На начало 2023 года 64,4% мирового населения имело доступ в интернет. Это значит, что 35,6% населения планеты не имеет доступа к глобальной паутине. Последние несколько лет данный показатель хоть и сокращается, но происходит это примерно на 3-4% в год. Такими темпами каждый житель планеты сможет получать информацию из интернета лишь через 12-15 лет. Да и скорость подключения в разных регионах будет сильно отставать от среднего комфортного показателя. При этом возможность подключиться к Сети есть лишь на малой части всей планеты. Это крупные города и заселенные регионы. В менее людных местах выйти в Сеть очень проблематично, а в глухих лесах, степях, пустынях или океанах такой возможности и вовсе нет. Решить проблему взялся Илон Маск, который в 2015 году запустил проект Starlink на базе одного из подразделений SpaceX.

Освоение околоземной орбиты

В 80-х годах прошлого века в рамках стратегической оборонной инициативы была освоена низкая околоземная орбита. Это пространство, которое начинается примерно в 160 км от Земли и доходит до 2000 км от ближайшей точки нашей планеты. Если опустить летательный аппарат ниже 160 км, он будет сильно подвержен влиянию атмосферы, а чрезмерное удаление за границы низкой орбиты потребует больших затрат энергии на удержание нужного курса. На данный момент большинство искусственных спутников и все обитаемые космические станции находятся именно в пределах низкой околоземной орбиты. Активное «заполнение» орбиты началось в 90-х годах прошлого столетия, когда спутники выводились многими крупными компаниями. Часто это происходило без особой нужды и в рекламных целях. Лопнувший пузырь доткомов в 2000 году привел к банкротству большинство владевших коммерческими спутниками компаний, после чего ниша низкой околоземной орбиты освободилась для крупных и амбициозных проектов второй волны освоения.

Компания SpaceX всего через пару лет после своего основания, в рамках глобальной стратегии, поставила цель развития интернета в космосе. Изначально проект отложили в дальний ящик и сконцентрировались на более важных делах, но через 10 лет идею переосмыслили, и уже в 2014 году Илон Маск совместно с американским технологическим предпринимателем Грегом Уайлером объявили о запуске проекта WorldVu. В его рамках планировалось вывести на низкую околоземную орбиту около 700 объектов, что более чем в 10 раз превышало самое крупное на тот момент созвездие спутников. Так называют группу космических аппаратов, которые управляются и работают совместно.

Позже пути Маска и Уайлера разошлись. Последний на базе WorldVu организовал компанию OneWeb с похожими целями и задачами обеспечения населения массовым широкополосным доступом к интернету. Компания медленно, но верно двигалась к своей цели, а в 2020 году едва не обанкротилась из-за пандемии. Руководству удалось найти инвесторов для продолжения проекта, но в будущем OneWeb ждали очередные трудности, ведь большинство пусков спутников компании проходили с космодрома Байконур. Что интересно, сейчас запуском спутников OneWeb занимается та же SpaceX. 10 января 2023 года ракету-носитель Falcon 9 запустили со стартового комплекса Космического центра имени Джона Кеннеди во Флориде. На низкую околоземную орбиту было выведено 40 спутников OneWeb, которые обеспечат высокоскоростной доступ в интернет к 2027 году.

Илон Маск не отказался от своей идеи и уже в 2015 организовал собственную компанию Starlink для реализации амбициозных планов. Во многом этому способствовали успехи SpaceX, которые позволили осуществить реализацию проекта собственными силами. Наличие относительно доступного способа вывода спутников на орбиту развязало руки Маску. Потребность в тянущих на себя одеяло партнерах для Starlink отпала. Любопытно, что за все время освоения низкой околоземной орбиты на нее было выведено около 10000 спутников, в планы Маска входил запуск 4000 модулей первой волны и доведение общего числа спутников Starlink до 12000 (в последующем — 30000), а для покрытия сетью большей части нашей планеты потребуется минимум 42000 объектов на орбите. С мая 2019 года в рамках проекта Starlink было запущено уже свыше 3800 спутников. Часть из них вышла из строя или сошла с орбиты, но более 3500 аппаратов остаются на орбите в рабочем состоянии.

