Земляне строят сеть из спутников

Сейчас мы уже не можем представить жизнь без всемирной сети. Интернет стал неотъемлемой частью нашей жизни. Но не везде он доступен, далеко не везде. Даже в не очень отдаленных уголках нашей ленинградской области, интернет порой пропадает вместе с мобильной сетью. Что уж говорить об обширных пространствах внутри России или США. Там Интернета может не быть на протяжении сотен километров. 

Для того чтобы решить проблему и охватить всемирной сетью все население планеты, американская компания SpaceX предложила создать спутниковую систему Starlink .  Запуск первой группы спутников системы Starlink состоялся 24 мая 2019 г. С тех пор произведено уже 10 запусков, каждый по 58-60 спутников одновременно.

В настоящее время (июнь 2020) число спутников на орбите в рамках системы глобального интернет-покрытия Starlink доведено до 538. Всего компания Илона Маска планирует вывести на орбиту 11943 спутников. 

Число спутников огромное. Если принять во внимание, что есть и другие компании, запускающие спутники, то, становится понятно, что Земля постепенно обрастает внешним кольцом – своеобразной сетью из спутников. Уже дошло до того, что астрономы стали жаловаться, что искусственные спутники мешают астрономическим наблюдениям за темной материей.

Идея доступного везде Интернета прогрессивная и даже можно сказать гуманистическая  Но, в то же время возникает вопрос: не засорим ли мы со временем не только Землю, но и окружающее пространство? Пока никаких глобальных законов на эту тему нет. Люди вольны запускать в космос столько объектов, сколько захотят. И они пользуются этой свободой. 

Надо сказать, что сама идея спутникового Интернета не нова. Сегодня во всем мире действуют несколько провайдеров, предоставляющих доступ в интернет посредством спутниковой связи. Чем отличается проект Илона Маска от существующих сетей?

Обычно антенны позволяют принимать сигнал с одного или нескольких спутников, размещенных на геостационарной орбите на высоте около 36 тысяч километров. Столь высокое размещение спутников позволяет с помощью всего одного аппарата покрывать практически целое полушарие. Однако столь высокое расположение спутников приводит к возникновению задержек, которые усугубляются помехами. Задержка может составлять несколько секунд, что неудобно для онлайн общения.

Отличительной особенностью проекта Starlink является размещение спутников на более низких орбитах, часть спутников будут находиться на расстоянии от Земли 550 км, более 7000 спутников на орбитах от 335 до 346 километров. Все аппараты будут выстроены в одноранговую сеть (каждый спутник в сети будет самостоятельной единицей, одновременно выполняя функции и клиента, то есть участника сети, и сервера, управляющего ее сегментами). Инженеры компании полагают, что такое решение позволит расширить каналы связи и увеличить скорость доступа в густонаселенных районах — низкое размещение спутников позволит существенно снизить задержку сигнала.

Кроме того, спутники Starlink оснащены электростатическими двигателями, работающими на эффекте Холла, с использованием криптона. Ракета Falcon 9 доставляет спутники  на промежуточную орбиту, с которой уже их собственные двигатели позволяют подниматься на расчетную орбиту, маневрировать в космосе и сходить с орбиты в конце их полезного срока службы. Масса спутника около 260 кг, форма — в виде плоской панели. Спутники Starlink используют данные системы слежения за космическим мусором Министерства обороны США для автономного выполнения маневров, во избежание столкновений с космическим мусором и другими космическими аппаратами. На каждом аппарате установлена 1 солнечная батарея, 4 фазированные антенные решетки, датчики ориентации по звёздам.

Благодаря необычной плоской форме спутников Илону Маску удалось плотно упаковать и разместить в одной ракете-носителе Falcon-9 сразу 60 спутников. 

Фото: SpaceX Twitter 

После запуска на орбиту высотой 280-400 км, спутники раскрывают панель солнечных батарей и поддерживают связь с наземным контрольным центром. Обычно через месяц спутники достигают более высокой рабочей орбиты. 

