Пространственная сеть

Продукты космической интернет-инфраструктуры

Геостационарные спутники; Teledesic; OneWeb; Telesat; Iridium; Amazon; Starlink; дроны; Loon.
Технические миллиардеры стремятся создать орбитальный интернет, доступный в любой точке земли.

  Айcтан Шакарян знала, что в интернете можно заработать деньги. Поэтому она взяла лопату и пошла в лес неподалеку от того места, где жила, примерно в 50 км от грузинской столицы Тбилиси. 75-летняя женщина надеялась выкопать медную проводку, чтобы продать ее на металлолом. Вместо этого она перерезала оптоволоконный кабель и миллионы людей в соседней Армении смотрели на пустые экраны в течение 12 часов. Она отключила интернет в стране.

Инцидент 2011 года показывает, как легко это может произойти с подземными кабелями, а те, что находятся под морем, еще более уязвимы. Каждые несколько дней землетрясение, якорь или лодка повреждают один из примерно 430 морских кабелей. Тонга отключилась почти на две недели в январе после того, как был перерезан подводный кабель.

В некотором смысле Тонга, как изолированное островное государство, счастлива иметь такую связь. Стоимость прокладки кабелей в отдаленных местах означает, что только 10% поверхности планеты имеет наземные каналы связи. По данным ООН, почти половина населения мира никогда не была онлайн.

Чтобы добраться до них и обеспечить всем надежную связь, миллиардеры, такие как Илон Маск, Джефф Безос и Ричард Брэнсон, планируют заново изобрести интернет – освободить его от земных корней и построить беспроводную сеть над нашими головами. Воздушные шары в стратосфере, созвездия спутников, крейсерские дроны - нет недостатка в идеях. Если осуществить это, самый большой информационный репозиторий человечества найдет ослепительно футуристический дом. Чтобы заставить его работать, нужно развернуть старую технологию, хотя и весьма необычным способом.

Интернет - это гигантская сеть компьютеров. Когда вы вводите адрес в браузер, вы указываете ему подключиться к другой машине, которая может быть в любой точке мира. Большинство из этих соединений происходит через кабели. Даже смартфоны используют только радиоволны для подключения последних нескольких сотен метров к кабельной вышке сотовой связи. Но более длинные отрезки возможны. Спутниковый интернет сегодня часто использует ретрансляционные станции достаточно далеко от Земли, чтобы они оставались на устойчивой «геостационарной» орбите: с земли они находятся в фиксированном положении. Закрепленные на высоте 35 000 км над экватором, они могут обслуживать широкий участок земли.

Но 70 000-километровое путешествие туда-обратно добавляет к сигналам задержку в полсекунды или более, раздражение, которое нарушает голосовые вызовы и делает невозможными многопользовательские онлайн-игры или высокоскоростную финансовую торговлю. Кроме того, скорость загрузки ниже, чем у современных кабельных соединений, а подписка дороже. Установка также требует большой тарелки и четкого обзора неба.
Одна из альтернатив, которую недавно рассмотрели технологические компании, - это стратосфера. С высоты от 10 до 50 км этот слой атмосферы достаточно высок, чтобы передатчик мог обслуживать район размером с город, но при этом достаточно низок, чтобы телефон мог общаться с ним без необходимости использования приемной антенны.

Более того, поместить вещи в стратосферу легко. Жадные до лишних клиентов, Facebook и Google создали прототипы беспилотных летательных аппаратов на солнечных батареях, которые могут пролетать 20 км в течение нескольких недель, излучая интернет. Но эти проекты теперь приостановлены из-за аварий и повреждений при посадке легкого самолета. Другие компании, в том числе Boeing и Airbus, работают над аналогичными беспилотниками, но технология далеко не доказана.

Следующая идея Google звучит еще более странно: череда изящно плавающих воздушных шаров, доставляющая данные тем, кто ниже. Воздушные шары, которые обеспечивали связь после стихийных бедствий в Перу и Пуэрто-Рико, были превращены в компанию под названием Loon, которая планирует запустить коммерческий сервис 4G в Кении в ближайшее время. Однако, маловероятно, что воздушные шары могут принести большую часть автономных миллиардов, поскольку во многих местах нет надежных ветров или удобных мест для запуска. Если вы - технический миллиардер с глобальным видением, подойдет только действительно всемирный сервис.
К счастью, есть путь. Что если поместить передатчики ниже одиноких геостационарных орбит с их неприятным лагом, но выше, чем стратосфера с ее непостоянной погодой?