Как развивался Starlink

Работа компании началась с небольшого штата сотрудников и скромного офисного помещения. Первые месяцы команда Starlink состояла из 60 инженеров, которые занимали помещения площадью около 2800 м². Теоретические исследования и разработки продвигались хорошо и уже к 2016 году компании потребовались мощности для начала производства. Количество открываемых вакансий Starlink росло с каждым месяцем, и сотрудников пришлось переселить из нескольких разрозненных офисов в одно единое пространство. За следующие несколько лет Starlink скупает крупные офисные помещения, испытательные полигоны и лабораторий в Калифорнии.

К началу 2017 года компания регистрирует свою будущую систему в Федеральной комиссии по связи США и Службе фиксации спутниковой связи. Регистрируется название сети, торговая марка и все необходимые сопутствующие документы. Параллельно разрабатываются макеты пользовательского оборудования, цена которого для конечного потребителя не должна превышать 200 долларов. В 2018 году состоялась серия запусков аппаратов на ракетоносителях SpaceX, целью которых был вывод на орбиту первой тестовой партии спутников Starlink. Несколько месяцев непрерывных испытаний позволили выявить слабые места технологии и обозначить планы дальнейшего развития проекта. Через год, весной 2019 года, компания запускает уже 60 предсерийных спутников, которые были максимально приближены к финальным образцам. Тесты показали хорошие результаты, что позволило начать вывод первых рабочих моделей к концу года.

Каждый запуск ракеты Falcon 9 мог выводить 50-60 дополнительных спутников для развертывания сети. Ресурсы SpaceX позволяли осуществлять пуски каждые две-три недели. Компания начала планомерно следовать своей программе. За первый год было выведено около 900 спутников Starlink. Такое количество летательных аппаратов позволило запустить закрытое бета-тестирование «космического» интернет-соединения для сотрудников компании и группы добровольцев. За 2020 год число бета-тестеров составило около 10000 активных абонентов. Средний показатель скорости передачи данных за этот период составил 150 Mбит/с. В начале 2021 был объявлен предзаказ на подключение к сети Starlink для всех желающих, за несколько месяцев было оформлено более 500000 заявок.

Период пандемии негативно сказался на развертывании сети. Некоторые производственные и логистические процессы замедлились и запуск спутников усложнился. Тем не менее на начало 2022 года руководство компании заявляло о 2091 работающем спутнике в сети Starlink. А в конце прошлого года стало известно, что количество абонентов Starlink превысило отметку в 1 млн. пользователей.

Технологии передачи данных Starlink не позволяют гаджетам пользователей напрямую подключаться и передавать сигнал спутникам. Для подключения к сети требуется специальный терминал с антенной и технологичной начинкой. В качестве отражателя сигнала используется небольшая параболическая антенна диаметром около 80 см. Она установлена на подвижную основу, которая самостоятельно корректирует угол наклона для наилучшей связи со спутниками. В новой модели антенны используется маршрутизатор MU-MIMO 3х3, который способен одновременно передавать данные через три канала на три разных устройства без перегрузки сети. Однако одним из недостатков второго поколения спутниковой тарелки Starlink является отсутствие встроенного разъема LAN, который имеется у первого поколения. Для новой версии необходимо приобрести специальный адаптер через официальный онлайн-магазин компании. Несмотря на дефицит компонентов, в SpaceX обещают, что будут выпускать около 5000 таких антенн ежедневно. Единственное требование к установке — прямая видимость неба, при этом антенной можно оснащать даже быстро движущиеся объекты вроде машин, кораблей или поездов.

