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.
Спутниковая связь появилась до эпохи интернета
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.
В конце 2000-ых несколько телекоммуникационных компаний в мире предлагали спутниковый интернет бизнесу и частным клиентам. Комплект оборудования стоил от 199 до 650 долларов, а минимальный ежемесячный платёж — больше 40 долларов. Это примерно в два раза дороже коммутируемого доступа через модем (dial-up), но и в несколько раз быстрее. Модемы выдавали около 35-40 кбит/с против 150-200 кбит/с спутникового интернета.
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.
Расцвет и застой спутникового интернета
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.
Оно работает! Мне ещё надо изучить Internet Explorer и Outlook Express. Netscape частично работает. Столько ещё предстоит узнать. Я всё ещё изучаю характеристики системы. Одна из них — как можно передвигать антенну, чтобы она работала без изменений.
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.
Как сейчас работает спутниковый интернет
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.
Телекоммуникационные компании приспосабливаются к проникновению проводного интернета — многие спутниковые провайдеры обратили внимание на интернет вещей. «Умным» устройствам не нужен быстрый интернет, а задержки не влияют на нормальную работу. Во многих промышленных решениях отказоустойчивость важнее скорости передачи данных.
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.
Актуальные проекты спутникового интернета на низкой орбите
Iridium Communications: спутники первого поколения сведены с орбиты, но концепция низкой орбиты сохранена. Американская компания предлагает телефонную связь и интернет на скорости 704 Кбит/с.
Viasat Inc.: один из мировых лидеров спутниковой связи (через спутники на геостационарной орбите) несколько лет работает над проектом малых спутников, планируя запустить почти три сотни к 2026. Некоторые ключевые топ-менеджеры сомневаются в необходимости таких программ, предлагая сосредоточиться на традиционном для компании бизнесе.
Telesat: компания планирует к 2024 отправить группировку из 298 спутников на низкую околоземную орбиту. Финансируют проект власти Канады и частные инвесторы. Компания предложит как традиционные решения на высоких орбитах, так и скоростной проект Lightspeed.
Project Kuiper: компания Джеффа Безоса работает над собственными спутниками и планирует запустить прототипы на орбиту в 2022 году. В проекте больше 3000 спутников, но сроки зависят от аэрокосмического проекта Blue Origin.
OneWeb: британская компания к осени 2021 года отправила на орбиту больше 320 спутников. Группировка работает на высоте 1200 километров, а с 2020 года запускают спутники в космос российские ракеты. Продукт британцев заточен под бизнес, а не под частных клиентов.
SpaceX Starlink: проект доступного каждому спутникового интернета существует с 2015 года и вывела больше 1000 аппаратов на орбиту. Компания Илона Маска добилась разрешения на вывод 12 тысяч спутников, что позволит покрыть весь земной шар единой сетью связи.
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.
Что строит Маск и какие проблемы ему предстоит решить
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.
Одно из важных преимуществ Starlink — отказоустойчивость и простота настройки. Тарелка сама наводится на ближайший спутник с помощью встроенного электромотора. Пользователи отмечают, что теперь не надо платить несколько тысяч долларов за первоначальную настройку и вызывать мастера после сильного ветра или падения на тарелку снега.
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.
В твитере глава SpaceX предлагает пригрозить кулаком в небо регуляторам стран, где не будет наземных станций, а значит интернет может приходить с точки без региональных ограничений. Строящиеся спутники оснастят системой лазерной связи, что уменьшит роль наземных шлюзов. Такая модель работы соответствует главной идее Starlink — одинаковый доступный интернет для каждого.
Какие российские законы помешают Starlink
Закон о «суверенном интернете» — внесение изменений в федеральный закон «О связи» и «Об информации…», главная цель которого ввести централизованное управление российским сегментом интернета и локализовать точки обмена трафиком с другими странами.
«Закон Яровой» — два законопроекта, обязывающие оператора связи хранить трафик пользователей в течение определённого времени и предоставлять его спецслужбам.
Постановление Правительства РФ от 21 февраля 2019 года №175, согласно которому спутниковые операторы должны разместить станции сопряжения и локализовать точку прохождения всего трафика в границах страны.
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.
Законопроект направлен на предотвращении возможных угроз национальной безопасности, путем совершенствования действующего механизма ввоза на территорию России спутникового оборудования и станций. Необходимо содействовать формированию благоприятных условий для здоровой конкуренции, которая будет ограничивать рост доли серого рынка с участием иностранных сервис-провайдеров.
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.
Нам надо найти баланс между нашим наследием и ответственным отношением к космосу. Если ничего не предпринимать, то мы сделаем планету-тюрьму, где вокруг летают смертоносные высокоскоростные мусорные ракеты.
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.
Количество спутников напрямую зависит от количества пользователей. Премьер-министр Михаил Мишустин летом 2021 года заявил, что к 2030 году вся территория России будет обеспечена доступом в интернет через установку более тысячи базовых станций. Мишустин не уточнил о какой технологии шла речь, но сроки совпадают с реализацией проекта спутниковой связи «Сфера».
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.
