Низкоорбитальные спутниковые группировки: StarLink

Мы заканчиваем обзор низкообитальных спутниковых группировок самым технологичным оператором – StarLink. Первую часть (вводную) читайте тут, вторую (LeoSat) – тут, а третью (Telesat LEO) – тут, четвертую (OneWEB) – тут.

Подробнее: http://www.cableman.ru/article/nizkoorbitalnye-sputnikovye-gruppirovki-oneweb

Часть 5 – StarLink

Родитель: SpaceX/ Илон Рив Маск (Elon Reeve Musk).

Дата и место рождения: ориентировочно начало 2014 год, США. По имеющейся в СМИ информации, Грег Уайлер в своем проекте (см. подробнее OneWEB) планировал передать подряд на производство спутников для своего проекта компании SpaceX Илона Маска, которая должна была для этого построить отдельный завод. Возможно идея спутникового глобального интернета настолько воодушевила Маска, что он решил заиметь собственный проект в этой области.

Впервые идея проекта StarLink была анонсирована в твите Илона Маска 11 ноября 2014 года:

В следующий раз Илон Маск вернулся к теме данного проекта в середине января 2015 года при открытии офиса в Рэдмонде, штат Вашингтон. Это мероприятие носило сугубо закрытый характер (invitation only), на какие-либо письменные пресс релизы по поводу этого проекта SpaceX решил не тратить время, но журналист местной газеты Seattle Times, пробравшийся на мероприятие, отметил на следующий день: "После того, как собравшиеся выпили пива и вина? и потягивали шампанское из стаканов с логотипом SpaceX, Маск поведал собравшимся о планах создания группировки из 4000 спутников в космосе, которая могла бы обеспечить широкополосный доступ в интернет в любом месте Земли. И эти спутники будет создавать как раз открывающийся в Рэдмонде офис". На этом изложение технических, как, впрочем, и любых других характеристик проекта завершилось, а публика, видимо, пребывала уже в том состоянии, когда и так все понятно.

Сайт – отсутствует (на сайте SpaceX о проекте StarLink практически нет никакой информации).

Размер планируемой низкоорбитальной спутниковой группировки: первая итерация проекта, поданная SpaceX 15 ноября 2016 года в FCC (Федеральную комиссию по связи США), предполагала группировку, использующую Ку и Ка диапазоны из 4425 ИСЗ, расположенных на множестве орбит с разным наклонением:

Позднее SpaceX подала в FCC вторую заявку, на группировку из 7518. Эту заявку нужно было подать до 1 марта 2017 года, когда FCC объявила последний срок подачи документов на использование частот V-диапазона.

Причины, по которым спутниковая группировка, заявленная Илоном Маском, настолько превосходит проект OneWEB Грега Уайлера не понятны, но если они заключаются в каком-то личном соревновании между этими двумя выдающимися предпринимателями, уже сейчас можно твердо утверждать, что будущая группировка Илона Маска как минимум в 5 раз "длиннее".

После подачи в FCC вышеуказанных мегапроектов SpaceX общим числом в 11000 ИСЗ среди экспертов в области космоса началось бурное обсуждение и обвинения SpaceX в частотном сквоттерстве, мегаломании и требования спасти космос от космического мусора. Дошло до того, что два американских сенатора демократ Кори Букер (Cory Booker) и республиканец Дэн Салливан (Dan Sullivan) в октябре 2017 года обратились в FCC с требованием спасти планету от надвигающейся лавины космического мусора. В результате FCC ввела дополнительные требования для будущих группировок: во-первых, владельцы будущих спутниковых сетей обязаны завершить развертывание минимум 50% своей группировки в течение шести лет с момента получения одобрения от FCC. Во-вторых, FCC потребовала гарантий, что любой ИСЗ в такой группировке, вышедший из строя и/или потерявший возможность управления с Земли, прекратит свое существование в течение не более чем 6 месяцев после поломки, при этом даже при неплановом сходе конструкция ИСЗ обеспечит его разрушение в атмосфере, и на Землю не попадут обломки, размеры которых могут нанести вред человеку.

В связи с этим SpaceX пришлось в марте 2018 года срочно подавать новую заявку на свою группировку, серьезно ее корректируя, чтобы обеспечить возможность ее практической реализации. Согласно новой заявке, одобренной FCC 8 ноября 2018 года, в первоначальный проект вносятся существенные изменения, позволяющие существенно удешевить и ускорить проект.

Первое, появляется первоначальный этап, который может рассматриваться и эксплуатироваться автономно. Далее – вместо орбиты 1100 км будет использоваться орбита 550 км. Время жизни на этой орбите всего пять лет, то есть, если не поддерживать траекторию работой двигательной установки спутника, то ИСЗ сам сгорит в атмосфере через 6 месяцев. Заодно имеем приятный бонус: спутниковая задержка на такой высоте становится совершенно незаметной – 25 миллисекунд.

