Спутники Илона Маска. Для чего SpaceX делает Starlink?

0
190

24 мая SpaceX Илона Маска запустил в космос ракету Falcon 9, заряженную 60 спутниками. Это положило начало их новому амбициозному проекту под названием «Starlink», целью которого является предоставление высококачественного широкополосного интернета в наиболее изолированные части планеты, а также обеспечение подключения с низкой задержкой для уже хорошо обеспеченных интернетом городам.

SpaceX стремятся сделать свою широкополосную связь как можно более доступной, утверждая, что любой сможет подключиться к их сети, если купит антенну размером с коробку для пиццы, которую SpaceX разрабатывает самостоятельно. Этот запуск 60 спутников, был только первым из многих.

Spacex планирует запустить всего 12 000 спутников в течение следующего десятилетия, что резко увеличит общее количество космических кораблей вокруг орбиты Земли. Это обойдется компании в миллиарды долларов, поэтому у них должна быть очень веская причина для осуществления подобного проекта.

Давайте посмотрим, как эта сеть будет работать и как она будет конкурировать с существующими интернет-провайдерами. Еще в 2015 году Илон Маск объявил, что SpaceX начал работать над сетью спутниковой связи, заявив, что существует громадный спрос на недорогую глобальную широкополосную сеть. Примерно в то же время SpaceX открыл новое предприятие в Редмонде для разработки и производства этих новых спутников.

Первоначальный план состоял в том, чтобы запустить к 2016 году два прототипа спутника на орбиту, а к 2020 году установить и запустить настоящий спутник.

Но компания столкнулась со сложностью разработки приемника, который мог бы быть легко установлен пользователем по низкой цене, что и задержало программу, в следствии чего первые спутники-прототипы не были запущены до 2018 года.

После успешного запуска двух прототипов, Tintin-A и B, которые позволили SpaceX протестировать и усовершенствовать технологию спутника. После этого в SpaceX были довольно скрытны относительно того, что будет дальше. Но в ноябре 2018 года SpaceX получили разрешение от FCC (Федеральная комиссия по связи США) на развертывание 7500 спутников на орбиту, в дополнение к 4400, которые уже были утверждены.

24 мая первая партия рабочих спутников была запущена на орбиту, и люди по всему миру быстро начали замечать целый поезд спутников, движущихся по ночному небу.

Этот запуск является сигналом грядущих событий. При этом эта начальная группа спутников не является полностью функциональной, они будут использоваться для тестирования систем земной связи и криптоновых двигателей, которые будут использоваться для автономного маневрирования от космического мусора и ухода с орбиты, как только спутник достигнет конца своего жизненного цикла.

Давайте сначала посмотрим на эти функции. Ионный двигатель будет использоваться для поднятия спутников после отсоединения с орбиты 440 км до их конечной орбитальной высоты 550 км.

Спутники также будут использоваться в сочетании с расположенными здесь бортовыми гироскопами и системой прогнозирования столкновений космического мусора от правительства США, чтобы позволить спутникам регулировать свои орбиты для избежания столкновений.

Когда срок службы спутников истекает, они могут использовать те же двигатели и средства управления, чтобы убрать спутник с орбиты. Space X включает в себя все необходимое оборудование, чтобы минимизировать риск столкновения с космическим мусором.

В своем заявлении на одобрение Федеральной комиссии по связи США они утверждают, что 95% спутника сгорит при повторном входе в атмосферу. Шанс выжить есть только у компонентов из карбида кремния, так как они являются необходимыми материалами для работы лазеров и имеют чрезвычайно высокую температуру плавления, равную 2750 °C. Что подводит нас к коммуникационным способностям — основной функции спутника.

Spacex очень скрытен о многих деталям спутника, но благодаря этой заявке в Федеральную комиссию по связи США (FCC) мы знаем, что спутники будут содержать 5 компонентов весом по 1,5 кг из карбида кремния. Это говорит нам о том, что каждый спутник будет иметь 5 отдельных лазеров. Эти лазеры, как и наши оптоволоконные кабели на земле, будут использовать световые импульсы для передачи информации между спутниками. Передача световыми импульсами в космосе даёт одно огромное преимущество в сравнении с аналогичной передачей здесь, на земле.

Скорость света не постоянна и зависит от вещества. Например, в стекле свет распространяется на 47% медленнее, чем в вакууме. Это дает Starlink одно огромное преимущество, которое, вероятно, станет их основным источником дохода.

Спутники обеспечат возможность получения информации с меньшей задержкой на большом расстоянии. Проще говоря, представим, что это гонка между пакетами данных. Пользователь в Лондоне хочет получить новую скорректированную цену акции на Нью-Йоркской фондовой биржи. Если бы эта информация использовала свой типичный маршрут, скажем, через стекловолоконный кабель, то ей придется пройти примерно 12 800 километров.

