Спутниковая связь от А до…Низкоорбитальные Спутниковые Группировки

[vsatman888]

Это статья не только о том, что объединяет все спутниковые группировки на LEO , но  и надеюсь, начало цикла по истории проекта StarLink , ибо постов о нем я написал около полусотни, и надо бы постараться собрать их все это воедино..

Ну а пока , про группировки на НГСО , что их объединяет, их плюсы и минусы..



Коммерческая Спутниковая связь существует по большому счету всего полвека. Начиная с запуска 6 апреля 1965 года первого коммерческого спутника  Early Bird  развитие отрасли проходило относительно планомерно, запускались все более тяжелые ИСЗ,


Экспресс АМ5 , российский ИСЗ на "тяжелой" платформе  с 4 диапазонами частот : L, C. Ky и Ка

создавались, приватизировались и объединялись компании операторы спутников, осваивались новые диапазоны.. Все шло в рамках эволюции.. Все знали, что спутники должны быть на Геостационарной орбите:  36 000 км над экватором,  на этой орбите они вращаются на той же скорости, что и Земля и неподвижны относительно антенны, направленной на них с Земли. И оператору достаточно было запустить один единственный спутник, чтобы начать бизнес.


А спутниковая антенна могла иметь размер в несколько метров (это размер постепенно уменьшался и начав с диаметра минимум в 10 метров достиг сегодня каких то 70 сантиметров)  и неподвижно стоять на земле.

Первая попытка «революции» произошла в самом конце прошлого века - в головы инженерам пришла идея спутникового телефона, который всегда и везде на связи - достаточно запустить несколько десятков спутников недалеко от Земли  и вот оно счастье. Первооткрывателем тут стал проект Иридиум, а как только он стал собирать деньги с инвесторов, то рядом возникли близнецы конкуренты Глобалстар, ICO (АйКо) и Teledesic.  Увы, одновременно произошла и революция в сотовой связи, стандарт GSM покорил мир, и желаемые 3 доллара за минуту разговора и миллионы абонентов, заложенные в бизнес планы стали несбыточной мечтой.  Иридиум и ГлобалСтар уже запустившие свои спутники  банально обанкротились после начала предоставления услуг. Проекты АйКо и Teledesic просто самораспустились, вернув акционерам хотя бы немного денег..

Потребовалось время,  чтобы выросло новое поколение изобретательных  инженеров, и разбогатело  поколение непуганных инвесторов, но 15 лет никаких революционных идей в отрасли спутниковой связи не наблюдалось. И вот  в середине второго десятилетия ХХI века спокойствие закончилось - снова возникли проекты низкоорбитальных систем готовых осчастливить человечество теперь уже не телефонной связью, а широкополосным интернетом в любом месте Земного шара, куда случится забрести хомо сапиенсу.

Давайте разберемся, в чем собственно недостатки существующей на сегодня спутниковой связи и соответственно в чем бизнес идея новых проектов  спутниковых группировок на низкой орбите?

1. Геостационарная орбита (36 000 км над экватором) уже давно и плотно обжита. Чтобы спутники не мешали друг другу (их абоненты на Земле не попадали лучом в соседний спутник), они не могут стоять ближе, чем на расстоянии 2 градусов орбитальной дуги, соответственно в наиболее интересных для бизнеса регионах поставить новый спутник уже невозможно. Данное ограничение действует тогда когда ИСЗ имеют одинаковые зоны освещения и используют одни и те же частоты.
2. Спутниковая задержка - основной недостаток спутниковой связи с использованием геостационарной орбиты это спутниковая задержка - сигнал от абонентского терминала до спутника идет не меньше 300 миллисекунд  и еще столько же обратно. Такая задержка сильно усложняет  работу телефонии и закрытых корпоративных сетей с шифрованием и VPN туннелями, а так же различных онлайн приложений от игр стрелялок до торговли на бирже.
3. Большое расстояние от Земли до геостационарной орбиты сильно ослабляет сигнал и соответственно скорость в спутниковом канале. Чем ближе спутник к Земле тем меньший размер антенны и мощность передатчика, которые  можно использовать в абонентском терминале (или при тех же размерах терминала значительно увеличить скорость передачи информации).
4. Сигнал с геостационарных спутников не виден на полюсах Земли. Практически связь выше полярного круга при работе с геостационара неэффективна. В то же время  имеется очень много авиамаршрутов из Северной Америки в Юго Восточную Азию именно через Северный полюс.
5. При стремительном развитии интернета и интернета вещей возможна ситуация когда  ресурса спутников на Геостационарной орбите не хватит для всех потенциальных абонентов в определенных регионах и необходимо увеличить предложение емкости