За использование этой низкой околоземной орбиты(LEO) приходится платить определенную цену. С поверхности спутники в LEO, кажется, проносятся от горизонта к горизонту за 10 мин. Таким образом, для непрерывной работы нужно несколько спутников, летящих в быстрой последовательности и охватывающих весь земной шар, и все они должны посылать сигналы от одного к другому в плавной передаче. У фирм Iridium, Globalstar и Orbcomm есть несколько десятков спутников LEO, которые уже предлагают базовые медленные интернет-услуги. Получите право технологии и превращение этих ограниченных услуг в нечто преобразующее станет игрой чисел. И если есть что-то, что, по мнению миллиардеров, они понимают, так это масштаб.
Это произошло с Биллом Гейтсом много лет назад. В 1990-х он поддержал запуск под названием Teledesic, который предусматривал амега-созвездие 840 спутников LEO, передающих радиосигналы из одной части Земли в другую. У компании были большие планы: предоставить доступный широкополосный доступ на 95% поверхности мира.

Это никогда не было. Teledesic свернули в 2002 году, не запустив работающий спутник, не разработав технологии и не собрав необходимые миллиарды долларов. Но новое поколение миллиардеров готово попробовать снова, опираясь на более низкие затраты на запуск и новые, более мощные технологии.

Возьмите OneWeb, компанию, поддерживаемую Airbus, производителем компьютерных микросхем Qualcomm и предпринимателем Ричардом Брэнсоном. Она вывела на орбиту в феврале свои первые 6 спутников - стоимостью 1 млн. долл. за штуку. Фирма заявляет, что 600 спутников, соединяющих пользователей с 40 или около того наземными станциями, должны быть на месте и предоставлять услуги к 2021 году. И все же спутники OneWeb только перекрывают пробелы в кабельном интернете. Последний отрезок пути каждого пакета данных к пользователю может быть в космосе, но в других случаях он путешествует по тем же проводам, что и остальная часть интернета.

Другие компании пытаются сделать что-то более амбициозное (см. «Трафик в небе»). SpaceX от Elon Musk, канадская компания Telesat и люксембургская LeoSat планируют создать в начале 2020-х годов комплексную космическую интернет-систему. Каждый из их быстро движущихся спутников должен иметь возможность общаться с другими в своих соответствующих сетях, передавая данные в виде прыжков с одной стороны света на другую. Все три компании имеют одинаковое представление о том, как это сделать: лазеры.

Теоретически, лазеры - это более умный способ общения в космосе, чем радиоволны. Они более энергоэффективны, поэтому передатчики и приемники не должны быть такими большими. Физические размеры могут быть меньше с лазерной системой. Лазеры также обходят проблему работы в условиях все более переполненного радиоспектра. Радиопередачи строго регулируются, и частоты, которые были бы наиболее практичными для небольших приемников, уже заняты. В отличие от этого, лазерные лучи, с их узкой фокусировкой, почти никогда не создают помех другим службам и в значительной степени не регулируются.

  Они тоже быстрые. Представьте себе финансового трейдера в Лондоне, который хочет получить доступ к последним данным с Нью-Йоркской фондовой биржи. Если бы ее связь была проложена через запланированное созвездие SpaceX, состоящее из почти 12 000 спутников Starlink, данные могли бы достичь ее за 45 мс. Это вдвое меньше, чем сейчас, по оптоволоконному кабелю, что может стоить миллионы. SpaceX ожидает, что его лазерный интернет привлечет миллионы подписчиков и 30 млрд. долл. дохода благодаря Starlink, которая в конечном итоге поможет финансировать другую мечту Маска - колонизировать Марс.

Но у лазеров есть проблемы. Основной из них является успешное наведение луча толщиной с человеческий волос на другой спутник, который пролетает мимо тысячи км в час.

