Оглавление:
- SpaceX Starlink
- Дорога обратно (около 1996 года)
- Остается одна проблема
- Соревнование
- Во всяком случае, кто отвечает?
Видео: Маша и Медведь (Masha and The Bear) - Подкидыш (23 Серия) (Ноябрь 2024)
Есть теория (или, возможно, предостерегающая история) среди астрономов, называемая синдромом Кесслера, названная в честь астрофизика НАСА, предложившего ее в 1978 году. В этом сценарии орбитальный спутник или какой-то другой кусок материала случайно ударяет по другому и разбивается на куски. Эти части вращаются вокруг Земли со скоростью десятки тысяч миль в час, уничтожая все на своем пути, включая другие спутники. Он запускает катастрофическую цепную реакцию, которая заканчивается облаком миллионов кусочков нефункционального космического мусора, который бесконечно вращается вокруг планеты.
Такое событие может сделать орбитальную плоскость функционально бесполезной, уничтожив любые новые спутники, посланные в нее, и, возможно, заблокировав доступ к другим орбитам и даже всему пространству.
Поэтому, когда SpaceX подал запрос в FCC на отправку 4425 спутников на низкую околоземную орбиту (LEO) для создания глобальной высокоскоростной сети Интернет, FCC была обеспокоена этим. Более года компания отвечала на вопросы комиссии и петиций конкурентов об отказе в заявлении, включая подачу «плана по снижению орбитального мусора», чтобы развеять страхи перед кесслеровским апокалипсисом. 28 марта FCC удовлетворил заявку SpaceX.
Космический мусор - это не единственное, что беспокоит FCC, а SpaceX - не единственная организация, пытающаяся построить спутниковые группировки следующего поколения. Несколько компаний, как новых, так и старых, используют новые технологии, разрабатывают новые бизнес-планы и обращаются в FCC с просьбой о доступе к частям спектра связи, которые им необходимы, чтобы охватить Землю быстрым и надежным Интернетом.
Вовлечены громкие имена - от Ричарда Брэнсона до Элона Маск - вместе с большими деньгами. На данный момент OneWeb Брэнсона привлекла 1, 7 миллиарда долларов, а президент и главный операционный директор SpaceX Гвинн Шотвелл оценили стоимость проекта в 10 миллиардов долларов.
Конечно, существуют большие проблемы, и история не совсем благоприятна для этих усилий. Хорошие парни пытаются преодолеть цифровое неравенство в недостаточно обслуживаемых регионах, в то время как плохие актеры сбрасывают нелегальные спутники на ракеты. И все это происходит как (или действительно, потому что) стремительно возрос спрос на данные: в 2016 году глобальный интернет-трафик превысил 1 секстиллионный байт, по словам Cisco, начиная эру зетабайтов.
Если цель состоит в том, чтобы обеспечить (хороший) доступ в Интернет там, где его раньше не было, то спутники - разумный способ достичь этого. Фактически, компании делали это в течение десятилетий с помощью больших геостационарных спутников (ГСО), которые находятся на очень высокой орбите, зафиксированной над определенной точкой на Земле. Но, за исключением нескольких нишевых приложений, включая отслеживание грузов и обеспечение доступа к интернету на военных базах, этот вид спутниковой связи не был быстрым, надежным или быстро реагирующим, чтобы быть конкурентоспособным с современным оптоволоконным или кабельным интернетом.
НГСО включают MEO, которые работают на средне-земной орбите на высоте от 1200 до 22000 миль над поверхностью Земли, и LEO (примерно до 1200 миль). Если LEO не все в моде сегодня, по крайней мере, они в большинстве.
Между тем, нормативные акты для негеостационарных спутников имеют давнюю историю и разделены между агентствами в США и за их пределами: НАСА, FCC, DOD, FAA и даже Международный союз электросвязи ООН - все в этой игре.