На данный момент стартовые комплекты для подключения продаются по цене 499 долларов. Пользователю гарантирована скорость подключения от 50 до 150 Мбит/с и задержка сигнала от 20 до 40 мс. Ежемесячно за такое подключение нужно платить 99 долларов. Существуют и более продвинутые модели для предприятий Starlink Business. Комплект включает более мощную и производительную антенну. Она обеспечивает скорость передачи данных от 150 до 500 Мбит/с. Такой комплект обойдется уже в 2500 долларов с ежемесячной платой в 500 долларов.

25 августа 2022 года глава SpaceX Илон Маск вместе с генеральным директором и президентом T-Mobile Майком Зивертом объявил о запуске совместного проекта по обеспечению универсальной сотовой связи, которая позволит избавиться от мертвых зон мобильной связи. Обеспечивать покрытие будет второе поколение спутников Starlink, потому что современные версии Starlink, размещенные на низкой околоземной орбите, просто не обладают достаточной мощностью, чтобы уловить слабый сигнал мобильного телефона. Аппараты Starlink V2 значительно больше нынешних, масса которых составляет около 295 кг. Они оснащены более мощной фазированной антенной решеткой, корпус спутника достигает 7 м в длину, а антенна раскладывается на 5 м в сторону. При этом такая конструкция позволяет обеспечить связь без каких-то технических модификаций в телефоне или специальных прошивок. И 28 февраля на обиту уже выл выведен 21 такой спутник. В свою очередь, компания T-Mobile обязалась предоставить другим провайдерам-партнерам взаимный роуминг. Скорость соединения в этом случае находится в пределах от 2 до 4 Мбит/с, чего достаточно для отправки текстовых сообщений в мессенджерах. Со временем планируется добавить возможность звонков и обмена другими данными. Илон Маск заявил, что бета-версию запустят в отдельных регионах уже в конце 2023 года, после запланированных запусков спутников SpaceX.

Поскольку Starlink V2 значительно больше спутников первого поколения, ракета Falcon 9 не сможет доставить их на орбиту. Полноразмерным спутникам Starlink V2 нужно будет дождаться запуска гораздо более крупной ракеты Starship. При этом Маск отметил, что SpaceX может разработать уменьшенную версию Starlink V2, которая могла бы поместиться в обтекателе полезной нагрузки ракеты Falcon 9. Однако обеспечить глобальную связь, как того хотят Маск и Зиверт, можно будет только после ввода в эксплуатацию Starship. Компании планируют предоставлять клиентам текстовое покрытие практически повсюду в континентальной части США, на Гавайях, в некоторых частях Аляски, Пуэрто-Рико, а также в большей части мирового океана.

Кроме гражданского применения, Starlink активно сотрудничает с военными США. Изначально планировалась разработка и запуск спутников двойного назначения, но от идеи отказались. Сейчас вооруженные силы США используют основную инфраструктуру Starlink для установки связи и наладки коммуникации между разными подразделениями. Это позволило привлечь дополнительное финансирование проекта со стороны государственного бюджета, но в то же время бросило тень на репутацию компании. Сотрудничество Маска с правительством США вряд ли позволит проекту стать действительно массовым и получить разрешение на работу в недружественных странах.

Что мешает реализовать спутниковый интернет по всей планете?

Основной сложностью организации передачи данных через спутники является большой пинг. Средняя задержка на старте проекта составляла минимум 500 мс. Это ужасный показатель для проводного интернета и крайне плохой для мобильного. Это сильно ограничивало возможные сценарии использования интернета от Starlink. Он мог бы быть непригоден, например, для геймеров или трейдеров. Инженеры Starlink смогли минимизировать задержку сигнала благодаря более тонкой настройке оборудования, увеличению мощности передатчиков и построению распределенной сети для передачи данных. Каждый спутник может связываться с пятью своими «соседями» и перенаправлять части трафика через них. Это позволяет минимизировать задержки сигнала, и сеть на текущий момент уже может похвастаться приемлемым пингом от 20 мс до 40 мс.

