Оригинал: www.computerra.ru/179908/sputnikovyj-internet-finalnoe-reshenie-kak-elon-mask-nadeetsya-osetenit-zemlyu
8.04.2018
Спутниковый интернет: финальное решение. Как Элон Маск надеется осетенить Землю
В конце февраля компания SpaceX провела очередной успешный космический старт, выведя на околоземную орбиту помимо прочего два собственных спутника с ничего не говорящими названиями Tintin A и B. На фоне недавних шумных успехов — первого полёта Falcon Heavy и электромобиля, заброшенного в межпланетное пространство — этот прошёл почти незамеченным. А между тем и для самой SpaceX, и даже для человечества в целом, как бы пафосно ни звучало, именно этот «незаметный» пуск намного важнее.
Серией Tintin Элон Маск и компания фактически приступили к развёртыванию беспрецедентной по характеристикам спутниковой группировки Starlink — которая обещает принести скоростной интернет по доступным ценам в любую точку Земли. Иначе говоря решается наконец задача, которая не даёт покоя энтузиастам и инвесторам как минимум последние тридцать лет.
Давайте начистоту: доступ в глобальную сеть дорог! Да, в городах и сёлах мы привыкли к дешёвому интернету, но попробуйте взглянуть на успехи провайдеров непредвзято — и окажется, что дешевизна эта кажущаяся. Дёшево только там, где плотность населения значительна, то есть там, где экономически выгодно протянуть кабель или установить станцию беспроводного доступа. Хуже того, чем дальше в XXI век, тем сильнее дисбаланс.
Интернет через сотовую связь требует покрытия территории весьма дорогими базовыми станциями — и стандарт 5G, о котором уже начали вещать рекламщики, увеличит их число в разы. Оптоволокно как было дорогим удовольствием ещё в 90-х, так им и осталось — и даже самый амбициозный из связанных с ним провайдерских проектов, Google Fiber, фактически «поставлен на паузу», ибо затраты оказались слишком большими. Что остаётся? Не считая нового и всё ещё вялого направления «атмосферных спутников» (см. «Им бы в небо»), только спутники настоящие.
А «спутниковый интернет» — это история в нескольких томах. С середины XX века там было столько действующих лиц, событий и технологий, что даже перечислить их непросто. Поэтому позвольте мне сейчас обозначить так сказать усреднённое направление и точку, в которой мы оказались, а вы поправьте, если заметите неточности. Так вот идею спутниковых коммуникаций популяризовал ещё до начала космических полётов Артур Кларк — описавший возможное применение геостационарного, то есть «подвешенного» над одной и той же точкой Земли, искусственного аппарата. И геостационары действительно оказались удобной штукой (настроил антенну один раз — и работай), но когда в 90-х спутниковый интернет пошёл в массы, старую идею пришлось разбавить уже нестационарными средне- и низкоорбитальными спутниками (как их называют, MEO и LEO, соответственно).
Дело в том, что геостационарная орбита пролегает на удалении порядка 30 тысяч километров, что означает значительную задержку при прохождении сигнала (грубо, от четверти секунды) и требует значительных габаритов антенн. А MEO и LEO это (примерно) 8000 и 1000 километров, что уменьшает лаг и требования к антенне, но вносит другое неудобство: такие спутники перемещаются по небосводу, требуя запуска не одного-двух, а в лучшем случае десятков аппаратов, плюс соответствующих технологий слежения и переключения с одного на другой, поддержки с Земли.
В том или ином виде на сегодняшний день услугу цифровых спутниковых коммуникаций предоставляют около дюжины операторов. У каждого свои особенности. Различаются они клиентской аппаратурой (у геостационаров тарелки подчас под 2 метра, а LEO-трансивер Iridium, например, может поместиться даже в мобильном телефоне), скоростью доступа (рекорд здесь принадлежит геостационарам ViaSat, дающим мегабиты в секунду), назначением (Globalstar больше подходит для голосовой телефонии, ORBCOMM ориентируется на M2M и IoT, старина Inmarsat успевает и там и там, а экзотический Outernet и вовсе широковещательный, подобно радио). Но все их объединяет одно: безумные цены!