Однако с технологической точки зрения есть некоторые большие преимущества. Стоимость создания спутника упала как
SpaceX Starlink
На фоне этой технологии 11 компаний подали заявки в том же «цикле обработки» FCC, что и SpaceX, каждая из которых решает проблему по-своему.
Элон Маск объявил о программе SpaceX Starlink в 2015 году и открыл филиал компании в Сиэтле. Он сказал сотрудникам там: «Мы хотим революционизировать спутниковую сторону вещей, так же, как мы сделали с ракетной стороной вещей».
В 2016 году компания подала заявку в Федеральную комиссию связи США, в которой содержится призыв к запуску 1600 (впоследствии сокращенных до 800) спутников в период с настоящего времени до 2021 года, а затем к оставшимся до 2024 года. Они будут пролетать на высоте от 1110 км до 1325 км над землей, кружась Земля в 83 различных орбитальных плоскостях. Созвездие, как группа
На местах клиенты будут устанавливать новый тип терминала с электронно управляемыми антеннами, которые автоматически подключаются к тому, какой спутник в настоящее время предлагает лучший сигнал - аналогично тому, как сотовый телефон выбирает вышки. Поскольку спутники LEO движутся относительно Земли, система будет переключаться между ними каждые 10 минут или около того. А поскольку там будут тысячи людей, по словам Патрисии Купер, вице-президента по вопросам спутникового управления делами для SpaceX, всегда будет по крайней мере 20 на выбор.
Наземный блок должен быть дешевле и проще в установке, чем традиционные спутниковые антенны, которые должны быть расположены физически, чтобы указывать на ту часть неба, где живет соответствующий спутник ГСО. SpaceX описал терминал как размер коробки для пиццы (хотя он не заметил, какой размер пиццы).
Общение произойдет
Помимо заявок в FCC, SpaceX держит довольно
В феврале SpaceX запустил свои первые два прототипа спутников Starlink. Имеющие форму цилиндров с солнечными панелями для крыльев, Tintin A и B имеют примерно метр на сторону, и Маск подтвердил через Twitter, что они успешно общались. Если прототипы продолжат функционировать, к 2019 году к ним присоединятся сотни других. Как только система будет введена в эксплуатацию, SpaceX будет заменять выведенные из эксплуатации спутники (и уменьшать космический мусор) на постоянной основе, инструктируя их понижать свои орбиты, после чего они упадут к Земле и сгорят при повторном входе.
Дорога обратно (около 1996 года)
Еще в 80-х годах HughesNet был новатором в области спутниковых технологий. Вы знаете блюдо серого размера, которое DirecTV монтирует снаружи дома? Те, что пришли из HughesNet, который сам по себе прибыл из пионера авиации Говарда Хьюза. «Мы изобрели технологию, которая позволяет нам обеспечивать интерактивную связь через спутник», - говорит EVP Майк Кук.
В те дни тогдашняя компания Hughes Network Systems владела DirecTV и управляла большими геостационарными спутниками, которые передавали информацию на телевизоры. Тогда и сейчас компания также предлагала услуги предприятиям, например, операции с кредитными картами на газовых насосах. Первым коммерческим клиентом был Walmart, который хотел связать сотрудников по всей стране и с домашним офисом в Бентонвилле.
В середине 90-х компания создала гибридную интернет-систему под названием DirecPC: компьютер пользователя отправил запрос по коммутируемому соединению; он был направлен на веб-сервер и завершен через спутник, передавая запрашиваемую страницу вниз на блюдо пользователя.
Примерно в 2000 году Хьюз начал предоставлять свою первую двустороннюю интерактивную систему. Но поддержание стоимости услуги, включая потребительское оборудование, на достаточно низком уровне, чтобы люди могли ее купить, было сложной задачей. Для этого компания решила, что ей нужны собственные спутники, и в 2007 году она запустила Spaceway. По словам Хьюза, этот спутник, хотя он все еще используется, был особенно важен при запуске, поскольку он первым включил коммутацию пакетов на борту. Его емкость: 10 Гбит / с.
