Ренессанс «низкоорбитального Интернета»

Vetrinsky
ВЕТРИНСКИЙ Юрий Анатольевич, ведущий научный сотрудник, Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций СПбПУ, к. т. н., доцент

Появление в 2013–2015 гг. сразу нескольких проектов низкоорбитальных спутниковых группировок, обеспечивающих глобальный доступ в Интернет, вызвало оживленные дискуссии среди специалистов в области спутниковых телекоммуникаций. В предлагаемой вниманию читателей журнала Connect статье приводятся основные сведения о наиболее интересных на сегодняшний день проектах и анализируются возможные перспективы их практической реализации.

 

Наследники TELEDESIC

Начало второго десятилетия нового века ознаменовалось ностальгическим чувством дежавю – почившие было в 2000-х проекты низкоорбитальных систем спутниковой связи и высокоскоростного Интернета возрождаются в новых масштабных инициативах, одна за другой анонсируемых как лидерами отрасли, так и не очень известными пока компаниями. Основными аргументами в необходимости создания таких систем объявляются возросшие потребности человечества в объемах передаваемой информации и новый уровень развития космических технологий, позволяющий создавать необходимую инфраструктуру за существенно меньшие средства. Общей чертой всех предлагаемых проектов является использование орбитальных группировок (ОГ), состоящих из сотен и тысяч малых космических аппаратов (КА) на низких околоземных орбитах LEO (Low Earth Orbit), аналогично ранее закрытым проектам SKYBRIDGE и TELEDESIC. Данные о наиболее известных проектах низкоорбитальных систем приведены в таблице.

 

Проекты новых многоспутниковых систем на LEO

Проект

(компания)

Количество

спутников

Масса

спутника, кг

Высота

орбиты, км

Частотный

диапазон

Скорость

обмена

Стоимость

системы, млрд долл.

OneWeb 648 150 1200 Ku/Ka 50 Мбит/с 3
LeoSat 108 800 1800 Ka 1,2 Гбит/с 3
SpaceX 4025 125 1100 Ku/Ka 15
Samsung 4600 500 1400 Ku/W 40 Мбит/с
Yaliny 135 600 600 2 Мбит/с 3
Outernet 150 10 200 UHF 10 Мбайт/сут 1

Отношение экспертного сообщества к заявленным проектам достаточно осторожное, однако аргументация в пользу создания низкоорбитальных систем высокой пропускной способности LEO-HTS (Low Earth Orbit – High Throughput Satellites) признается в целом справедливой, а возможности и истории успеха компаний – инициаторов проектов заставляют избегать категоричных суждений. Большинство экспертов соглашаются с возможностью реализации заявленных систем LEO-HTS, подчеркивая при этом, что «выживут не все» [1, 2].

Безусловным лидером «космической гонки LEO-HTS» сейчас признается компания OneWeb, объявившая своей целью «глобальный доступ в Интернет для всех» [3]. Этому она в немалой степени обязана своему руководителю Грегу Уилеру (Greg Wheeler) – создателю системы O3b, авторитет которого в области негеостационарных систем HTS чрезвычайно высок. Другие аргументы «за» не менее важны. Это прежде всего привлечение 500 млн долл. инвестиций от Virgin Group с соинвесторами, создание кооперации компаний – разработчиков космической инфраструктуры, заключение договора с оператором спутниковой связи Intelsat о совместной эксплуатации LEO-HTS с системой GEO-HTS на базе КА Intelsat Epic. При этом Intelsat сможет распространить свои услуги на полярные регионы, а OneWeb получит возможность выключать свои КА над экватором, решая таким образом проблему помех земным и космическим станциям GEO, работающим в Ku-диапазоне. Компания получила разрешение Международного союза электросвязи (ITU) на использование заявленных частот, выбрала разработчиков платформы КА (Airbus Defence and Space), бортовых систем (OHB, MDA) и наземного оборудования (Hughes, Qualcomm), а также поставщиков пусковых услуг (Arianespace c носителями «Союз-2» и «Ariane-6» и Virgin Galactic с носителем «LauncherOne»). Развертывание ОГ планируется на 2018–2020 гг.

Второе место эксперты отводят компании LeoSat Enterprises, объявившей своим кредо «три тысячи богатых клиентов лучше трех миллиардов прочих» [3]. Этим компания также в немалой степени обязана своему директору Марку Риголле (Mark Rigolle) – бывшему CEO проекта O3b, привлекшему для этой системы 1,5 млрд долл. инвестиций. Ожидается, что менеджер такого класса сумеет привлечь для LeoSat средства, необходимые для успешного старта. Другим преимуществом этой компании является хорошая проработка всего проекта, предусматривающего создание ОГ из КА с лазерной межспутниковой связью. Компанией подана заявка в ITU, определен технический облик КА как дальнейшее развитие платформы Iridium, выбран его разработчик – Thales Alenia Space. Разработку земных терминалов планируется поручить компаниям Phasor и Kymeta, известным своими проектами малогабаритных многолучевых антенных решеток. Запуски на орбиту планируется производить носителями Falcon Heavy компании SpaceX. Развертывание этой ОГ планируется на 2018–2019 гг.

