В качестве предисловия: Моя профессиональная жизнь в спутниковой связи началась 1 мая 1993 года, и по сей день является и интересной и успешной. Поэтому, услышав четыре года назад о проекте Starlink компании SpaceX американского миллиардера и энтузиаста космоса Илона Маска, я не мог им не заинтересоваться. В первую очередь из-за того, что он кардинально выпадает за рамки той спутниковой связи, к которой мы в отрасли привыкли за последние 20-30 лет. Уже на моих глазах проект претерпел значительные изменения и начал воплощаться в реальные спутники, гейтвеи и терминалы, быстро меняясь в ходе его развития. Чтобы не заблудиться в этих изменениях и новостях, ориентироваться в огромном количестве фактов, связанных с проектом, я начал писать для себя заметки о проект Starlink, выкладывая их в своем блоге в livejournal. Недавно я собрал их в один текст и неожиданно для себя понял, что они превратились, по сути, в мини-энциклопедию Starlink. Учитывая, что персона Илона Маска и все его проекты привлекают внимание самых широких слоев населения, а представления о Starlink, сложившиеся о нем в интернете (и не только российском), иногда крайне далеки от реальности, то буду рад, если собранный мной материал, вместе с моим анализом на базе профессионального опыта, поможет читателю лучше понять всю грандиозность и сложность этого проекта.

И еще, если бы мне 5 лет назад представилось возможность, что-то сказать Илону Маску, то я бы сказал ему: "satellite communications it is not as simple as rocket science!"

Надеюсь, Вам будет интересно это прочесть,

Сергей Пехтерев,

к.т.н., акционер ГК AltegroSky

s.pekhterev@altegrosky.ru

Глобальная сеть широкополосного спутникового спутникового интернета Starlink

Рождение проекта Starlink

Если искать, откуда вырос этот проект, то, скорее всего, за точку отсчета надо взять 2007 год, когда Грег Уайлер основал компанию O3b Networks, акционерами которой стали спутниковый оператор SES (ему принадлежало 49,5% акций), Google, банк HSBC, фонд Liberty Global.

Грег Уайлер воплощает мечту о всемирном интернетеВ 2016 году SES выкупила доли у остальных акционеров O3b Networks, и это стало признанием успеха и компании, и Грега Уайлера как руководителя, и перспективности этого направления бизнеса. Напомним, что О3b - это сокращение от Other 3 billion: напоминание о трех миллиардах землян, не имевших в 2007 году доступа к Интернету. Суть того проекта была в создании группировки спутников на орбите высотой 8000 км от Земли над экватором, позволяющей обеспечить широкополосным интернетом население планеты, проживающее между 45 градусом южной и 45 градусом северной широты. Очевидным недостатком проекта было то, что для приема интернета был нужен комплекс из двух антенн диаметром 2,4 м и стоимостью в $120 тыс. Две антенны нужны были потому, что одна принимала сигнал, следя за летящим спутником, а вторая антенна в это время наводилась на следующий космический аппарат, чтобы сменить первую, когда "ее" спутник скроется за горизонтом. Марк Кребс стал автором патентной заявки Google на спутниковую группировку для ШПД с сетью наземных шлюзовых станций и межспутниковыми линиями связиТакой сервис был воспринят правительствами и телекомами стран Африки, островных государств в Тихом океане, а также Пентагоном для его зарубежных баз. То есть бизнес удался, ресурс сети был распродан. Но из-за огромной стоимости антенн этой услугой не могли воспользоваться жители деревень в глубине Африки, да и просто частные лица. Нужен был проект "персонального спутникового интернета" на базе спутников на низкой орбите.

И такой проект появился внутри компании Google, куда в 2013 году устроился на работу Марк Кребс. 30 сентября 2014 года Google подала заявку на патент на спутниковую группировку для широкополосного доступа в интернет с сетью наземных шлюзовых станций и межспутниковыми линиями связи, в которой Марк Кребс значился как изобретатель.

Патент был выдан уже в 2017 году, вот как должна была выглядеть группировка спутников:

Схема спутниковой группировки Google для ШПД с сетью наземных шлюзовых станций и межспутниковыми линиями связи
Схема спутниковой группировки Google для ШПД с сетью наземных шлюзовых станций и межспутниковыми линиями связи

Таким образом, можно точно утверждать, что в 2013-2014 гг. внутри Google велась работа над спутниковым проектом для широкополосного доступа в интернет, и его активными участниками были Марк Кребс и Грег Уайлер. Последний решил привлечь к данному проекту Илона Маска, который только-только закладывал основы своего будущего успеха, переходя на версию 1.1 ракеты Falcon 9 и стыкуя грузовой космический корабль Dragon к МКС. Маску отводилась роль "извозчика" по доставке спутников в космос и "слесаря" по их изготовлению.

Что и как произошло в 2014 году между руководством Google, Илоном Маском и Грегом Уайлером, я сказать не могу: надо ждать, пока все они не выпустят мемуары и читать, кто, что, кому сказал и кто кого куда послал, но результат известен. Грег Уайлер расстался с Google и основал собственный проект OneWeb (WorldVu), а Илон Маск заручился финансированием от Google и в 2014 году начал аналогичный проект.

Отметим, что, скорее всего. 2014 год был весьма бурным, а переговоры сторон достаточно напряженными, и стороны готовились к тому, что их совместный бизнес не состоится. По крайней мере известно, что 27 июня 2014 года в Международный Союз Электросвязи (МСЭ) была подана заявка от имени норвежского регулятора в области связи на спутниковую сеть из 4257 спутников, под названием STEAM. При этом сеть состояла из двух группировок: STEAM-1 была заявлена в Ku-диапазоне, а STEAM-2 – спроектирована как Ка-группировка; ее 4257 спутников распределялись между 43 орбитальными плоскостями. Инициатором этой заявки в МСЭ была компания Steam Systems, основанная в 2014 году юридической фирмой Schjødt. В 2018 году в реестре собственников Steam Systems произошли изменения и теперь 100% собственником является SpaceX. Преимущество Норвегии перед США заключалось в отсутствии сбора, который взымал американский отраслевой регулятор Federal Communication Commission (FCC) - он требовал чуть ли не $1 млн, и в отсутствии бюрократии. Напомним, что FCC рассматривала заявку SpaceX от 2016 года почти два года, тщательно изучая претензии от всех конкурентов. Таким образом, можно сказать, что отчий дом для проекта Starlink - это Google, а на роль родителей претендуют Грег Уайлер и Марк Кребс (в 2016 году Марк перешел в SpaceX, в 2018 году Илон Маск его оттуда выгнал, и с 2018 года Кребс работает над проектом Amazon Kuiper у Джеффа Безоса). Но настоящую жизнь в Starlink вдохнул Илон Маск, загоревшийся этой идеей в 2014 году. Вот первое упоминание Маском будущего проекта Starlink:

Джонатан Хефелер, вице-президент по Starlink&Commercial SalesВ настоящее время руководителем (или как минимум публичным лицом проекта Starlink является Джонатан Хефелер (Jonathan Hofeller), вице-президент по Starlink&Commercial Sales.

Основные события проекта Starlink

Январь 2015 г. - открытие офиса в Рэдмонде, штат Вашингтон, созданного специально для развития проекта Starlink.

15 ноября 2016 г. - подача заявки в FCC на использование частотного спектра диапазонов Кu и Ка спутниковой группировкой из 4425 космических аппаратов.

1 марта 2018 г. - подача заявки на использование частотного спектра V-диапазона спутниковой группировкой из 7518 космических аппаратов.

30 марта 2018 г. - получено разрешение FCC на заявку от ноября 2016 года на сеть из 4425 спутников.

22 февраля 2018 г. – Ракетой-носителем Falcon 9 в качестве попутной нагрузки успешно запущены два тестовых спутника (Microsat-2a и Microsat-2b). Впоследствии они были переименованы в Tintin-А и Tintin-В.

Первые два тестовых спутника группировки Starlink: Microsat-2a и Microsat-2b
Первые два тестовых спутника группировки Starlink: Microsat-2a и Microsat-2b

На фотографии показаны спутники Microsat-2a и Microsat-2b.

Октябрь 2018 г. - реорганизация офиса в Рэдмонде с увольнением семи сотрудников, в том числе двух топ-менеджеров проекта Starlink. Среди уволенных оказались вице-президент по спутниковому направлению Раджив Бадьял и один из главных конструкторов Марк Кребс, занимавшийся проектом спутникового интернета еще в Google. Илон Маск заменил их, поставив новым руководителям задачу начать запуск спутников уже в середине 2019 года.

8 ноября 2018 г. - подача заявки в FCC на изменение заявки сети Кu и Ка диапазонов (4425 спутников), с выделением первого этапа из 1600 спутников и уменьшением для них высоты орбиты с 1100 км до 550 км.

15 ноября 2018 г. - получено разрешение FCC на сеть по заявке от 1 марта 2017 г. из 7518 спутников в V-диапазоне частот.

20 декабря 2018 г. - Отдел планирования стратегического развития и экспериментов ВВС США заключил со SpaceX контракт на сумму $28 млн на испытания в течение следующих трех лет различных способов использования военными сервиса спутниковой сети Starlink.

1 февраля 2019 г. - Спейс Х направил в FCC заявку на включение и работу 1 миллиона абонентских терминалов.

8 апреля 2019 г. – одобрена заявка SpaceX на лицензию для работы частной системы дистанционного зондирования Земли. Таким образом, SpaceX получает право заниматься съемкой как собственных спутников, так и Земли. Разрешение выдано на цветную съемку с низким разрешением для 60 космических аппаратов на круговой орбите с наклонением 53°.

26 апреля 2019 г. - FCC одобрила заявку SpaceX на изменение ранее заявленной сети в Кu-диапазоне. Теперь речь идет о 1584 спутниках на высоте 550 (вместо 1150) км и с наклонением 53°.

Май 2019 г. - в сети интернет начинают появляться видео со Starlink train – многочисленные спутники этой группировки выглядели в ночном небе как движущийся поезд. Восхищенные возгласы зрителей начинают сопровождаться возмущением астрономов. Начинается эпопея "SpaceX vs астрономическое сообщество".

23 мая 2019 г. - запуск 60 спутников Starlink в версии v0.9 (фидерная линия Земля-космос в Кu-диапазоне). Первые публичные фото спутников и их укладки под обтекатель ракеты Falcon 9.

28 июня 2019 г. - SpaceX подала в FCC уведомление о начале тестов наземных терминалов. Речь идет примерно о 200 терминалах с плоской фазированной решеткой и десяти - с параболической антенной.

30 августа 2019 г. - SpaceX подает в FCC очередную заявку на изменение характеристик группировки: теперь первый этап сети Starlink должен состоять из 72 орбитальных плоскостей, а не из 24. Соответственно изменяется и число спутников в каждой плоскости: вместо 66 их будет всего 22.

7 октября 2019 г. - SpaceX попросила FCC подать 20 заявок в МСЭ на 30 тыс. спутников на низкой орбите.

11 ноября 2019 г. - пуск 60 космических аппаратов Starlink версии 1.0. Высота круговой орбиты отделения спутников от ракеты - 280 км, то есть существенно ниже, чем в первом пуске.

20 ноября 2019 г. - на Всемирной конференции по радиосвязи (WRC), проводимой МСЭ, принято решение о времени, которое имеют операторы спутниковых группировок на низкой орбите для полного развертывания своих систем. С момента получения МСЭ заявки (их подает национальная администрация страны, в которой находится оператор группировки) на выделение частотного спектра для спутниковой сети оператора начинается отсчет в 7 лет. Не позднее чем через 7 лет (иначе заявка аннулируется) оператор обязан начать развертывание своей спутниковой сети таким образом, чтобы в первые 2 года было запущено 10% космических аппаратов, 50% - в течение первых пяти лет, а вся группировка (100% заявленных спутников) через 7 лет. Если оператор не смог это выполнить, его права на спектр ограничиваются пропорционально количеству запущенных спутников к концу этих семи лет.

7 января 2020 г. - третий пуск 60 космических аппаратов Starlink (второй пуск спутников версии 1.0).

29 января 2020 г. - четвертый пуск 60 космических аппаратов Starlink (третий пуск спутников версии 1.0).

4 февраля 2020 г. - австралийский регулятор в сфере телекоммуникаций (The Australian Communications and Media Authority) открыл для SpaceX доступ к получению лицензии с правом предоставлять услуги в Австралии.

17 февраля 2020 г. - пятый пуск 60 космических аппаратов Starlink (четвертый пуск спутников версии 1.0).

18 марта 2020 г. - шестой пуск 60 космических аппаратов Starlink (пятый пуск спутников версии 1.0).

17 апреля 2020 г. - SpaceX направляет в FCC заявку на изменение архитектуры сети Starlink Ku/Ka-диапазонов. Все спутники будут работать на орбите между 540 и 570 км.

22 апреля 2020 г. - седьмой пуск 60 космических аппаратов Starlink (шестой пуск спутников версии 1.0).

23 апреля 2020 г. - Илон Маск анонсирует в Twitter, что закрытые бета-тесты услуг Starlink начнутся примерно через 3 месяца, а публичные - примерно через 6 месяцев.

17 мая 2020 г. - появились первые фото абонентского терминала для сети Starlink, фото снято на гейтвее в городе Меррилан (штат Висконсин).

20 мая 2020 г. - SpaceX подала заявку на лицензию Basic International Telecommunications Services (BITS), которая дает право предоставлять услуги связи в Канаде.

1 июня 2020 г. - SpaceX подала в FCC заявку на 2-е поколение сети Starlink в составе 30 тыс. спутников на орбитах от 328 до 614 км.

4 июня 2020 г. - восьмой пуск 60 космических аппаратов Starlink (седьмой пуск спутников версии 1.0). Один из спутников имеет козырек VisorSat для уменьшения его видимости.

13 июня 2020 г. - девятый пуск 58 космических аппаратов Starlink (восьмой пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены три спутника SkySat.

14 июня 2020 г. - на сайте www.starlink,com открывается регистрация желающих участвовать в бета тестировании.

21 июня 2020 г. - появилась информация о Wi-Fi роутере для терминала Starlink. Роутер получил сертификат FCC и будет производиться на Тайване.

1 августа 2020 г. - в интернете появились первые результаты тестов сервиса Starlink: скорости до 60 Мбит/с, задержка от 31 мс.

4 августа 2020 г. - SpaceX обратился в FCC с просьбой расширить до 5 млн запрошенное ранее разрешение на 1 млн абонентских терминалов, обосновав тем, что к ее системе проявлен огромный интерес и компания получила 700 тыс. тысяч заявок на тестирование.

7 августа 2020 г. - десятый пуск 57 космических аппаратов Starlink (девятый пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены 2 спутника BlackSky.

18 августа 2020 г. - одиннадцатый пуск 58 космических аппаратов Starlink (десятый пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены 3 спутника SkySat.

3 сентября 2020 г. - двенадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (одиннадцатый пуск спутников версии 1.0).

3 сентября 2020 г. - SpaceX объявляет о состоявшихся успешных тестах лазерного канала связи между двумя спутниками Starlink.

6 октября 2020 г. - тринадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (двенадцатый пуск спутников версии 1.0).

15 октября 2020 г. - канадский телеком регулятор CRTC одобрил выдачу Space X лицензии BITS на право предоставления базовых услуг связи в Канаде

18 октября 2020 г. – четырнадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (тринадцатый пуск спутников версии 1.0).

24 октября 2020 г. – пятнадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (четырнадцатый пуск спутников версии 1.0).

27 октября 2020 г. - Space X начинает программу публичного бета тестирования под лозунгом
'Better Than Nothing' ("Лучше чем ничего"). Участникам бета тестирования предлагается выкупить терминалы по 499 Долларов (плюс налог штата и стоимость доставки) и абонентская плата 99 Долларов в месяц без ограничения объема трафика. Обещана скорость в диапазоне 50-150 Мбит, при этом возможны перерывы в связи. В 2021 году обещано существенное улучшение качества сервиса за счет обновление ПО и увеличения числа спутников.

1 ноября 2020 г. - SpaceX получает одобрение от ISED (Innovation, Science and Economic Development Canada) на использование частот, и соответственно легальную работу в Канаде.

14 ноября 2020 г. - SpaceX начал рассылать терминалы для публичного бета тестирования абонентам в Канаде, живущим южнее 50-й параллели.

25 ноября 2020 г. – шестнадцатый пуск 60 космических аппаратов Starlink (пятнадцатый пуск спутников версии 1.0).

Цели и стоимость проекта

В январе 2015 года при открытии офиса в Редмонде Илон Маск отметил:

• "Мы хотим изменить ситуацию с интернет-трафиком в космосе. Наша цель -чтобы примерно 10% местного трафика и 50% "дальнего" (междугородного и международного) интернет трафика шла через спутниковую сеть.
• Это [интернет] не может быть бесплатным для пользователя, я так не думаю.
• Это [проект Starlink] будет стоить очень дорого. Полная версия системы - $10-15 млрд, а может и больше.
• Пользовательские терминалы будут стоить от $100 до $300 в зависимости от типа терминала.
• Предполагается, что Starlink принесет значительную прибыль и поможет финансировать город на Марсе".

В январе 2017 года в газете Wall Street Journal была опубликована статья двух американских журналистов - Энди Пазстора и Рольфа Винклера, получивших каким-то образом доступ к бизнес-планам SpaceX образца 2015 года. Согласно этим бизнес-планам, проект Starlink должен был уже в 2020 году обогнать по выручке бизнес SpaceX по выводу спутников в космос, а к 2025 году SpaceX рассчитывала, что выручка Starlink составит до $30 млрд в год (в 6 раз больше, чем давал бы ракетный бизнес) и компания будет обслуживать 40 млн абонентов (уровень ARPU составил бы в этом случае $62 в месяц). При этом операционная прибыль Starlink должна была превысить $15 млрд в год.

Насколько заявленные в 2015-2016 годах цели будут соответствовать суровой действительности, мы, скорее всего, увидим уже в 2021 году. Однако отметим, что совокупный доход пяти крупнейших спутниковых операторов в мире: Intelsat, SES, Inmarsat, Telesat и Eutelsat - составил в 2019 году $7,75 млрд, на фоне которых цель SpaceX иметь оборот в $30 млрд в 2025 году смотрится весьма и весьма оптимистичной.

Финансирование проекта идет за счет привлечения средств от новых и старых акционеров SpaceX. Размещение акций идет в закрытом режиме, и известны только объемы привлеченных средств. Так, например, только в первой половине 2019 года SpaceX привлекла от акционеров $1,02 млрд. В августе 2020 года SpaceX отчиталась перед SEC о привлечении еще почти $2 млрд в капитал компании.

