.

Intelsat I находился на геостационарной орбите. Это означает, что спутник размещён над экватором и его угловая скорость движения равна скорости вращения Земли. Он как бы зафиксирован над одной точкой и наземные тарелки настраиваются точно на него. Высота такой орбиты — 35786 километров.

К 1970-ым спутников становилось больше — и СССР, и США запускали аппараты для бытовой, коммерческой и военной связи. Технологии развивались и новые аппараты регулярно увеличивали зону покрытия. В 1990-ых появились технологии малых наземных станций (VSAT), которые уже можно было разместить в офисе или небольшом посёлке. Вскоре ТВ-приёмники получали сигнал напрямую из космоса благодаря освоению новых диапазонов частот радиоволн.

Новые спутники передавали информацию быстрее и надёжнее — возникла индустрия индивидуальной спутниковой телефонной связи. В это же время активно развивался интернет, который требовал прокладки физических сетей. В Европе и США возникла идея передавать сигнал через спутник, как это уже делалось для телефонии и телевидения.

Существует два вида спутникового интернета: асинхронный и синхронный. Первый способ подразумевает, что помимо тарелки у клиента есть дополнительно передающее устройство. Так как объём исходящего трафика обычно во много раз меньше, то для отправки запросов подойдёт медленный (9600 бит/с) и дешёвый канал связи.

При синхронном способе подключения тарелка и принимает, и отправляет запросы. Средняя скорость соединения может быть 2-3 Мбит/с, но для прохождения радиосигналом всего пути от спутника и обратно потребуется около 500 миллисекунд. Для проводных соединений показатель задержки обычно равен 3-5 миллисекундам.

В начале 2000-ых спутниковый асинхронный интернет завоёвывал рынок: пользователи платили отдельно за входящий и исходящий трафик, но получали контент на скорости в 2-3 раза больше. Типичный набор оборудования состоял из небольшой тарелки, терминала (или специальной платы) для соединения со спутником и модема для отправки запросов.

Оборудование требовало точной настройки. Операторы предупреждали о метеозависимости спутникового интернета и невозможности играть в онлайн-игры из-за высоких показателей задержки. Впрочем, это не сказывалось на веб-сёрфинге, а скачивались файлы быстрее, чем при работе через модем. Пользователи с энтузиазмом покупали комплекты и делились впечатлениями от использования.

Объём трафика постоянно рос — в интернете появлялась новая музыка, фильмы и онлайн-игры. Проводной интернет, в основном по технологии xDSL (позволяла не занимать телефонный канал в отличии от dial-up), приходил в небольшие города. Из оборудования необходим был только делитель канала и модем, не требующий частой настройки, а тарифы становились доступнее с каждым годом.

Пользователи спутникового интернета были недовольны ограничениями по времени соединения — многим не хватало стандартных 25 часов в неделю, учитывая время, когда интернет работал с перебоями из-за плохой погоды или случайного смещения тарелки.

Провайдеры боролись с задержками, но безуспешно. Ни софт, ни оборудование не могли компенсировать проходимое сигналом расстояние, поэтому компании задумали сократить расстояние до космических объектов. Для этого спутники можно выводить на низкую околоземную орбиту, потеряв достоинства геостационарной.

Высота от 160 до 2000 километров над поверхностью Земли пригодна для размещения небольших спутников весом до тысячи килограммов. Для устойчивой связи их потребуется несколько десятков или сотен, но вывод аппаратов на орбиту дешевле, а задержки связи сокращаются из-за меньшей высоты полёта.

В 1998 году компания Iridium вывела в космос более 60 устройств, передающих сигнал для телефонной связи. От задумки до реализации прошло больше 10 лет и технология проиграла GSM — минута разговора стоила минимум шесть долларов, а аппараты архаичного дизайна за две тысяч долларов не нравились покупателям. Cистема позже нашла клиентов, пройдя банкротство, смену владельцев и переосмысление стратегии развития.

Компания Motorola в это же время задумала вывести на низкую околоземную орбиту 63 спутника для стабильного интернета. На высоте около 1400 километров космическая радиация меньше влияет на устройства, уменьшается время задержки, а подобные запуски гораздо дешевле. Впрочем, проект Celestri всё равно получался чрезвычайно дорогим — почти 13 миллиардов долларов.

