Энциклопедия Starlink. Рождение, структура и развитие. ч.1⁠⁠

Рождение проекта Starlink

Если вернуться к истокам этого проекта, 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 и фонд Liberty Global.

В 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 3 млрд 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° южной и 45° северной широты. Очевидным недостатком проекта было то, что для приема интернета был нужен комплекс из двух антенн диаметром 2,4 м и стоимостью $120 тысяч. 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.Такой сервис был положительно 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.

Грег Уайлер воплощает мечту о всемирном интернете с негеостационарных спутников с 2007 года

Марк Кребс стал автором патентной заявки Google на спутниковую группировку для ШПД с сетью наземных шлюзовых станций и межспутниковыми линиями связи

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

Таким образом, можно точно утверждать, что в 2013-2014 годах 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 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 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%-ным 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:

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 переименованы в Tintin-А и Tintin-В.

Первые два тестовых спутника группировки Starlink: 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 года 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. – SpaceX направил в FCC заявку на включение и работу 1 млн 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 10 – 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 тысяч 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 семь лет. Не позднее чем через семь лет (иначе заявка аннулируется) оператор обязан начать развертывание своей спутниковой сети таким образом, чтобы в первые два года было запущено 10% космических аппаратов, 50% – в течение первых пяти лет, а вся группировка (100% заявленных спутников) – через семь лет. Если оператор не смог выполнить это условие, 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 км 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 три месяца, а публичные – примерно через шесть 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 второе поколение сети Starlink в составе 30 тысяч спутников на орбитах от 328 км 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 обратилась в FCC с просьбой расширить до 5 млн запрошенное ранее разрешение на 1 млн абонентских терминалов, обосновав, что к ее системе проявлен огромный интерес и компания получила 700 тысяч заявок на тестирование.

7 августа 2020 г. – 10-й пуск 57 космических аппаратов Starlink (девятый пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены два спутника BlackSky.

18 августа 2020 г. – 11-й пуск 58 космических аппаратов Starlink (10-й пуск спутников версии 1.0). Дополнительно запущены три спутника SkySat.

3 сентября 2020 г. – 12-й пуск 60 космических аппаратов Starlink (11-й 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).

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 шли 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 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 шесть 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.

Финансовые планы Starlink по выручке и операционной прибыли от января 2017 года

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 года.

Выглядеть это должно было так:

Группировка Starlink (разные наборы орбит окрашены в разные цвета)

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

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

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

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 группировка Starlink видит ее в следующем виде: 72 орбитальные плоскости с наклонением 53° по 22 спутника в каждой на высоте 550 км (возможно, что и это не окончательный вариант). Выглядит это так:

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°);

Наземный сегмент:

- Центр управления сетью (Network Management System),

- Шлюзовые станции (Gateway),

- Абонентский терминал (User Terminal).

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-Анджелес), SEA (Сиэтл), ORD (Орландо), LGA (Нью-Йорк), SJC (Сан-Хосе), DFW (Даллас), IAD (Вашингтон).

В следующем посте опишем функционал каждого элемента.

Сергей Пехтерев,

к.т.н., акционер ГК AltegroSky

https://www.comnews.ru/content/209438/2020-10-07/2020-w41/en...