Космос откроет массовый доступ в интернет

28 февраля 2019 года российская ракета «Союз-СТ-Б» успешно вывела на орбиту первые шесть спутников сети глобального интернета OneWeb. Космические аппараты были запущены с космодрома Куру во Французской Гвиане, оператором которого является Европейское космическое агентство. Спутники принадлежат британскому телекоммуникационному оператору OneWeb LLC, инвесторами которого является целый «космический интернационал»: европейский Airbus Group, индийская Bharti Enterprises, американские Hughes Network Systems, Coca-Cola Company и Virgin Group и несколько других крупных компаний.

С запуском первой пятёрки спутников OneWeb пилотный проект по предоставлению массового прямого доступа к сети Интернет через космическое пространство переходит в практическую плоскость. Для индустрии космических пусков это означает значительное оживление стагнирующего в последние годы рынка, а для всех нас – возможность доступа в Глобальную сеть из практически любой точки земной поверхности.

Предшественники OneWeb

Использование космических каналов связи для предоставления доступа к глобальной сети Интернет является реальностью с начала 1980-х годов. Тогда для этих целей начали использовать обычные телекоммуникационные спутники на стационарных орбитах, до этого работавших на передачу телевизионного сигнала и телефонных разговоров. Эта первая, хоть и дорогая возможность появилась сразу после перехода геостационарных спутников связи к передаче данных «в цифре», которая позволила удобно паковать интернет-данные в стандартный канал для передачи телевизионного и телефонного сигнала.

Дополнительная возможность по использованию космоса для передачи цифровых данных появилась в 1990-е годы – после запуска первых спутников глобальной телефонной связи системы «Иридиум». Интересно, что запуски «Иридиумов» тогда тоже пришлось делать буквально «всем миром»: для вывода такой значительной спутниковой группировки в столь сжатые сроки потребовались совместные усилия США, России и Китая – «Иридиумы» запускали на ракете «Дельта-2» с космодрома Вандерберг, на «Протоне» с Байконура и на китайской ракете «Великий Поход – 2С» с китайского космодрома Тайюань.

На эту тему
• Первые спутники OneWeb успешно выведены на орбиту
• Ракета «Союз» со спутниками OneWeb стартовала с космодрома Куру
• Спутники OneWeb собрались запускать при помощи европейских ракет

Изначальная группировка из 66 основных и 6 резервных спутников «Иридиума» была запущена в течение 12 месяцев 12 дней, между 5 мая 1997-го и 17 мая 1998-го, для чего потребовалось 15 ракетных пусков. Впоследствии выбывшие спутники пополнялись новыми аппаратами, а в 2017–2018 годах старые «Иридиумы» заменили на аппараты Iridium NEXT. На этот раз за счёт миниатюризации бортовой электроники спутников обошлись лишь восемью запусками американской ракеты Falcon 9 FT, с помощью которых опять вывели в космос 66 основных и 6 резервных аппаратов Iridium NEXT, которые работают на орбите и по сей день.

Впрочем, ни обычные геостационарные спутники, ни даже группировка космической «соты» системы «Иридиум» не позволяли добиться массового прямого доступа в сеть Интернет для всех желающих. Каналы спутников были ориентированы лишь на состоятельных клиентов, которые могли позволить себе платить больше доллара за каждую минуту разговора при поминутной тарификации.

Прямой неограниченный доступ

Несмотря на то, что большинство спутников сегодня снабжены направленными антеннами, сигнал с них всё равно затухает по известному закону обратных квадратов – чем дальше расположен спутник и передающая/принимающая станция на Земле, тем более мощные передатчик и более чувствительный приёмник приходится держать на спутнике. В силу этого постоянная миниатюризация бортовой электроники весьма слабо влияет на массу космических аппаратов: спутники на геостационарной орбите высотой около 36 000 км по-прежнему должны весить по нескольку тонн, а на высоте орбиты «Иридиума» (780 км) вес аппарата должен составлять не менее 700–800 кг.

Вторым определяющим фактором является так называемый телесный угол, в пределах которого спутник осуществляет «подсвечивание» земной поверхности своим сигналом. Для спутника на геостационарной орбите таким телесным углом (упрощённо) является видимый угловой размер земного шара, который он должен покрывать со своей орбиты высотой в 36 000 км. Для спутника системы «Иридиум» телесный угол меньше – в его задачу входит покрытие лишь его собственной «соты», которая динамически перемещается по поверхности Земли.

