Тема спутниковой связи является весьма сложной, так как объединяет в себе не только технические и коммерческие вопросы, но и вопросы международного взаимодействия между отдельными странами в вопросах использования общего для человечества частотного спектра, то в области данного проекта и его возможностей у большинства населения имеется достаточно много заблуждений.
По мере возможности, я старался рассказывать о спутниковой связи (которой отдал более 27 лет своей жизни и в общем чего то достиг) и проекте StarLink в частности, в своем блоге, но сейчас масса накопившегося материала о данном проекте, и понимание, чего собственно не понимают (заблуждаются) люди не из нашей узкой отрасли, привело меня к идее систематизировать накопившиеся знания об этом проекте, и опубликовать их в некоем едином виде, постаравшись сделать это описание интересным и доступным для обычного читателя интересующегося техникой и космосом, а так же полезным для моих коллег связистов.
Что из этого получилось, а что нет, судить Вам. По мере сил и возможностей я буду обновлять содержание (ибо проект бурно развивается и меняется на ходу) и отвечать на Ваши вопросы.
Сергей Пехтерев, к.т.н.
1. Рождение проекта Starlink
Если искать, откуда вырос этот проект, то, скорее всего, за точку отсчета надо взять 2007 год, когда Грег Уайлер основал компанию O3b Networks, акционерами которой стали спутниковый оператор SES (ему принадлежало 49,5% акций), Google, банк HSBC, фонд Liberty Global.
Фото: Грег Уайлер
В 2016 году SES выкупила доли у остальных акционеров O3b Networks, и это стало признанием успеха и компании, и Грега Уайлера как руководителя, и перспективности этого направления бизнеса. Напомним, что О3b — это сокращение от Other 3 billion: напоминание о трех миллиардах землян, не имевших в 2007 году доступа к Интернету. Суть того проекта была в создании группировки спутников на орбите высотой 8000 км от Земли над экватором, позволяющей обеспечить широкополосным интернетом население планеты, проживающее между 45 градусом южной и 45 градусом северной широты. Очевидным недостатком проекта было то, что для приема интернета был нужен комплекс из двух антенн диаметром 2,4 м и стоимостью в $120 тыс. Две антенны нужны были потому, что одна принимала сигнал, следя за летящим спутником, а вторая антенна в это время наводилась на следующий космический аппарат, чтобы сменить первую, когда «ее» спутник скроется за горизонтом.
Такой сервис был воспринят правительствами и телекомами стран Африки, островных государств в Тихом океане, а также Пентагоном для его зарубежных баз. То есть бизнес удался, ресурс сети был распродан. Но из-за огромной стоимости антенн этой услугой не могли воспользоваться жители деревень в глубине Африки, да и просто частные лица. Нужен был проект «персонального спутникового интернета» на базе спутников на низкой орбите.
И такой проект появился внутри компании Google, куда в 2013 году устроился на работу Марк Кребс.
30 сентября 2014 года Google подала заявку на патент на спутниковую группировку для широкополосного доступа в интернет с сетью наземных шлюзовых станций и межспутниковыми линиями связи, в которой Марк Кребс значился как изобретатель.
Патент был выдан уже в 2017 году, вот как должна была выглядеть группировка спутников:
Таким образом, можно точно утверждать, что в 2013-2014 гг. внутри Google велась работа над спутниковым проектом для широкополосного доступа в интернет, и его активными участниками были Марк Кребс и Грег Уайлер. Последний решил привлечь к данному проекту Илона Маска, который только-только закладывал основы своего будущего успеха, переходя на версию 1.1 ракеты Falcon 9 и стыкуя грузовой космический корабль Dragon к МКС. Маску отводилась роль «извозчика» по доставке спутников в космос и «слесаря» по их изготовлению.
Что и как произошло в 2014 году между руководством Google, Илоном Маском и Грегом Уайлером, я сказать не могу: надо ждать, пока все они не выпустят мемуары и читать, кто, что, кому сказал и кто кого куда послал, но результат известен. Грег Уайлер расстался с Google и основал собственный проект OneWeb (WorldVu), а Илон Маск заручился финансированием от Google и в 2014 году начал аналогичный проект.