Между тем, компания под названием Viasat провела около десяти лет в НИОКР, прежде чем запустить свой первый спутник в 2008 году. Этот спутник, получивший название ViaSat-1, включил в себя некоторые новые технологии, такие как повторное использование спектра. Это позволило спутнику выбирать между различными полосами пропускания, чтобы он мог качать данные на Землю без помех, даже если он соседствовал с дорожкой луча другого спутника, и затем повторно использовать этот спектр в соединениях, которые не были соседними.
Это было также быстрее и мощнее. По словам президента Viasat Рика Болдриджа, когда он вырос, его пропускная способность 140 Гбит / с была больше, чем у всех других спутников, охватывающих США.
«На рынке спутников действительно были люди, у которых не было выбора», - говорит Болдридж. «Если вы не могли получить что-то еще, это была технология последней инстанции. По сути, она имела повсеместное покрытие, но на самом деле не очень много данных. Она была отнесена к таким вещам, как транзакции на АЗС».
На протяжении многих лет HughesNet (в настоящее время принадлежит EchoStar) и Viasat выставляют все более и более быстрые GSO. HughesNet выпустила EchoStar XVII (120 Гбит / с) в 2012 году, EchoStar XIX (200 Гбит / с) в 2017 году и планирует запустить EchoStar XXIV в 2021 году, который, по словам компании, будет предлагать потребителям 100 Мбит / с.
ViaSat-2 был запущен в 2017 году и теперь обладает пропускной способностью около 260 Гбит / с, а три различных ViaSat-3 запланированы на 2020 или 2021 год, каждый из которых будет охватывать разные части земного шара. Viasat сказал, что каждый из этих трех ViaSat-3
«У нас так много места в космосе, что он меняет всю динамику предоставления этого трафика. Нет никаких ограничений в том, что может быть предоставлено», - говорит Д.К. Сачдев, консультант по спутниковым и телекоммуникационным технологиям, который работает в LeoSat, одна из компаний, запускающих созвездие LEO. «Сегодня все, что мы считали недостатками для спутников, одно за другим они удаляются».
Вся эта скорость произошла, не случайно, как
«Спутниковая индустрия находится в очень давнем безумии, выясняя, как она пойдет от преимущественно видео, к настоящему моменту и, в конечном итоге, только преимущественно к данным», - говорит Рональд ван дер Брегген, директор по соответствию в
Остается одна проблема
Остается одна проблема: задержка. В отличие от общей скорости, задержка представляет собой количество времени, которое требуется информации с вашего компьютера, чтобы добраться до места назначения и вернуться. Допустим, вы нажимаете на ссылку на веб-сайт; эта информация должна распространяться (в данном случае до спутника и обратно), указывать ваш запрос и возвращать сайт.
Сколько времени занимает загрузка сайта, зависит от емкости соединения. Время, необходимое для проверки связи с этим сервером и его запуска, является задержкой. Обычно он измеряется в миллисекундах - не то, что вы заметите, когда читаете PCMag.com, но очень расстраивает, когда вы играете в Fortnite и ваши лаги в игре.
Задержка в оптоволоконной системе зависит от расстояния, но обычно составляет несколько микросекунд на километр. По словам Болдриджа, задержка, когда вы отправляете запрос на спутник ГСО, составляет около 700 мс - свет распространяется в космическом вакууме быстрее, чем в волокне, но спутники такого типа находятся далеко, и это просто занимает время. Помимо игр, это проблема для видеоконференций, финансовых транзакций и фондового рынка, контроля Интернета вещей и других приложений, которые зависят от
Но насколько велика задержка проблемы, можно обсудить. Большая часть пропускной способности, используемой во всем мире, предназначена для видео; Как только видео запущено и правильно буферизовано, задержка перестает быть проблемой, и пропускная способность становится более важной. Неудивительно, что Viasat и HughesNet, как правило, сводят к минимуму важность задержки для большинства приложений, хотя оба работают над тем, чтобы минимизировать ее и в своих системах. (HughesNet использует алгоритм для определения приоритетов трафика на основе того, на что обращают внимание пользователи, для оптимизации доставки данных; Viasat объявил созвездие MEO для дополнения своих существующих спутников, что должно уменьшить задержку и заполнить зоны покрытия, в том числе в высоких широтах, где экваториальные ГСО имеют трудное время достижения.)