Второе существенное изменение: сокращается максимальное число ИСЗ в группировке, для которой применяется новое правило FCC “50% за 6 лет". Спутников будет не 4425, а всего 1574 (24 орбитальных плоскости по 66 ИСЗ), и все они будут с наклонением 53 градуса. Правда, тут есть неприятный минус: услуг в полярных областях уже не будет, что, в общем-то, нарушает первоначально объявленную концепцию об "интернете в любом месте Земли". Хотя тут в качестве запасного варианта у SpaceX остается вторая часть из 2000+ аппаратов в Ку/Ка диапазонах, и вся группировка из 7518 ИСЗ в V диапазоне.

Технологический партнер/изготовитель спутников – отсутствует. SpaceX все будет делать сам на упомянутом выше заводе в Рэдмонде.

Сложность и стоимость ИСЗ: сложность для первоначального варианта группировки из 4425 спутников была высокой из-за наличия лазерных межспутниковых связей. Однако в новой итерации с 1574 ИСЗ от них отказались, и спутник будет скорее всего даже проще, чем у OneWEB. Стоимость серийного ИСЗ неизвестна. Пропускная способность одного ИСЗ 17-23 Гбит. Ширина каждого из 8 транспондеров (лучей) работающих в направлении от ИСЗ к гейтвею 250 МГц. В направлении от гейтвея к ИСЗ имеются 4 луча шириной по 500 МГц. Спутник позволяет изменять направление луча (зоны покрытия) относительно Земли. Каждый луч – покрывает 2800 км2 на земной поверхности (согласно первой заявке от 2016 года). Для управления и телеметрии используются по одному транспондеру шириной 150 МГц. Вес спутника заявлен как 386 кг с габаритами 1,1м х 0,7м х 0,7 м (для тестовых ИСЗ).

Основные инвесторы: пока только сам SpaceX и его акционеры (в число которых входят Google и Fidelity), что, впрочем, объяснимо – при таких таинственности и отсутствию технических подробностей привлечь стороннего инвестора не так просто.

Примерная стоимость необходимых инвестиций – неизвестна. В СМИ фигурирует приблизительная оценка проекта в 10 миллиардов долларов.

Используемые диапазоны частот: в StarLink предполагается использовать Ку диапазон (10.7-12.7 и 14-14.5 ГГц) и Ка диапазон (17.8-19.3 и 27.5-30.0 ГГц). Ку диапазон используется для передачи сигнала от ИСЗ на абонентский терминал. Ка диапазон (18/30 ГГц) для передачи информации от наземного телепорта (гейтвея) на ИСЗ.

Наличие межспутниковой связи: в первой заявке она предполагалась, но в последнем варианте, одобренном FCC в ноябре 2018 для первого этапа, SpaceX от них отказался.

Скорости, получаемые абонентом: анонсировано не менее 1 Гбит.

Зона (физическая) предоставления услуг: в перспективе глобальная, весь земной шар, но на первом этапе, видимо, без приполярных областей.

Наземная инфраструктура (гейтвеи и станции управления): предполагаются два типа наземных неабонентских станций. Станции первого типа TT&C (tracking, telemetry and commands) должны быть равномерно распределены по всему земному шару и иметь параболические антенны диаметром 5 м. Гейтвеи (максимальное их количество составит 3500, чтобы можно было задействовать всю пропускную способность системы 20-21 Террабит при наличии межспутниковых каналов связи, и 10 Террабит при отсутствии межспутниковых каналов) должны находиться на узлах ВОЛС для подключения к интернету. Первоначально предполагалось, что они, так же, как абонентские терминалы, будут иметь фазированные антенны типа FAR. Однако в последней версии от этого отказались, заменив их на традиционные параболические антенны диаметром 2,4 метра.

Антенна для наземного терминала: планируется использовать плоские антенны с электронным управлением лучами electronically steered antennas (ESA). Их габариты образно описаны Илоном Маском как "размером с коробку из-под пиццы", но, к сожалению, без точного указания, из какой именно пиццерии, что порождает возможность дискуссий в среде технических экспертов о точных габаритах антенны. Другие источники сообщают, что в 2015 году Илон Маск обещал, что терминал будет размером с ноутбук, и стоить от 100 до 300 долларов. Кто именно будет производителем данных антенн неизвестно. Также на сегодня не совсем понятны сроки и пути достижения стоимости абонентского терминала, анонсированных Илоном Маском.