Сильно усредняя и даже не принимая во внимание обязательных предоплат и подписок, это единицы долларов за гигабайт минимум. С такой ценой «спутник» не в состоянии претендовать на замену наземной линии ни в густонаселённых районах, ни даже в сельских. А там, где он всё-таки используется, это происходит с понятными ограничениями: слишком дорого для мультимедиа, слишком медленно для игр и приложений реального времени (высокочастотный трейдинг, ассистируемое управление автомобилем и т.п.).
Вот почему судьба почти у всех таких проектов трудная. Многие из действующих ныне (Iridium, Globalstar, ORBCOMM как самые громкие примеры) прошли через банкротство, сменив хозяев и сильно скорректировав средства и цели, другие вообще не пошли дальше пробных запусков. И лишь растущая цифровая жажда цивилизации поддерживает их на плаву. К счастью или сожалению, мы уже не можем жить без цифровой техники и цифровых коммуникаций — так что хоть абонентов у спутниковых провайдеров обычно лишь сотни тысяч, это всё-таки позволяет им сводить концы с концами.
Но помимо неприглядной действительности у спутникового интернета всегда была голубая мечта: Teledesic! Те, кто застал 90-е, наверняка помнят этот циклопический проект, поддержанный среди прочих Биллом Гейтсом и канувший в небытие с пузырём дот-комов. Teledesic — это чуть менее тысячи спутников, выведенных на 700-километровую орбиту. Чтобы представить масштаб: в группировке Iridium аппаратов на порядок меньше, а всего вокруг Земли — функционирующих и «мёртвых» — даже сегодня вращается лишь около 4 тысяч полноразмерных искусственных объектов. Армия аппаратов Teledesic, деля поверхность планеты на «соты» всего 700 км в поперечнике, давала возможность с недорогой компактной клиентской аппаратурой организовать по-настоящему быстрый выход в Сеть: сотни мегабит в секунду!
Увы, несоответствие замысла текущему уровню развития техники, трудности у других спутниковых провайдеров и общее охлаждение интереса к цифре поставили на проекте крест. Но двадцать лет спустя, так и не отыскав других способов решить проблему доступного глобального интернет-доступа, мы возвращаемся к идее спутниковых сверхгруппировок. И особняком среди претендентов, как по масштабу, так и по уровню проработки, стоит проект Элона Маска: Starlink не просто повторит мечту Teledesic, а выведет её на новый уровень.
Если коротко, Starlink (она же SpaceX NGSO Satellite System) — группировка из 12 тысяч искусственных спутников Земли, разнесённых на орбиты 1100-1300 и 340 километров, ориентированная на неудовлетворённый спрос на дешёвый глобальный скоростной и с малой задержкой интернет-доступ (до 1 Гбит/с на пользователя). Развёртывание её проведут в два этапа: на первом (в следующие три года) в космос отправят 4425 аппаратов, позднее (до середины следующего десятилетия) к ним добавят ещё 7518 единиц. Начало эксплуатации, самое ранее, планируется на 2019-й год.
Звучит... фантастически. Но как и всегда в случае с Маском, техническая изнанка проекта сравнительно прозрачна, а потому можно понять и верится, что это не пустое прожектёрство, что на сей раз — действительно получится. У Starlink четыре ключевых особенности.
Особенность первая: огромное количество спутников на сверхнизкой и низкой орбитах. Благодаря этому у абонентов появляется возможность использовать не обычную спутниковую антенну, а так называемую фазированную антенную решётку, не требующую механического наведения (направленность её меняется электронно). Клиентский блок Starlink — это коробка размером с пиццу, устанавливаемая в любой точке земной поверхности (квартира, дом, автомобиль, корабль, самолёт), откуда виден (в собственной формулировке SpaceX) «хотя бы кусок неба». Помимо лёгкости настройки такое решение облегчает проблему интерференции, которая во всех подобных проектах стоит остро: ведь часть диапазона, задействованного для связи со спутниками, используется и наземной сотовой связью (всё тот же 5G), и другими спутниковыми операторами.