Отметим, что, скорее всего. 2014 год был весьма бурным, а переговоры сторон достаточно напряженными, и стороны готовились к тому, что их совместный бизнес не состоится. По крайней мере известно, что 27 июня 2014 года в Международный Союз Электросвязи (МСЭ) была подана заявка от имени норвежского регулятора в области связи на спутниковую сеть из 4257 спутников, под названием STEAM. При этом сеть состояла из двух группировок: STEAM-1 была заявлена в Ku-диапазоне, а STEAM-2 – спроектирована как Ка-группировка; ее 4257 спутников распределялись между 43 орбитальными плоскостями. Инициатором этой заявки в МСЭ была компания Steam Systems, основанная в 2014 году юридической фирмой Schjødt. В 2018 году в реестре собственников Steam Systems произошли изменения и теперь 100% собственником является SpaceX. Преимущество Норвегии перед США заключалось в отсутствии сбора, который взымал американский отраслевой регулятор Federal Communication Commission (FCC) — он требовал чуть ли не $1 млн, и в отсутствии бюрократии. Напомним, что FCC рассматривала заявку SpaceX от 2016 года почти два года, тщательно изучая претензии от всех конкурентов.
Таким образом, можно сказать, что отчий дом для проекта Starlink — это Google, а на роль родителей претендуют Грег Уайлер и Марк Кребс (в 2016 году Марк перешел в SpaceX, в 2018 году Илон Маск его оттуда выгнал, и с 2018 года Кребс работает над проектом Amazon Kuiper у Джеффа Безоса). Но настоящую жизнь в Starlink вдохнул Илон Маск, загоревшийся этой идеей в 2014 году. Вот первое упоминание Маском будущего проекта Starlink:
2. Основные события проекта Starlink
Январь 2015 г. — открытие офиса в Рэдмонде, штат Вашингтон, созданного специально для развития проекта Starlink.
15 ноября 2016 г. — подача заявки в FCC на использование частотного спектра диапазонов Кu и Ка спутниковой группировкой из 4425 космических аппаратов.
1 марта 2018 г. — подача заявки на использование частотного спектра V-диапазона спутниковой группировкой из 7518 космических аппаратов.
30 марта 2018 г. — получено разрешение FCC на заявку от ноября 2016 года на сеть из 4425 спутников.
22 февраля 2018 г. – Ракетой-носителем Falcon 9 в качестве попутной нагрузки успешно запущены два тестовых спутника (Microsat-2a и Microsat-2b). Впоследствии они были переименованы в Tintin-А и Tintin-В.
Октябрь 2018 г. — реорганизация офиса в Рэдмонде с увольнением семи сотрудников, в том числе двух топ-менеджеров проекта Starlink. Среди уволенных оказались вице-президент по спутниковому направлению Раджив Бадьял и один из главных конструкторов Марк Кребс, занимавшийся проектом спутникового интернета еще в Google. Илон Маск заменил их, поставив новым руководителям задачу начать запуск спутников уже в середине 2019 года.
8 ноября 2018 г. — подача заявки в FCC на изменение заявки сети Кu и Ка диапазонов (4425 спутников), с выделением первого этапа из 1600 спутников и уменьшением для них высоты орбиты с 1100 км до 550 км.
15 ноября 2018 г. — получено разрешение FCC на сеть по заявке от 1 марта 2017 г. из 7518 спутников в V-диапазоне частот.
20 декабря 2018 г. — Отдел планирования стратегического развития и экспериментов ВВС США заключил со SpaceX контракт на сумму $28 млн на испытания в течение следующих трех лет различных способов использования военными сервиса спутниковой сети Starlink.
1 февраля 2019 г. — Спейс Х направил в FCC заявку на включение и работу 1 миллиона абонентских терминалов.