Motorola вышла из проекта, вложив деньги в Teledesic. Компания планировала вывести на орбиту высотой примерно 700 километров больше 800 спутников, но позже скорректировала планы — 288 спутников на высоте 1400 километров. Компания, в которую инвестировали Билл Гейтс и Boeing, так и не построила рабочих спутников, а в 2003 году отказалась от использования выделенного ей диапазона частот.

С начала 2000-ых провайдеры по всему миру предлагают синхронный и асинхронный доступ в интернет. В России тарелки до сих пор используют для приёма в отдалённых частях города или населённых пунктах, где нет проводного соединения.

Большинство устройств принадлежит ФГУП «Космическая связь». Семейство геостационарных спутников «Экспресс» делит рынок с группировкой коммерческих спутников «Ямал» компании «Газпром космические системы». Построены аппараты совместно с франко-итальянской Thales Alenia Space, которая поставляет аппаратуру связи.

Операторы предлагают комплекты оборудования стоимостью от 30 тысяч рублей и абонентской платой с лимитированным трафиком от 5 до 10 гигабайт примерно за 1000 рублей. На сайтах отзывов сообщения пользователей похожи на обзоры спутникового интернета начала 2000-ых — люди жалуются на задержки в 600 миллисекунд и просадки скорости до 512 Кбит/с.

Крупнейшие игроки в Европе и США — те же самые компании, что продвигали спутники двадцать лет назад. Hughes Network Systems и Viasat Inc. были пионерами спутниковой передачи данных, но заработали состояние на передаче ТВ-сигнала. В США по-прежнему больше 8 миллионов человек пользуются спутниковым синхронным интернетом. В России абонентов спутникового интернета около 127 тысяч.

Большинство компаний, предоставляющих спутниковый интернет, работают с геостационарными спутниками. Именно поэтому в разных странах условия и стоимость работы спутникового интернета одинаковы. Решить проблемы задержек по-прежнему невозможно из-за расстояния, на котором находятся спутники.

Одной из причин провала первых проектов размещения спутников на низкой околоземной орбите была стоимость запусков. Полёты частных космических компаний обходятся дешевле партнёрства с государственными структурами и их число растёт. Владельцы телекоммуникационных компаний рассчитывают, что сотрудничество с частными аэрокосмическими фирмами поможет развивать спутниковую связь, включая интернет.

О выводе спутников на низкую орбиту сообщали Китай и Россия. В Азии одновременно существуют несколько программ доступа в интернет через спутники, но наиболее перспективной считается инфраструктура для промышленности и интернета вещей.

«Роскосмос» реализует подобную программу «Марафон IoT» (орбита около 1200 километров) и «Сфера» (орбита чуть больше 8000 километров) для доступа в интернет в отдалённых местах страны. В Европе с середины 2010-ых существует аналогичная «Сфере» программа O3b, обеспечивающая скорость до 600 Мбит/с в труднодоступных местах.

Большинство проектов спутникового интернета не затронут жизнь рядовых пользователей интернета. Многие из них строятся под нужды промышленности, судоходства или правительственной связи. Среди них выделяется Starlink, который изначально задумывали для обеспечения интернетом населения, а не компаний.

У SpaceX простая задумка: вывести тысячи спутников весом 260 килограммов на низкой околоземную орбиту и покрыть всю планету единой сетью. На 550 километрах от поверхности Земли образуется «оболочка» (Shell), которая позволит пользователям беспрерывно взаимодействовать с одним из спутников.

Транслируется интернет на спутник с одной из наземных станций, где есть проводное соединение с магистральным наземным провайдером. Компания планирует строить собственные опорные шлюзы по необходимости. Принимают сигнал пользователи с помощью комплекта фирменного оборудования (тарелка и терминал), которые продаются за 499 долларов (около 35700 рублей). Абонентская плата в месяц — 99 долларов (чуть больше 7000 рублей).

Пользователи довольны спутниковым интернетом Илона Маска — в США, Канаде, Новой Зеландии задержки составляют 20-40 миллисекунд, а скорость может достигать 400 Мбит/с при средних показателях в 50-150. Впрочем, на некоторых островных территориях регулярно случаются разрывы. Там SpaceX строит дополнительные наземные станции.

За две фазы Маск планирует вывести на орбиту новые группировки спутников, которые образуют новые «оболочки». В сентябре 2021 года началось формирование второго слоя. Высота орбиты будет отличаться на десятки километров, но изменится угол наклона орбиты к экватору, что позволит покрыть новые территории.