«Мы действительно сосредоточены на большом объеме и очень, очень низких капитальных затратах для развертывания этого объема», - говорит Болдридж. «Является ли задержка столь же важной, как и другие функции для рынка, который мы поддерживаем?»
Но суть остается; спутник LEO все еще намного ближе к пользователям. Таким образом, такие компании, как SpaceX и LeoSat, выбрали этот маршрут с созвездиями меньших, более близких спутников, ожидая задержку от 20 до 30 миллисекунд.
«Это компромисс в том, что, поскольку они находятся на более низкой орбите, вы получаете меньшую задержку от системы LEO, но у вас есть более сложная система», - говорит Кук. «Чтобы завершить
Два эпизода до этого стоит понять. В начале 90-х Билл Гейтс и несколько его партнеров инвестировали в проект под названием Teledesic. Для обеспечения широкополосной сети в регионах, которые не могут себе позволить или никогда не увидят волоконно-оптические соединения, необходимо было использовать созвездие из 840 (впоследствии уменьшенное до 288) спутников LEO. Его основатели говорили о решении проблемы латентности и в 1994 году обратились в FCC за использованием спектра Ka-диапазона. (Звучит знакомо?)
Teledesic съел приблизительно 9 миллиардов долларов, прежде чем потерпел неудачу в 2003 году.
«Эта идея тогда не работала, но кажется, что она осуществима сейчас», - говорит Ларри Пресс, профессор информационных систем в Университете штата Калифорния Домингес Хиллс, который отслеживал системы LEO с момента появления Teledesic. «Техника не было далеко впереди».
Закон Мура и истощение технологий батарей, датчиков и процессоров в сотовых телефонах дали созвездиям LEO второй шанс. Повышенный спрос заставляет экономику выглядеть дразнящей. Но пока разыгрывался сага о Teledesic, другая отрасль изучала некоторые важные уроки о запуске систем связи в космос. В конце 90-х Iridium, Globalstar и Orbcomm совместно запустили более 100 спутников в LEO с целью обеспечения покрытия сотовых телефонов.
«Чтобы получить целое созвездие там требуется
Все три компании быстро обанкротились. И хотя каждый из них заново изобрел себя, предлагая меньший спектр услуг для конкретных приложений, таких как аварийные маяки и отслеживание груза, ни одному из них не удалось заменить сотовую телефонную связь на базе вышки. (В последние несколько лет SpaceX заключил контракт на запуск спутников для Iridium.)
«Мы уже видели этот фильм раньше, - говорит Манчестер. «Я не вижу ничего принципиально другого в нынешней ситуации».
Соревнование
SpaceX и 11 других корпораций (и их инвесторы) делают ставку иначе. OneWeb запускает спутники в этом году, и ожидается, что обслуживание начнется в следующем году, и добавит еще несколько созвездий в 2021 и 2023 годах с конечной целью 1000 терабит в 2025 году. O3b, в настоящее время дочерняя компания SAS, имеет созвездие из 16 спутников MEO который был в эксплуатации в течение нескольких лет. Telesat уже эксплуатирует спутники GSO, но планирует систему LEO на 2021 год, которая будет иметь оптические линии связи с задержкой от 30 до 50 мс.
У Upstart Astranis также есть спутник на геосинхронной орбите, и он будет размещать больше в ближайшие несколько лет; хотя она не решает проблему задержек, компания стремится радикально снизить расходы, работая с местными интернет-провайдерами и создавая меньшие и гораздо более дешевые спутники.