По оценкам аналитиков Morgan Stanley, опубликованным в июле 2020 года, проект Starlink не выйдет на положительный денежный поток до 2033 года.

Состав группировки Starlink

Говоря о составе низкоорбитальной группировки Starlink компании SpaceX надо отметить, что она состоит как минимум из двух отдельных спутниковых сетей. Первая сеть изначально (согласно заявке SpaceX в FCC от 15 ноября 2016 г.) планировалась из 4425 спутников. Эта заявка одобрена FCC 29 марта 2018 г.

Высота орбиты, км	Наклонение орбиты, градусов	Число орбит/плоскостей с данным наклонением	Кол-во спутников в каждой плоскости
1150	53	32	50
1110	53,8	32	50
1130	74	8	50
1275	81	5	75
1325	70	6	75

Выглядеть это должно было так:

Группировка Starlink. Разные наборы орбит окрашены в разный цвет
Группировка Starlink. Разные наборы орбит окрашены в разный цвет

Вторая сеть из 7518 спутников должна будет работать в V-диапазоне (заявка подана 1 марта 2017 г., одобрена 19 ноября 2018 г.).

Группировка VLEO системы Starlink:

Кол-во спутников на орбите	2,54	2,478	2,493
Высота орбиты, км	345,6	340,8	335,9
Наклонение, град.	53	48	42

Потом SpaceX вносила изменения в 2018 году, понизив орбиту до 550 км. В таблице ниже приведен состав группировки, согласно последней заявки SpaceX в FCC (Федеральную комиссию по связи США) 17 апреля 2020 г. (заявка на данный момент еще не одобрена FCC):

Число орбит/плоскостей с данным наклонением	72	72	36	6	4
Кол-во спутников в каждой плоскости	22	22	20	58	43
Высота орбиты, км	550	540	570	560	560
Наклонение, град.	53	53,2	70	97,6	97,6

Также отметим, что в начале июня 2020 года SpaceX направила в FCC еще одну заявку, названную Generation 2, согласно которой планируется еще почти 30 тыс. спутников на следующих орбитах:

Высота орбиты, км	Наклонение, град.	Число орбит/плоскостей с данным наклонением	Кол-во спутников в каждой плоскости
328	30	1	7 178
334	40	1	7 178
345	53	1	7 178
360	96,9	40	50
373	75	1	1 998
499	53	1	4 000
604	148	12	12
614	115,7	18	18

Однако, в данном обзоре мы сконцентрируемся на анализе первого этапа сети в Кu/Ка-диапазонах, которая реально разворачивается сейчас и имеет шанс начать предоставление доступа в интернет в ближайшее время (конец 2020 г.). На данный момент SpaceX видит ее в следующем виде: 72 орбитальные плоскости с наклонением 53 градуса по 22 спутника в каждой на высоте 550 километров (возможно, что и это не окончательный вариант). Выглядит это так:

Текущий облик группировки Starlink: 72 орбитальные плоскости с наклонением 53° по 22 спутника в каждой на высоте 550 км
Текущий облик группировки Starlink: 72 орбитальные плоскости с наклонением 53° по 22 спутника в каждой на высоте 550 км

Архитектура сети Starlink

На рисунке изображена архитектура сети Starlink и ее важнейшие компоненты, а именно:

• Космический сегмент — это спутники на низкой орбите (на данный момент разворачиваются первые 1600 спутников на орбите высотой 550 км с наклонением 53 градуса);
• Наземный сегмент:

• Центр управления сетью (Network Management System),
• Шлюзовые станции (Gateway),
• Абонентский терминал (User Terminal).

Структура глобальной спутниковой сети Starlink
Структура глобальной спутниковой сети Starlink

Что касается наземной сети, то, по сути, она построена на сети Google. На саму SpaceX зарегистрировано две автономных сети - AS14593 и AS27277 (последняя, возможно, используется для внутренней ИТ-сети SpaceX). Судя по имеющимся данным, трафик абонентов SpaceX будет маршрутизироваться по арендованным ВОЛС (преимущественно собственной сети Google, где это возможно) на ближайшие узлы/точки обмена трафиком в США: LAX (Лос Анжелос), SEA (Сиэтл), ORD (Орландо), LGA (НьюЙорк), SJC (Сан-Хосе), DFW (Даллас), IAD (Вашингтон). В своем твите от 2.10.2020 Илон Маск сообщил, что компания будет стараться размещать Гейтвеи прямо на зданиях, где находятся "сервера", подразумевая, видимо. именно центры обмена интернет трафиком

Теперь опишем функционал каждого элемента сети.

Спутник Starlink

Космические аппараты Starlink специально сконструированы для группового запуска двумя стопками по 30 спутников под обтекателем ракеты Falcon 9 и имеют размеры: длина - 3,2 м, ширина - 1,6 м, высота - 0,2 м (оценка размеров сделана по фото ниже).

Укладка спутников Starlink под обтекателем ракеты Falcon 9. Красным обведены параболические антенны для фидерной линии связи с гейтвеями в Ка-диапазоне
Укладка спутников Starlink под обтекателем ракеты Falcon 9. Красным обведены параболические антенны для фидерной линии связи с гейтвеями в Ка-диапазоне

После вывода группы спутников на опорную орбиту (как правило это 280 км) спутники раскрывают солнечные батареи, устанавливают контакт с наземным Центром управления и проводят проверку на работоспособность и отсутствие повреждений при отделении от ракеты, далее они активируют электроракетные двигатели (ЭРД) на криптоне и начинают движение на рабочую орбиту, которое занимает 2-3 месяца.

Солнечные батареи при запуске сложены "гармошкой" и имеют 12 сегментов, где длинная сторона каждого сегмента равна ширине спутника (3,2 м).

Солнечные батареи спутников Starlink при запуске сложены гармошкой и имеют 12 сегментов
Солнечные батареи спутников Starlink при запуске сложены гармошкой и имеют 12 сегментов

Мы можем оценить размеры каждого сегмента в 3 м x 0,8 м. Таким образом, общая площадь солнечной батареи составляет 12 x 3 x 0,8 = 28,8 м². Из-за потерь между солнечными элементами и по краям (коэффициент заполнения равен 0,9) можно округлить это значение до 26 м². Примем плотность потока солнечного излучения как 1300 W/м², КПД панелей в 18% и получим примерно 6 кВт максимальной (пиковой) электрической мощности. (Для сравнения спутники "Экспресс" на платформе "Экспресс -1000" весом 1450 кг имеют мощность солнечных батарей около 3 кВт, но возможно это среднее значение). Реальная мощность зависит от положения панелей солнечных батарей относительно Солнца: оптимально падение лучей на панель - под прямым углом.

Для перемещения спутника с опорной орбиты 280 км на рабочую 550 км и удержания его на ней используются плазменные двигатели или ЭРД. Если отталкиваться от ЭРД для малых спутников типа российских СПД-100 либо зарубежных BHT-1500, то их потребляемая мощность равна примерно 1,5 кВт, а тяга 100 мН, при удельном импульсе на уровне 1700-1800 секунд. ЭРД выглядит примерно так (см. рисунок ниже) и имеет габариты примерно 20х20х15 см.

Внешний вид электроракетного двигателя (ЭРД)
Внешний вид электроракетного двигателя (ЭРД)

ЭРД имеют запас криптона ориентировочно 5-10 кг, который заправлен в шаробаллоны высокого давления. Данный запас позволит поднять спутник на круговую орбиту 550 км, удержать спутник на ней в течение пяти лет, а потом изменить орбиту с круговой на эллиптическую, изменив перигей с 550 км до, допустим, 250 км, где за счет торможения об остатки атмосферы спутник достаточно быстро затормозится и сгорит.

Основной полезной нагрузкой спутника Starlink являются 2 антенных комплекса для связи со шлюзовыми станциями (гейтвеями) и с абонентскими терминалами.

Антенный комплекс для связи с гейтвеями (или фидерная линия) представляет собой параболические антенны, наводимые в процессе полета на точку Земли, где находиться гейтвей. Фидерная линия работает в Ка-диапазоне (18/30 МГц).

Тип канала связи и направление приема-передачи	Диапазоны частот, ГГц	Доступно МГц в одной поляризации
Услуга: Вниз на абонентский терминал (со спутника на абонентский терминал)	10,7 – 12,7	2000
Услуга: Вниз на Гейтвей (Со спутника на Гейтвей)	17,8 – 18,6 18,8 – 19,3	800 500
Услуга: Вверх от абонентского терминала (от абонентского терминала на спутник)	14,0 – 14,5	500
Услуга: Вверх от гейтвея (от гейтвея на спутник)	27,5 – 29,1 29,5 – 30,0	1600 500
Телеметрия и управление вниз (со спутника на станцию контроля)	12,15 – 12,25 18,55 – 18,60	100 50
Телеметрия и управление вверх (от станции контроля на спутник)	13,85 – 14,00	150

Как следует из таблицы, в распоряжении спутника имеется 2100 МГц в направлении от шлюзовой станции к спутнику и 1300 МГц в обратном направлении. При использовании обоих вариантов поляризации (левой и правой в случае круговой) это позволяет использовать для передачи трафика максимум 4200 МГц от гейтвея на спутник и 2600 МГц в обратном направлении.

Также на борту находятся 4 плоские квадратные антенны с фазированной решеткой - три на передачу информации от спутника на абонентский терминал и одна для приема сигнала от терминала.

Вид четырех квадратных антенн с фазированной решеткой Кu-диапазона до нанесения покрытия для уменьшения видимости с Земли и после
Вид четырех квадратных антенн с фазированной решеткой Кu-диапазона до нанесения покрытия для уменьшения видимости с Земли и после

Связь между абонентским терминалом и спутником осуществляется в Кu-диапазоне, при этом для передачи от спутника к абоненту можно использовать 2000 МГц, а от абонента к спутнику только 500 МГц. С учетом двух поляризаций для передачи трафика спутник располагает 4000 МГц вниз и прием на 1000 МГц.

Также на борту имеется комплекс оборудования для командной радиолинии и передачи телеметрии, использующий по 150 МГц соответственно в Ка и Кu диапазонах.

Спутник Starlink является ретранслятором и не производит обработки информации: на его борту происходит только изменение частоты принимаемого сигнала и его усиление. Также спутники первого поколения не имеют межспутниковой связи (ISL – Inter Satellite Link) и могут получать и передавать информацию только на Землю. В качестве станции TT&C (управления, контроля, приема телеметрии) заявлены 4 земные станции, в том числе телепорт Брюстнер, расположенный в штате Вашингтон. В зоне видимости станции TT&C спутник Starlink находится не более пяти минут, при этом объем данных, собираемых с группировки, составлял в июне 2020 года около 5 Тбайт в сутки, то есть не менее 10 Гбайт с одного спутника в сутки.

На борту каждого спутника Starlink находится около 70 отдельных процессоров под управлением Linux и порядка 10 микроконтроллеров.

Находясь на орбите в 550 км, спутник может покрыть своим сигналом пятно на Земле радиусом 950 км (то есть диаметром примерно 1900 км) при условии, что угол места для абонентского терминала не будет менее 25°. Отметим, что эффективная работа антенн с плоской фазированной решеткой возможна при угле места 40° и более.

Радиус зоны видимости спутника под углом 25 градусов в зависимости от его высоты
Радиус зоны видимости спутника под углом 25 градусов в зависимости от его высоты

Орбита "а", км	540	560	570
Max угол отклонения α (в градусах)	56,7	56,4	56,3
Зона покрытия "r", км	926,8	954,6	968,4

Можно легко рассчитать сколько нужно спутников, чтобы обеспечить 100% покрытие Земли между северной и южной 50 параллелями, при условии, что сигнал со спутника покрывает всю зону видимости спутника на Земле. Площадь поверхности Земли между северной и южной 50 параллелями равна 300,4 млн кв. км (вся поверхность земного шара 510 млн кв.км). Так как нам необходимо 100% покрытие без пробелов, круги зон будут накладываться друг на друга и 100% покрытие обеспечено, если мы будем использовать только "квадраты" в круге зоны освещения. Сторона такого квадрата равна L=D/_√2

Или в нашем случае L=1356 км, а площадь закрываемая квадратом 1,84 млн квадратных километров. Таким образом, всего лишь 164 спутника обеспечат 100% покрытие Земли между 50 северной и южной параллелями??

Так зачем же Space X 1584 ИСЗ?

И здесь мы должны поговорить о таком параметре любой антенной системы как диаграмма направленности антенны.

Диаграмма направленности антенны
Диаграмма направленности антенны

Диаграмма направленности антенны - весьма важный параметр антенны, и характеризующим критерием здесь является угол, на котором мощность сигнала в 2 раза (а в ДециБелах это соответствует 3 дБ) выше.

Чем меньше угол диаграммы направленности, тем больше энергии излучается на рабочей частоте и меньше уходит в "боковые" лепестки
Чем меньше угол диаграммы направленности, тем больше энергии излучается на рабочей частоте и меньше уходит в "боковые" лепестки

Угол диаграммы направленности антенны зависит от ее диаметра (площади), коэффициента использования поверхности (КИП) и частоты сигнала. При этом КИП определяется распределением амплитуды поля по рабочей поверхности антенны, утечкой мощности за края зеркала антенны и другими потерями. Помимо основного лепестка диаграммы направленности антенна имеет еще боковые лепестки и задний лепесток. Эти лепестки являются побочными и забирают энергию из основного лепестка ДН. При конструировании антенн стремятся увеличить отношение энергии основного лепестка к первому (самому большому) боковому лепестку.

Чем больше диаметр (площадь) антенны, тем меньше угол диаграммы направленности и больше ее коэффициент усиления (Кус).

Так каковы диаграммы антенн СтарЛинка? Для абонентского терминала в 2020 году в документах, поданных в FCC, Спейс Х опубликовал такую таблицу:

Если ориентироваться на упоминаемый выше диаметр пятна луча на земле в 45 км, то это соответствует углу диаграммы направленности луча спутника (из космоса на Землю) в в 4,5 градуса (при отклонении от линии надира угол видимо может меняться скорее всего от 3 до 5 градусов, чем дальше от линии надира, тем больше угол) , что хорошо коррелирует с параметрами плоской антенны таких размеров.

В первичной заявке SpaceX от 2016 года указано, что диаметр такого луча будет 45 км. (стр. 80 Приложения А Технической части к заявке SpaceX в FCC от 15 ноября 2016 г.).

Для оценки и визуализации зоны покрытия StarLink предположим, что угол диаграммы направленности антенны ФАР на спутнике меняется от 3,5 градусов (надир) до 5,5 градусов край зоны. Расчеты диаметра зоны покрытия показывают, что диаметр луча, соответствующий углу ДН 3,5 градуса, непосредственно под спутником составит 34 км. По мере отклонения луча в сторону от линии надира, угол диаграммы направленности увеличивается: согласно данным SpaceX в таблице выше, для края зоны составит 5,5 градуса, при этом диаметр зоны покрытия одного луча на Земле увеличивается и достигнет примерно 210 км на периферии зоны видимости ИСЗ с углом наклонения в 25 градусов. Исходя из такой геометрии и особенностей антенн спутника StarLink, проекция его лучей на Землю будет выглядеть так:

Проекция лучей спутника Starlink на Землю, с учетом геометрии и особенностей антенн
Проекция лучей спутника Starlink на Землю, с учетом геометрии и особенностей антенн

Один спутник таким образом может теоретически иметь до 300 таких лучей (beam) в зоне своего обслуживания. Вот проекция (вид со стороны спутника) на зону видимости, в которой абонентские терминалы видят спутник под углом места 25 градусов.

Проекция со стороны спутника Starlink на зону видимости: абонентские терминалы видят спутник под углом места 25°
Проекция со стороны спутника Starlink на зону видимости: абонентские терминалы видят спутник под углом места 25°

Сколько лучей будет организовано на спутнике StarLink впрямую понять из документов Space X нельзя, однако, мы можем легко определить максимальное количество лучей, которое может работать в зоне видимости одного спутника StaRLink, используя тот факт, что в Ку диапазоне нельзя задействовать больше Мегагерц для передачи информации со спутника на абонентский терминал, чем у нас есть в Ка диапазоне для передачи по фидерной линии с гейтвея на спутник – то есть, 4200 Мегагерц в случае использования обеих поляризаций.

Здесь мы делаем следующее предположение, что спутник StarLink относится к типу "bent pipe", то есть без обработки информации на борту (то есть без демодуляции радиосигнала в IP пакеты и их переадресации), то есть так как работают все современные спутники связи гораздо больших размеров и ресурса работы Пока никаких данных о том, что на спутнике StarLink первого поколения может быть обработка данных нет.

Как видно из таблицы параметров абонентского терминала (см. Раздел Абонентский терминал StarLink), что спутниковый канал от спутника к абонентскому терминалу имеет максимальную ширину в 240 МГц в направлении вниз и 60 Мегагерц в направлении вверх к ИСЗ. В такой конфигурации, оптимальной с точки зрения эффективности использования частотного ресурса в зоне покрытия одного ИСЗ смогут работать не более 16 лучей, которые полностью используют доступные 4000 МГц частотного ресурса в Ку диапазоне (с учетом защитных интервалов и частот для командной радиолинии и передачи телеметрии) при использовании обеих поляризаций при передаче со спутника на абонентский терминал.

Отметим, что для фидерного луча в Ка-диапазоне, который обеспечивает "подъем" интернет-трафика на борт спутника, используется параболическая антенна. Для того чтобы обеспечить максимальную пропускную способность при фиксированной доступной полосе частот в Ка-диапазоне, необходимо обеспечить максимальное соотношение "сигнал/шум" за счет увеличения мощности сигнала с борта спутника, и для этого нужно максимально сузить зону покрытия на Земле - в современных системах, работающих с HTS-спутниками, ее диаметр составляет порядка 100 километров. Учитывая, что спутники StarLink находятся на гораздо меньшей высоте, чем геостационарные ИСЗ диаметр зоны фидерного луча может быть еще меньше. Дополнительным преимуществом узкого пятна в Ка-диапазоне является то, что сигнал со спутника не создает помеху другим системам на Земле, работающим в Ка-диапазоне.

Управлением отклонения луча от надира в зоне покрытия будет фазированная антенна спутника, которая может отклонять луч в любом направлении (steerable beam) и даже согласно заявке Space X в FCC менять его форму (shapeable).

На высоте 550 км спутник движется с такой скоростью, что время его пролета в зоне видимости Абонентского терминала составляет 4,1 минуту или примерно 250 секунд. Если в системе StarLink будет реализована идеология максимального времени сеанса ИСЗ с группой терминалов, находящихся в одном районе и минимально количества переключений (handover) терминала на разные, то это иллюстрирует следующий рисунок , в котором спутник управляет своим лучом , установив его на одной группе терминалов в одном географическом районе.