Пока о массовых проблемах Starlink известно мало. У некоторых пользователей перегревается тарелка, но компания работает над устранением проблемы, как и удешевлением набора до 250 долларов. Больше всего сложностей SpaceX ожидает в области регулирования интернета. Особенно остро — в развивающихся странах с сильной интернет-цензурой.

В США Федеральная комиссия по связи не только быстро пропускает запросы компании Маска на изменение программы, но и финансирует Starlink в целях покрытия интернетом отдалённых частей страны. Жалобы на SpaceX подавала Kuiper Systems Джеффа Безоса, работающая над собственным проектом спутников на низкой околоземной орбите, и Dish Networks, разворачивающая связь 5G в труднодоступных местах США.

Компанию обвинили в использовании неправильно лицензированного оборудования, обходе правил по выводу спутников на орбиту и замусоривании околоземной орбиты. Маска опосредовано обвинили в манипуляции общественным мнением через социальные сети и призвали к честной конкуренции. Регулятор отклонил все претензии компаний.

В Европе власти обеспокоены лицензированием деятельности и взаимодействием разных технологий связи. Регуляторы хотят создать условия, при которых спутники и наземный интернет будут дополнять друг друга для обеспечения надёжной связи всему населению ЕС.

В Индии в 2022 запустят бета-версию Starlink, но против внедрения выступает некоммерческая организация Broadband India Forum, в которую входят крупнейшие представители телекоммуникационной отрасли (Cisco, Google, AT&T и другие). Маска снова обвиняют в нарушении правил предоставления услуг и недобросовестной конкуренции.

Также Starlink будет обязана подключиться к Системе технических средств для обеспечения функций оперативно-розыскных мероприятий (СОРМ). В случае невыполнение требований законодательства, власти могут не выдать лицензию на частоты вещания, запретить ввоз оборудования или назначить штраф до одного миллиона рублей.

Власти могут предпринять попытку «глушить» подобную связь, но Starlink, как и многие другие системы спутниковой связи, используют специальный набор частот (Ku-диапазон). Вмешательство в передачу данных может привести к сбоям в работе других систем, включая сотовые телефоны и правительственные каналы связи.

Правительство рассматривает возможность штрафовать должностные лица и предприятия за использование спутникового интернета, работающего не по правилам. Пока неясно как будут выявляться факты нарушения законодательства и будет ли наказание для физических лиц.

OneWeb заявила о планах построить базовые станции в России, что отчасти означает согласие выполнять все требования местного законодательства. Пока из крупных провайдеров спутникового интернета только Iridium Communications выполнила все требования законодательства, построив станцию сопряжения и подключившись к СОРМ.

Помимо государственного регулирования, в работе спутников на низкой околоземной орбите существует общая проблема для всех проектов — космический мусор. Тысячи аппаратов летают вокруг Земли и пока столкновения случаются крайне редко, но рост количества спутников может спровоцировать массовые инциденты.

При самом печальном развитии событий, околоземная орбита станет практически непригодной для использования. Отключившиеся или сбившиеся с курса спутники будут бесконтрольно вращаться вокруг Земли и заблокируют полёты. Такое гипотетическое явление называют синдромом (эффектом) Кесслера.

NASA и «Роскосмос» отслеживают большую часть космического мусора и планируют очищать орбиту специальными роботизированными мусорщиками. Частным компаниями рекомендуется принудительно опускать отработавшие ресурс аппараты в плотные слои атмосферы Земли, где они будут сгорать.

Россия несколько раз попадала в рейтинги стран с самой низкой оплатой за интернет. Провайдеры предлагают физическим лицам безлимитные тарифные планы от 350 рублей, что почти в 20 раз меньше предложения Starlink. По данным Deloitte россияне всё чаще отказываются и от проводного интернета в пользу мобильного, в том числе благодаря его стабильности и территории покрытия.

В отделённых районах действуют спутниковые провайдеры, работающие на геостационарных орбитах. Пользователей может привлечь гораздо более стабильный и скоростной интернет, если у них не возникнет проблем с получением оборудования на территории России.

#технологии #интернет #космос #spacex #лигаавторов

Статья создана участником Лиги авторов. О том, как она работает и как туда вступить, рассказано в этом материале.