Если на время пандемии вас перевели на удаленку, то наверняка вас посещала мысль уехать куда-нибудь за город и работать вдали от большой цивилизации. Но, возможно, вас останавливает отсутствие там высокоскоростного интернета, что является критически важным условием для работы, особенно когда нужно регулярно участвовать в видеоконференциях с коллегами. А представьте, учитывая влияние интернета на современную жизнь, какую оторванность от мира могут ощущать люди, постоянно проживающие за городской чертой.
Ведь сегодня несмотря на бурное развитие технологий связи жители дачных кооперативов, поселков, деревень и даже небольших городов – лишены скоростного доступа в интернет, так как онлайн-компаниям и провайдерам не выгодно проводить интернет в такие малонаселенные районы. А в условиях пандемии ситуация ощущается острее, так как учеников школ переводят на удаленное обучение, а без интернета они не могут полноценно участвовать в учебном процессе и получать знания в требуемом объеме.
В(не) зоне доступа
Вблизи крупных городов спасает мобильный интернет и модем, к которым можно подключить антенну и усилитель сигнала. Однако скорость все равно остается ограниченной, сотовые компании предлагают интернет пакетами, а сигнал остается нестабильным и во многом зависит от местности и погодных условий. А всего на Земле приблизительно 40 процентов населения не имеют доступа к высокоскоростному интернету. Таким образом жители отдаленных мест оказываются оторваны от мирового информационного поля, не имеют возможности получать образование и быть в курсе происходящего.
Решить проблему доступа в интернет в труднодоступных или малонаселенных жилых районах может спутниковая связь. Долгое время она была недоступна для широкого круга людей в силу своей дороговизны и сложности в установке и настройке оборудования. Но сегодня в мире сразу несколько компаний планируют охватить доступной спутниковой связи каждый уголок планеты за исключением северного и южного полюсов.
Мне бы в небо
Например, компания SpaceX обещает до конца года запустить во всеобщее пользование свою систему спутниковой связи Starlink. Для ее реализации на орбиту уже выведено более 1700 спутников, а всего их количество планируется довести до 42000. Для сравнения, в общей сложности на орбите Земли в настоящее время находится около 4100 тысяч искусственных объектов, а за всю историю было запущено менее 9000 космических аппаратов. Таким образом, количество спутников Starlink будет более чем в 10 раз превышать количество действующих в настоящее время спутников на орбите. Именно благодаря такому колоссальному количеству аппаратов планируется обеспечить стабильным высокоскоростным интернетом всю планету. Предполагается, что один спутник сможет обслуживать 1100 абонентов.
Такое большое количество спутников необходимо, так как они располагаются на низкой околоземной орбите – от 340 до 614 км. Обычно спутники связи работают на высоте около 36000 км, что дает больший географический охват, но приводит к снижению скорости и задержке передачи сигнала. Чем ближе спутники находятся к Земле, тем быстрее и сильнее передача сигнала. Спутники на низкой околоземной орбите не могут обеспечить такое же покрытие сигналом земной поверхности как спутники на более высоких орбитах. Поэтому для поддержания связи необходимы тысячи спутников, работающих одновременно.
В настоящее время заканчивается бета-тестирование в нескольких странах мира. Число абонентов составляет 10000, но после завершения бета-тестирования оно должно возрасти до 100000 – именно столько комплектов оборудования уже разослано пользователям в 14 стран по всему миру. Такой комплект включает в себя тарелку для приема сигнала, блок питания и маршрутизатор. Пока скорость доступа составляет от 50 до 150 Мбит/с, а задержка сигнала 20-40 мс. Но компания SpaceX обещает удвоить скорость к концу 2021 года.
Конкуренцию обещают составить проекты Kuiper Systems и OneWeb. Kuiper Systems развивает компания Amazon. Она собирается запустить 3236 спутников на высоту от 590 до 630 км. Британская компания OneWeb планирует создать группировку из 650 аппаратов, которые будут работать на высоте 1200 км. Если все пойдет по плану, OneWeb, как и Starlink, начнет предоставлять интернет-услуги к концу 2021 года в некоторых северных регионах Земли, включая северную Европу, Канаду, Аляску, Гренландию и Исландию. Единственный на данный момент работающий оператор спутниковой связи со стопроцентным покрытием Земли — компания из США Iridium, которая обслуживает всего 6 тысяч пользователей и 79 тысяч IoT-устройств.