Другой вариант предполагает, что луч на спутнике зафиксирован в каком то одном положении (угле наклона) на Землю и задача антенны абонентского терминала "попасть" в этот луч. Для этого варианта необходимо весьма большое число ИСЗ с учетом того, что диаграмма направленности антенны абонентского терминала также невелика.

Небольшое число лучей, имеющееся на борту ИСЗ осложняет для Space X задачу 100% покрытия территории и дает ответ на вопрос зачем Space X вынужден запускать так много спутников. Что еще интереснее, эти же расчеты дают ответ, почему Space X вынужден уменьшить минимальный угол места с 40 до 25 градусов, несмотря на то, что при этом резко снижается эффективность его антенны с фазовой решеткой.

Диаметр зоны видимости ИСЗ с углом места до 25 градусов при высоте ИСЗ 550 км составляет примерно 1900 км, площадь этой зоны 2 835 294 кв.км

В таблице ниже рассчитано количество лучей на спутнике, необходимых для полного покрытия видимой со спутника зоны на поверхности Земли в пределах угла места более 25 градусов. Диаметр антенны абонентского терминала принят как 48 см.

Угол места, градусов	Диаметр зоны луча, км	Площадь зоны луча, км2	Кол -во лучей для полного покрытия зоны	Эффективная площадь антенны, м2
80	40	1 257	2 256	0,178
70	50	1 964	1 444	0,170
60	60	2 827	1 003	0,157
50	80	5 027	564	0,138
40	130	13 273	214	0,116
30	210	34 636	82	0,090

Очевидно, что с точки зрения покрытия максимальной площади эффективнее работать с лучами, направленными от ИСЗ не в надир (подспутниковую точку), а в периферию зоны видимости, несмотря на то, что там эффективная площадь антенны (а значит и ее пропускная способность) резко снижается.

Также теперь можно оценить количество лучей, а значит и число ИСЗ необходимых для 100% покрытия какой либо параллели, например, 50 й параллели северной широты (ее длина составляет 25740 км, где сейчас проходит закрытое бета тестирование.

При угле места чуть менее 40 градусов и диаметре луча в 160 км гарантированная ширина зоны покрытия (ширина равна стороне квадрата, вписанный в круг луча) составляет 113,5 км и соответствует 227 ИСЗ, видимым с 50-й параллели на всей ее длине вокруг Земли.

Площадь земной поверхности между 53-ми параллелями составляет 300,4 млн км . Если мы примем эффективную площадь покрытия 1 луча как 113,5 на 113,5 = 12876 кв.км, то необходимое количество лучей составит 23330, а при наличии 16 лучей на одном спутнике нам, необходимо не менее 1458 ИСЗ для полного покрытия, что очень близко к числу 1584, которое заявлено Space X для первого этапа развертывания сети StarLink.

Общую координацию и управление всей сетью из спутников, гейтвеев и абонентских терминалов ведет Центр управления сетью — это самая неизвестная, невидимая и неафишируемая часть системы Starlink.

Срок жизни спутника Starlink на орбите 550 км составляет примерно 5 лет, после чего запас рабочего тела криптона заканчивается, и спутник либо по команде производит снижение орбиты до плотных слоев атмосферы, либо, в случае потери связи с Землей, снижается постепенно, тормозится остатками атмосферы, и сгорает (подробнее об этом будет написано в разделе о космическом мусоре).

Спутники Starlink впервые в мире производятся практически в режиме крупно серийного производства. По данным SpaceX, ее производственные мощности позволяют производить до 120 спутников Starlink в месяц. Отметим, что средний срок производства спутника связи для геостационарной орбиты составляет сейчас 2-3 года.

Безусловно такой темп производства сильно сокращает цикл испытаний и проверок, а также отметим, что для экономии средств в спутнике используются более дешевые комплектующие и компоненты, в частности, дорогой ксенон заменен на значительно более дешевый криптон в качестве рабочего тела ЭРД.

Таким образом, снижение требований к комплектующим и циклу наземных испытаний отражается и на ресурсе, и на надежности спутников, конструкция которых дорабатывается по результатам испытаний в космосе.

На 13 сентября 2020 года надежность спутников Starlink характеризовала следующая таблица:

Тип	Всего запущено	Сведено с орбиты по команде с Земли	Неуправляемый сход с орбиты	Не маневрируют (вероятно, вышли из строя)	% оставшихся на орбите
Версия 0 (ИСЗ ТинТин)	2 (2018 год)	2	0	0	0%
Версия 1 ИСЗ тип 0.9	60 (2019 год)	14	0	8	63%
Версия 2 ИСЗ тип 1.0	653 (с 2019 по нв)	4	1	8	98%

На 1 октября 2020 Space X опубликовал новую информацию, введя понятия "Dead" - потеря связи c ИСЗ, и "non-maneuverable" - выход из строя ДУ. Вот как выглядело на 1 октября состояние группировки спутников StarLink

Но сложнейшим и важнейшим элементом сети Starlink является все-таки наземный комплекс.

Центр управления сетью

Центр управления сетью (ЦУС) обеспечивает управление всей сетью спутниковой связи, координацию работы шлюзовых и абонентских станций, задание единого времени в сети, выделение частотных слотов на спутниках для работы (передачи данных) шлюзовых и абонентских станций, ведение биллинга, сбора данных о переданной и полученной информации, сбор данных о состоянии системы.

Учитывая критическую важность ЦУС, в сети как правило предусматривается основной ЦУС и резервный ЦУС, работающий в состоянии горячего резерва.

Оборудование Центра управления сетью для спутниковой сети на геостационарной орбите компании Hughes Network Systems (США)
Оборудование Центра управления сетью для спутниковой сети на геостационарной орбите компании Hughes Network Systems (США)

По сути ЦУС - это набор серверов, соединенных оптико-волоконными линиями связи с шлюзовыми станциями. Связь ЦУС и гейтвеев по оптическим каналам очень важна, так как обеспечивает передачу пакетов информации ЦУС на гейтвей с постоянной задержкой, что позволяет эффективно управлять процессом передачи информации на спутник и, самое главное, процессом переключения спутника с одного гейтвея на другой, а терминала - между спутниками. Использование любых систем связи, например, сотовой или беспроводной, если в них есть протоколы, допускающие плавающую задержку, тут недопустимы.

Согласно заявлению Илона Маска, в сети будет использоваться собственный проприетарный протокол, который будет проще чем ip6 и иметь небольшой размер заголовков: ""will be simpler than IPv6 and have tiny packet overhead." It’s also "definitely" going to be a peer-to-peer connection". Также в сети будет использоваться сквозное шифрование трафика:

Более о ЦУС сети Starlink сейчас практически ничего неизвестно.

К комплексу ЦУС можно отнести и наземный комплекс Управления и Сбора Телеметрии cети StarLink

SpaceX использует 4 станции (телепорта), где установлены его собственные станции системы управления и сбора телеметрии в Ku и Ka-диапазоне.

Это Brewster (штат Вашингтон в США), Кордова (Аргентина), Тромсё (Норвегия), Аваруа, (Новая Зеландия). Канал телеметрии и управления для каждого спутника может

быть активным до 2,5 часов в день (12 минут на один оборот вокруг Земли) орбиту, хотя расчетное время сеансов телеметрии 60 минут в день

Параметры телепортов сети StarLink

Дополнительно Space X заключил соглашение с норвежским оператором KSAT, чтобы использовать его всемирную сеть, работающую в диапазонах X и S. Space X будет иметь возможность использовать всю наземную сеть KSAT, состоящую из станций по всему миру, включая Тромсё (Норвегия), Свальбард(Норвегия), Антарктида, Сингапур, Юг Африка, Дубай и Маврикий. Эта же глобальная сеть широко используется для полетов ракет носителей Falcon 9 и космического корабля Dragon SpaceX. Так же SpaceX создал собственную станцию слежения и мониторинга в штате Вашингтон (индекс ("RED1"), которая должна нести основную нагрузку, и использовать сеть KSAT при необходимости.

Сеансы связи в S- или X-диапазона могут продолжаться до 2,5 часов в день (или 10 минут на каждом витке), хотя расчетное значение 60 минут в день.

Так же SpaceX сформировал сеть тестовых станций для тестирования сервиса в сети StarLink.

Наземные тестовые станции включают шесть стационарных земных станций и три передвижные наземные станции. Их адреса:

1. Штаб-квартира SpaceX: Хоторн, Калифорния.

2. Штаб-квартира Tesla Motors: Фремонт, Калифорния.

3. Испытательный центр SpaceX: МакГрегор, Техас.

4. SpaceX Brownsville: Браунсвилл, Техас

5. SpaceX Redmond: Редмонд, Вашингтон

6. SpaceX Brewster: Брюстер, Вашингтон.

7. SpaceX Broadband Test Van 1: переносной

8. SpaceX Broadband Test Van 2: переносной

9. SpaceX Broadband Test Van 3: переносной

Планировалось , что в период отработки системы спутники будут вести передачу только над этими наземными станциями (угол места от 40 ° до 90 °), что соответствует сеанса длительностью примерно 10 минут каждый день.

Каждая наземная станция оснащена от одной до четырех фазированных антенных решеток и / или параболических антенн с указанными ниже характеристиками

Также в этих целях можно использовать антенны телеметрии и управления Ku-диапазона.

Шлюзовые станции (гейтвеи)

Шлюзовые станции (гейтвеи) обеспечивают передачу информации из сети интернет через спутник на абонентские терминалы. Таким образом, в отсутствие межспутниковой связи, для функционирования абонентского терминала необходимо, чтобы в зоне покрытия сигнала спутника, через который работает в данный момент абонентский терминал, находился как минимум один гейтвей. Один гейтвей может работать с сотнями и тысячами абонентских терминалов. Типовой гейтвей сети Starlink имеет 8 антенн, каждая из которых может передавать информацию на "свой" спутник.

Типовой гейтвей сети Starlink
Типовой гейтвей сети Starlink

Поэтому под гейтвеем в рамках сети Starlink надо понимать совокупность отдельных антенных постов, расположенных в одном месте и работающих в Ка-диапазоне. Обычно в гейтвее находятся и абонентские терминалы, служащие для контрольных целей: они проверяют, на каких модуляциях в данных погодных условиях работает сеть в данном районе.

Под радомом (так называется радиопрозрачный колпак) находится что-то похожее на такую антенну:

Примерный вид антенны под радомом (радиопрозрачным колпаком)
Примерный вид антенны под радомом (радиопрозрачным колпаком)

Гейтвей должен иметь гарантированное энергообеспечение и подключение к магистральным каналам сети интернет (backbone). При этом точкой входа абонента в сеть интернет будут не ближайший к гейтвею узел какого-либо местного провайдера, а только собственные сервера SpaceX, на которых будет стоять система биллинга, управления трафиком клиента и оборудование СОРМ (Система оперативно-розыскных мероприятий, американское название аналогичного закона об обязанности телеком-оператора дать полиции возможность просматривать трафик - Communications Assistance for Law Enforcement Act, сокращенно CALEA).

Так как требования к серверам для указанных выше сервисов весьма высоки, скорее всего, у Starlink будет 4-5 точек входа в интернет на территории США на самых известных узлах по обмену трафиком (IX) между интернет-провайдерами. Кстати, это добавит несколько миллисекунд, а может и пару десятков мс к общей задержке в сети.

В данный момент Starlink использует на гейтвеях параболические антенны диаметром 1,5 м в радомах (радиопрозрачные купола) собственного производства и с передатчиком мощностью 50 Вт. Особенностью параболических антенн является то, что они, в отличие от антенн с фазированной решеткой, могут работать при малых углах места (в заявке SpaceX указано, что до 5°).

Вот ТТХ Гейтвея (из за заявки Space X японскому телеком регулятору)

Из таблицы следует – что терминал работает в канале пропускной способности (шириной канала) 500 МГц, с учетом защитных интервалов 480 МГц. Диаметр антенны 1,47 м, угол диаграммы направленности антенны 0,5 градуса, максимальное усиление антенны терминала 49,5 dBi, максимальный EIRP равен 66,5 дБВт.

В совокупности с тем, что антенны на спутнике для связи с гейтвеем тоже параболические и имеют возможность отклоняться в нужном направлении, это позволяет существенно расширить рабочую зону передачи информации от гейтвея на спутник.

Карта размещения гейтвеев Starlink в США на середину октября 2020 года с указанием их теоретической зоны покрытия при угле места 5-10 градусов
Карта размещения гейтвеев Starlink в США на середину октября 2020 года с указанием их теоретической зоны покрытия при угле места 5-10 градусов

Одной из проблем, с которой сталкивается SpaceX при развертывании сети гейтвеев в США - то, что в США часть Ка-диапазона закреплена за сервисом UMFUS. Последняя аббревиатура - это общее понятие, которым FCC обозначает инновационные услуги фиксированной или подвижной связи, а также интернета вещей (IoT), использующих полосу частот 27,5-28,35 ГГц в Ка-диапазоне. Услуги (или сети), которые могут предоставлять лицензиаты UMFUS, относятся только к технологиям фиксированной и наземной сотовой связи, а также фиксированной спутниковой службы, то есть подвижная спутниковая связь (такая как Starlink) к ним не относится. Поэтому SpaceX должна искать в США районы с очень низкой плотностью населения - не более 450 человек в зоне, где плотность излучения (PFD) от антенн спутниковой связи гейтвея Starlink составляет некий фиксированный предел Х (-77.6 dBm/m2/MHz): там, по мнению FCC, система Starlink не сможет помешать сервисам UMFUS.

Учитывая, что для гейтвеев желателен открытый вид на небо и возможность работы по всем 360 градусам и с минимальными углами места, это условие существенно усложняет процесс поиска подходящего места для гейтвея.

Гейтвеи имеют в своем составе модуляторы и демодуляторы, которые обеспечивают преобразование модулированного радиосигнала в цифровой поток данных и выдачу его в наземную сеть.

Как указывалось выше, единое время и фиксированная задержка в прохождении пакета между ЦУС и гейтвеем играет абсолютно критичную роль в системе Starlink, поэтому размещение гейтвеев на движущихся, даже с минимальной скоростью, объектах (например, плавучих платформах в океане) может быть трудно решаемой задачей.

Space X предлагает следующую схему избежания интерференции с другими спутниками на геостационарной или низкой орбите, в отличие от сети OneWEB, где спутник должен был отклоняться на несколько градусов от вертикальной линии на Землю, StarLink предполагает переключение на другой Гейтвей. Вот схема из документа, направленного Space X в японский регулятор.

Красный пунктир "Луч не используется, так как есть возможность интерференции с другими ИСЗ"

Зеленый пунктир "Луч может быть организован"

Таким образом , Space X выбрал вариант избыточного числа наземных гейтвеев, чтобы иметь возможность выбора для каждого ИСЗ StarLink гейтвея из нескольких, так же это накладывает на Центр Управления Сетью необходимость постоянного расчета взаимного положения каждого ИСЗ StarLink относительно спутников на ГСО, и что самое трудное со всеми ИСЗ других операторов, которые будут размещены на других орбитах и работающих в выбранных диапазонах частот. Как система StarLink будет справляться с этой задачей в будущем, если на НГСО будут запущены тысячи ИСЗ Kuiper, OneWEB, TeleSat LEO, китайских аналогичных систем, а также других систем использующих Ку и Ка диапазоны, оценить сейчас сложно, но поставленная задача выглядит весьма амбициозно.

Первая информация о размещении гейтвеев Starlink вне континентальной территории США появилась в октябре 2020 года . В данный момент австралийская дочка Space X - Australia PTY LTD подала заявки в Австралийский регулятор АСМА на размещение 4 Гейтвеев, все они планируются вдоль южного побережья Австралии (вдоль параллели 30..40 градусов южной широты).

Абонентский терминал

Абонентский терминал – это индивидуальная станция, устанавливаемая на стационарном объекте (доме) и рассчитанная на обслуживание одного абонента (аккаунта). То есть пользоваться интернетом, который раздается по Wi-Fi, могут все проживающие в доме, но это будет один счет в биллинге. И вероятность того, что SpaceX организует в ближайшее время групповой доступ или несколько аккаунтов на один терминал, я оцениваю как очень низкую.

В 2016 году в документах направленных Space X в FCC (см. https://apps.fcc.gov/els/GetAtt.html?id=197812&x=) было заявлено 5 типов абонентских терминалов. В таблице ниже это Модели A, B, C, D. E

Первые 2 колонки относятся к земным станциям для задач управления и мониторинга за спутником, и последние пять это абонентские терминалы

На сегодня, известна конструкция модели ES-A. Модель ES-B, судя по величине угла диаграммы направленности, должна была иметь больший диаметр антенны, и возможно из за своего большего размера относительно модели А с диаметром антенны 48 см, была признана неподходящей для массового потребительского рынка и возможно более высокой стоимости. Возможно типоразмер модели В соответствует плоским антеннам с фазированной решеткой, устанавливаемым на спутнике StarLink. Модели с параболическими антеннами пока публике представлены не были и возможно будут разработаны позднее.

Как мы видим в сети StarLink абонентский терминал может работать с каналами на прием (downlink) 5 номиналов шириной в 15,30,60, 120 и 240 МГц, позволяющими передать соответственно 15,30,60, 120 и 240 Мегасимволов.

Технические параметры абонентского терминала: по данным заявки Space X, направленной японскому регулятору в 2020 году основные параметры терминала не изменились с момента подачи первой заявки в FCC в 2016 году:

То есть внешний диаметр антенны 55 см, ее коэффициент усиления G/T 9 dB/K, максимальные скорости: 350 Мбит из Интернета, и 130 Мбит от терминала в Интернет.

Из таблицы следует – что терминал работает на передачу в канале (inroute) пропускной способности (шириной канала) 60 МГц. Эффективный диаметр антенны 48 см, угол диаграммы направленности антенны 2,8 градуса, максимальное усиление антенны терминала 34,6 dBi, максимальный EIRP (ЭИИМ) равен 38,2 дБВт.

Таким образом, можно сделать вывод о достаточно низкой спектральной эффективности на прием абонентского терминала при 240 МГц ширина канала по нему передается не более 350 Мбит, то есть 1,5 бит/герц. Это скорее всего связано с малым диаметром самой антенны и присущей антеннам с фазированной решеткой малым коэффициентом использования площади.

Также как было показано выше в одном из писем SpaceX была приведена вот такая таблица:

Данные по модуляции, особенно на линии "космос – Земля", приведены скорее всего "с оптимизмом", ибо 64QAM это 6 бит на символ, а не 1,5, которые характеризуют нынешний вариант абонентского терминала, а вот данные по диаграмме направленности антенны (особенно установленной на спутнике) весьма полезны для понимания, как будет работать сеть Starlink.