Новые спутниковые группировки из сотен ИСЗ  позволяют решить все эти проблемы - появляются сотни новых спутников, благодаря низкой орбите (  примерно от 500 до 1100 км), задержка равна всего 15..25 миллисекундам и появляется шанс передать сигнал из Токио до биржи Лондона быстрее чем по ВОЛС, и на Земле не остается ни одного уголка,  где не будет широкополосного интернета.
Но не все так просто - основные проблемы ВСЕХ планируемых  низкоорбитальных спутниковых группировок:

1. Огромный размер начальных инвестиций - не менее 3 млрд долларов
2. Небольшой срок жизни спутника на низкой орбите 5-7 лет из за наличия на этой высоте остатков атмосферы, тормозящих ИСЗ. Для примера спутник на геостационарной орбите «живет» 15 лет, соответственно будут большие расходы на постоянное обновление группировок на НГСО. 
3. Частоты выделяются на вторичной основе и у всех новых группировок есть необходимость координации используемых частот с теми, кто уже работает в космосе. . Пока позиция конкурентов с геостационарной орбиты весьма проста - NET.. Поэтому  вариантов работы ИСЗ на низкой орбите , когда его сигнал совпадает с линией сигнала от Геостационарного ИСЗ,  всего два :  либо выключать свой сигнал, либо отклонять в сторону передающую антенну спутника на НГСО.
4. Для пользования спутниковым интернетом нужен абонентский терминал, который может непрерывно следить за спутником быстро перемещающимся над ним (Спутник будет в зоне видимости это примерно 80-90 угловых градусов)  абонентского  терминала от 5 до 10 минут). Чтобы обеспечить непрерывность сервиса надо либо ставить рядом 2 антенны: пока одна работает через ИСЗ над терминалом, вторая готовиться подключиться к новому ИСЗ и «вести» его. Либо терминал должен иметь антенну с фазированной решеткой, которая сможет переключаться на новый ИСЗ  менее чем за миллисекунду. Такие терминалы сейчас имеют размер около 70..90  см в диаметре  и стоят от 25.000 Долларов
5. Океаны занимают 70% Земли, то есть 70%  емкости новых спутниковых систем будут практически не использоваться.
6. Хотя 3 миллиарда землян не имеют доступа к ШПД,  но большая их часть живет на менее 100 долларов в месяц, у них нет денег оплатить новый сервис. У «золотого» миллиарда жителей Европы и Северной Америки  деньги есть, но их потребности в интернете практически полностью закрывают сотовые операторы и кабельные провайдеры
7. Новые спутниковые операторы должны получать право на использование частот,  разрешение на предоставление услуг  (то есть выполнить местные требования СОРМ)  в каждой стране, где они хотят предоставлять сервис.
8. Операторы новых группировок должны обеспечить «чистоту» в космосе, то есть гарантировать, что их ИСЗ после окончания работы благополучно вернутся (сгорят в атмосфере) Земли, при этом никого   там не убив..

Число проектов низкоорбитальных спутниковых группировок уже перевалило за десять, но мы остановимся на самых известных четырех, силы убеждения авторов которых оказалось достаточно, чтобы собрать с инвесторов хотя бы десяток  миллионов долларов и перейти от стадии оригинальных идей к стадии их красочных презентаций на роуд шоу. 


ИСЗ группировки OneWEB , Великобритания, Ку диапазон
В ноябре 2018 года эта великолепная четверка смелых выглядела (в алфавитном порядке)  так: LeoSat (Франция), OneWEB (ВеликоБритания),  TeleSat (Канада), StarLink (США). Позднее появился проект Kuiper компании Амазон

P.S. Уважаемые Читатели , автор сего опуса крайне заинтересован понять ценность для Вас этих его «многабукофф». Для чего , если Вас это не затруднит, просит Вас нажимать на кнопочку понравилось вверху в центре  или внизу слева  в виде синего сердечка (или не нажимать,  если, как писали ранее, это пост = КГ/АМ  «Креатив Гавно - Афтар Мудак) .Надеюсь это поможет Афтару понять запросы  Аудитории и улучшить эти самые "креатив и контент"..
Конечно, прямая критика, что не так, всячески приветствуется..