Как работают спутники системы Starlink на самом деле?⁠⁠

Давайте взглянем поближе на орбитальную группировку спутников Starlink, созданную для обеспечения высокоскоростного интернета по всему миру с минимальной задержкой сигнала.

60 спутников Starlink на адаптере Falcon 9 — за мгновения до вывода на орбиту.

Многих людей во всём мире удивил и даже встревожил знаменитый «паровозик» из десятков ярких спутников, стремительно проносящийся последние пару лет по ночному небу. И хотя внешний вид этих аппаратов SpaceX системы Starlink, пролетающих над нашей головой, может сбить с толку непосвящённых, то, как именно они работают, остаётся загадкой даже для некоторых из тех, кто уже знает об этом амбициозном проекте.

Группировка Starlink, предназначенная для обеспечения высокоскоростным Интернетом удалённых сельских районов представляет собой огромную сеть сеть взаимодействующих друг с другом спутников. В течении последних нескольких лет примерно каждые пару недель ракета SpaceX Falcon 9 взмывала ввысь и выводила новую партию из примерно 60 аппаратов Starlink на низкую околоземную орбиту. Когда эти спутники размером с обеденный стол перемещаются к своим заданным орбитам, они отражают свет, мешая как астрономам-любителям, так и их профессиональным коллегам.

По состоянию на июнь 2021-го года насчитывается более 1500 активных спутников Starlink, что делает эту систему крупнейшей спутниковой группировкой Земли. Фактически, компания SpaceX сейчас владеет более чем половиной всех активных аппаратов, вращающихся вокруг нашей планеты. В конечном итоге Илон Маск планирует, что Starlink будет состоять из многих тысяч — или даже десятков тысяч — спутников, обеспечивающих весь земной шар высокоскоростным Интернетом с минимальной задержкой сигнала.

Несмотря на внимание, которое привлекли старты космических кораблей Starship и Crew Dragon, именно Starlink сейчас держит пальму первенства по числу запусков в космос. Маск часто говорит о высадке людей на Марс, но вполне очевидно, что орбитальная группировка Starlink является его главным приоритетом — пусть даже только для финансирования финансирования идей эксцентричного миллиардера о межпланетных путешествиях.

Просочившиеся документы дают нам понять, что к 2025-му году SpaceX рассчитывает получить в пять раз больше доходов от Starlink, чем от всех других своих проектов вместе взятых.

Эта потенциальная прибыль спровоцировала космическую гонку за создание спутникового Интернета, который, по мнению многих, скоро станет неизбежной реальностью. Такие компании, как Amazon или OneWeb, также работают над собственными аналогичными системами, известными как мегагруппировки. Даже Китай в ближайшие годы хочет начать разработку проекта, подобного Starlink.

Предоставлено Egon Filter

Решение проблемы медленного спутникового интернета

Спутниковый интернет может быть очень медленным. В противовес своим традиционным собратьям (и чтобы передавать больше данных с минимальными задержками), спутники Starlink располагаются на гораздо более низких орбитах — всего в 550 километрах над поверхностью Земли. В результате Starlink полезен для таких вещей, как видеозвонки или онлайн-игры, которые практически не поддерживаются существующими космическими интернет-провайдерами. В конечном итоге ожидается, что скорость передачи данных в системе Starlink достигнет одного гигабита в секунду без каких-либо существенных ограничений. Этого более чем достаточно даже для продвинутых частных пользователей. Но эта же низкая орбита также является одной из основных причин, почему спутники Starlink так ярко сияют в нашем ночном небе: они расположены к нам слишком близко.

После запуска ракета-носитель Falcon 9 выводит свою партию из 60 спутников Starlink на начальную «парковочную» орбиту на высоте около 440 километров над Землей. Затем каждый отдельный аппарат разворачивает солнечные панели и начинает своё неспешное движение к заданной точке. Каждый такой спутник использует двигатели для постепенного подъема на большую высоту, перемещаясь к своей конечной орбите, расположенной примерно на 160 км выше Международной космической станции. По мере того, как эти устройства удаляются от планеты, они становятся тусклее, отражая всё меньше солнечного света обратно на Землю.