Абонентский терминал состоит из двух частей. Антенна диаметром 487 см с фазированной решеткой, которая устанавливается вне дома так, чтобы иметь максимально открытый вид на небо по всем 360 градусам:

Антенна соединяется с блоком питания по кабелю с разъемом Ethernet, который одновременно служит и кабелем питания (технология РоЕ, power over Ethernet).

Судя по всему антенна имеет внешнее пластиковое покрытие типа кожуха, в сети 12 октября появилось фото терминала, расположенного на полигоне Бока Чика в Техасе, где этот кожух не выдержал местных климатических условий и начал разрушаться:

В доме располагается Wi-Fi роутер и блок питания.

Первый показ терминала из дома сотрудницы

https://youtu.be/cH_VVFFxric

Роутер в руке сотрудника SpaceX, на заднем фоне - антенна (выглядит как белый круглый стол на одной черной ножке

Так как внешний вид роутера является секретной информацией, то фотографий лучшего качества я представить не могу. Вот как будет выглядеть шильдик на роутере:

Шильдик на роутере Starlink
Шильдик на роутере Starlink

Роутер создан на базе SoC Qualcomm IPQ4018. Это очень популярный и дешевый SoC для маршрутизаторов Wi-Fi с хорошей поддержкой со стороны Linux. Он имеет 2 частотных диапазона (передатчика) 5 ГГц 2,4 ГГц. Также внутри находится 5-портовый процессор коммутатора. Управление OpenWRT или слегка модифицированного Qualcomm SDK.Роутеры производятся на Тайване.
Еще одним элементом комплекта терминала будет блок питания, обеспечивающий и роутер, и антенну.

Один из первых тестеров замерил энергопотребление терминала StarLink при работе его от автомобильного аккумулятора , потребляемая мощность составила 116 Вт. Общее энергопотребление терминала может достигать 180 Вт (кабель РоЕ 2 линии по 56 В и 1,6 А и одна линия 56 В и 0,3 А. Антенна терминала StarLink не имеет подогрева, однако, при комнатной температуре может нагреваться до 30 и более градусов.

Комплект терминала поставляется в картонной упаковке размером примерно 60 на 60 см и весом 9,5 кг.

Роутеры производятся на Тайване, а антенны - в США, силами самой SpaceХ.

Еще одним элементом комплекта терминала будет блок питания, обеспечивающий и роутер, и антенну.

Комплект терминала поставляется в картонной упаковке размером примерно 60 на 60 см и весом 9..9,5 кг

Несмотря на известнейший твит Илона Маска про Plug and Play:

— это весьма далеко от истины. До того, как "plug" вилку кабеля блока питания в розетку и начать "play", придется заняться интересным мероприятием – монтажом антенны.

Нет 100%-ой уверенности, что поколение Z, привыкшее к айфонам, так легко справится с таким монтажом, когда на конек крыши надо будет затащить и закрепить вот такую конструкцию:

Конструкция опоры типа Ridgeline
Конструкция опоры типа Ridgeline

Ridgeline - непроникающее крепление антенны Starlink на крыше
Ridgeline - непроникающее крепление антенны Starlink на крыше

Самое сложное во время монтажа - не повредить имеющуюся на крыше гидроизоляцию и обеспечить ее в месте, где кабель попадет в дом.

В случае монтажа в саду или на лужайке (если владельцу дома повезло, и она не затеняется деревьями), опора ставится просто на землю и приваливается грузами (50 фунтов = 20 кг), обычно это мешки с песком (либо бордюрный камень и т.п.). Но тут появляется другая сложность – надо проложить кабель так, чтобы не спотыкаться об него и не разрезать его газонокосилкой.

В общем, по оценке автора, не менее 50% потенциальных абонентов решат прибегнуть к услугам профессионального инсталлятора или строителя, чтобы сэкономить свое время и деньги на будущем ремонте дома.

Самым неожиданным в конструкции антенны является наличие электропривода. Судя по конструкции, антенна может вращаться в горизонтальной плоскости на 360° и отклоняться на 60-70 градусов в вертикальной плоскости. Данное решение (введение электропривода в конструкцию) является весьма спорным, так как любой вращающийся узел - это причина возможных отказов, особенно с учетом самых разнообразных климатический условий, когда антенна может покрываться ледяной коркой, в щели может попадать пыль, песок и т.п.

Судя по всему, ввод электропривода в конструкцию сделан для того, чтобы уйти от необходимости работы при малых углах места – наклон антенны в сторону "рабочего" в данный момент спутника увеличивает эффективную площадь антенны (см. формулу ее расчета ниже) и, соответственно, скорость передачи и приема информации.

Эффективная площадь антенны = sin (угол места) * Геометрическая площадь.

То есть при угле места 25° эффективная площадь антенны составляет всего 42% от ее геометрической площади. При включении антенна терминала ориентируется на север, так как там над 53 параллелью максимальная "плотность" спутников. При этом угол наклона антенны достаточно большой и позволяет иметь практически прямой угол между направлением на спутник и плоскостью антенны. При тестировании в более южных районах США, и тем более на экваторе плотность ИСЗ по сторонам горизонта будет примерно одинакова и антенна, скорее всего будет смотреть в зенит.

Теоретически электропривод мог бы, работая постоянно, отклонять антенну в сторону ближайшего "оптимального для работы" спутника, однако, это накладывает определенные требования на быстроту работы привода, и его ресурс. Для районов ниже 30 параллели спутники на 50 й параллели уже не видны и угол наклона терминала на север будет меньше или его не будет вообще, хотя плотность ИСЗ выше чем дальше мы находимся от экватора. В районе экватора антенна будет направлена практически горизонтально к земле и "плотность" спутников в зоне видимости терминала тут минимальна.

Создание терминала с фазированной решеткой не является сложной технической проблемой, однако главный вызов несет скорее технология. Дело в том, что современные абонентские терминалы для связи с геостационарными спутниками с параболической антенной имеют себестоимость в районе $250, и по принятой в США модели не продаются абоненту, а предоставляются ему на 2-3 года в составе услуги. В начале проекта Starlink Илон Маск указывал, что $300 - это и есть целевая себестоимость терминала. В то же время современные антенны с фазированной решеткой у других производителей, например Kymeta, стоят сейчас в пределах $20-25 тыс. Поэтому перед технологами SpaceX стоит очень сложная задача - снизить себестоимость абонентского терминала хотя бы до $1000, чтобы бизнес-кейс сошелся в ближайшее время. Отметим, что объявленная в ноябре стоимость в 499 Долларов имеет крайне слабую связь с его текущей себестоимостью. Это в своем твите от 3 ноября 2020 года полностью подтвердил и сам Илон Маск. "Lowering Starlink terminal cost, which may sound rather pedestrian, is actually our most difficult technical challenge".

Как только терминалы Starlink пошли "в народ", тут же появились желающие их разобрать, первый исследователь пожалел свои 500+ долларов и не стал ломать свой терминал, ограничившись разбором пластика и выяснением устройства электро привода.

Нижний кожух крепится на защелках

Вид штанги и блока электромоторов

Еще раз со штекером питания электромоторов

Оригинальная конструкция редуктора позволяющая включением 1 или 2 моторов обеспечить либо поворот в плоскости (работает 2 мотор в разные стороны) либо наклон антенны (работают 2 мотора в одну сторону)

Штанга и блок электропривода крепятся винтами к пластмассовому корпусу с запрессоваными в него гайками и легко меняются при необходимости

Вид собственно антенны с фазированной решеткой

Она не разборная и после удаления части пластикового корпуса и обратной сборки терминал остался работоспособным

Однако другой обладатель терминала от SpaceX Кеннет Кейтер не пожалел уплаченных 600 долларов (цена терминала с учетом доставки и налога с продаж) и разобрал его, что называется до "последнего гвоздя"

Антенна в пластиковом кожухе перед началом ее разборки

Вид антенны с фазированной решеткой без пластикового корпуса

Маркировка антенны

Далее вся конструкция склеена, разобрать нельзя, можно только ломать

Внутренний алюминиевый корпус

Между ними проставки (синие точки), видимо, они обеспечивают вентиляцию и отсутствие перегрева

Под вторым алюминиевым экраном начинается плата с установленными в ней чипами (в отраслевых источниках говорилось о MMIC (Микроволновая монолитная интегральная схема).

и эти же MMIC, но крупнее

Вид внешней излучающей стороны антенны, обращенной к спутнику

Вид излучающих элементов (первый слой с наружной, "медной" стороны антенны)

Вид излучающего элемента антенны крупным планом

Структура антенны с фазированной решеткой, как ее увидел Кеннет Кейтер, автор видео на котором разбирается антенна

Состав электроники выглядит так: один мастер процессор, управляющий контроллерами . (79 контроллера это большие микросхемы). Каждый контроллер обслуживает 8 микросхем. Каждая микросхема передает/принимает сигнал от 2 антенн (шестигранные элементы). Таким образом, имеется 79 контроллера, 632 небольших микросхем и 1264 активные антенн, при этом все часть антенн на краю не является передающими, по мнению экспертов, а необходимы для формирования единой структуры 6 элементов вокруг активной передающей ячейки, чтобы избежать искажения радиосигнала.

Для каждой микросхемы необходимо иметь в ней 2 малошумящих усилителя (для приема сигнала), 2 усилителя для передачи сигнала и фазоконвертер для каждой поляризации (если бы Терминал мог использовать одновременно обе поляризации, что маловероятно. Также скорее всего микросхемы управляющие антеннами имеют в своем составе Up-Down Converter & Mixer Circuits (преобразователь частоты вверх).

Еще один вариант строения антенны Starlink по мнению специалиста по антеннам:

На микросхемах различимы логотипы компании STMicroelectronics (США)

Один из самых горячо дискутируемых сейчас вопросов среди специалистов по спутниковой связи это себестоимость антенны STMicroelectronics (США).

Как сообщает Business Insider, SpaceX намерена передать на аутсорсинг производство пользовательского терминала. Контракт на производство 1 млн антенн стоимостью $2,4 млрд может получить швейцарская STMicroelectronics. Таким образом, одна антенна обойдется SpaceX в $2400.

Сейчас SpaceX берет с бета-тестеров $100 в месяц за интернет-обслуживание и $500 за стартовый комплект, который включает штатив, беспроводной маршрутизатор и пользовательский терминал. По мнению экспертов, у SpaceX "нет возможности" производить антенны менее чем за $500. Продажа терминала идет в убыток, который должен быть покрыт поступлениями абонентской платы.

Каул Прадман (Kaul Pradman), президент Hughes Network Systems (крупнейший в мире производитель спутниковых терминалов и провайдер спутникового интернета в США, Бразилии, Индии и тд) во время разговора с инвесторам EchoStar предположил, что терминал Starlink, вероятно, стоит SpaceX от 1000 до 1500 долларов за штуку.

А Тим Фаррар (США), телеком-эксперт и давний критик проекта СтарЛинк СпейсХ задает издевательский вопрос американским провайдерам спутникового интернета (компаниям ViaSat Hughes Network System):

Заказ 1 млн терминалов по 2400 долларов каждый и продажа их по 499 долларов ставит один всеобъемлющий вопрос для других спутниковых провайдеров: может ли SpaceX оставаться нерациональной дольше, чем вы сможете оставаться платежеспособными?

То есть, у кого из вас: традиционных провайдеров или SpaceX быстрее кончатся деньги и кто разорится раньше??

Состояние группировки Starlink

После того как ракета-носитель Falcon 9 выведет группу спутников на опорную орбиту (280-290 км), в расчетной плоскости они раскрывают антенны, связываются с центром управления, и проходят первичное тестирование. Если тесты не выявили неисправимых дефектов, спутники начинают процесс подъема на рабочую орбиту (550 км). Так как в одной плоскости не должно быть более 22 спутников, а выводятся они группами до 60 штук за один пуск, то треть из них начинает подъем сразу, а две другие группы ожидают на низкой орбите, пока в результате прецессии не сменится плоскость орбиты на 5-10 градусов, и затем начинают подъем уже в новой плоскости. Подъем спутника на рабочую орбиту производится за счет электрореактивных двигателей (ЭРД) собственной разработки SpaceX. ЭРД работает на криптоне (выбран из-за того, что он более чем в 10 раз дешевле, чем используемый обычно в ЭРД ксенон). Подъем на рабочую орбиту требует приращения dV примерно в 200 м/с и занимает в среднем 4 месяца. На рисунке ниже показана схема группировки Starlink на 31 августа 2020 года.

Динамику развертывания группировки Starlink во времени можно увидеть здесь

ВИДЕО: СТАРЛИНК КОНСТЕЛЕЙШН АНИМАЙШН сентябрь 2020

https://youtu.be/xHnJPn8q4aQ

Вертикально указаны имеющиеся сейчас плоскости, в которых от 17 до 20 спутников (расстояние в градусах между спутниками в одной плоскости указано на вертикальной шкале). На горизонтальной шкале показано, где плоскости пересекают экватор.

Специалистами Northern Space Research сделаны расчеты по видимости спутников для различных географических районов для двух моментов времени – при развертывании 1/3 сети, то есть 530 спутников (ожидается к концу 2020 года), и при полностью развернутой сети из 1584 ИСЗ первого этапа.

Расчеты по видимости спутников для различных географических районов, сделанные специалистами Northern Space Research
Расчеты по видимости спутников для различных географических районов, сделанные специалистами Northern Space Research

Слева красным - частичное развертывание сети на 1/3. Справа - полная сеть из 1584 спутников. Важно, что даже при одной трети ИСЗ на орбите, согласно данным на плашке слева, любой терминал между 53 параллелями будет видеть не менее двух спутников с углом места выше 25 градусов. Для районов около 50-й параллели в зоне видимости окажется даже 5-7 спутников, что формально более чем достаточно для полноценного сервиса, если мы примем, что при таких углах абонентский терминал может полноценно работать. Также наличие такого большого числа спутников в зоне видимости ставит вопрос о необходимости электромеханического привода для наклона антенны: зачем ее наклонять на север, если всегда найдется 1-2 спутника непосредственно над антенной?

Состояние группировки на начало ноября 2020 года описал сам Илон Маск: "У нас хорошее спутниковое покрытие от ~ 57 градусов северной широты до ~ 39 градусов. Больше гейтвеев означает меньшую задержку. Постараемся со временем снизить ее до менее 20 мс. По мере того, как все больше спутников достигает своей рабочей орбиты, все больше и больше орбитальных плоскостей начинает предоставлять сервис. Мы должны иметь 36 орбитальных плоскостей (50% от группировки первого этапа. прим. автора), и все неисправные спутники к январю 2021 будут заменены запасными . Это обеспечит непрерывное покрытие до 30 градусов с.ш. К концу следующего года (2021) мы надеемся получить полное глобальное покрытие, в том числе и полюса".

Покрытие территории Российской Федерации по состоянию на 6 ноября 2020 года можно оценить по следующему рисунку (взято с https://satellitemap.space):

Начало тестирования сервиса

На данный момент начато закрытое тестирование сервиса сотрудниками самой компании, в силу подписанных ими NDA (документов о неразглашении информации) о нем практически нет информации. Вот вероятные замеры скорости Starlink от конца июня - начала июля 2020 г.:

Замеры скорости передачи данных в группировке Starlink от конца июня – начала июля 2020 года
Замеры скорости передачи данных в группировке Starlink от конца июня – начала июля 2020 года

Вот тесты от конца июля 2020 г.:

Замеры скорости передачи данных в группировке Starlink от конца июля 2020 года
Замеры скорости передачи данных в группировке Starlink от конца июля 2020 года

По данным самой компании, оглашенным 3 сентября 2020 года, в сети Starlink достигнута скорость передачи на абонентский терминал более 100 Мбит/с при величине задержки не более 20 миллисекунд. Вот официальные результаты тестов из презентации SpaceX:

Официальные результаты тестов на скорость передачи данных Starlink из презентации SpaceX
Официальные результаты тестов на скорость передачи данных Starlink из презентации SpaceX

Однако, показанные в целом результаты тестов, за период сентябрь октябрь , нельзя назвать особо впечатляющими

Мы видим, что в сентябре и даже октябре сервису Starlink была присуща большая волатильность, но имелся постоянный тренд на увеличение скорости сервиса для абонента, в ноябре эта тенденция продолжилась и в середине ноября 2020 года были зафиксированы рекордные 240 Мбит из интернета на абонентский терминал.

Бета тестирование и сервис для абонентов

В силу особенностей архитектуры сети и наклонения плоскости орбиты в 53°, при неполной группировке наибольшая плотность спутников и, соответственно, условия для сервиса находится южнее 53-ой параллели. По данным SpaceX именно там и начнется предоставление услуг.

Зона, в которой будет проводится бета тестирование сервиса Starlink
Зона, в которой будет проводится бета тестирование сервиса Starlink

Предполагается наличие трех последовательных этапов

• Закрытое бета тестирование
• Публичное бета тестирование
• Публичный сервис

14 июня 2020 года на сайте www.starlink.com началась "запись на бета тестирование", Принимались заявки от всех желающих, так что я честно указал свой российский индекс 101000 и свой емейл хххх.ru и получил сообщение, что меня также посчитали

from: Starlink

Thank you for your interest in Starlink!

Starlink is designed to deliver high speed broadband internet to locations where access has been unreliable, expensive, or completely unavailable. Private beta testing is expected to begin later this summer, followed by public beta testing, starting with higher latitudes.

If you provided us with your zip code, you will be notified via email if beta testing opportunities become available in your area. In the meantime, we will continue to share with you updates about general service availability and upcoming Starlink launches.

1 июля 2020 года на закрытой части сайта были опубликованы правила проведения бета тестирования https://www.starlink.com/terms-of-service

Starlink Beta Services Terms (Effective as of July 1, 2020)

Thank you for volunteering to participate in SpaceX’s Starlink Beta Program ("Beta Program"). Below you will find important rules for your participation. SpaceX will provide you with a "Starlink Kit" (the Starlink dish, wifi router, power supply and mounts) and internet services. By accepting Starlink internet services and the Starlink Kit ("Starlink Services"), you agree to be bound by and comply with these terms and conditions under the Beta Program.

Confidentiality and No Social Media

You are being provided early access to the Starlink Services. The Starlink Services and details like internet speeds, uptime, coverage, and other performance specifications are confidential and proprietary to SpaceX. You may NOT discuss your participation in the Beta Program online or with those outside of your household, unless they are SpaceX employees.

You must not share anything on social media about the Starlink Services or the Beta Program. This applies not only to public forums, but also to private accounts and restricted groups. Do not provide access or information about Starlink Services to the media or allow third-parties to take pictures of any part of the Starlink Kit.