По словам ван дер Бреггена, стремление к более быстрому спутниковому интернету во многом основывалось на создании более крупных и быстрых спутников, способных передавать больше данных. Он называет это "трубой": чем больше труба, тем больше интернет может прорваться через нее. Но такие компании, как его, находят новые области для улучшения путем изменения всей системы.
«Представьте себе наименьший тип сети - два маршрутизатора Cisco и провод между ними», - говорит ван дер Брегген. «То, что делают все спутники, - это сфокусируйтесь на проводе между двумя коробками… мы доставляем весь этот набор из трех в космос».
Чтобы понять, как это работает, полезно думать об интернете как о чем-то, имеющем реальное физическое присутствие. Это не просто данные; это где эти данные живут, и как они перемещаются. Это не просто хранится в одном месте; по всему миру есть серверы, которые его держат, и когда вы получаете к нему доступ, ваш компьютер забирает его у ближайшего, который, как оказалось, имеет то, что вы ищете. Где это важно. Как далеко это имеет значение. Свет (иначе информация) распространяется в космосе быстрее, чем в волокне, почти вдвое. И когда вы пропускаете это оптоволоконное соединение вокруг лица планеты, оно должно идти по обходному пути от узла к узлу с обходными путями вокруг гор и континентов. Это занимает гораздо больше времени, когда источник данных находится далеко от потребителя, даже если вы учитываете несколько тысяч миль вертикального расстояния, добавляемого ограниченным пространственным сигналом.
Как и то, что описывает ван дер Брегген, всю отрасль можно рассматривать как прогресс в развитии распределенной сети, не похожей на сам Интернет, просто в космосе. Задержка и общая скорость оба в игре.
Хотя технология одной компании может оказаться превосходной, она не является игрой с нулевой суммой. Многие из этих компаний нацелены на разные рынки и даже помогают друг другу достигать рынков, на которые они рассчитывают. Для некоторых это корабли, самолеты или военные базы; для других это сельские потребители или развивающиеся страны. Но в конечном итоге компании преследуют общую цель: создать Интернет там, где его нет, или там, где его недостаточно, и сделать это по цене, достаточно низкой для поддержания их бизнес-модели.
«Мы считаем, что на самом деле это не конкурирующая технология. Мы считаем, что в определенном смысле необходимы как LEO, так и GEO
Фактически, HughesNet фактически сотрудничает с OneWeb для предоставления технологии шлюза, которая управляет трафиком и взаимодействует с системой через Интернет.
Вы, возможно, заметили, что предложенное LeoSat созвездие меньше, чем у SpaceX, почти в 10 раз. Это нормально, говорит ван дер Брегген, потому что LeoSat намеревается обслуживать корпоративных и государственных клиентов и поэтому должен освещать лишь несколько конкретных областей. O3b продает интернет круизным лайнерам, в том числе Royal Caribbean, и работает с телекоммуникациями в Американском Самоа и Соломоновых островах, где проводная связь недостаточна.
Небольшой стартап из Торонто под названием Kepler Communications использует крошечные CubeSats (размером с буханку хлеба) для предоставления «терпимых к задержке» данных - 5 ГБ или более данных за 10-минутный проход с акцентом на полярные исследования, наука, промышленность и туризм. По словам Болдриджа, одна из самых больших областей роста Viasat - это предоставление Интернета коммерческим авиакомпаниям; они подписали соглашения с United, JetBlue и American, а также с Qantas, SAS и другими.
Как же тогда эта коммерческая модель, ориентированная на прибыль, преодолевает «цифровой разрыв» и обеспечивает интернет для развивающихся стран и недостаточно обслуживаемых сообществ, которые, возможно, не смогут заплатить за него столько же? Это связано с формой системы. Поскольку отдельные спутники движутся, созвездие LEO должно быть равномерно распределено вокруг Земли. Те, которые выходят из поля зрения, населяют другую часть неба и временно являются затонувшими.