Тем не менее, это не совсем девственная территория. Еще в 2001 году европейское космическое агентство установило первую межспутниковую лазерную связь между большими спутниками на низкой Земле и геостационарными орбитами. А в 2013 году НАСА использовало лазеры для передачи изображения М на Лизе с Земли на космический корабль, вращающийся вокруг Луны.

В настоящее время Кахой, ученый, работает над миссией "click", которая объединит лазеры, способные к высокоскоростной связи на протяжении сотен км, в спутники размером с кубик-рубик. Эти спутники будут использовать широкоугольные лазеры в качестве маяков для определения местоположения друг друга, а затем активировать более узкие лучи для их связи с большой шириной полосы. НАСА должны запустить 2 из них в 2020 году, чтобы проверить идею, и Маск может использовать аналогичную технологию для Starlink. У SpaceX уже есть 2 прототипа лазерных спутников на орбите - хотя каждый размером с машину. Он планирует начать развертывание коммерческих спутников в этом месяце, первый из сотен запусков в ближайшие годы.

Движение в небе

Компании пытались предоставить интернет-инфраструктуру с далеких орбит и стратосферы - со смешанными результатами. Но новая волна проектов на средних высотах может наконец обеспечить широкополосный доступ по всей планете.

Геостационарные спутники (2 000 - 35 000). Обеспечат интернет-сигнал из космоса, но это займет много времени на путешествие, создавая задержки связи.

Teledesic (1400 км). В 1990-х годах фирма Teledesic поставляла интернет с более низкой орбиты. Однако, она свернула программу перед запуском спутников.

OneWeb (1200 км). Эта компания уже запустила свои первые спутники, но без межспутниковой связи ее интернет-сервис мог бы быть медленнее для некоторых пользователей.

Telesat (1000 км). Эта канадская фирма планирует более быстрые лазерные интернет-спутники. Подписано соглашение о сотрудничестве с компанией Blue Origin.

Iridium (800 км). Интернет-услуги были доступны от этой фирмы в течение многих лет, но они медленные и дорогие.

Amazon (600 км). Секретный проект Kuiper был недавно раскрыт как план для 3200 интернет-спутников.

Starlink (340 км). Предприятие SpaceX стремится создать сеть из почти 12 000 спутников, связанных лазерами. Многие полетят на очень низкой орбите, чтобы минимизировать задержки связи с поверхностью.

Дроны (20 км). Отдельно Facebook и Google создали беспилотники на солнечных батареях для обеспечения доступа в интернет. Оба проекта сейчас приостановлены, хотя другие планируют похожие дроны.

Loon (20 км). Loon, дочерняя компания Google, планирует предоставлять интернет через свои воздушные шары людям в Кении, начиная с этого года.

Скоростной танец

Связать два спутника с лазерами - это одно. Поддержание связей между тысячами, 24 часа в сутки, это совсем другое. «Говорить со спутником перед или позади вас на орбитальной плоскости на самом деле довольно легко», - говорит Кахой. «Когда вы пытаетесь перейти с вашего самолета на другой, это становится немного сложнее».

Распространяющееся на планете созвездие SpaceX будет иметь перекрестные орбитальные планы со спутниками, проносящимися мимо друг друга на высокой скорости. Хореография этого танца предполагает точное знание того, где находится каждый космический корабль в любой момент и куда он направляется. В соглашении, подписанном в прошлом году, компания обратилась в НАСА за технической поддержкой в выборе оборудования GPS и запуске программного обеспечения орбитального расчета агентства на бортовых процессорах Starlink.

Компания также планирует иметь более 7500 своих спутников на орбите на высоте всего 340 км, что намного ниже, чем любые существующие спутники связи. Это сведет задержки передачи к минимуму и сократит потребности в электроэнергии, а также подвергнет спутники повышенному сопротивлению от клочков атмосферы. Без регулярного запуска двигателей спутники будут перетаскиваться.

Что идет вверх, должно спуститься

Если все запланированные мега-созвездия будут построены, то на орбите Земли будет в 10 раз больше действующих спутников, чем сегодня. Когда у каждого заканчивается топливо, обычно примерно через пять лет, толчок вниз от двигателя отправит его в огненную смерть в атмосфере. Но некоторые стальные или титановые компоненты могут выжить до самой земли, имея достаточно энергии, чтобы ранить или убить. До 10 спутников могут возвращаться каждый день.