Your Responsibility as a Beta Tester

You agree to dedicate an average of 30 minutes to 1 hour per day testing the Starlink Services and providing feedback on a periodic basis. Feedback requests from SpaceX will come in the form of surveys, phone calls, emails, and other means. Not participating can result in termination of your Beta Program participation and you must return your Starlink Kit.

Nominal Fee to Test Online Ordering Process

As part of the Beta Program’s online ordering process, SpaceX will ask you to input your credit or debit card information and your card will be charged a small amount in order to test SpaceX’s ordering and billing systems. For example, at the initial sign-up you will be charged approximately $3.00 total and thereafter, a reoccurring charge of approximately $2.00 per month during the duration of the Beta Program.

This nominal charge is NOT a fee for the Starlink Kit or internet services, but is exclusively being requested to allow SpaceX to test its ordering and billing systems. SpaceX is temporarily loaning you the Starlink Kit and providing the internet services free of charge.

If you do not want to provide your credit or debit card information, please do not participate in the Beta Program.

Starlink Kit

The Starlink Kit has not been authorized as required by the rules of the Federal Communications Commission and may not be offered for sale or lease, or sold or leased, until authorization is obtained. The Starlink Kit is being provided to you for the purposes of evaluating performance and determining customer acceptability during the Kit’s pre-production state.

Title to, and ownership of the equipment in the Starlink Kit remains with SpaceX. You may not loan, transfer, sell, give away, tamper with, or alter the Starlink Kit unless you obtain approval from SpaceX. Software copies installed on the Starlink Kit are made available for use as installed and never sold. SpaceX reserves all rights and interests to Starlink Services and its intellectual property provided to you.

If any equipment in the Starlink Kit is stolen, damaged, or compromised, please report it promptly to Customer Support by signing into your Starlink Account.

Installation

You are responsible for installing the Starlink Kit. Do not allow third-parties, or those not associated with SpaceX, to access or install the Starlink Kit unless you obtain approval form SpaceX. Do not install the Starlink Kit at your home if you do not have the authority to do so. It is your responsibility to ensure compliance with all applicable zoning, ordinances, covenants, conditions, restrictions, lease obligations and landlord/owner approvals related to the installation location. For example, if your apartment building or condo prohibits installs on its roof, or in common spaces, or only allows installs on private balconies, or does not allow penetrative installs (drilling holes through a roof or walls), you are responsible for understanding and following such rules. If you cannot install the Starlink Kit without breaking the rules, do not install it.

Use good judgment in installing the Starlink Services, and do not take unnecessary risks. If you cannot safely install the Starlink Kit, do not install it.

Except as arises from intentional misconduct or gross negligence, SpaceX shall not have any liability for any losses resulting from the Starlink Services, Starlink Kit or any installation, repair, or other associated services including, without limitation, damage to your property, or loss of software, data, or other information from your devices. Should use of the Starlink Services require any construction or alteration to your property, SpaceX is not obliged to restore your property to the same physical state as prior to delivery of Services. If you require a roof mount installation, you acknowledge the potential risks associated with this type of installation, including, without limitation, with respect to any warranty that applies to your roof or roof membrane.

Privacy

Please review SpaceX’s Privacy Policy to understand how we treat personal information we collect from you. In addition to the information listed in our Privacy Policy, we will be collecting information through our survey questions, and certain data for the purpose of measuring performance, including the following:

· A record of time when the dish is active and transmitting

· Amount of data the dish uses per moment of time

· Equipment link performance and network health

· Equipment unit telemetry

· Dish GPS orientation and obstruction telemetry

Usage and Network Monitoring

Do not conduct any illegal activities using the Starlink Services. This includes, downloading or storing any material that infringes on the intellectual property or copyrights of third-parties, such as downloading movies or music without paying for it. SpaceX may suspend or terminate your participation in the Beta Program if we believe you are participating in illegal behavior using Starlink Services. SpaceX may also suspend or terminate your participation in order to protect the network from security threats or to minimize congestion caused by the excessive use.

Termination of Beta Program and Starlink Kit Returns

At the end of Beta Program, or whenever SpaceX determines, your participation in the Beta Program will be terminated, Starlink Services will be shut off and you will be required to return the Starlink Kit to SpaceX, at SpaceX’s shipping cost, following return instructions that will be provided to you.

To terminate your participation in the Beta Program at any time, please contact Customer Support by signing into your Starlink Account. SpaceX will provide you with instructions for returning the Starlink Kit, at SpaceX’s cost.

Failure to return the Starlink Kit within 30 days of Beta Program termination or within 30 days from SpaceX’s request for any reason, may result in your credit or debit card on file being charged an equipment fee.

Закрытое бета тестирование судя по тестам, опубликованным в сети, началось в конце июля 2020 года сотрудниками компании Space X.

Начало тестирования сервиса Starlink в некоммерческих организациях и первое реальное использование сервиса спутникового широкополосного доступа в Интернет StarLink произошло в сентябре 2020 года пожарными при ликвидации лесных пожаров около города Малден, в штате Вашингтон в котором пожары подчистую уничтожили почти всю телекоммуникационную инфраструктуру (кабели ВОЛС, базовые станции GSM и прочее).

Сотрудники Space X с местного офиса компании, отвечающего за проект StarLink оперативно предоставили местным пожарным свой терминал и получили высокую оценку сервиса.

Руководитель службы связи в чрезвычайных ситуациях штата Вашингтон Ричард Холл говорит "Я тратил по 4-5 часов с терминалами других Операторов, пытаясь установить хорошее соединение. Для сравнения, Холл подчеркнул, что ему потребовалось от пяти до 10 минут, чтобы настроить и подключить терминал Starlink. Так что для меня Starlink это потрясающе", "Я постоянно видел задержку менее 30 миллисекунд", - сказал он. "И человек может установить терминал в одиночку, это не требует грузовика, прицепа и множества другого дополнительного оборудования", - сказал Холл.

Также в сентябре 2020 года терминал StarLink был передан в племя индейцев Хох (Hoh), проживающим на побережье в штате Вашингтон, в 4 часах езды от Сиэттла.

Так до этого скорость доступа в интернет там была 0,3..0,7 мбит, то сервис StarLink получил весьма высокую оценку

2 октября 2020 в своем твите Илон Маск сообщил, что публичного бета тестирования можно ожидать "очень скоро" в районе широт эквивалентных Сиэттлу.

Что касается собственно сервиса, информации очень немного. Исходя из нее ожидается, что скорости составят 100 Мбит/с из сети к абоненту и 40 Мбит/с - от абонента в сеть), а целевая стоимость - $80. Пока неизвестен объем трафика, включенного в абонентскую плату. Сейчас у конкурентов Starlink - провайдеров спутникового интернета, этот объем примерно 40-50 Гбайт в месяц. При этом те абоненты, которые "сидят" в США на оптике и имеют безлимитные тарифные планы, потребляют в месяц 280 Гбайт. Учитывая, что в начале эксплуатации сеть будет пустой, а спрос сейчас оценивается как высокий (в августе SpaceX информировала о 700 тыс. запросов от желающих стать бета-тестерами), возможно на первом этапе будет предложен некий премиальный пакет с лимитом в 250-500 Гбайт и ценой в $150-200.

Первая ласточка о стоимости сервиса StarLink для юрлиц появилась 21 октября 2020 года. Опубликована заметка о сотрудничестве управления школ графства Ector в Техасе и Space X. Для 45 семей учеников (плюс в последующем еще 90) программа на 12 месяцев будет стоить 300000 долларов, что эквивалентно 185 долларам на 1 ученика (абонента) в месяц. Если принять разовые затраты по монтажу в 300 Долларов на абонента, абонплата составит 160 долларов в месяц.

В Сообщении от 27 октября для тех, кто записался на Бета тестирование Space X сообщил, что стоимость терминала с основанием типа трипод (для установки на землю) составит 499 долларов, а стоимость сервиса 99 долларов в месяц. Напомню, что ближайшие конкуренты Хьюз и Виасат предлагают своим абонентам терминалы в составе услуги, а стоимость тарифных планов у них составляет от 50 до 120 долларов, но с наличием cap лимитированного объема трафика для скачивания в месяц. Space X в данном случае предлагает неограниченный объем трафика столько, сколько удастся скачать абоненту.

Также Space X анонсировал выход приложения для смартфонов, позволяющего абоненту самому определить подходит ли данное место для установки абонентского терминала в данном месте или нет.

Исходя из модели продаж автомобиля Tesla, маловероятно наличие реселлеров по территории США: все заявки наверняка будут собираться через интернет на сайте www.starlink.com, там же заключаться договоры, и оборудование по почте будет высылаться клиенту.

Эта модель, однако, имеет изъян: нет гарантии, что абонент установит и инициирует терминал, и терминал может "зависнуть". Возможно, в контракте будет условие, что абоненту дается некий срок, дней 30-45, для включения терминала или его возврат. Это весьма важный момент для экономики проекта и данной модели продаж, так как себестоимость первых терминалов будет очень высока, и SpaceX крайне желательно, чтобы они начали сразу приносить доход.

27 октября Space X начала рассылать записавшимся на публичное бета тестирование письма следующего содержания:

Таким образом , Space X завуалированно признала имеющиеся проблемы с сервисом и отложила начало публичного бета тестирования на 2021 год

Пропускная способность сети Starlink

В первой заявке, поданной SpaceX в FCC, указывалось, что пропускная способность одного спутника составит 17-23 Гбит/с, и усредненно принималась как 20 Гбит/с, позднее в одном из сообщений указывалось, что каждый запуск 60-ти спутников версии Starlink 1.0 добавляет около 1 Тбит/с пропускной способности для сети, то есть пропускная способность одного спутника ближе к 16-17 Гбит/с. Также не уточнялось, суммарная ли это емкость в обоих направлениях или только из сети интернет к абоненту. В любом случае, нет смысла определять пропускную способность всей сети, так как она вряд ли когда может быть реализована вся (70% Земли покрыто морями и океанами, кроме того, вряд ли спрос в Сахаре и Гималаях будет таким же, как населённых районах). Поэтому целесообразно говорить о пропускной способности одного спутника и оценивать, сколько абонентов он может обслужить.

Рассмотрим по отдельности пропускную способность спутника Starlink в Ку и Ка диапазонах.

Ка диапазон (фидерная линия) здесь имеется 4200 МГц суммарно в 2 поляризациях. Учитывая заявленные Спейс Х на этой линии модкоды 64QAM, то есть 6 бит/герц, (проведенная оценка бюджета радиолинии показала , что такая спектральная эффективность вполне достижима), можно сделать вывод, что оценка пропускной способности в 20 Гигабит является на линии Земля (Интернет) - Спутник является достижимой.

Однако, на линии Спутник – Абонент в Ку диапазоне, как мы видели раньше спектральная эффективность при использовании нынешнего варианта абонентского терминала равна 1,5 бит/Гц, то есть , если в сети будут только абонентские терминалы типа А, то ее пропускная способность составит всего 6 Гбит, в три раза меньше первоначальных ожиданий. Отмечу, что при использовании в качестве абонентских терминалов других его вариантов, например типов C и D, с антеннами 1,2 или 2,4 метра, пропускная способность сети возможно будет соответствовать заявленным 17..20 Гбит.

Также можно оценить максимальное число абонентов, которое может обслужить один спутник StarLink. Если принять пропускную способность спутника в 6 Гбит/с в направлении из интернета к клиенту, то учитывая последние данные, что среднее потребление одного домохозяйства США, подключенного по оптике, составляет 281 Гбайт в месяц или эквивалентно 0,9 Мбит/с при равномерной ежемесячной загрузке, то при типичном распределении нагрузки в сетях интернет-провайдера пиковая и среднемесячная загрузки соотносится как 1 к 3-4. Таким образом, максимальное количество абонентов, использующих нынешний вариант абонентского терминала, которое может обслужить один спутник, составляет 1500...2000 абонентов с таким потреблением трафика. Если же объем трафика в месяц будет ограничен в тарифном плане, например, 150 Гбайтами, то один спутник сможет обслужить вдвое больше абонентов – 3-4 тысячи. Указанные выше рассуждения применимы в случае использования групповых методов множественного доступа к частотному ресурсу спутника (CDMA/TDMA/FDMA), а не закрепленных каналов типа SCPC. Подробнее об этом - в соответствующем разделе.

Также отметим, что площадь территории США составляет около 10 млн км², или 2% поверхности Земли. Соответственно, приняв, что за счет "прибрежных" зон количество спутников, которые могут предоставить сервис, будет 3%, то для группировки первого этапа из 1584 спутников над территорией США могут оказать сервис не более 45-48 космических аппаратов, то есть максимальная абонентская база для первого этапа составит примерно 150-200 тыс. абонентов. При тарифе $80 в месяц такое количество абонентов принесет SpaceX доход в $150-200 млн в год, при абонплате $100 в месяц – $200-250 млн, что достаточно далеко от оценок в бизнес-плане 2016 года.

StarLink и программа Rural Digital Opportunity Fund

Несколько слов в качестве вводного пояснения. Предоставлять услуги в сельской местности не выгодно Операторам связи (затраты на инфраструктуру в расчете на 1 абонента во много раз выше чем в городах. Это аксиома для всего мира. Выходов тут только два: или монополия одного оператора (как например Почта в России), который обязан обеспечить всех жителей страны услугой по равной для всех цене (и тогда горожане по сути дотируют селян), или если Операторов много, но государство определяет какие услуги должны быть предоставлены гражданам в обязательном порядке, они часто называются универсальными, и за их оказание Государство доплачивает из специального фонда Операторам, которые готовы их предоставлять.

Доплаты идут либо прямо из бюджета, либо фонд создается за счет квазиналога, который платят все операторы страны. В России он составляет сейчас 1,2% от доходов Операторов от услуг абонентам. И называется Фонд Универсального Обслуживания. Аналогичная система существует и в США, где Операторы уплачивают определенные суммы в пользу FCC (Федеральная Комиссия по связи), которая на эти деньги привлекает Операторов для интернетизации сельских районов.

Очередной этапа такой программы RDOF (Rural Digital Opportunity Fund) начал обсуждаться в 2019 году. Это грант в 16 миллиардов долларов на улучшение доступа в интернет в сельской местности в течение следующих 10 лет. Деньги, должны быть распределены на октябрьском аукционе 2020 года среди Операторов, предлагающих лучший сервис с точки зрения скорости доступа и объема трафика в разных регионах страны, где в настоящее время скорость доступа ниже 25 мбит в секунду. Получатели денег Rural Digital Opportunity Fund должны: Предложить на коммерческой основе (то есть за деньги) абонентам хотя бы одну голосовую и одну широкополосную услугу, отвечающую соответствующим требованиям к услугам, для всех мест в пределах выигранной ими территории в следующие сроки: 40% от необходимого количества мест в штате к концу третьего года и дополнительные 20% к концу четвертого и пятого года получения грантов

Для выявления победителя предлагается система начисления штрафных баллов в зависимости от технических параметров сервиса по доступу в Интернет . Имеется 4 градации по скорости

В отношении спутниковых технологий правила написаны строго против всех спутниковых операторов. Каждому Оператору начисляются штрафные баллы. Идеальным является предложение Оператора, который обеспечит скорость 1 Гбит: у него будет 0 штрафных очков и задержка менее 100 миллисекунд ему практически гарантирована победа и грант.

Требования по задержке просто "убивает" существующий сервис операторов ХьюзНетворк Систем и ВиаСат , работающих с ИСЗ на геостационарной орбите :

Они получают сразу по 40 штрафных баллов , и могут быть лучше только тех, кто работает на древней ADSL

SpaceX с 2019 года пыталась претендовать на федеральные субсидии для предоставления услуг широкополосного Интернета в сельских районах, несмотря на возражения конкурентов, которые утверждают, что его спутниковая технология не проверена на практике. В письме в FCC SpaceX наоборот заявляет, что его технология расширит выбор для сельских абонентов. "Запрет на участие SpaceX в аукционе, несмотря на соответствие ее сервиса техническим требованиям аукциона, может привести к тому, что абоненты будут ограничены в выборе и не получат лучший из возможных вариантов сервис.", - написал Дэвид Голдман, директор по спутниковой политике SpaceX.

FCC начала консультации с общественностью о предложении SpaceX изменить правила распределения средств по этой программе. Представитель FCC заявил, что агентство ожидает получения публичных комментариев по своему предложению. "Цель Фонда сельских возможностей, состоит в том, чтобы использовать деньги фонда универсального обслуживания, чтобы обеспечить максимально быстрый интернет для максимально возможного числа американцев", - говорится в заявлении.

Опубликованный черновой вариант условий аукциона, предложенный FCC 7 февраля 2020 года, содержал формулировки, запрещающие спутниковым компаниям, квалифицироваться как сервис с низкой задержкой (пингом), что делает их заявки менее привлекательными, чем участники торгов, работающие с ВОЛС.

SpaceX встретился с сотрудниками FCC 18 и 19 февраля 2020 года , и утверждала, что ее спутники, находящиеся на НГСО имеют малую задержку, что вытекает из базовых законов физики. В письме, направленном в FCC от 20 февраля, SpaceX говорит, что его спутниковая система продемонстрировала, что она может обеспечить высокоскоростной интернет.

В результате активности Space X FCC изменило свою позицию в новой версии условий Аукциона, одобренного FCC 28 февраля, агентство оставило возможность того, что спутниковые службы на низкой околоземной орбите могут быть отнесены к категории Операторов с малой задержкой, и запросило публичные комментарии по поводу утверждений SpaceX.

Эти изменения вызвали бурный протест существующих сельских интернет провайдеров, считающих, что выделение средств на спутниковую технологию SpaceX – это рисковая игра, так как SpaceX не может подтвердить опыт предоставления широкополосного доступа абонентам. "Мы не позволим SpaceX спекулировать общественными деньгами", - сказал Джонатан Чамберс, бывший сотрудник FCC и партнер Conexon LLC, которая строит сети ВОЛС для сельских операторов связи..

Согласно статье в The Wall Street Journal, спор дошел до Капитолийского холма, где помощники конгресса и лоббисты обсуждали, как оказать давление на FCC, чтобы не допустить SpaceX к аукциону. "Это будет политическая катастрофа, если Элон Финг Маск сожрет миллиарды долларов из общественных денег" ("This will be a political disaster if Elon F’ing Musk gobbles up billions of dollars of the public’s money,") , - заявил на прошлой неделе один из помощников конгрессмена в одном из своих е мейл.