8 апреля 2019 г. – одобрена заявка SpaceX на лицензию для работы частной системы дистанционного зондирования Земли. Таким образом, SpaceX получает право заниматься съемкой как собственных спутников, так и Земли. Разрешение выдано на цветную съемку с низким разрешением для 60 космических аппаратов на круговой орбите с наклонением 53°.
26 апреля 2019 г. — FCC одобрила заявку SpaceX на изменение ранее заявленной сети в Кu-диапазоне. Теперь речь идет о 1584 спутниках на высоте 550 (вместо 1150) км и с наклонением 53°.
Май 2019 г. — в сети интернет начинают появляться видео со Starlink train – многочисленные спутники этой группировки выглядели в ночном небе как движущийся поезд. Восхищенные возгласы зрителей начинают сопровождаться возмущением астрономов. Начинается эпопея «SpaceX vs астрономическое сообщество».
23 мая 2019 г. — запуск 60 спутников Starlink в версии v0.9 (фидерная линия Земля-космос в Кu-диапазоне). Первые публичные фото спутников и их укладки под обтекатель ракеты Falcon 9.
28 июня 2019 г. — SpaceX подала в FCC уведомление о начале тестов наземных терминалов. Речь идет примерно о 200 терминалах с плоской фазированной решеткой и десяти — с параболической антенной.
30 августа 2019 г. — SpaceX подает в FCC очередную заявку на изменение характеристик группировки: теперь первый этап сети Starlink должен состоять из 72 орбитальных плоскостей, а не из 24. Соответственно изменяется и число спутников в каждой плоскости: вместо 66 их будет всего 22.
7 октября 2019 г. — SpaceX попросила FCC подать 20 заявок в МСЭ на 30 тыс. спутников на низкой орбите.
11 ноября 2019 г. — пуск 60 космических аппаратов Starlink версии 1.0. Высота круговой орбиты отделения спутников от ракеты — 280 км, то есть существенно ниже, чем в первом пуске.
20 ноября 2019 г. — на Всемирной конференции по радиосвязи (WRC), проводимой МСЭ, принято решение о времени, которое имеют операторы спутниковых группировок на низкой орбите для полного развертывания своих систем. С момента получения МСЭ заявки (их подает национальная администрация страны, в которой находится оператор группировки) на выделение частотного спектра для спутниковой сети оператора начинается отсчет в 7 лет. Не позднее чем через 7 лет (иначе заявка аннулируется) оператор обязан начать развертывание своей спутниковой сети таким образом, чтобы в первые 2 года было запущено 10% космических аппаратов, 50% — в течение первых пяти лет, а вся группировка (100% заявленных спутников) через 7 лет. Если оператор не смог это выполнить, его права на спектр ограничиваются пропорционально количеству запущенных спутников к концу этих семи лет.
7 января 2020 г. — третий пуск 60 космических аппаратов Starlink (второй пуск спутников версии 1.0).
29 января 2020 г. — четвертый пуск 60 космических аппаратов Starlink (третий пуск спутников версии 1.0).
4 февраля 2020 г. — австралийский регулятор в сфере телекоммуникаций (The Australian Communications and Media Authority) открыл для SpaceX доступ к получению лицензии с правом предоставлять услуги в Австралии.
17 февраля 2020 г. — пятый пуск 60 космических аппаратов Starlink (четвертый пуск спутников версии 1.0).
18 марта 2020 г. — шестой пуск 60 космических аппаратов Starlink (пятый пуск спутников версии 1.0).
17 апреля 2020 г. — SpaceX направляет в FCC заявку на изменение архитектуры сети Starlink Ku/Ka-диапазонов. Все спутники будут работать на орбите между 540 и 570 км.
22 апреля 2020 г. — седьмой пуск 60 космических аппаратов Starlink (шестой пуск спутников версии 1.0).
23 апреля 2020 г. — Илон Маск анонсирует в Twitter, что закрытые бета-тесты услуг Starlink начнутся примерно через 3 месяца, а публичные — примерно через 6 месяцев.