Особенность вторая: беспрецедентная дешевизна оборудования. Строить спутники для Starlink традиционным способом, когда каждый аппарат — штучный товар, собираемый вручную, нереально. Кроме того даже ожидаемый срок службы спутника здесь не превышает 7 лет, а опыт других операторов показывает, что в реальности он всегда меньше ожидаемого из-за непредвиденных факторов.
Так что SpaceX не только разработала собственную механическую конструкцию (её спутники сравнительно плоские, что, предположительно, позволит эффективно упаковывать их в Falcon, выводя на орбиту до пятидесяти штук за раз) и автоматизировала производство, но самостоятельно разрабатывает даже микросхемы, учтя наработки последних лет (упоминаются, в частности, чипы ASIC, которые стали популярны лишь благодаря криптовалютам: суть, массивно-параллельный процессор, заточенный под выполнение одной функции, например, вычисление хэша; у Teledesic, понятно, таких возможностей не было). В результате клиентский «модем», например, будет продаваться за 200 долларов, а себестоимость спутника, предположительно, будет на порядки меньше обычных значений.
Особенность третья: P2P-архитектура. Традиционно аппараты, предоставляющие спутниковый доступ к интернету, между собой не связаны и работают простыми ретрансляторами: принял сигнал от клиента или (чаще) наземной станции (подключенной оптоволокном к интернету) и сразу же переслал обратно, на другую наземную станцию или клиенту (такую схему называют bent pipe — гнутой трубой, понятно почему). В случае с LEO-группировками это оборачивается очевидными трудностями: требуется огромное число вспомогательных наземных станций, значительная мощность клиентской аппаратуры, обостряется проблема интерференции.
Спутники Starlink будут связаны между собой, причём оптическими каналами (читайте: быстро и без необходимости одобрения регулирующими органами), так что смогут маршрутизировать данные в наиболее выгодную точку над Землёй. К примеру, спутник, находящийся вне видимости наземной станции, сможет перепасовать пакеты через нескольких соседей к тому из них, который станцию видит. Поэтому наземные станции по-прежнему нужны, но роль их уменьшается и, соответственно, уменьшается требуемое их количество. Во времена Teledesic подобных технологий ещё не было, либо они только начинали разрабатываться: P2P был идейно и технически проработан лишь в нулевые.
Наконец последняя и, возможно, главная особенность Starlink: это проект не для всех. В отличие от прожектёров вроде Марка Цукерберга, которые тоже мечтают об осетенении Земли, но ориентируются на неплатёжеспособную аудиторию (см. «Золотой миллиард землян давно в Сети. А второй и третий — где и какие они?»), Маск целит только в тех, кто платить за «спутниковый кабель» может. Поэтому к 2025-му году у Starlink планируется лишь 40 миллионов абонентов. Это, правда, в разы больше, чем у сегодняшних спутниковых операторов, но всё ещё достижимо.
Конечно, Starlink не одинока. У неё уже наметились реальные конкуренты — прежде всего европейская OneWeb (600+ LEO-аппаратов, старты в этом году, начало эксплуатации в следующем) и O3b (уже эксплуатирующая небольшую MEO-группировку и планирующая её расширение). Однако беспрецедентная прозрачность (никто больше не раскрывает своих проектов в таких подробностях), возможность полной вертикальной интеграции (т.е. опоры исключительно на собственные силы во всём, от дизайна микросхем до космических рейсов) и, как ни крути, опыт решения «неразрешимых» задач, делают Элона Маска лидером этой гонки. Вероятно он станет первым, кому удастся предложить по-настоящему доступный «спутниковый интернет». А раз так, сможет сделать и следующий шаг.
Ведь для чего Маску понадобился Starlink? Не ради собственно денег — хоть бизнес этот, если всё пойдёт как задумано, в 2025-м будет генерировать для SpaceX в разы большие суммы, чем собственно космический извоз. Всё заработанное планируется пустить на возведение первой настоящей инопланетной колонии: города на Марсе. Таким образом, став абонентом Starlink, каждый сможет внести свою копеечку в это фантастическое дело.
Starlink,SpaceX,эволюция_Сети,спутник,частный_космос,Teledesic,P2P