Группа под названием NTCA - Ассоциация сельской широкополосной связи и Национальная ассоциация кооперативов сельских электриков, члены которой иногда наряду с электричеством предлагают и доступ в интернет, заявили, что они просят конгресса и Федеральную комиссию связи не принимать предложения SpaceX. NTCA отправляла конгрессменам письма по электронной почте, призывающие их связаться с FCC и выразить озабоченность по поводу спутниковых группировок на НГСО, участвующих в аукционе. "Хотя это всего лишь пока предложение, но если оно будет принято, оно возможно приведет к тому, что спутниковый провайдер (то есть Спейс Х) может выиграть весь аукцион (все его лоты)", - писал лоббист NTCA. В своем интервью старший вице-президент NTCA Майкл Романо заявил, что предложения Space X могут позволить спутниковым компаниям участвовать в торгах в любом из лотов аукциона.

В результате активных действий противников Space X в мае 2020 года FCC пошел на попятную и внес в правила новые формулировки для спутниковых сетей на низкой орбите ( пункты 106-109 правил Аукциона RDOF), опубликованные FCC 19 мая 2020 года. Основным их содержанием является следующее:

108. Хотя на спутники, находящиеся на низкой околоземной орбите, не распространяются те же ограничения абсолютной физической задержки, что и на спутники на ГСО, мы не согласны с тем, что высота орбиты спутника является единственным определяющим фактором способности Оператора спутниковой сети соответствовать требованиям Комиссии о малой задержке. Как пояснили комментаторы (Viasat) задержка, с которой сталкиваются абоненты, использующие конкретную технологию, является не только вопросом физики передачи сигнала в космосе. Другие факторы также влияют на это. Задержка спутниковой сети, в частности, состоит из "задержки распространения" - времени, которое требуется радиоволне для перемещения от спутника к поверхности Земли и обратно, и "задержки обработки" - времени, которое требуется сети для обработки данных. Радиоволне требуется меньше времени для перемещения от земной станции к низкоорбитальному спутнику и обратно по сравнению с геосинхронным или спутником на средней орбите. Задержка распространения в спутниковой сети не учитывает задержку в других сегментах и процессах сети оператора, таких как обработка, маршрутизация и доставка Интернет трафика к гейтвею. Кроме того, если сеть использует межспутниковые каналы, задержка в них может также увеличить задержку для конечного пользователя.

109. В отсутствие реального примера работы негеостационарной спутниковой сети, предлагающей услугу для массового рынка частных потребителей, и которая способна удовлетворить наши требования к задержке в оба конца менее 100 мс, сотрудники Комиссии не смогли сделать вывод, что такой заявитель обоснованно способен удовлетворить требования Комиссии к низкой задержке, и поэтому мы исключаем такие заявки.

Пункт 109 однозначно написан в адрес Спейс Х. Естественно это вызвало возмущение SpaceX, и активную работу их лоббистов, однако, трудно понять, смогли бы они убедить FCC, если бы 30 мая 2020 года Space X не осуществил бы запуск пилотируемого космического корабля Dragon с астронавтами на борту, который в НАСА ждали с 2014 года и который прервал монополию России на доставку астронавтов на МКС. Илон Маск встречался по этому поводу с Президентом США Дональдом Трампом и получил от него заслуженные поздравления.

Буквально через 10 дней после этих событий Директор FCC и его заместитель Джефри Старкс разглядели в системе StarLink ранее видимо не известные им широчайшие технологические возможности:

Комиссар FCC Джеффри Старкса сказал: "Выделение столь значительной части бюджета на столь длительный период -10 лет, повышает важность нашего отношения к новым технологиям и техническим возможностям. Я высоко ценю работу комиссара О'Рилли по пересмотру категорического запрета на участие в торгах спутниковых систем на низкой околоземной орбите из-за уровня задержки, особенно теперь, когда у нас есть свидетельства того, что эти системы могут соответствовать стандарту задержки в 100 миллисекунд. Как я уже говорил ранее, спутниковая широкополосная связь следующего поколения имеет огромные технологические перспективы для преодоления цифрового разрыва и продвигается сильными американскими компаниями с многолетней история успеха."

Руководитель FCC Ajit Pai, назначен на этот пост Дональдом Трампом.

Председатель FCC Аджит Пай был более осторожен : 11 июня 2020 года на пресс конференции он заявил: "И, по просьбе одного из моих коллег-комиссаров, мы также не полностью закрываем двери для операторов спутниковой связи на LEO, предлагающих низкий уровень задержки. Однако также важно помнить следующее: цель Фонда сельского развития цифровых технологий - обеспечить американцам доступ к широкополосной связи независимо от того, где они живут. Это не технологический инкубатор для финансирования непроверенных технологий. И мы не допустим, чтобы деньги налогоплательщиков были потрачены впустую. Новая технология может звучать хорошо в теории и отлично выглядеть на бумаге. Но эта широкополосная программа стоимостью в несколько миллиардов долларов потребует скрещивания букв "t" ("t"s to be crossed), а не пальцев. Поэтому любое такое предложение будет подвергнуто очень тщательному анализу."

Финальные условия участия в тендере RDOF выглядели на 15 июля так:

• Продемонстрировать двухлетний опыт предоставления услуг голосовой связи, широкополосного доступа и / или распределения или передачи электроэнергии и предоставить проверенные финансовые отчеты за один год или
• Представьте аудированную финансовую отчетность за три года с краткой формой заявки и письмом о заинтересованности от соответствующего банка, желающего открыть аккредитив на указанную сумму..

От организаций также потребуется предоставить подробную техническую информацию, чтобы продемонстрировать, что они обладают технической квалификацией, чтобы соответствовать применимым требованиям к уровню по скорости передачи и задержке

Как мы видим Спейс Х имела возможность участвовать в аукционе, что она и сделала, просто подав финансовую отчетность и подробное описание системы StarLink до 15 июля 2020 года.

13 октября FCC опубликовал список компаний , допущенных к проведению самого аукциона, Space X наравне с ViaSat и Hughes Network Systems представляет спутниковых операторов. При этом нет информации, какую величину задержки эксперты FCC приписали StarLink и соответственно с кем он будет конкурировать.

Остается ждать самого аукциона (планируется 29 октября) и дальнейшего развития событий , его результаты, размер субсидии на один подключенный дом и т.д. Этот процесс до заключения контракта может занять от 6 до 18 месяцев, что позволит FCC убедиться в работоспособности и реальных характеристиках сети StarLink.

Сервис на рынках вне США

Вторым рынком, на котором быстрее всего начнется предоставление сервиса Starlink, является Канада, при этом судя по карте покрытия, сервис будет предоставляться через гейтвеи на территории США, если SpaceX сможет доказать регулятору Канады в сфере телекома (CRTC), что это соответствует его требованиям по выдаче лицензий. SpaceX уже подала в мае 2020 года в CRTC заявку на получение лицензии международного интернет-провайдера Basic International Telecommunications Services (BITS). При этом, не дожидаясь решения канадского регулятора по данной заявке, Space X неожиданно оказалась владельцем компании SpaceX Canada Corp. (до недавнего времени она имела название TIBRO Canada Corp.; слово ORBIT, написанное наоборот). При этом данная компания уже получила лицензию BITS в апреле 2019 года, то есть в тот период, когда она скромно называлась TIBRO Canada Corp., и вроде бы не имела никакого отношения к SpaceX.

Напомним, что в Канаде есть собственный проект низкоорбитальной спутниковой группировки для доступа в интернет Telesat LEO, принадлежащий компании Telesat Canada - канадскому владельцу спутниковой группировки на геостационарной орбите, и поддерживаемый правительством Канады. Скорее всего, SpaceX должна еще получить от ISED (бывшая Industry Canada) лицензию (разрешение) на использование радиочастотного спектра, что является более сложной задачей. О состоянии этого процесса пока ничего не известно.

18 октября 2020 канадский регулятор CRTC одобрил заявку на лицензию, международного интернет-провайдера Basic International Telecommunications Services (BITS), поданную Space X 15 мая 2020 года.

А 7 ноября 2020 года ISED разрешил SpaceX использование частот на территории Канады для проекта Starlink.

14 ноября 2020 года SpaceX начал рассылать терминалы для публичного бета тестирования абонентам в Канаде, живущим южнее 50-й параллели.

Также в сентябре 2020 г. стали известны еще две зарубежные компании, аффилированные со Starlink. Первая Starlink Internet Services UK Limited, зарегистрирована 5 августа 2020 года в Великобритании по адресу 2 Blagrave Street, Reading, Berkshire, RG1 1AZС с правом следующей деятельности:

• 61200 - Wireless telecommunications activities
• 61300 - Satellite telecommunications activities
• 61900 - Other telecommunications activities

Хотя компания является акционерной, но ею выпущена только одна акция, и та объявленной стоимостью в 1 фунт. Что особенно интересно, так это то, что первоначальным владельцем данного юрлица была фирма TIBRO Netherlands B.V., создавшая ее 5 августа 2020 года в Лондоне, после чего компания в сентябре 2020 года сменила владельца и юрадрес.

Вторая аффилированная компания - SpaceX Netherlands B.V. Регистрационный номер компании (KVK): 77925769 Расположение: Burgermeester Stramanweg 122 (там находится европейская штаб-квартира Tesla и (какая неожиданность!) и TIBRO Netherlands B.V.).

Компания TIBRO AUSTRALIA PTY LTD, создана в ноябре 2019 года, г-ном Michael Sylvester подала заявку в ACMA (австралийский орган связи) на получение "лицензии оператора". Лицензия выдана 7 августа 2020 года.С 3 октября Tibro сменила название. Starlink Australia имеет 3 директоров Lauren Dreyer, David Aderman, and Andrew Matlock, все они менеджеры Space X. Компания теперь теперь называется Starlink Australia PTY LTD. Сейчас для Space Xсогласовано размещение 4 Гейтвеев на территории Австралии:

21 октября Французский телеком регулятор ARCEP согласовал компании TIBRO France SARL размещение трех гейтвеев на территории Франции

Интересная история развивается в Новой Зеландии. Архив Управления интеллектуальной собственности Новой Зеландии показывает, что в январе 2020 года SpaceX подала заявку на использование трех товарных знаков для использования названия Starlink в Новой Зеландии. Одна заявка касалась товаров класса 9, относящихся к коммерческим спутникам, а две другие – услуги классов 38 и 42, касающихся услуг спутниковой связи. Однако, по данным издания BusinessDesk все три были отклонены в одном месяце из-за сходства с товарными знаками, принадлежащими Subaru с 2012 года для своей автомобильной системы Subaru Starlink . SpaceX может подать возражение или внести изменения в заявки до 3 января 2021 года, в противном случае заявки будут отклонены. Пока Спейс Х не предприняла какие-либо действия, но у нее еще есть более двух месяцев для этого. SpaceX не ответила, когда ее попросили прокомментировать ее деятельность по проекту Starlink в Новой Зеландии.

10 сентября 2020 года в Мехико состоялась встреча Патрисии Купер (вице-президент по связям с госорганами в SpaceX) и Адольфо Куэвас Тежа (и.о. президента Федерального Института Телекоммуникаций (IFT) Мексики). На встрече был рассмотрен вопрос о нормативных положениях по спутниковой связи, необходимых для работы спутниковой группировки SpaceX в Мексике.

Полный список компаний типа ТИБРО, зарегистрированных в различных странах мира сейчас выглядит так:

Из вышеуказанного следует, что как минимум на рынках Канады, Великобритании, Австралии, ЕС и других стран, где были учреждены ТИБРО SpaceX планирует работать напрямую, создав там 100%-ые дочерние компании.

С высокой вероятностью в других странах, с более запутанным и/или недружественным к США законодательством, SpaceX будет работать по партнерской модели, продавая партнерам абонентские терминалы, оборудование гейтвеев и трафик, возможно с использованием модели revenue sharing. При этом ценообразованием и решением проблем с местным регулятором должен будет заняться местный партнер.

В целом, обсуждая работу сервиса Starlink вне территории США, надо иметь в виду три аспекта:

1. Технологический - попадает ли эта территория в зону покрытия сети Starlink и можно ли на ней установить гейтвей, подключенный к оптическому кабелю до узла обмена интернет-трафиком.
2. Политический – выдаст ли национальный регулятор компании SpaceX или ее партнеру разрешение на использование частот на территории данной страны и лицензию (разрешение) - там, где это необходимо - на право предоставлять услуги связи в данной стране. Разрешение на частоты и лицензия на право предоставлять услуги — это два совершенно разных документа, выдаваемых, например, в России, двумя разными правительственными органами.
3. Коммерческий - будет ли сервис в данной стране рентабельным с учетом платежеспособности местного населения, цен конкурентов на местном рынке, объема инвестиций в гейтвеи и терминалы, налогов и сборов с телеком-оператора.

Для России все три аспекта достаточно проблемны, ибо наибольшая нужда в спутниковом интернете в России наблюдается на Севере, который не попадает в зону обслуживания Starlink. Что же касается легализации самого сервиса в РФ, то ситуация в отношении SpaceX регулируется постановлением правительства РФ N1194 от 14 ноября 2014 г. Оно содержит правила, написанные изначально для OneWeb, а теперь доставшиеся по наследству Space X и ее проекту Starlink: "Правила использования на территории России спутниковых сетей связи, находящихся под юрисдикцией иностранных государств".

Этот документ, в частности, гласит:

• "п. 7. Использование иностранной спутниковой системы осуществляется на основании решения Государственной комиссии по радиочастотам о выделении полос радиочастот по согласованию с Министерством цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации, Министерством обороны Российской Федерации, Федеральной службой безопасности Российской Федерации, Федеральной службой охраны Российской Федерации, о том, что такая система спутниковой связи не носит разведывательного характера и не может нанести ущерб интересам личности, обществу и Российской Федерации".
• "п. 9. Российский оператор связи, использующий иностранную спутниковую систему, формирует российский сегмент указанной системы в составе станции сопряжения с сетью связи общего пользования. Весь трафик, формирующийся абонентскими станциями (терминалами) на территории Российской Федерации ... должен проходить через станцию сопряжения российского оператора связи, находящуюся на территории Российской Федерации".

Таким образом, теоретически данное постановление позволяет SpaceX найти в России партнера или, основав собственное дочернее предприятие, получить права на использование частотно-орбитального ресурса на территории РФ и далее построить станции сопряжение (по сути, гейтвеи) и оборудовать их аппаратурой СОРМ-3 в соответствии с требованиями ФСБ, чтобы начать предоставлять услуги. В то же время здесь в полный рост встанет вопрос стоимости абонентского терминала, который в РФ из-за ряда особенностей нашего законодательства обычно продается абонентам, а не сдается в аренду, а также вопрос наличия на спутниках в будущем межспутниковых оптических каналов, которые теоретически позволяют пустить трафик мимо гейтвеев. Исходя из сказанного, ожидать появления сервиса Starlink в России в ближайшие 3-5 лет вряд ли стоит.

Starlink и Пентагон

С момента объявления Илоном Маском о проекте Starlink с 4425 спутниками существуют конспирологические утверждения о том, что данный проект финансируется Пентагоном. Однако среди официальных контрактов от Пентагона имеется только один - на $28 млн от Управления перспективных технологий (DAPRA), если, конечно, не предположить существование подземного туннеля от Форт Ворс, где в США печатают доллары, до космодрома SpaceX в Бока Чике в том же Техасе.

При этом, несомненно, SpaceX прилагает массу усилий в попытке продать сервис Starlink и его услуги военным. Так, в 2019 году было организовано тестирование спутникового канала между наземным терминалом и авиационным терминалом на борту самолета С-12 через первые спутники Starlink типа Tintin, которое показало скорость 610 Мбит/с. В сентябре 2020 года состоялись новые тесты в рамках той же программы Global Lightning program, уже с нынешним поколением спутников Starlink и самолетами С-17 и КС-135 во время армейских учений.

Военные использовали спутники Starlink для тестирования своей перспективной Advanced Battle Management System, которая свяжет воздушные, морские, наземные и космические средства Пентагона. По словам главы отдела закупок ВВС Уильяма Ропера, в ходе военных учений ВВС в начале этого месяца Starlink подключился к "множеству воздушных и наземных средств", включая Boeing KC-135 Stratotanker. Военно-воздушные силы были впечатлены тем, как спутники SpaceX Starlink показали себя во время этих учений с боевыми стрельбами. "То, что я видел от Starlink, было впечатляющим и положительным", - сказал он во время круглого стола в среду. "Это искусно спроектированные спутники, грамотно развернутые на орбите. Итак, есть чему поучиться из того, как они спроектированы, и я думаю, что мы можем многому у них научиться". "Военные должны быть готовы играть стратегическую роль, потому что нам нужны средства связи во многих частях мира, где нет коммерческих провайдеров", - сказал Ропер. "Мы можем быть надежным покупателем для таких компаний, как SpaceX и других, которые хотят продавать услуги связи по всему миру. SpaceX могут не думать о клиентах за океаном, но у нас там есть наш флот. SpaceX могут не думать о заказчиках в Арктике, но наши самолеты там есть".

Министерство обороны США планирует еще больше полагаться на спутники в рамках своей новой военной доктрины "All Domain Operations". Стратегия потребует, чтобы воздушные, наземные, морские, космические и киберпространственные активы были напрямую связаны друг с другом. Они будут передавать данные и информацию между собой и, возможно, даже активировать оружие друг друга. Ключевым фактором будет такая группировка спутников, как SpaceX Starlink, которая достаточно велика, чтобы противостоять атакам и продолжать работу.

В информационном бюллетене исследовательской лаборатории ВВС (Air Force Research Lab (AFRL) в сентябре 2020 была опубликована заметка со словами: "Global Lightning Testing SpaceX Starlink: команда Global Lightning AFRL начала тестирование пользовательских терминалов на военной базе Lewis McChord с партнерами из USMC по анализу их возможностей и выявлению проблем перед более обширной тестовой кампанией, запланированной на сентябрь. Пока что терминалы и сервис работают так, как ожидалось, и наши партнеры по испытаниям сейчас переходят от базового ознакомления к соответствующим вариантам использования, включая настройку существующего оборудования COMSEC для использования Starlink в смоделированных тактических сценариях".

Самым большим успехом SpaceX на "военном" направлении является подписание в середине 2020 года соглашения о бесплатном тестировании и изучении военными данной сети и ее услуг в течение трех лет. Отметим также, что в настоящее время Пентагон объявил конкурс на разработку проекта собственной низкоорбитальной сети (аналогичной, по сути, Starlink) с названием STL (Space Transport Layer). Анализ открытых данных по ТЗ к этому проекту показывает, что на данный момент Starlink имеет два существенных недостатка с точки зрения военных: отсутствие покрытия в Арктике и необходимость наличия наземных гейтвеев.