В вакууме свет движется со скоростью почти 300 млн метров в секунду. Скорость движения в стекле зависит от показателя преломления, а показатель преломления зависит от длины волны, но мы возьмём уменьшение скорости в 1,47 раза, чем скорость света в вакууме, около 200 млн метров в секунду. Это означает, что пакету данных потребуется примерно 0,063 секунды для прохождения сигнала в туда и обратно, следовательно, мы имеем задержку в 63 миллисекунды. Из-за дополнительных этапов, которые увеличивают эту задержку, например преобразование световых сигналов в электрические сигналы, очереди трафика и передачу на наш конечный девайс, общее время задержки составляет около 76 миллисекунд.

Рассчитать задержку для Starlink гораздо сложнее, поскольку у нас нет реальных измерений, но мы можем сделать некоторые теоретические предположения с помощью профессора по коммуникациям в Университетском колледже Лондона Марка Хэндли.

Первым источником задержки для Starlink будет процесс восходящей и нисходящей связи, когда нам нужно передавать нашу информацию на Землю и с нее. Мы знаем, что это будет сделано с антенной с фазовой решеткой, которая является радиоантенной, способной контролировать направление передачи без движущихся частей, вместо этого они используют деструктивные и конструктивные помехи для контроля направления радиоволн.

Каждый спутник имеет конусный луч с углом обзора 81 градус. На орбите в 550 километров каждый спутник может охватывать зону радиусом в 500 километров.

На первоначально запланированной орбите SpaceX этот охват имел радиус 1060 километров. Понижение высоты спутника уменьшает область, которую он может покрыть, но также уменьшает задержку. Это особенно заметно для типичных спутников связи, работающих на геостационарной орбите на высоте около 36 000 километров.

Время, необходимое для передачи данных на спутник и обратно со скоростью света, составляет около 240 миллисекунд, на 369% медленнее, чем у нашего подводного кабеля. Однако, поскольку Starlink намеревается работать на гораздо меньшей высоте, теоретическая задержка восходящей и нисходящей линий связи может составлять всего 3,6 мс. Вот почему SpaceX нуждается в таком огромном количестве спутников в своем созвездии, чтобы обеспечить всемирное покрытие.

Каждый отдельный спутник StarLink имеет четыре антенны с фазированной решеткой, расположенные здесь.

Этот направленный луч был неотъемлемой частью заявки SpaceX на утверждение FCC, поскольку тысячи спутников, передающих ненаправленные радиоволны, могли бы создавать значительные помехи другим методам связи.

Как только данные получены одним спутником starlink, он может начать передавать эту информацию между спутниками, используя лазеры. Каждый раз, когда мы перепрыгиваем со спутников, будет небольшая задержка, поскольку свет лазера преобразуется в электрический сигнал и обратно, но в любом случае этого слишком мало, чтобы учитывать.

Сложнее становится дальше при использовании лазеров, так как нам нужно точно попасть в приемник на соседних спутниках для передачи этих данных.

Давайте посмотрим на предлагаемое созвездие SpaceX, чтобы увидеть, как это будет работать. Первая фаза Space X, состоящая из 1584 спутников, будет занимать 24 орбитальные плоскости, в каждой из которых 66 спутников будут наклонены под углом 53 градуса. Это будет выглядеть примерно так.

Связь между соседними спутниками в одной орбитальной плоскости относительно проста, поскольку эти спутники будут оставаться в относительно стабильных положениях по отношению друг к друга. Это дает нам сплошную линию связи по одной орбитальной плоскости, но во многих случаях одна орбитальная плоскость не будет соединять два местоположения, поэтому мы должны иметь возможность передавать информацию и между этими плоскостями.

Это требует точного отслеживания, поскольку спутники, путешествующие в соседних орбитальных плоскостях, передвигаются невероятно быстро и будут постоянно входить и выходить из поля зрения. Это означает, что спутник starlink должен будет переключиться на новый спутник в сети. По времени это может занять вплоть до минуты. По крайней мере, такую цифру демонстрирует европейская система обмена данными между геостационарными спутниками, спутниками на низкой околоземной орбите и наземными станциями (EDRS).

Starlink может быть быстрее, но всё же он не будет мгновенным, и поэтому он имеет 5 оптических систем связи на борту, чтобы постоянно поддерживать стабильную связь с 4 спутниками.

Если теперь мы используем эту систему, передавая данные из Нью-Йорка в Лондон и обратно по кратчайшему пути, используя скорость света в вакууме в качестве скорости передачи, мы можем достичь задержки всего 43 миллисекунды. Даже если бы мы взяли кратчайший маршрут из оптического волокна, которого в принципе не существует, это заняло бы около 55 миллисекунд, что на 28% медленнее. Но а фактическое текущее время в две стороны составляет около 76 миллисекунд. Это на 77% медленнее планируемой скорости спутников Starlink. И это, как говорится, big deal, большое дело для двух финансовых рынков, работающих в этих городах, так как миллионы долларов перемещаются за доли секунды, а более низкая задержка обеспечит огромное преимущество в извлечении выгоды из колебаний цен.