Со времени первого запуска спутники и  система Starlink постоянно совершенствуются. Пропускная способность увеличилась на 400 %, удвоено количество генерируемых лучей фазированной антенны, добавлено оборудование Ka-диапазона. Теперь 100 % деталей спутника будут сгорать в атмосфере при сходе с орбиты после завершения его работы (в предыдущей партии только 95 %). Начиная с февраля 2020 г. спутники выводятся  не на круговую промежуточную орбиту, а на эллиптическую орбиту с параметрами 212 × 386 км, наклонение 53 °. В июне 2020 г. вместе со Starlink были запущены три спутника SkySat оператора Planet Labs, предназначенные для наблюдения за поверхностью Земли.

Для тех, кто хочет понаблюдать за спутниками Starlink, которые передвигаются друг за другом, подобно космическому поезду, можно рекомендовать сайт Find Starlink. На нем вы просто задаете свой город и получаете в ответ все ближайшие видимые пролеты. Для каждого пролета обозначено в какую дату и во сколько он будет, а также откуда и куда будут лететь спутники по небу, например, с юга на восток. Также простым языком обозначено насколько ярким будет пролет, а в самой нижней строке показано, какова его максимальная высота. У сервиса есть приложение на Android и iOS. Обратите внимание, что спутники  Starlink держатся плотной колонной сравнительно недолго, несколько недель после запуска, а потом разлетаются по своим рабочим местам на орбите. Поэтому наблюдать лучше сразу после очередного запуска.

https://youtu.be/pVyMtlkcbvc

Илон Маск обещает, что 60 спутников позволят создать космическую сеть с суммарной пропускной способностью в 1 терабит/c. Компания планирует  выполнить до 24 запусков спутников Starlink в 2020 году и начать предоставление услуг в середине 2020 года.

Потенциальное применение спутникового интернета — интернет вещей. В случае успешного развертывания Starlink быстрым подключением к сети будут обеспечены пассажирские суда, самолеты и даже машины (это может быть важно для автопилотируемых машин, таких, как Tesla). Ограничат возможности спутникового Starlink антенны — они будут иметь размеры в десятки сантиметров, поэтому потребуют либо наземных станций, либо будут размещаться в домах и машинах, но не в мобильных устройствах.

Есть ли конкуренты у компании SpaceX? Одним из серьезных конкурентов считается другой низкоорбитальный  проект — OneWeb. Первые его спутники были выведены на орбиту в феврале 2018 года.

Планировалось, что компания разместит на низкой околоземной орбите 650 спутников. На настоящий момент  74 аппарата уже запущены. Проект OneWeb предполагает, что система будет состоять из спутников, располагающихся в 12 разных плоскостях с высотой орбиты 1200 километров. За создание аппаратов отвечает Airbus Defence and Space. Спутники должны связываться с пользовательскими терминалами или большими наземными станциями. Почти все запуски должны осуществляться российскими ракетами «Союз» с космодромов Байкронур и Куру. К сожалению, несмотря на промежуточные успехи, OneWeb объявила, что не смогла получить финансирование, которое обеспечило бы ей возможность запуска оставшихся спутников и наземных станций. Причиной для этого компания называет мировой экономический кризис, связанный с пандемией нового коронавируса SARS-CoV-2. OneWeb подала заявление на такую процедуру банкротства, которая позволяет ей продать свои активы другой компании, которая может посчитать проект выгодным и продолжить его развитие. 

Хотя сейчас у проекта Starlink практически нет конкурентов, нужно отметить, что он потребует постоянных очень больших вложений. Срок службы каждого спутника системы 3-5 лет. После окончания работы космические аппараты будут терять скорость, снижаться и сгорать в плотных слоях атмосферы. Так они не будут мешать работающим в космосе моделям. Из-за регулярного схождения в атмосферу спутников SpaceX придется постоянно пополнять группировку. Затраты на нее, по расчетам Илона Маска, могут достигнуть $30-50 млрд в год.