В России планируется создать глобальную систему широкополосного доступа в интернет, получившей название «Сфера». Она будет состоять из специально разработанных для этого спутников «Скиф-Д». Всего «Сфера» будет включать 638 аппаратов. Первая часть должна быть запущена в 2022 году, а полностью развернуть систему планируют к 2028 году.
Ограниченные возможности
Несмотря на свою привлекательность спутниковая связь имеет существенный недостаток - пропускная способность канала связи. Информация со спутников передается посредством радиосигнала. Объем передаваемой информации зависит от частоты сигнала - чем выше несущая частота, тем больший объем требуемой информации мы можем в нем передать. А частота радиоволн даже сантиметрового и миллиметрового диапазона крайне низкая. Один радиоканал позволяет передать не более 1 Гбит информации в секунду. Если 10 аппаратов будут использовать один радиоканал, то скорость снижается до 100 Мбит на каждый спутник. А если их сотни или тысячи? В таком случае они уже начнут мешать друг другу. Решением проблемы может стать переход на новый вид связи – лазерную. В этом плане Starlink имеет преимущество перед другими компаниями, так как уже доработали свои спутники для будущих запусков лазерной установкой связи. В России создание аналогичной лазерной космической связи уже завершают ученые из Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ) в Сарове.
Так как лазеры будут работать в вакууме, где нет плотной и поглощающей сигнал физической среды, это позволит получить высокую скорость и надежность передачи при минимальном затухании сигнала. По сравнению с радиоволнами инфракрасное излучение имеет длину волны в 100 раз меньше, и следовательно, в 100 раз шире пропускной канал передачи данных. В таком случае в одном канале совместно могут работать тысячи и десятки тысяч спутников в группировке. При этом сигнал лазера может передаваться узконаправленным лучом, что ведет к уменьшению размеров приемных и передающих устройств, что позволяет уменьшить габариты и вес коммуникационного оборудования спутников и экономить энергию солнечных батарей.
Кроме того, само по себе большое количество спутников представляет опасную проблему. Аппараты Starlink уже являются причиной 50% опасных сближений на орбите, при которых космические аппараты пролетают слишком близко друг к другу, что может привести к столкновению. А когда будут выведены все запланированные спутники, по прогнозам специалистов доля таких инцидентов с их участием приблизится к 90%.
Астрономы же опасаются, что из-за яркости спутников и их большого количества на звездном небе они будут мешать наблюдениям. В ответ SpaceX начала оснащать свои спутники затемненным солнцезащитным козырьком, называемым VisorSat, который должен снизить видимую яркость спутника за счет уменьшения количества отраженного солнечного света. Вдобавок к этому SpaceX запустила один из прототипов спутника с черным антибликовым покрытием с рабочим названием DarkSat. Результаты наблюдений за ним показывают, что яркость снижается на половину, но по словам ученых этого все еще недостаточно.
Интернетом едины
В мире все еще слишком много мест, где широкополосный доступ ненадежен или где его вообще нет. Распространение стабильной высокоскоростной связи может быть востребовано во многих областях. Это позволит наладить коммуникацию с удаленными добывающими предприятиями в труднодоступных районах, например в Арктике. Это относится и к населенным пунктам, куда из-за суровых климатических условий невозможно провести обычную связь. В бизнесе спутниковая связь позволит мгновенно проводить финансовые операции из любой точки мира, отслеживать товары с помощью IoT-устройств, наладить удаленное видеонаблюдение. В экологии, имея интернет в любой точке, можно будет точно отслеживать перемещения помеченных трекерами животных, пожары или собирать информацию с датчиков в удаленных районах, где нет связи вообще. Но главное, что устойчивый спутниковый интернет помог бы в борьбе с цифровым неравенством.