«Я предполагаю, что у них будут очень разные цены на подключение в разных странах, и это позволит им сделать его доступным в одном месте, даже если это может быть очень плохое место», - говорит Пресс. «Как только спутниковое созвездие находится там, это фиксированная стоимость, и если спутник находится над Кубой, и никто не использует его, то любой доход, который они могут получить с Кубы, является положительным, бесплатен».
Везде, где это может лежать, этот потребительский рынок может оказаться самым трудным. Фактически, большая часть успеха, достигнутого отраслью, заключалась в предоставлении дорогостоящего Интернета правительствам и предприятиям. Но у SpaceX и OneWeb, в частности, есть видение домашних клиентов, танцующих в своих бизнес-планах.
По словам Сачдева, для доступа к этому рынку будет важен пользовательский интерфейс. Вы должны покрыть Землю системой, которая проста в использовании, эффективна и экономична. «Само по себе это недостаточно, - говорит Сачдев. «То, что вам нужно, - это достаточное количество мощностей, а до этого - возможность иметь доступное по цене потребительское оборудование».
Во всяком случае, кто отвечает?
Две большие проблемы, которые SpaceX должен был решить для FCC, заключались в том, как он будет делиться спектром с существующей (и будущей) спутниковой связью, и как он будет уменьшать или предотвращать космический мусор. Первый вопрос относится к компетенции FCC, но второй кажется более подходящим для НАСА или Министерства обороны США. Оба отслеживают орбитальные объекты, чтобы предотвратить столкновения, но ни один из них не является регулирующим органом.
«На самом деле нет
Проблема еще более усложняется, потому что спутники LEO проходят через многие страны. Международный союз электросвязи выполняет роль, подобную FCC, назначая спектры, но для работы внутри страны компания должна получить разрешение от этой страны. Важным выводом является то, что он меняется в зависимости от того, где вы находитесь, и поэтому, если ваш спутник движется, как спутники LEO, он лучше сможет регулировать свой спектр связи.
«Вы действительно хотите, чтобы у SpaceX была монополия на подключение в данном регионе?» говорит пресса. «Нужно ли их регулировать, и кто может их регулировать? Они являются наднациональными. У FCC нет юрисдикции в других странах».
Однако это не делает FCC беззубым. В конце прошлого года небольшому стартапу Силиконовой долины под названием Swarm Technologies было отказано в разрешении на запуск четырех прототипов спутников связи LEO, каждый из которых меньше, чем книга в мягкой обложке. Основное возражение FCC заключалось в том, что крошечные спутники могут быть слишком сложными для отслеживания и, следовательно, непредсказуемыми и опасными.
- Нужны изображения Земли? Нужны ли наноспутники планеты? Вам нужны снимки Земли? Наноспутники планеты накрыли
- Хакеры пытаются заразить компьютеры, которые управляют спутниками Хакеры пытаются заразить компьютеры, которые управляют спутниками
- ВВС США выбирают SpaceX для запуска спутника 2020 года ВВС США выбирают SpaceX для запуска спутника 2020 года
Рой все равно отправил их. Компания, предоставляющая услуги по запуску в Сиэтле, отправила их в Индию, где они отправились на ракете, несущей десятки более крупных спутников, сообщает IEEE Spectrum. FCC выяснила, и теперь заявка Swarm на четыре более крупных спутника остается в подвешенном состоянии, и компания работает в тайне.
Для других новых спутниковых интернет-компаний и старых компаний, которые изучают новые уловки, следующие четыре-восемь лет будут иметь решающее значение - определение того, есть ли спрос и технологии здесь сейчас, или мы увидим повторение Teledesic и Iridium. Но что происходит после этого? Марс, по словам Маск, сказал, что его цель - использовать Starlink, чтобы обеспечить доход для исследования Марса, а также действовать как пробный запуск.
«Эту же систему мы могли бы использовать для создания созвездия на Марсе», - сказал он своим сотрудникам. «Марсу тоже понадобится глобальная коммуникационная система, и там нет ни волоконно-оптических линий, ни проводов, ни чего-либо».