17 мая 2020 г. — появились первые фото абонентского терминала для сети Starlink, фото снято на гейтвее в городе Меррилан (штат Висконсин).
20 мая 2020 г. — SpaceX подала заявку на лицензию Basic International Telecommunications Services (BITS), которая дает право предоставлять услуги связи в Канаде.
1 июня 2020 г. — SpaceX подала в FCC заявку на 2-е поколение сети Starlink в составе 30 тыс. спутников на орбитах от 328 до 614 км.
4 июня 2020 г. — восьмой пуск 60 космических аппаратов Starlink (седьмой пуск спутников версии 1.0). Один из спутников имеет козырек VisorSat для уменьшения его видимости.
13 июня 2020 г. — девятый пуск 58 космических аппаратов Starlink (восьмой пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены три спутника SkySat.
14 июня 2020 г. — на сайте www.starlink.com открывается регистрация желающих участвовать в бета тестировании.
21 июня 2020 г. — появилась информация о Wi-Fi роутере для терминала Starlink. Роутер получил сертификат FCC и будет производиться на Тайване.
1 августа 2020 г. — в интернете появились первые результаты тестов сервиса Starlink: скорости до 60 Мбит/с, задержка от 31 мс.
4 августа 2020 г. — SpaceX обратился в FCC с просьбой расширить до 5 млн запрошенное ранее разрешение на 1 млн абонентских терминалов, обосновав тем, что к ее системе проявлен огромный интерес и компания получила 700 тыс. тысяч заявок на тестирование.
7 августа 2020 г. — десятый пуск 57 космических аппаратов Starlink (девятый пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены 2 спутника BlackSky.
18 августа 2020 г. — одиннадцатый пуск 58 космических аппаратов Starlink (десятый пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены 3 спутника SkySat.
3 сентября 2020 г. — двенадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (одиннадцатый пуск спутников версии 1.0).
3 сентября 2020 г. — SpaceX объявляет о состоявшихся успешных тестах лазерного канала связи между двумя спутниками Starlink.
6 октября 2020 г. — тринадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (двенадцатый пуск спутников версии 1.0).
15 октября 2020 г. — канадский телеком регулятор CRTC одобрил выдачу Space X лицензии BITS на право предоставления базовых услуг связи в Канаде
18 октября 2020 г. – четырнадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (тринадцатый пуск спутников версии 1.0).
24 октября 2020 г. – пятнадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (четырнадцатый пуск спутников версии 1.0).
3. Цели и стоимость проекта
В январе 2015 года при открытии офиса в Редмонде Илон Маск отметил:
- «Мы хотим изменить ситуацию с интернет-трафиком в космосе. Наша цель -чтобы примерно 10% местного трафика и 50% «дальнего» (междугородного и международного) интернет трафика шла через спутниковую сеть.
- Это [интернет] не может быть бесплатным для пользователя, я так не думаю.
- Это [проект Starlink] будет стоить очень дорого. Полная версия системы — $10-15 млрд, а может и больше.
- Пользовательские терминалы будут стоить от $100 до $300 в зависимости от типа терминала.
- Предполагается, что Starlink принесет значительную прибыль и поможет финансировать город на Марсе».
В январе 2017 года в газете Wall Street Journal была опубликована статья двух американских журналистов — Энди Пазстора и Рольфа Винклера, получивших каким-то образом доступ к бизнес-планам SpaceX образца 2015 года. Согласно этим бизнес-планам, проект Starlink должен был уже в 2020 году обогнать по выручке бизнес SpaceX по выводу спутников в космос, а к 2025 году SpaceX рассчитывала, что выручка Starlink составит до $30 млрд в год (в 6 раз больше, чем давал бы ракетный бизнес) и компания будет обслуживать 40 млн абонентов (уровень ARPU составил бы в этом случае $62 в месяц). При этом операционная прибыль Starlink должна была превысить $15 млрд в год.