Технологический партнер по модемам для наземных терминалов и центру управления сетью (NMS) – неизвестно, видимо, сам SpaceX.

На каких ракетах все это полетит в космос: вот это уже известно на 100% – собственные ракеты носители компании SpaceX. По расчетам, один запуск F9 позволит вывести максимум 25 ИСЗ одной ракетой, а при использовании FalconHeavy– 64 ИСЗ. (Правда, эти данные возможно не учитывают вес диспенсера, который должен равномерно развести ИСЗ по орбите).

Лицензии и разрешения

- 30 марта 2018 года получено разрешение FCCна сеть из 4425 ИСЗ, что обеспечивает право предоставления коммерческих услуг на территории США (и возможно Центральной Америки). Необходимо отметить, что, хотя SpaceX получила разрешение от FCCна работу на американском рынке первой из американских компаний, однако она была четвертой из получивших аналогичное разрешение, обратившихся ранее в FCC.

- 8 ноября 2018 года получено разрешение FCCна сеть из 1575 ИСЗ – модифицированный вариант первой сети на 4425 ИСЗ для ускорения запуска и уменьшения стоимости проекта.

- 15 ноября 2018 года получено разрешение FCCна сеть из 7518 ИСЗ в Vдиапазоне частот.

Первые два тестовых спутника – Microsat-2a и Microsat-2b – были успешно запущены в феврале 2018 года ракетой носителем F9 как попутная нагрузка. Впоследствии они были переименованы в ТинТин-А и ТинТин В.

С выводом своих ТинТинов на орбиту Илон Маск и тут оказался первопроходцем: это первые аппараты новых низкоорбитальных группировок, оказавшиеся в космосе. (Тут ему "помог" Роскосмос, так не вовремя устроивший аварию в конце 2017 года с "Союзом", на котором попутным грузом шел спутник для канадского TeleSat). В документах Федеральной комиссии по связи указывалось, что наземные станции располагаются на объектах SpaceX в Редмонде и Брюстере (штат Вашингтон), в штаб-квартире компании в Хоторне (Калифорния), в испытательном центре SpaceX в МакГрегоре (Техас), в Браунсвилле (Техас), в штаб-квартире Tesla Motor во Фримонте (Калифорния). Ещё три наземные станции будут работать в передвижных фургонах. Компания также вела переговоры с партнёрами о работе наземных станций в Новой Зеландии и Норвегии.

Однако масштаб тестов возможно оказался скромнее – уже через неделю работы ТинТинов на орбите от SpaceX в лице анонимного инженера пришла информация об их успешном тестировании: "Мы используем Тинтинов, чтобы исследовать данную модификацию спутника. Они (спутники) исправны, и мы связываемся с ними каждый раз, когда они передают информацию на наземную станцию – десятки раз в день".

"Инженеры SpaceX использовали два испытательных спутника, чтобы играть в игры онлайн и смотреть видео в главном офисе SpaceX в Хоторне и Редмондском офисе", – так же сказал сотрудник SpaceX.

И еще одно сообщение: "Мы смотрели YouTube в разрешении 4k и играли "Counter-Strike: Глобальное наступление" между офисами в Хоторне и Рэдмонде".

К сожалению, это те немногочисленные доступные свидетельства результатов испытаний обоих ТинТинов, даже итоговая таблица чемпионата SpaceX по Counter-Strike не была опубликована.

Чуть позднее в СМИ прозвучали вопросы, почему ТинТины, которые были выведены на орбиту высотой 550 км, не переводятся на рабочую орбиту в 1100 км, как это было запланировано в заявке на тестирование этих ИСЗ, поданной ранее SpaceX в FCC. Эта загадка разрешилась сама собой, когда появилось решение FCCот 8 ноября 2018 года, где SpaceX пересмотрел свои планы, и вместо орбиты в 1100 км выбрал высоту именно в 550 км.

Планы на развертывания сети: начало развертывания пока заявлено на 2019 год, но...

Партнеры по маркетингу и продажам – неизвестны.

  Присутствие в России: на данный момент планы неизвестны, а учитывая "особые" отношения между SpaceX и "Роскосмосом", (иногда вызывающие ассоциации с соревнованием между гражданкой Эллочкой и госпожой Вандербильд, описанным в известном романе Ильфа и Петрова), ожидать быстрого легального появления услуг StarLinkв России не приходится. Наличие большого числа uейтвеев теоретически позволяет StarLink выполнить нормы российского законодательства и требования СОРМ, но также необходимо понимать, что SpaceX, скорее всего, не получит прав на частоты в Ку и Ка диапазонах, на которые сейчас есть два претендента – "OneWEВ Россия" и ГПКС с проектом "Экспресс РВ".