Также надо отметить, что приписываемые иногда в интернете сети Starlink способности выступать в роли космической сети РЛС (радиолокационных станций), не выдерживают самой элементарной критики. РЛС обнаружения целей работают на гораздо более низких частотах L- и S-диапазонов (то есть 1-2 ГГц), а не в Кu- и Ка-диапазонах Starlink (11-30 ГГц). Более того, основным фактором, ограничивающим технические характеристики локаторов, является малая мощность принимаемого сигнала. При этом мощность принимаемого сигнала убывает как четвертая степень дальности (то есть, чтобы увеличить дальность действия локатора в 10 раз, нужно увеличить мощность передатчика в 10000 раз). Учитывая, что радиус действия транспортируемых радиолокаторов (самолетных) как правило, до 200 километров, при максимальной разрешающей способности 10 метров, то для РЛС на орбите Земли высотой 550 км потребуются крайне высокие мощности, недостижимые для спутника весом менее 250 кг.

Еще одним вариантом "двойного" использования группировки СтарЛинк, является предложение ученых Тодда Хамфрис и Питер Яннуччи из Радионавигационной лаборатории Техасского университета в Остине (Todd Humphreys and Peter Iannucci of the Radionavigation Laboratory at the University of Texas at Austin), которые утверждают, что разработали систему, которая использует спутники СтарЛинк, совмещая традиционные сигналы GPS, для обеспечения точности определения местоположения до 10 раза лучше, чем GPS и которая гораздо менее подвержена вражеским помехам. По их словам Проблема с GPS заключается в том, что эти сигналы чрезвычайно слабы к тому времени, когда достигают Земли, и легко подавляются случайными помехами или радиоэлектронной борьбой. Ученые получили финансирование по линии Пентагона на

Идея Хамфриса и Яннуччи использовать простое обновление программного обеспечения, чтобы модифицировать спутники Starlink, чтобы объединить коммуникационные возможности и существующие сигналы GPS для предоставления услуг позиционирования и навигации.

Они утверждают, что их новая система может даже, как это ни парадоксально, обеспечить лучшую точность для большинства пользователей, чем технология GPS, на которой она полагается. Это связано с тем, что приемник GPS на каждом спутнике Starlink для определения его местоположения с точностью до нескольких сантиметров использует алгоритмы, которые редко встречаются в обычном ширпотребе. Эти технологии используют физические свойства радиосигнала GPS и его кодирование для повышения точности вычислений местоположения. По сути, спутники Starlink могут выполнять сложную вычислительную работу для своих пользователей.

Спутники Starlink являются интернет-маршрутизаторами в космосе (для нынешнего поколения ИСЗ это СПОРНОЕ УТВЕРЖДЕНИЕ !!! но для поколения Gen2 наличие обработки на борту вполне возможно), способными передавать данные со скоростью до 100 мегабит в секунду. При этом спутники GPS обмениваются данными со скоростью менее 100 бит в секунду.

"Для передачи данных GPS доступно так мало бит в секунду, что они не могут позволить себе включать новые, высокоточные данные о том, где на самом деле находятся спутники", - говорит Яннуччи. "Если у вас есть в миллион раз больше возможностей отправить информацию со своего спутника данные могут быть намного точнее".

По его оценкам, новая система, которую Хамфрис называет fused LEO navigation, будет использовать мгновенные вычисления орбиты и времени для определения местоположения пользователей с точностью до 70 сантиметров. Для сравнения, большинство систем GPS в смартфонах, часах и автомобилях имеют точность до нескольких метров.

Но ключевым преимуществом для Пентагона является то, что объединенную LEO навигацию будет значительно труднее заблокировать или обмануть. Мало того, что его сигналы намного сильнее на уровне земли, но и антенны для его микроволновых частот примерно в 10 раз более направленные, чем антенны GPS. Это означает, что будет легче уловить истинные спутниковые сигналы, чем сигналы от глушителя. "По крайней мере, это надежда", - говорит Хамфрис.

Согласно расчетам Хамфриса и Яннуччи, их объединенная навигационная система LEO может обеспечить непрерывное навигационное обслуживание 99,8% населения мира, используя менее 1% пропускной способности канала связи Starlink и менее 0,5% ее электрической энергии.

"Я действительно думаю, что это может привести к более надежному и точному решению, чем только GPS", - говорит Тодд Уолтер из лаборатории GPS Стэнфордского университета, который не принимал участия в исследовании. "И если вам не нужно модифицировать спутники Starlink для этого, это, безусловно, быстрый и простой способ".

Однако, необходимо учитывать 2 момента, первое, что существующие спутники первого поколения не могут быть использованы для данной идеи, а во вторых терминалы для улучшенной навигации и позволяющие получить мегабитные скорости должны принимать сигнал в Ку диапазоне (11/14 ГГЦ) со спутника СтарЛинк , и будут значительно больше, чем существующие навигаторы, работающие в L диапазоне (1-2 ГГц)

Starlink и Астрономы

Начиная с первого "поезда Илона Маска" - цепочки из 60 спутников, которые были очень хорошо видны на фоне звездного неба из-за "солнечного зайчика", начались трения SpaceX с астрономами, доходящие иногда до весьма высокого градуса.

https://youtu.be/fi9ZpbvkllI

Видео: спутники Starlink, снятые над Нидерландами

Прежде всего, причину, почему видны спутники Starlink, показывает этот рисунок:

Солнечные лучи отражаются от поверхности плоских фазированных антенн. Хотя все происходит в относительно небольшой промежуток времени после заката, это не сильно успокоило астрономов.

За прошедший с первого пуска 60 спутников Starlink год SpaceX предприняла титанические усилия, чтобы решить эту проблему. Сначала она применила специальное покрытие для плоских антенн с фазированными решетками, получившей кодовое имя DarkSat:

А потом придумали специальный козырек, защищающий антенны от солнечных лучей (VisorSat):

И вот, похоже, инженеры SpaceX смогли решить эту проблему. 6 августа 2020 г. на сайте наблюдателей за объектами в космосе появилась такая запись: "The Starlink satellite 'Visorsat' (spacetrack #45713) was not seen on 2020 August 6 at 01:21:00 UTC. A star of magnitude 6.7 was clearly observed in the field of view so the limiting magnitude was around 7. The observation was made with 15 x 50 binoculars under slightly hazy skies The satellite altitude was 482 km and its range was 502 km. regular Starlink satellite at that distance would be approximately magnitude 4.4. So, confirmation of this preliminary result would imply that Visorsat is, at most, only about 10% as bright as a regular Starlink satellite".

Для SpaceX это сильно облегчит задачу общественного признания и консенсуса относительно проекта Starlink в научной среде.

SpaceX обещает решить эту проблему. Но радиоастрономы также ищут возможности регулирования через ООН. Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства (UNOOSA), уже обсудило анализ подготовленный SKA на семинаре в начале октября 2020 года и рассматривает способы предотвращения загрязнения ночного неба светом и радиосигналами от спутников не только для астрономии, но и для диких животных. Астрономы также надеются, что вмешается и Международный союз электросвязи (МСЭ), Радиоастроном Майкл Гарретт, директор Центр астрофизики Джодрелл Бэнк в Соединенном Королевстве говорит. "На мой взгляд, только вмешательство правительства может остановить такое развитие событий".

Starlink и проблемы космического мусора

Проблемы космического мусора достаточно интенсивно обсуждались после двух инцидентов в космосе, породивших огромное количество обломков.

11 января 2007 года Китай провел успешное испытание противоспутникового оружия: метеоспутник FY-1C серии Fengyun, находящийся на полярной орбите высотой 865 км, был поражен прямым попаданием противоспутниковой ракеты. Ракета перехватила спутник на встречном курсе. В результате разрушения спутника и перехватчика образовалось облако обломков: системы наземного слежения зарегистрировали как минимум 2317 фрагментов космического мусора размером от нескольких сантиметров и более.

Первый известный случай столкновения в космосе произошел 10 февраля 2009 года: столкновение двух искусственных спутников - советского "Космоса 2251" с американским Iridium-33 на высоте 788,6 км. Скорости обоих спутников были приблизительно равны и составляли около 7470 м/с, относительная скорость была равна 11,7 км/с. Масса аппарата Iridium составляла 600 кг, а российского "Космос-2251" — 900 кг. В результате их столкновения образовалось около 600 обломков.

Эти два события, произошедшие очень близко по времени, переключили внимание экспертов на предотвращение именно столкновения спутников или их взрывов (особенно проблематичны в этом отношении вторые ступени ракет и разгонные блоки). Объявленные компанией OneWeb планы на сеть 900 спутников не привлекли особого внимания, так же как и заявка канадской компании Telesat на сеть из 300 спутников, но вот заявки SpaceX - сначала на сеть в 4425 космических аппаратов, а потом - с небольшим промежутком - и на 7000, изменили ситуацию коренным образом. FCC начала глубокий анализ предложенной группировки SpaceX в данном направлении.

Одним из результатов этой работы, вероятно, стало решение SpaceX уменьшить высоту орбиты своих спутников с 1100 км до 550 км, что гарантировало сход спутника с орбиты и его сгорание в атмосфере в течение пяти лет даже в том случае, если спутник будет полностью неуправляем. Например, время жизни спутника Starlink на орбите с наклонением 53°, в зависимости от ее высоты, по расчетам инженеров SpaceX составляло:

Наклонение орбиты в 53 градуса

Высота орбиты	Время жизни спутника на орбите
200 км	22 дня
250 км	100 дней
>300< км	344 дня
350км	2,0 года
400 км	2,9 лет

Кроме того, SpaceX проводила специальные расчеты для отдельных элементов своего спутника на предмет того, какие из них могут достигнуть поверхности Земли и какую "ударную" энергию они будут иметь.

Наклонение орбиты в 53 градуса

Составной элемент	Количество	Материал	Масса (кг)	Площадь сечения (кв.м)	Энергия (Дж)
Вал	1	Железо	1,66	0,47	2733
Части корпуса	5	Карбид кремния	1,50	2,79	961
Подшипник	5	Нержавеющая сталь	0,07	2,45	8
Кронштейн	12	Титан	0,03	4,92	6

После чего, начиная со второй партии в 60 космических аппаратов (версия Starlink 1.0), SpaceX изменила конструкцию своих спутников таким образом, чтобы не осталось элементов, которые могут не полностью сгореть в атмосфере и достигнуть поверхности Земли, имея силу удара, достаточную для нанесения человеку травм.

Кроме того, SpaceX разработала специальную программу по мониторингу своих спутников и их сближению с другими космическими аппаратами или их обломками, и сообщает о постоянном контроле за такими событиями.

Спутниковая задержка в сети SpaceX

Время задержки (англ. latency), или пинг, является для спутниковых сетей на низкой орбите огромным преимуществом по сравнению с сетями на геостационарной орбите (ГСО, 36 тыс. км над Землей). Для ГСО задержка в одном направлении составляет 600-800 миллисекунд и определяется временем, когда радиосигнал, достигнет спутника и вернется на Землю. Пинг равен двойному времени задержки. Большая задержка вносит большие проблемы для таких важнейших интернет-приложений как VPN-туннели, удаленный рабочий стол и даже телефонные разговоры, не говоря уже о компьютерных играх-шутерах. Именно малая величины задержки (пинга) является ключевым элементом для низкоорбитальных сетей и их главным преимуществом по сравнению со спутниками, работающими на геостационарной орбите. Для SpaceX критично иметь пинг менее 100 миллисекунд, что является критерием для FCC при рассмотрении заявок на гранты из бюджета для подключения абонентов в сельской местности (программа RDOF). При большей задержке получить этот грант практически невозможно. Если говорить о размере задержки, то для абонента она формируется из задержки в спутниковой сети (между гейтвеем и абонентским терминалом) и задержки в наземной сети – от гейтвея до ЦУС сети Starlink – точки обмена трафиком и нужного абоненту сайта.

Задержка в спутниковом сегменте состоит из трех составляющих:

1. Задержка в космическом пространстве (задержка там 3-4 миллисекунды),
2. Аппаратная задержка при модуляции и демодуляции IP-трафика в радиосигнал (это 5-20 миллисекунд),
3. Задержка в назначении ЦУС места в кадре (суперфрейме) для передачи трафика от гейтвея/терминала. Для ряда режимов работы, например, в случае использования частот в режиме выделенного канала, эта задержка может быть равна нулю. Для режимов множественного доступа с разделением по времени (TDM) эта задержка может достигать десятков миллисекунд.

В связи с вышеизложенным, предположения некоторых авторов о том, что передача информации для торговли на бирже в сети Starlink может быть быстрее, чем в наземных оптических сетях, за счет использования нескольких скачков через спутник, однозначно ошибочны - из-за накапливания аппаратной ошибки при приземлении на гейтвей и новом подъеме на спутник.

29 сентября 2020 года Space X направила в FCC письмо, в котором привела данные, полученные при закрытом бета тестировании абонентских терминалов в августе-сентябре 2020 года. В письме приведен следующий график недельного тестирования группы в 30 терминалов, с передачей файлов в течение 15 секунд. Было проведено более 1 млн измерений времени задержки.

Как видно из графика в 95% случаев задержка была менее 42 миллисекунд, и в 50% менее 30 мс, что отлично подходит к требованиям программы RDOF , но вряд ли может быть использовано для организации высокочастотного биржевого трейдинга...

Методы доступа к радиочастотному спектру

Среди методов доступа абонентского терминала к радиочастотному спектру на спутнике выделяют следующие:

1. С постоянным закреплением полосы частот за терминалом,
2. Доступ по требованию (Demand Assigned Multiple Access).

Первый метод значительно проще в аппаратной реализации, при этом за каждым терминалом закрепляется определенная часть частотного спектра на спутнике.

Спектрограмма использования частотного ресурса в режиме выделенного канала типа SCPC – Single Channel per Carrier
Спектрограмма использования частотного ресурса в режиме выделенного канала типа SCPC – Single Channel per Carrier

Преимуществом этого метода является быстрота установления связи – как только антенна терминала наводится на спутник, может начаться передача информации на гейтвей. Недостаток такого метода заключается в том, что спутниковый сегмент используется нерационально, так как большую часть времени абонентский терминал не передает информацию, КПД (или степень утилизации) такого канала редко превышает 5%. Так, например, если сервисный план сети Starlink будет обещать абоненту скорость 100/40 Мбит/с, то максимальное количество абонентов при использовании режима выделенного канала составит 6 Гбит/100 Мбит = 60 абонентов, что делает сеть глубоко убыточной.

Второй принцип - доступ нескольких абонентов к одному частотному каналу с временным или частотным разделением.

Методы с групповым доступом (TDMA – Time Division Multiple Access, FDMA – Frequency Division Multiple Access и т.д.), несмотря на сложность их реализации и требования синхронизации в отправке пакетов от абонентских терминалов, позволяют в несколько десятков раз эффективнее использовать частотный диапазон сети и передать в десятки раз больше информации (абонентского трафика).

Схема доступа к частотному ресурсу спутника при использовании группового доступа TDM/TDMA
Схема доступа к частотному ресурсу спутника при использовании группового доступа TDM/TDMA

Рис. Схема доступа к частотному ресурсу спутника при использовании группового доступа TDM/TDMA.

Также преимуществом таких систем является то, что в них возможно варьировать скорость передачи данных на отдельный терминал в широком диапазоне – система позволяет перенаправить практически всю пропускную способность шлюзовой станции на один абонентский терминал. Однако при этом существенно возрастает задержка в передаче, ибо назначением времени и места в кадре для посылки пакета абонентским терминалом занимается Центр управления сетью, и сначала информация о том, что абонентский терминал Х хочет выйти в интернет и начать передачу, должна поступить на ЦУС, быть там обработана, должно быть определено наличие свободных слотов в кадре на ближайшем спутнике (а в случае его полной загруженности - на другом), и информация о свободных частотах будет передана на гейтвей, а от него - на абонентский терминал. Только после этого они могут начать передачу, причем на этой частоте абонентский терминал будет передавать только в течение того времени, пока находится в мини-пятне с данной поляризацией и частотами, то есть не более 6-7 секунд, после чего терминал попадет в зону другого мини-луча, с другими частотами и/или поляризацией. Оптимальным является, если информация об объеме трафика, нужного абоненту, будет заранее сообщена в ЦУС, и тот сможет забронировать слоты в кадре для данного терминала во всех мини-пятнах, в которые будет попадать абонентский терминал при движении спутника над домом абонента. При наличии в памяти абонентского терминала подобной roadmap можно будет обеспечить бесшовную связь и непрерывный просмотр видео в интернете.

Естественно, при этом увеличивается сложность оборудования гейтвеев, абонентских терминалов и всей сети, требующей непрерывного управления от Центра управления, поддержания синхронной работы всех гейтвеев и абонентских терминалов.

Из общих соображений первый метод выделенного канала больше подходит при организации связи для военных/правительственных задач, а второй - для оказания услуг обычным коммерческим потребителям. В данный момент отсутствует информация, какой метод доступа к космическому сегменту и его детали будет использоваться в системе Starlink. Однако, учитывая, что первоначально проектом Starlink занимались выходцы из компании Broadcom, специализирующейся на наземном ШПД и 5G, протоколы доступа могут быть взяты из них.

29 сентября Space X направил в FCC письмо, парируя замечания из компании ViaSat к своей заявке на изменение сети StarLink, в данном письме впервые приведены данные о формате спутникового канала на линии к абонентскому терминалу:

Until recently, the network had been grouping user terminals in groups of 8 per radio-frame, instead of the 20 terminals per radio-frame the system supports. This operating choice is to support on-going optimization and testing of the network but has the consequence of introducing 2.5 times longer delay between radio-frames for a given user in a fully loaded cell, corresponding to the smaller group sizes. Importantly, this software feature has just been enabled and is specifically designed to optimize speeds in highly populated cells, increasing throughput by approximately 2.5 times.

Исходя из данного абзаца можно сделать вывод, о том что в канале используется метод доступа ТДМ.

Межспутниковые каналы связи (Inter-satellite links)

3 сентября 2020 года SpaceX сообщила о первых тестах межспутниковых каналов связи (Inter-satellite link, ISL).

О наличии таких каналов в группировке Starlink заявлялось еще в самом начале, однако позднее в спутниках первого поколения для экономии времени и средств от них отказались.

Межспутниковые каналы позволили бы решить проблему связи в тех районах планеты, где на земле невозможно установить гейтвей с подведенной к нему ВОЛС для доступа в интернет. В настоящее время Starlink не может предоставлять услуги в морях и океанах, кроме как на небольшом расстоянии от береговой линии, тем самым отрезая себя от весьма прибыльных рынков круизных лайнеров и коммерческих судов морского флота, а также и от большей части дальних полетов в мировой гражданской авиации.