Насколько заявленные в 2015-2016 годах цели будут соответствовать суровой действительности, мы, скорее всего, увидим уже в 2021 году. Однако отметим, что совокупный доход пяти крупнейших спутниковых операторов в мире: Intelsat, SES, Inmarsat, Telesat и Eutelsat — составил в 2019 году $7,75 млрд, на фоне которых цель SpaceX иметь оборот в $30 млрд в 2025 году смотрится весьма и весьма оптимистичной.
Финансирование проекта идет за счет привлечения средств от новых и старых акционеров SpaceX. Размещение акций идет в закрытом режиме, и известны только объемы привлеченных средств. Так, например, только в первой половине 2019 года SpaceX привлекла от акционеров $1,02 млрд. В августе 2020 года SpaceX отчиталась перед SEC о привлечении еще почти $2 млрд в капитал компании.
По оценкам аналитиков Morgan Stanley, опубликованным в июле 2020 года, проект Starlink не выйдет на положительный денежный поток до 2033 года.
4. Состав группировки Starlink
Говоря о составе низкоорбитальной группировки Starlink компании SpaceX надо отметить, что она состоит как минимум из двух отдельных спутниковых сетей. Первая сеть изначально (согласно заявке SpaceX в FCC от 15 ноября 2016 г.) планировалась из 4425 спутников. Эта заявка одобрена FCC 29 марта 2018 г.
Выглядеть это должно было так:
Вторая сеть из 7518 спутников должна будет работать в V-диапазоне (заявка подана 1 марта 2017 г., одобрена 19 ноября 2018 г.).
Группировка VLEO системы Starlink:
Потом SpaceX вносила изменения в 2018 году, понизив орбиту до 550 км. В таблице ниже приведен состав группировки, согласно последней заявки SpaceX в FCC (Федеральную комиссию по связи США) 17 апреля 2020 г. (заявка на данный момент еще не одобрена FCC):
Также отметим, что в начале июня 2020 года SpaceX направила в FCC еще одну заявку, названную Generation 2, согласно которой планируется еще почти 30 тыс. спутников на следующих орбитах:
Однако, в данном обзоре мы сконцентрируемся на анализе первого этапа сети в Кu/Ка-диапазонах, которая реально разворачивается сейчас и имеет шанс начать предоставление доступа в интернет в ближайшее время (конец 2020 г.). На данный момент SpaceX видит ее в следующем виде: 72 орбитальные плоскости с наклонением 53 градуса по 22 спутника в каждой на высоте 550 километров (возможно, что и это не окончательный вариант). Выглядит это так:
5. Архитектура сети Starlink
На рисунке изображена архитектура сети Starlink и ее важнейшие компоненты, а именно:
Космический сегмент — это спутники на низкой орбите (на данный момент разворачиваются первые 1600 спутников на орбите высотой 550 км с наклонением 53 градуса);
Наземный сегмент:
- Центр управления сетью (Network Management System),
- Шлюзовые станции (Gateway),
- Абонентский терминал (User Terminal)
.
Рис. Структура глобальной спутниковой сети Starlink
Что касается наземной сети, то, по сути, она построена на сети Google. На саму SpaceX зарегистрировано две автономных сети — AS14593 и AS27277 (последняя, возможно, используется для внутренней ИТ-сети SpaceX). Судя по имеющимся данным, трафик абонентов SpaceX будет маршрутизироваться по арендованным ВОЛС (преимущественно собственной сети Google, где это возможно) на ближайшие узлы/точки обмена трафиком в США: LAX (Лос Анжелос), SEA (Сиэтл), ORD (Орландо), LGA (НьюЙорк), SJC (Сан-Хосе), DFW (Даллас), IAD (Вашингтон). В своем твите от 2.10.2020 Elon Musk сообщил, что компания будет стараться размещать Гейтвеи прямо на зданиях, где находятся «сервера», подразумевая, видимо. именно центры обмена интернет трафиком
В следующем материале опишем функционал каждого элемента сети.