Федеральная комиссия по связи США подсчитала, что только фрагменты спутников SpaceX Starlink будут конкурировать с количеством метеоритов, которые естественно попадают на поверхность Земли каждый год. С тех пор SpaceX перепроектировала свои спутники, чтобы ничто не могло выжить при возвращении, но другие операторы еще не последовали этому примеру.

Перерезать провод

Проект Starlink SpaceX направлен на создание почти полностью беспроводного интернета в течение нескольких недель. Тем не менее, каждая звездная связь, как ожидается, продлится всего шесть лет или около того, прежде чем исчерпает топливо и направится к Земле (см. “Что идет вверх, должно спуститься”). Чтобы поддерживать флот, SpaceX придется взять на себя обязательство постоянно заменять все спутники, которые возвращаются в атмосферу - пять в день после первых шести лет.

Еще большая проблема заключается в том, как потребители получат доступ к спутникам LEO с земли. Хотя лазеры могут работать на безопасных для глаз инфракрасных частотах, лучи будут блокироваться даже слабым облачным покровом. Таким образом, все лазерные спутниковые проекты планируют использовать радиоволны для связи с землей с орбиты, что означает использование дорогих управляемых антенн.

Это искажает любые заявления о том, что космические интернет-системы предназначены для привлечения самых бедных людей в онлайн. Даже ресивер размером с пиццу, который разрабатывает SpaceX, будет стоить от 100 до 300 долл. Это будет непозволительно для несвязанных пользователей в большей части мира. Хотя связь между несвязанными звуками и маркетинговой перспективой существует, мало доказательств того, что такая модель может приносить прибыль компаниям и инвесторам.

Существует также скептицизм по поводу того, что многие пользователи в более богатых странах испытывают аппетит к дополнительным гаджетам и планам подписки. К тому времени, когда любое из этих созвездий будет точным и готовым предоставить услуги платного обслуживания реальным клиентам, будет западная инфраструктура 5G, а Африка будет покрыта вышками 4G.

Тем не менее, некоторые считают, что беспроводные компании будут приветствовать партнеров-мега-созвездий, а не конкурентов, делясь спутниковыми сигналами, чтобы клиенты могли получить доступ к интернету со своих телефонов без необходимости покупать дорогую антенну.
Еще одно потенциальное преимущество для тех, кто живет в репрессивных странах, заключается в том, что интернет теоретически может обойти меры цензуры, такие как великий брандмауэр Китая. Однако непонятно, как это получится. Возможно, SpaceX не будет обслуживать пользователей в таких странах. Любая страна может сказать, что иметь наземную связь незаконно. Можно продолжать работать, но тогда у них есть выбор: сбивать спутники или нет? Китай может это сделать.

В другом месте космический интернет мог бы быть проще и надежнее, чем кабели, подверженные авариям. Невидимые световые лучи в значительной степени защищены от взлома или прослушивания, и если один или два спутника выйдут из строя, их можно легко заменить. 

   Но ставки на космические лазеры складывают огромное количество яиц в одну корзину. Мощная солнечная буря или каскад столкновений спутников, как показано в фильме «Гравитация», может мгновенно повредить или вывести из строя целые созвездия. Однако, в мире, в котором уже доминирует небольшое количество технических фирм, возможно, самым тревожным аспектом будущих мегаполисов будет обладание властью над такой критической инфраструктурой, сосредоточенной всего в нескольких руках. Если вы думаете, что история с лопатой Айcтан Шакарян вызывает беспокойство, представьте, что несколько влиятельных людей контролируют отключение космического интернета.

   Приобрести оборудование для интернета можно на нашем сайте в этом разделе.

Подпишитесь на канал «ЭЛЕКТРОНИКА GA» в Telegram: перейдите по инвайт-ссылке или в поисковой строке мессенджера введите @antenna123ru, затем выберите канал «ЭЛЕКТРОНИКА GA» и нажмите кнопку +Join внизу экрана.

Также читайте наши Блоги, Новости, узнавайте про Акции  во «ВКонтакте», Facebook, «Одноклассниках» и Instagram.