В прошлом спутники телевизионной связи использовали гораздо более высокие орбиты. Это связано с тем, что столь относительно далёкое расположение от Земли делает их «видимыми» для спутниковых антенн в большей географической области. Но поскольку орбита группировки Starlink расположена гораздо ближе к планете, требуются тысячи спутников для одновременного глобального покрытия всей планетарной сети.

Разумеется, космические аппараты Starlink гораздо меньше обычных спутников — их классифицируют как малые спутники (smallsats) — и весят они всего 250 килограммов каждый. Некоторые даже называют их летающими маршрутизаторами. Отчасти поэтому клиенты должны также покупать наземную антенну, чтобы подключиться к интернет-сервису Starlink.

Эту антенну ошибочно называют «Starlink», но также она получила прозвища «НЛО на палке» или «Dishy McFlatface» (приблизительно переводится как «Соблазнительный Плосколицый» — прим. ред.). Будучи подключённой к источнику питания, эта самонаводящаяся антенна быстро сканирует небо и фиксируется на ближайшем спутнике — но лишь в том случае, когда температура окружающей среды ниже 50 градусов Цельсия, согласно недавним отчетам ArsTechnica. Затем она легко поддерживает связь, поскольку когда один спутник Starlink исчезает за горизонтом, в поле зрения появляется новый.

Первая рабочая партия спутников Starlink была запущена в 2018-м году на ракете SpaceX Falcon 9.

Будущее мегагруппировок

Первоначально SpaceX планировала оборудовать каждый спутник специальным лазером для связи со своими соседями. Но первая партия аппаратов Starlink была запущена без этого оборудования.

Поэтому на данный момент группировка полагается на систему наземных станций, так называемые «шлюзы». Эти станции расположены по всему миру и обмениваются сигналами со спутниками Starlink, подключая их к существующей оптоволоконной инфраструктуре. Таким образом, домашняя антенна подключается к аппарату Starlink при его попадании в «поле зрения», что, в свою очередь, связывает пользователя с ближайшим «шлюзом». В результате, помимо собственной антенны, клиентам необходимо иметь наземную станцию в радиусе примерно восьмисот километров от их местоположения, чтобы пользоваться соответствующими услугами.

Однако это неудобство скоро исчезнет. Инженеры Starlink уже экспериментируют с партией тестовых спутников, в которых для связи используются лазеры. Вместо того, чтобы соединять пользователей с ближайшей наземной станцией, лазеры позволили бы спутникам общаться друг с другом напрямую со скоростью света, которая в космическом вакууме выше, чем в оптоволоконных кабелях. Во время общения в формате Reddit AMA («Спроси меня что угодно») инженеры компании заявили, что технология все ещё слишком дорога и сложна для производства в больших объемах, но они ожидают, что она будет развернута в будущих поколениях спутников.

Ещё совсем недавно подобные проекты сталкивались с серьёзными трудностями в реализации.. В 1990-х годах сразу несколько компаний пытались развернуть похожие системы, но потерпели неудачу и в конечном итоге обанкротились. Эти проекты провалились из-за дорогостоящих запусков спутников и электроники, которая на тот момент была не настолько продвинутой для выполнения подобных задач. Столь разочаровывающие истории «успеха» заставили даже Маска сбавить ожидания от системы при обсуждении Starlink на самом начальном этапе проектирования системы.

Тем не менее, запуски Starlink стали настолько обыденными, что в прошлом месяце SpaceX отметила свой 100-й успешный старт Falcon 9 подряд. Более 10 000 клиентов уже получили доступ к бета-версии интернет-сервиса Starlink даже после развёртывания лишь небольшой части орбитальной группировки. Теперь очевидно, что SpaceX не только произвела революцию в индустрии запуска ракет, но и нашла перспективный вариант их использования, чтобы задействовать все преимущества быстрой миниатюризации современной электроники.

Всё более вероятно, что Starlink поможет решить проблемы с высокоскоростным интернетом, по крайней мере, в некоторых сельских районах. А с учетом того, что Маск планирует в конечном итоге запускать сотни таких спутников с каждым стартом космического корабля Starship, большая часть планеты когда-нибудь сможет получить доступ к космическому интернету. Тем более, что по заявлениям компании, сейчас производятся шесть аппаратов Starlink в день.

Остаётся лишь один вопрос: сколько конкурентов последуют за Маском и сколько спутников в конечном итоге составят эти мегагруппировки?