Кому это надо? В 2015 году Илон Маск сказал: "Мы хотим изменить ситуацию с интернет трафиком в космосе. Наша цель, чтобы примерно 10% местного и 50% "дальнего" (междугороднего и международного) интернет трафика шло через спутниковую сеть" ("We'rereallytalkingaboutsomethingwhichis, inthelongterm, likerebuildingtheinternetinspace. The goal will be to have the majority of long-distance internet traffic go over this network and about 10% of local consumer and business traffic. So that's — still probably 90% of people's local access will come from fiber, but we'll do about 10% business-to-consumer direct and more than half of the long-distance traffic").

Помимо обещаний обеспечить сверхскоростным интернетом всех живущих на планете, в одном из своих общений с журналистами Илон Маск упомянул выпускаемые на другом его предприятии автомобили Тесла, как потенциальные объекты (абоненты) для будущей сети StarLink. К сожалению, он не углубился в детали, зачем на этих автомобилях, в основном используемых городским средним классом в мегаполисах, с прекрасным покрытием LTE, устанавливать еще и спутниковую антенну, имеющую на сегодня размер 80 на 80 сантиметров и цену, равную стоимости половины автомобиля Тесла.

Не менее интересным оказался и следующий твит Илона Маска:

Каким образом, спутниковая группировка StarLink может помочь обеспечить связь с обратной стороной Луны осталось неизвестным, ибо противоречит либо заявленной конструкции спутников StarLink, либо известным законам физики. Эксперты предполагают либо это шутка, либо автор твита не совсем понимает принципы работы StarLink.

В январе 2017 года в Wall Street Journal была опубликована статья двух американских журналистов Энди Пазстора (Andy Pasztor) и Рольфа Винклера (Rolfe Winkler), получивших каким-то образом доступ к бизнес-планам SpaceX, имевшимся в компании в 2015 году. Согласно этим бизнес-планам, проект StarLink должен был уже в 2020 году обогнать по выручке ракетный бизнес SpaceX по запуску спутников в космос. А к 2025 году SpaceX рассчитывал, что выручка составит до 30 миллиардов долларов в год (в 6 раз больше, чем давал бы ракетный бизнес) и StarLink будет иметь 40 миллионов абонентов (предполагаемое ARPU составило бы в этом случае 62 доллара в месяц. При этом операционная прибыль должна была бы превысить 15 миллиардов долларов в год.

Анализ этого документа, проведенный Люком Палерм-Сьерра (Luc Palerm-Serra) из Northern Sky Research SpaceX, показал крайне низкую вероятность достижения проектом StarLink подобных результатов. Выручка всех операторов ИСЗ в мире составила в 2015 году $ 13,8 миллиардов, и прогнозы говорят, что к 2025 году она достигнет только $ 19,7 млрд. Однако следует учитывать, что значительная часть этой выручки – это доходы от бродкастинга – трансляции телеканалов, а этот бизнес вообще не является целевым для проекта StarLink.

Возможно, что столь завышенные ожидания от проекта вошли в конфронтацию с текущими темпами его реализации и привели к оргвыводам. Согласно статьи в Business Insider от 31 октября за авторством Эрика М. Джонсона (Eric M. Johnson) и Джо Рулетта (Joey Roulette), в октябре 2018 года Илон Маск срочно прилетел в Редмонд, и тут же уволил семерых ведущих сотрудников, занимавшихся там проектом StarLink. Среди уволенных оказались вице-президент по спутниковому направлению Раджив Бадьял (Rajeev Badyal, ранее работавший в Microsoftи Hewlett-Packard) и один из главных конструкторов Марк Кребс (Mark Krebs), занимавшийся проектом спутникового интернета еще в Google. Илон Маск заменил их на варягов, привезенных с собой в том же самолете, поставив задачу начать запуск спутников для сети StarLink уже в середине 2019 года (видимо, чтобы опередить или хотя бы не отпустить далеко OneWEB).

При этом на сегодня в офисе в Рэдмонде над проектом StarLink трудятся около 300 сотрудников, хотя в планах от 2015 года говорилось чуть ли не о тысяче человек, чтобы было бы ближе к истине при таких огромных масштабах задуманного. Более того, около 50 сотрудников уволилось по разным причинам из Рэдмондского офиса за прошедшие месяцы.

Общий вывод: Оценивая те крохи информации, что известны о проекте StarLink, совершенно непонятно, как можно в принципе его реализовать, даже со сдвигом на 2-3 года. Но для скептиков – у всех поклонников таланта Илона Маска есть уверенный ответ "Да, конечно, все ваши технические аргументы имеют место быть, но ведь это же – ИЛОН МАСК!!!"

И возразить им тут нечего…