Вторым узким местом является пропускная способность каждого отдельного ретранслятора. Чтобы обеспечить приемлемые показатели для массового потребителя, как раз и потребуются тысячи запущенных в космос спутников Starlink. Сейчас доступ в сеть возможен для ограниченного числа пользователей, а полностью занимающие канал подключения временно блокируются. Распределенная сеть позволяет пускать другие запросы в обход, но это не гарантирует стабильное подключение для каждого пользователя во время пиковой загрузки.

Кроме того, возникают проблемы с космической логистикой. При использовании многоразовых ускорителей SpaceX компания может выйти на график запуска каждые две недели, а в теории для повторного пуска ракетоноситель могут подготовить за несколько дней. Даже такой частоты пусков не хватит, чтобы быстро довести количество спутников в сети до минимальных 12000, с учетом поломок или выхода из строя уже работающих модулей. Так, например, геомагнитная буря 4 февраля 2022 года вывела из строя 40 спутников. Продолжительность явления составляла всего несколько часов, а уровень опасности оценивался как G2 (умеренный) по 5-балльной шкале K-индекс. Более продолжительные и сильные бури могут нанести серьезный ущерб Starlink. Для решения этой проблемы компания еще в 2019 году начала разработку многоразового двухступенчатого сверхтяжелого ракетоносителя Starship. На данный момент это самый крупный летательный аппарат SpaceX, который превосходит по размерам многие имеющиеся ракетоносители разных стран.

Последние полтора года ведется активное тестирование прототипов Starship. Первый рабочий образец в компании надеются получить не ранее 2024 года. Если приспособить Starship для вывода на орбиту аппаратов для Starlink, каждый запуск позволит пополнять сеть на 400 новых спутников. Кроме проблем с запуском спутников, есть сложность с их производством. Сейчас мощности компании позволяют создавать до 10 рабочих устройств ежедневно. Даже если удастся решить проблему массового вывода спутников на орбиту, придется сильно нарастить масштабы производства для создания нужного числа модулей.

Не стоит забывать о юридических вопросах. Нельзя просто так запустить работу в каждой стране, которую покрывает сеть спутников Starlink. Нужно пройти череду согласовательных процедур и получить необходимые разрешения. Starlink уже доступен на территории США, Канады, Мексики, Бразилии, Чили, Австралии и большинстве стран Европы. Недавно к этому списку добавился и Азербайджан, но другие страны не спешат выдавать согласование для работы новой технологии.

И как это не прискорбно, в долгосрочной перспективе проект загрязнит космос. Еще до запуска Starlink на низкой околоземной орбите находилось до 10000 спутников, 80% которых являлось старым вышедшим из строя оборудованием. Когда число летающих вокруг планеты аппаратов достигнет запланированных 42000, количество космического мусора возрастет в разы. Это будут обломки вышедших из строя устройств в результате магнитных бурь или столкновений с метеоритами. Сами спутники и их обломки уже сегодня доставляют проблемы астронавтам, а в будущем усложнят запуск и работу других миссий на низкой околоземной орбите. Кроме этого, густая сеть спутников мешает наземным наблюдательным станциям и телескопам, создавая дополнительные помехи на получаемых из космоса снимках.

Перспективы Starlink

Один из самых амбициозных проектов Илона Маска медленно, но верно развивается. Сроки реализации затягиваются по абсолютно разным причинам. Кроме того, что реализацию проекта серьезно осложнили ограничения, связанные с пандемией, есть еще и внезапные магнитные бури, а также сложности с производством необходимого количества спутников. Еще Starlink сильно зависит от другого детища Маска — компании SpaceX. Только силами этой организации можно осуществить запуск необходимого количества объектов на околоземную орбиту. Но все равно это не мешает обеспечивать более миллиона пользователей высокоскоростным спутниковым интернетом уже сегодня. Компания следует своей цели, чтобы покрыть большую часть планеты сетью спутников и предоставить доступ к интернету в любой точке Земли. Посмотрим, как Илон Маск продолжит развитие своего созвездия спутников и сможет ли создать серьезного конкурента проводному или мобильному интернету.