На самом деле, это не будет первым случаем, когда какая-либо телекоммуникационная компания делает крупные инвестиции, чтобы обслуживать конкретно эти группы клиентов. Например, кабель Hibernia Express — это частный оптоволоконный кабель, который в настоящее время является соединением с самой низкой задержкой между центром обработки данных в Нью-Джерси, и центром обработки данных в Англии. Он доставляет данные всего за 60 миллисекунд, что на 39,4% медленнее, чем наше лучшее время со Starlink.

Предыдущее лучшее время равнялось 65 миллисекундам. То есть новый кабель ускорился всего на 5 миллисекунд . И это стоило 300 миллионов долларов, что в итоге было вполне оправдано.

А теперь представьте себе, сколько эти чувствительные ко времени отрасли будут готовы платить за увеличение скорости на 17 миллисекунд? Это становится еще более ценным, когда вы понимаете, что разница во времени увеличивается с увеличением расстояния передачи. От Нью-Йорка до Лондона сравнительно небольшое расстояние. А вот для передачи из Лондона в Сингапур улучшения были бы еще более явными, и на каждый дополнительный километр этот потенциальный прирост скорости только растёт.

Но SpaceX не просто планируют обслуживать определенных клиентов своим супер быстрым Интернетом, они в первую очередь рекламируют эту систему как способ подключения каждого человека на этой планете к Интернету, и для этого у них должна быть достаточная пропускная способность, чтобы обслужить всех людей.

Хотя интернет является одной из самых быстрорастущих технологий в истории человечества, к концу 2019 года более половины населения мира (4 млрд) будут по-прежнему оффлайн.

Пользователи будут подключаться к этому Интернету с помощью терминала Starlink, который будет стоить около 200 долларов, что все еще далековато за пределами покупательной способности многих граждан третьего мира, но это лишь старт и это уже значительно дешевле, чем аналогичные доступные в настоящее время приемники типа Kymeta по цена d 30 000 долларов.

Илон Маск говорит, что приемники Starlink будут достаточно плоскими, чтобы поместиться на крыше автомобиля и других транспортных средств, таких как корабли и самолеты. Это позволит Starlink конкурировать с традиционными интернет-провайдерами.

Предполагается, что переход США от 4G к беспроводному соединению 5G обойдется примерно в 150 миллиардов долларов в одном только оптоволоконном кабеле в течение следующих 7 лет. SpaceX планирует завершить весь свой проект Stralink всего за 10 миллиардов долларов.

Каждый спутник Starlink стоит около 300 000 долларов, что уже является значительным снижением стоимости спутников связи. SpaceX также экономит на затратах на запуск, поскольку они запускают на собственной ракете Falcon 9, чего просто нет у других производителей спутников.

Если все пойдет по плану, Starlink, по оценкам, будет приносить доход в размере от 30 до 50 миллиардов долларов каждый год благодаря сотрудничеству с фондовыми биржами, что слегка превзойдет их текущий годовой доход в размере около 3 миллиардов долларов. И это жизненно важная часть долгосрочных целей Илона Маска. Деньги, полученные от Starlink, будут означать, что SpaceX будет распоряжаться гораздо большими средствами, чем NASA. Что могло бы пойти на финансирование исследований и разработок новых ракет и технологий, необходимых для реализации лунных и марсианских колоний.

На данный момент проект просто еще больше сближает мир и потенциально открывает возможности для образования в странах третьего мира, которые не имеют адекватного подключения к Интернету.

Представьте, что Леонель Месси, величайший футболист из живых, никогда бы не был найден и привезен для развития своих талантов в Барселону. Где он получил жизненно важное лечение от дефицита гормона роста. Мы бы остались без его талантов.

А ведь подобное происходит регулярно с удивительно талантливыми и умными детьми в странах, где просто нет доступа к образованию. Широко доступный интернет поможет решить эту проблему.

К сожалению, для России всё выглядит не так радужно. Ведь для правительства РФ интернет является страшным врагом. Поэтому, пока Starlink ещё даже не заработал, у нас уже вносят законопроекты о наказании за использование спутниковых сетей и за ввоз иностранных незарегистрированных терминалов.

Это своеобразная работа над ошибками, когда в прошлом правительство не обращало внимание на интернет и допустило его развитие у нас в стране. Теперь ребята исправляются. Не удивлюсь если они еще сделают национальной забавой сбивание спутников Илона Маска и будут это транслировать по телевизору. Вот так и победим прогресс. Но хорошая новость заключается в том, что для работы проекта Starlink поддержка какой-либо страны совсем не обязательна. Ведь здесь всё гораздо глобальнее. А знания никогда не остановить.

Народ, спасибо что дочитали, напишите в комменты своё мнение по поводу интернета от Илона Маска, и, конечно же, как вы считаете правильно ли будет, если спутниковый интернет запретят в вашей стране. Ещё раз спасибо, подписывайтесь на канал, всем удачи!

Видеоверсия статьи:

Ваш комментарий

Please enter your comment!
Пожалуйста, введите своё имя