Именно на таком подходе и основана система OneWeb: для того чтобы сделать каждый аппарат достаточно простым и, как следствие, максимально лёгким и дешёвым в изготовлении, телесный угол его передающей и принимающей антенны максимально сузили. Для полного функционирования системы OneWeb необходим запуск около 700 космических аппаратов, а масса каждого должна составить от 150 до 200 кг. Связное оборудование спутников OneWeb будет работать в Ka и Ku-диапазоне радиочастотного спектра. Эти диапазоны более производительны, чем обычный L-диапазон, используемый в наземных системах сотовой связи и в спутниковой связи «Иридиума» и, кроме того, позволяют снизить требования к наземному оборудованию, сжав клиентскую антенну системы OneWeb до приемлемого размера 36 на 16 см.

При полном развёртывании орбитальная группировка будет состоять из 18 плоскостей по 36 космических аппаратов в каждой (648 спутников), и ещё минимум 24 аппарата будут находиться в резерве. Такой масштабный проект является «лакомым куском» для индустрии космических запусков: стоимость контракта на запуски спутников OneWeb составляет более 1 млрд долларов США.

Согласно контракту, подписанному между европейским космическим концерном Arianespace и компанией OneWeb, для запуска изначальных 672 космических аппаратов системы мобильной спутниковой связи OneWeb будет использована 21 ракета-носитель семейства «Союз», с опционом на дополнительные пять ракет-носителей в случае пополнения спутниковой группировки. Несмотря на то, что первый запуск «Союз-СТ-Б» с аппаратами OneWeb состоялся с космодрома Куру во Французской Гвиане, не менее 15 пусков ракет-носителей «Союз-2.1б» запланировано с российских космодромов Байконур и Восточный – как и в случае «Иридиума», сжатые сроки формирования спутниковой группировки определяют максимальное задействование наземной пусковой инфраструктуры.

Такие амбициозные планы должны обеспечить уже к 2021 году круглосуточное покрытие Земли доступом в Интернет для всех желающих.

Ну а есть ли подводные (в смысле космические) камни?

Конечно же, в идее компании OneWeb есть и свои недостатки. Во-первых, выбранный диапазон частот (Ku) совпадает с диапазоном, который используют геостационарные спутники связи. Таким образом, каждое видимое прохождение спутника компании OneWeb под геостационарным аппаратом будет приводить к помехе в приёме его сигнала. Обратная ситуация тоже возможна – геостационарные спутники своими сигналами будут негативно влиять на работу OneWeb.

Во-вторых, не совсем ясны риски нахождения столь большого числа космических аппаратов на низкой околоземной орбите. При кажущейся «бесконечности» космического пространства вокруг Земли оно уже переполнено искусственными объектами на наиболее «популярных» орбитах.

В частности, именно со спутником системы «Иридиум» связан первый зафиксированный в истории человечества случай столкновения двух космических аппаратов: 10 февраля 2009 года над территорией Российской Федерации на высоте 788,6 километра произошло столкновение двух спутников: российского аппарата «Космос-2251», выведенного из эксплуатации в 1995 году, и спутника связи «Иридиум-33», который к этой дате ещё пребывал в активном состоянии.

Основную опасность при этом стали представлять обломки столкновения, которые после инцидента вышли на случайные орбиты вокруг Земли. Несмотря на то, что орбита столкновения «Космоса-2251» и «Иридиума-33» лежала как минимум на 350 км выше орбиты Международной космической станции (МКС), от обломков пришлось спасаться даже ей. Всего же службам России и США удалось каталогизировать около 1,8 тыс. осколков столкновения, 600 из которых отнесено к категории крупных и представляющих смертельную опасность.

Впрочем, планы OneWeb меркнут по сравнению с идеей компании SpaceX, которая в 2016 году подала запрос в Федеральную комиссию по связи США (FCC) на разрешение запустить 4425 спутников для своей системы интернет-связи Starlink.

В уточнённом документе, опубликованном в 2017 году, SpaceX сообщила о планах запуска в общей сложности почти 12 000 спутников на орбиту Земли до середины 2020-х годов. Такие огромные числа не имеют аналогов среди существующих спутниковых систем и вызывают сомнения в реализуемости проекта – как и умножают уже перечисленные риски, характерные для проекта OneWeb.

Тем не менее 22 февраля 2018 года с помощью ракеты-носителя Falcon 9, стартовавшей с космодрома Ванденберг, компания SpaceX уже вывела на орбиту два экспериментальных спутника связи Tintin-A и Tintin-B, которые должны испытываться в рамках реализации проекта системы Starlink. Понятным образом две конкурирующие системы глобальной интернет-связи на сходных орбитах и работающие в одном диапазоне (для Starlink также выбран Ku-дапазон) лишь умножат все описанные риски.

Однако, судя по всему, проекты спутникового интернета уже вошли в стадию реализации «в железе». Слишком уж выгодна и удобна космическая связь, в то время как технические проблемы или риски катастрофы подразумеваются решаемыми «по мере их непосредственного возникновения».