Проекты «грандов» – компаний SpaceX и Samsung – оцениваются более сдержанно, но предпочтение отдается Илону Маску (Elon Musk), несмотря на экзотичную цель затеваемого им проекта: «заработать денег на марсианский город» [3]. Основную роль в этой инициативе играет фигура самого Илона Маска, большое значение имеют также впечатляющие достижения SpaceX в области создания разноплановой космической техники, привлечение компанией 1 млрд долл. инвестиций от Google с соинвестором и заявленное начало производства КА на заводе под Сиэтлом. Как обычно, Маск планирует решить все задачи создания наземно-космической инфраструктуры системы исключительно своими силами, в том числе запуски на орбиту ракетами Falcon 9. Сроки развертывания данной ОГ не уточняются, но первый запуск двух тестовых КА MicroSat заявлен на 2016 г.

Компания Samsung включилась в «космическую гонку LEO-HTS» последней и, по сути дела, кроме заявлений об актуальности решения проблемы глобального широкополосного доступа в Интернет и ряда концептуальных рисунков системы никаких достоверных сведений о ней не представила. Известно только, что проект предусматривает организацию межспутниковой связи и должен быть реализован к 2028 г.

Известны и другие проекты «низкоорбитального Интернета», менее интенсивно освещаемые в средствах массовой информации, но тем не менее заслуживающие внимания. Так, проект компании Yaliny предлагает непосредственную двустороннюю связь через КА и получение доступа в Интернет за 10 долл. в месяц при помощи носимой приставки Yaliny-Point, связанной со смартфоном абонента беспроводным каналом.

Система обеспечивает безроуминговую связь и безлимитный Интернет в любой точке земного шара. Глобальность охвата обеспечивается за счет межспутниковой лазерной связи, подъем трафика осуществляется 40 шлюзовыми станциями, размещенными по всему миру. Заявлены возможности связи на ходу, в движущемся автомобиле и даже в «некоторых помещениях». Высокая помехоустойчивость обеспечивается за счет формирования узких лучей бортовой АФАР КА и адаптивного изменения схем модуляции и кодирования. На текущий момент компания привлекла до 10 млн долл. инвестиций от частных инвесторов. Запуск двух тестовых КА при помощи носителя «Днепр» компании «Космотрас» заявлен на 2017 г., развертывание ОГ планируется завершить к 2020 г.

Проект Outernet, продвигаемый компанией Media Development Investment Fund (MDIF), ставит задачей трансляцию веб-сайтов и файлов с низкоорбитальных КА формата CubeSat непосредственно на смартфоны пользователей в УКВ-диапазоне сетей Wi-Fi. Изначально такой проект был предназначен для обхода цензуры и ограничений в доступе к Интернет населения стран с тоталитарными режимами. Сейчас он позиционирует себя как «публичную гуманитарную библиотеку», включив в состав циклически транслируемого обновляемого раз в сутки контента помимо новостей образовательные курсы, музыку, прогноз погоды и т. п. Формально проект является благотворительным и развивается на средства, собираемые на Kickstart, – на текущий момент аккумулировано более 650 тыс. долл. С 2014 г. ведется тестовое вещание через геостационарные КА Hotbird и Amazon. Прием осуществляется ресиверами Lantern собственного производства MDIF, являющимися одновременно Wi-Fi-роутерами (схема ресивера и ПО для его работы входят в состав передаваемого контента – для тех абонентов, которые не имеют возможности купить ресивер MDIF и ввезти его в страну). В 2016 г. ожидается запуск трех первых КА CubeSat, заказанных у компании Clyde Space. Развертывание ОГ планируется завершить в 2020 г.

Шесть ложек дегтя

Оценивая перспективы реализации перечисленных проектов, следует принять за аксиому, что более двух систем LEO-HTS на рынке просто не нужно. Наиболее вероятными кандидатами на выход из гонки, по мнению автора, являются проекты компаний Samsung и SpaceX: первый явно запоздал, не продемонстрировав при этом никакой изюминки, а второй – из-за несоответствия заявленной цели возможным результатам. Очевидно, что заработать на марсианский город ни на операторских, ни на пусковых услугах у Илона Маска не выйдет – конкуренция со стороны GEO-HTS и наземных систем широкополосной связи очень высока, а оплачивать запуски своих носителей Falcon ему придется из собственных или из заемных средств. Представляется весьма вероятным, что рано или поздно он выйдет из проекта, как в свое время Билл Гейтс вышел из аналогичного по сути своей проекта TELEDESIC.