Еще одним широко и горячо обсуждаемым достоинством ISL является то, что скорость распространения сигнала в космосе равна скорости света, а вот в оптическом кабеле она меньше, и теоретически задержка при использовании спутников Starlink с ISL будет меньше, чем при использовании трансатлантических подводных кабелей, связывающих США с Европой, Азией и Австралией, и это привлечет биржевых брокеров, торгующих на биржах этих континентов.

Перед тем как перейти к обсуждению, расскажем немного, собственно, о технологии лазерной связи. Уже сегодня лазеры широко используются при передаче огромных объемов данных по волоконно-оптическим кабелям. Их использование в космосе обладает еще большим потенциалом, отсутствие физической среды передачи позволит получить высокую скорость передачи информации. Другое преимущество лазеров заключается в том, что свет имеет длину волны, меньшую в 10 тысяч раз, чем длина волны используемых в космических коммуникациях радиоволн (или частота передачи в 10000 раз выше). Это означает, что свет лазера может распространяться более узконаправленным лучом, и будет требовать меньших по размерам приемных устройств для того, чтобы получить сигнал достаточной для обработки амплитуды. Помимо увеличения уровня безопасности космических коммуникаций, это позволит уменьшить вес, габариты коммуникационного оборудования, на доставку которого в космос тратятся немалые средства.

Рис. Вид бортового комплекта для лазерной связи LLCD (Lunar Laser Communication Demonstration), участвовавшего в эксперименте NASA LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) в 2013 году: связь между Землей и космическим аппаратом на орбите Луны.

Необходимо отметить, что пропускная способность канала связи определяется, в том числе, и диаметром приемной оптики, например, наземная приемная станция для данного эксперимента выглядела так:

Наземная приемная станция для эксперимента с лазерной связью
Наземная приемная станция для эксперимента с лазерной связью

При этом скорость передачи с орбиты Луны достигла 622 Мбит/с, но скорость передачи в обратном направлении, несмотря на большой размер передающей с Земли станции, составила не более 20 Мбит/с. То есть размер приемной оптики и расстояние между передатчиком и приемником сигнала играют ключевую роль.

В настоящее время основной упор делается на использовании лазерной связи для связи Земли и искусственных спутников Земли. Например, один бортовой комплект разработки Mynaric AG (Германия) для лазерной связи весит 7-15 кг. Этот комплект может передавать 10 Гбит/с на 4500 км. Производитель рассматривает скорость 100 Гбит/с, но его текущие продукты работают на скорости 10 Гбит/с. Отметим, что приемный терминал на Земле для получения данных на таких скоростях имеет более чем внушительные размеры.

На рисунке показан наземный лазерный терминал Mynaric.

Наземный лазерный терминал Mynaric
Наземный лазерный терминал Mynaric

По данным Mynaric, наведение, захват и слежение за космическим аппаратом - самая сложная проблема в космической лазерной связи. Фундаментальный компромисс здесь заключается в поиске компромисса между точностью наведения и мощностью светового пучка: чем меньше расходимость (рассеяние) светового пучка, тем выше сигнал на приемнике, но в этом случае выше требование по точности наведения. Расходимость пучка света современного лазера может достигать 10 мкрад (или 0,00057 градуса). Отметим, что в этом случае пучок света на расстоянии в 1000 км имеет диаметр всего 10 метров, и задача "попасть" им в другой спутник будет чрезвычайно сложной для системы наведения.

При этом необходимо помнить, что при связи между спутником и Землей мы имеем на одной стороне жестко фиксированный в пространстве объект, при межспутниковом канале связи сложность организации сеанса связи практически удваивается.

Если же аппаратура на спутнике не может обеспечить такую точность наведения, то остается смириться с широким рассеянием луча, что при фиксированной мощности передатчика на борту спутника и размером оптического приемника значительно уменьшает пропускную способность такого канала связи.

Также отметим еще один момент: если для одиночного спутника для его связи с Землей достаточно одного комплекта лазерной связи, который в сеансе связи будет сориентирован на Землю, то в такой сложной и многоспутниковой системе как Starlink для организации сервиса - то есть непрерывного канала связи в любое время суток - каждый спутник должен иметь 4 комплекта лазерных коммуникационных модулей, сориентированных по всем четырем направлениям. При этом отметим, что даже с четырьмя модулями необходимо будет обеспечить отклонение луча в модуле в диапазоне 90° (плюс /минус 45° от оси), что делает конструкцию такого модуля чрезвычайно сложной и, возможно, потребует наличия механических поворотных устройств в модуле лазерной связи. Если же угол отклонения в 45° не будет гарантирован автоматически, то возникают "мертвые" зоны для приема/передачи у конкретного спутника, что приведет к тому, что связь будет организована не по кратчайшему маршруту, а управление передачей по ISL потребует непрерывного расчета "мертвых зон" у каждого спутника в каждый момент времени и учета этого при прокладке "маршрута" .

Отдельным вопросом является компоновка размещения модулей на спутнике. Спутник Starlink сейчас оптимизирован для максимально плотной укладки внутри обтекателя ракеты Falcon 9 и имеет форму прямоугольника с достаточно малой высотой, но именно на этой "короткой" стороне будет необходимо разместить оптические модули, по одному на каждую сторону. Вопрос в том, удастся ли вписать их в нынешнюю конструкцию спутника, даже с учетом того, что SpaceX будет сама проектировать модули для лазерной связи и их оптику. Судя по описанию аппаратуры оптической связи, управление направлением луча реализуется системой линз, и такая оптическая часть требует достаточно больших габаритов, если речь идет о передаче с высокой пропускной способностью.

Отметим также, что передатчики для лазерной связи являются новыми потребителями энергии на борту, а их КПД не превышает 25%, то есть возникает задача утилизации и сброса в космос оставшихся 75% затраченной энергии, что является хотя и не критической, но, тем не менее, требующей инженерного решения задачей.

Отдельной, гораздо более сложной и важной проблемой является управление трафиком, направляемым в оптический канал связи. Напомним, что существующие "классические" спутники связи на геостационарной орбите являются ретрансляторами, то есть по сути зеркалами, они получают с Земли сигнал на одной частоте и передают его со спутника на Землю на другой, но не меняя модуляцию и другие параметры самого сигнала.

Для понимания покажем на элементарном примере, что такое модуляция и как передается полезная информация в радиосигнале.

Различают несущую частоту (carrier wave) и модулирующий сигнал. Если мы говорим о передаче аналогового сигнала, то на несущую частоту накладывается другой сигнал, меняя амплитуду несущей частоты:

А) вид сигнала несущей частоты,

Б) вид модулирующего сигнала (полезной информации),

В) вид передаваемого сигнала с полезной информацией.

Модуляция и передача полезной информации в радиосигнале
Модуляция и передача полезной информации в радиосигнале

Для передачи цифровой информации несущая частота и модулированный сигнал с полезной информацией выглядят так:

Несущая частота и модулированный сигнал с полезной информацией
Несущая частота и модулированный сигнал с полезной информацией

Главным здесь является отсутствие обработки (демодуляции) сигнала на борту спутника и, соответственно, аппаратуры для этого.

Так, при работе в Кu-диапазоне сигнал передается с гейтвея на борт спутника на частотах 14-14,5 ГГц, на борту сигнал меняет несущую частоту и с неизменной модуляцией (полезной информацией) передается вниз на абонентский терминал на частотах 10,7-11,2 ГГц. Однако включение в архитектуру сети Starlink лазерных каналов связи потребует наличия на борту спутника маршрутизации и разделения информационных потоков от абонентского терминала на те, которые будут переданы вниз на гейтвей или далее по межспутниковому каналу. Самый простой путь без существенного усложнения конструкции самого спутника - это выделение специального диапазона частот в рамках общей полосы, по которому передаваемые сигнал и информация при попадании на борт спутника направляются исключительно в межспутниковый канал связи. То есть радиосигнал высокой частоты, несущий данные, накладывается на световой сигнал перед передачей по оптическому каналу с длиной волны 1000-1500 нм (технология типа RF over fiber). Это проще, но означает, что:

а) пропускная способность межспутниковых каналов будет изначально ограничена,

б) весь частотный ресурс, задействованный для передачи информации, передаваемой далее по межспутниковым каналам связи, будет исключен для обслуживания обычных абонентов в тот период, когда спутник летит над территорией, где достаточно гейтвеев и нет нужды в межспутниковых каналах,

В) с большой долей вероятности будут нужны особенные абонентские терминалы, работающие в двухчастотном режиме.

Альтернатива данному варианту — это обработка информации на борту спутника. То есть полученный от абонентского терминала радиосигнал демодулируется и декодируется до уровня IP-пакетов, направляется в маршрутизатор, который уже распределяет информацию в радиочастотный или оптический канал связи.

Данный метод позволяет гибко использовать весь доступный частотный диапазон, не требует специальных абонентских терминалов, но требует наличия на борту маршрутизатора, способного обработать пакеты на скорости до 20 Гбит/с. При этом процессор такого маршрутизатора должен работать не в строго климатизированном помещении дата-центра с узким диапазоном рабочих температур, а в условиях открытого космоса, где температуры даже при наличии мощной СОТР (системы охлаждения и терморегуляции) будут находиться в большем диапазоне температур. При этом наличие мощной СОТР, несомненно, отразится на массогабаритных параметрах спутника.

Заметим, однако, что все вышеуказанные проблемы носят технический характер и в принципе решаемы.

Наличие межспутниковых оптических каналов приведет к появлению разных услуг для потребителя. Он может получить доступ в интернет через обычный гейтвей по базовым тарифам и со "стандартной" задержкой в канале, а может выбрать опцию "быстрой" связи, когда его информация отправится по межспутниковым каналам связи и "опустится" на Землю только на ближайшем к конечному пункту гейтвее. Безусловно, эта "быстрая" передача данных будет дороже, а стоимость трафика, передаваемого таким путем, естественно будет выше.

Безусловно, отдельная чисто коммерческая задача — это расчет того, насколько стоимость такого "быстрого" трафика должна быть выше, чем обычного, и главное - найдется ли достаточное число клиентов, готовых оплатить такое принципиальное изменение архитектуры сети и связанные с этим инвестиции в космический сегмент.

Напомню в этой связи слова Джонатана Хофеллера, вице-президента по коммерческим продажам SpaceX: "Мы должны убедиться, что это рентабельно, перед тем как создать это [SL] и внедрить в группировку Starlink".

Есть еще один аспект наличия межспутниковых линий связи в группировке Starlink, который, возможно, не привлек пока внимания специалистов SpaceX. Внедрение ISL позволит абоненту сети Starlink выходить в интернет с территории другой страны или передавать информацию с одного терминала на другой, минуя какие-либо наземные узлы связи.

Однако практически все страны, и уж тем более развитые, имеют в своем законодательстве нормы, обязывающие всех операторов связи обеспечить возможность доступа спецслужб к передаваемому в их сетях трафику. Речь идет именно о гарантии обеспечения доступа, будут ли спецслужбы читать переписку или нет, это уже вопрос суда и других норм местного законодательства. А вот операторы связи должны это обеспечить. В США это регулирует The Communications Assistance for Law Enforcement Act (CALEA), принятый в эпоху Билла Клинтона, еще до событий 9/11. Нормы этого закона и требования к телеком-операторам в США недалеко ушли от российского законодательства по СОРМ и соответствующих требований к российским операторам связи, такая же ситуация и в большинстве других государств.

Требования обеспечения СОРМ ставят две группы проблем. Одна из них - чисто внутриамериканская – как SpaceX убедить ФБР, что она выполняет требования CALEA. Возможно, это будет список предварительно одобренных ФБР абонентов Starlink, которые могут использовать сервис с ISL, может будет запрещено направлять абоненту в США трафик с происхождением вне территории США, может ISL будет передавать трафик, поднятый только через гейтвеи на территории США. В общем, вариантов много и они - предмет дискуссии между SpaceX и ФБР, в конце концов Илон Маск - добропорядочный гражданин США и патриот этой страны.

Но вопрос доступа спецслужб к трафику абонентов начинает смотреться совсем иначе, если мы говорим о другой стране.

Если до внедрения межспутниковых каналов связи SpaceX могла убедить любого национального регулятора в сфере телекоммуникаций в том, что весь трафик для абонентов данной страны пойдет с гейтвея на ее территории, на котором спецслужбы/полиция поставят соответствующее устройство police interceptor, то с наличием ISL они должны будут либо поверить на слово частной американской компании, либо подписать некое соглашение о сотрудничестве с ФБР, передав ФБР часть полномочий в перехвате трафика потенциальных преступников из этой страны. В любом случае, речь пойдет об ограничении национального суверенитета на собственной территории для абонентов сети Starlink.

Безусловно наладить обмен данными внутри США и их союзников по НАТО или Западному миру будет, скорее всего, возможно, однако даже в этих странах есть внутренние конфликты, как, например, в Испании - вопрос сепаратизма Каталонии, или в Турции - противостояние Эрдогана и его противников, где нет криминала или терроризма, но власти страны ограничивают или могут ограничить отдельные сайты в интернете или интересоваться перепиской отдельных своих граждан. То есть, по сути, Испания или Турция должна обязать США следить за их политическими оппонентами, даже если правительство Соединенных Штатов не считает их преступниками

А если мы вспомним Саудовскую Аравию (союзника США), то вряд ли она будет готова открыть своим гражданам полный доступ к сайтам эротического содержания или веб-ресурсам, критикующим действующего монарха.

Одним словом, внедрение межспутниковых каналов связи в группировке SpaceX вызовет серьезнейшие проблемы для ее выхода на коммерческие рынки связи других стран.

Таким образом, можно сказать, что Спейс SpaceX стоит на распутье. Если внедрить межспутниковые каналы связи, то ее сервис вызовет значительный интерес со стороны военных, а также круизных и судоходных компаний, базирующихся в США, но шансы на предоставление коммерческих услуг связи на рынках других стран значительно ухудшатся.

Что у Starlink впереди?

В данный момент FCC одобрила для SpaceX две заявки для сетей в Ка/Кu- и V-диапазонах с общим количеством спутников около 12 тыс. С момента начала развертывания сети (это первый пуск спутников версии v1.0 11 ноября 2019 года) на орбиту выведено примерно 650 космических аппаратов (или примерно 65 единиц в месяц). Если вывод будет идти такими же темпами, то для окончания развертывания сети первого этапа в количестве 1584 спутников потребуется 14 месяцев. Если же темп запуска будет соответствовать ранним планам, озвученным главой SpaceX Гвинни Шотвел – два пуска в месяц, то потребуется 8 месяцев. Учитывая, что на подъем до орбиты и "расстановку" спутников по рабочим местам необходимо 3-4 месяца, можно ожидать, что минимальный срок полной готовности первого этапа сети Starlink — это конец 2021 года.

Для полного развертывания сети (согласно одобренной заявке FCC в 4408 спутников с темпом 120 в месяц) потребуется минимум 30 месяцев. Но здесь возникает следующая проблема – ожидаемый срок жизни спутника на орбите - 5 лет, то есть вся группировка должна быть обновлена в течение пяти лет, что выливается в необходимость менять на орбите каждый день по 2,5 спутника или запускать по 60 спутников (грузоподъемность ракеты носителя Falcon 9) каждые 24 дня.

Если учесть, что часть спутников могут выходить из строя не из-за исчерпания рабочего тела на борту, а по причине отказа в оборудовании, темп должен быть еще выше.

Однако, помимо сети Ка/Кu, есть еще сеть V-диапазона в количестве 7518 спутников, для поддержания которой необходимо запускать уже минимум 4 спутника в день (хотя торможение из-за остатков атмосферы на высотах 340 км, где планируется разместить данную группировку, значительно сильнее и, возможно, обновлять ее придется не раз в 5 лет, а чаще).

В любом случае, если исходить из пусков на Falcon 9, то поддержание сети V-диапазона — это еще два пуска в месяц. В итоге для поддержания обеих сетей потребуется 7 пусков в 2 месяца.

Но это еще не все. Уже сейчас в FCC подана заявка на сеть Ка/Кu второго поколения в составе 30 тыс. спутников Starlink. Если исходить из необходимости развернуть ее за 5 лет, потребуется запуск не менее 500 спутников каждый месяц. Здесь ясно, что пересчитывать это число в пуски на Falcon 9 бессмысленно, и в планах SpaceX задействовать создаваемую ею многоразовую космическую транспортную систему Starship/Super Heavy.

Возможно, именно в расчете для нее и изменена планировка сети, в поколении 2 должны появиться три орбитальные суперплоскости, каждая с 7178 спутниками, то есть расстояние между соседними спутниками составит всего 6 (шесть!) километров. Учитывая скорости, с которыми двигаются спутники на орбите, звучит это крайне удивительно, как и собственно необходимость в такой архитектуре, помимо одной причины – так проще выводит спутники с помощью Starship, их не надо будет разводить по разным плоскостям.

Указанные цифры и масштабы настолько выпадают за границы привычного мира спутниковых коммуникаций, где счет идет на единичные космические аппараты, и крупнейшие в мире спутниковые операторы со стажем в 30+ лет - SES и Intelsat - имеют на орбите по 50-70 спутников, что вызывают мысленное отторжение и неверие старожилов отрасли в планы SpaceX. Тем более что пока никто, включая и саму SpaceX, не представил анализ потребностей рынка в такой огромной емкости и тарифную политику, которую можно было бы оценить как на возможность продать всю эту емкость по заявленным тарифам, так и на то, а хватит ли собираемых денег на описанное выше непрерывное производство спутников, их запуск и управление на Земле всей этой гигантской группировкой.

Из осторожности можно сказать, что сегодняшний скептицизм экспертов из телекома относительно реализации полномасштабной версии проекта Starlink имеет на то серьезные основания.

Заключение

Starlink является крупнейшим проектом в области спутниковой связи, а возможно, и всей отрасли телекоммуникаций в ХХI веке , и дает теоретически шансы на то, что спутниковая связь снова вернется в "игру", ибо последние 20 лет она постепенно уступала волоконно-оптическим линиям в сегменте магистральных каналов и сотовой связи – на рынке широкополосного доступа в интернет для конечного потребителя.

Проект Starlink надо рассматривать в двух аспектах: технологическом и коммерческом. И несмотря на всю техническую сложность проекта, по моему мнению, шансы SpaceX на создание работающей системы спутникового широкополосного доступа на низкой орбите весьма высоки.

А вот достижение коммерческого успеха - выход проекта на рентабельность, возврат денег инвесторам и зарабатывание прибыли сегодня кажется не в пример более сложной задачей. И аналогичная история проекта Iridium - яркое напоминание об этом.

Нам предстоит в ближайшие 2-3 года увидеть, что же получится у SpaceX и Илона Маска.