Слабым местом LeoSat является его ориентация на конечное число корпоративных клиентов – стоимость разрабатываемых терминалов (50 тыс. долл.) исключает массовое потребление услуг компании. Поскольку основатели LeoSat – выходцы из компании Schlumberger, очевидно, что речь здесь идет в первую очередь о нефтегазовом секторе, переживающем не самые лучшие времена. При весьма сомнительных перспективах роста клиентской базы компании предстоят огромные затраты на создание инфраструктуры системы. С учетом того, что прототип LeoSat – система Iridium – обошлась в 6 млрд долл., можно прогнозировать, что цена реализации проекта возрастет как минимум втрое, что неминуемо его убьет.

Наконец, лидера гонки – проект OneWeb – также поджидают подводные камни [1]. Дело в том, что этот проект не предусматривает межспутникового взаимодействия со всеми вытекающими из этого недостатками: отсутствием связи над акваториями мировых океанов и необходимостью строительства сети базовых станций на суше, где ему составят жесткую конкуренцию наземные сети 3/4G, ВОЛС, LTE и GEO-HTS.

Конкурентные преимущества OneWeb неочевидны: скорости информационного обмена с терминалом сравнимы со скоростями, обеспечиваемыми системами GEO-HTS и MEO-HTS (O3b), заявленная цена терминала в 300 долл., по оценкам специалистов, вряд ли достижима, не предусмотрено прямое взаимодействие КА с абонентами. Что касается высокоскоростного доступа в Интернет в приполярных районах, то с 2016 г. эту услугу будет предоставлять система Iridium NEXT – новый сервис Iridium Certus, работающий в Ka-диапазоне и обеспечивающий передачу данных на скорости 1,5 Мбит/с (в перспективе – до 10 Мбит/с). Кроме того, проблему обеспечения ЭМС тоже нельзя считать окончательно решенной, хотя OneWeb продвинулся в ней гораздо дальше других – как правило, уже при тестовых включениях на орбите проявляются неучтенные помехи существующим сетям по боковым лепесткам и др. Наконец, по самым скромным подсчетам, с учетом строительства базовых станций стоимость проекта вырастет до 8 млрд долл.

Проекту Yaliny – российскому стартапу, весьма предусмотрительно зарегистрированному в Гонконге, к огорчению автора, испытывающего к нему понятную национальную слабость, тоже не светит «светлое будущее». И дело не только в многочисленных «тонких моментах» и нестыковках, неоднократно отмеченных специалистами. Компании элементарно не хватит денег: инвестиционный климат для российских стартапов (даже зарегистрированных в Гонконге) сейчас крайне неблагоприятный.

И наконец, Outernet – пожалуй, самый необычный из проектов, напомнивший автору о радиолюбительском детстве, самодельных приемниках и прослушивании «вражеских голосов». Увы, но в низкоорбитальном варианте на базе CubeSat у него нет никакого будущего, несмотря на то что финансовая поддержка проекта явно не ограничивается «кикстартом». Исходная идея – интернет-вещание прямо на смартфоны диссидентов в УКВ-диапазоне – была оригинальной, но совершенно не реализуемой на практике. Введение в схему приема неких самостоятельно собираемых абонентами из подручных средств ресиверов-роутеров больше похоже на стремление компании продлить себе то самое теневое финансирование как можно дольше. Что же касается текущих трансляций материалов «публичной гуманитарной библиотеки» через геостационары, то дело это, безусловно, полезное, и аудитория проекта может быть существенно расширена при переходе от приемников кустарного производства к промышленным ресиверам. Однако это уже совсем другая история, не имеющая прямого отношения к нашей теме.

Заключение

При всем многообразии и оригинальности новых проектов низкоорбитальных спутниковых группировок практическая реализация их, по мнению автора, весьма сомнительна – не только в заявленные сроки, но и в принципе. Максимум, на что можно рассчитывать, так это на сильно усеченную ОГ OneWeb, работающую в совместной сети с Intelsat Epic, и то не раньше 2020 г. Тем не менее я искренне надеюсь оказаться в этом случае плохим пророком и с нетерпением ожидаю очередного ренессанса LEO-HTS через десять лет.

Источники

  1. Анпилогов В. Многоспутниковые системы LEO-HTS: «подрывная инновация» в области спутниковой связи или мыльный пузырь? // Спутниковая связь и вещание. 2016.
  2. Фуркан М. Аналитический обзор мнений: Ближайшее будущее спутниковой связи // Спутниковая связь и вещание. 2016.
  3. Tweedie E. Here Come the New LEO Constellations // Satellite Executive Briefing. Vol. 8, № 10, November, 2015.
Поделиться:
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее
Спецпроект

Специальный проект "Групповой спутниковый канал для территориально-распределенной сети связи"

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку