Низкоорбитальные спутники позволяют в любой точке Земли смотреть кино в высоком качестве. Свои низкоорбитальные спутниковые группировки создают все космические державы, всего таких проектов как минимум пять, если брать только тех, кто успел запустить аппараты в космос. Два из них — русские.
Висящий на геостационарной орбите аппарат в лучшем случае способен передать голос, несколько текстовых сообщений и картинок. Например, появившееся в 2014 г. устройство Iridium GO, умевшее раздавать спутниковый интернет на смартфоны, в идеальных условиях обеспечивало скорость 2,4 кбит/с, что позволяет открыть самую простую страницу сайта без графических элементов и видео за 1-5 минут. Передача на порядок более высоких объемов данных посредством такой связи будет, во-первых, слишком дорогой, во-вторых, бессмысленной с технической точки зрения.
Идея запускать спутники на низкую орбиту, чтобы меньшее расстояние от Земли обеспечило лучшее качество связи, появилась в 1960-х годах. Низкоорбитальные спутники располагаются на высоте от 200 до 2 тыс. км над Землей. Это гораздо ниже, чем геостационарные спутники, которые находятся на высоте около 35 тыс. км. Соответственно, они могут обеспечить намного более высокую скорость связи, но при этом покрывают намного меньший участок земной поверхности.
Поэтому, чтобы обеспечить необходимую область покрытия, таких спутников должно быть много, и они должны быть относительно легкими. Это долгое время было основой проблемой, поэтому низкоорбитальные спутники использовали в основном военные или крупные корпорации, которым, к примеру, нужно было обеспечить связью свое месторождение, когда маленькая область покрытия не является проблемой.
Битва за орбиту
Примерно после 2010 г. технологии миниатюризации спутников и стоимость их доставки на орбиту достигли показателей, которые позволили бизнесу задуматься о создании коммерческой низкоорбитальной группировки. В 2015 г. компания SpaceX американского предпринимателя Илона Маска, начала проект развития низкоорбитальной группировки спутников, получившей впоследствии название Starlink. Спутники Starlink оснащены электростатическими двигателями, что позволяет им поднимать свою орбиту, маневрировать в космосе, уклоняясь от космического мусора и сходить с орбиты по завершении полезного срока службы. К началу 2025 г. SpaceX успела запустить более 8 тыс. спутников, часть которых уже выведено с орбиты. Это одна из двух низкоорбитальных систем, абонентом которой может стать обычный человек.
Однако пионером в развитии широкополосного интернета на базе низкоорбитальной спутниковой группировки стоит считать не Илона Маска, а другого американского предпринимателя, Грега Уайлера — в 2012 г. он основал компанию WorldVu, которая позднее стала известна как OneWeb. Уайлер долгое время занимался проблемами цифрового неравенства и пытался обеспечить доступным интернетом жителей Руанды. Спутниковый интернет казался ему идеальным решением этой проблемы.
Уайлеру удалось привлечь в качестве инвесторов Airbus, Qualcomm, Virgin Group и даже Coca-Cola. В 2016 г. компания получила инвестиции в $1 млрд от SoftBank, к которому отошло 40% оператора. В общий сложности компания запустила более 400 спутников, значительная часть из них — силами российских компаний с космодрома Байконур. Однако с операционным управлением бизнеса у Грега Уайлера возникли сложности, и в марте 2020 г. OneWeb подала заявление о защите от банкротства в США. Компанию выкупили британское правительство и индийский телеком-оператор Bharati. Летом 2022 г. стало известно о начале слияния компании с французским оператором спутниковой связи Eutelsat.
В 2019 г. заработала компания Kuiper Systems, «дочка» Amazon, созданная для развертывания еще одной низкоорбитальной спутниковой группировки. Amazon заключила контракты с тремя поставщиками услуг запуска в общей сложности на 91 запуск в течение 10 лет для развертывания более 3 тыс. спутников. Общая стоимость контрактов на эти запуски превышает $10 млрд.
Как в случае со StarLink, так и OneWeb для связи со спутником необходим специальный терминал. Американская компания AST SpaceMobile показала решение, которое позволит подключать к спутниковому интернету с любого современного телефона. Компанию основал выходец из Венесуэлы, инженер по образованию, Абель Авеллан и ему уже удалось привлечь в свой проект инвестиции одних из крупнейших в мире операторов связи AT&T, Rakuten и Vodafone, а также Google.
В Китае развивается проект низкоорбитальной группировки Qianfan. Оператором проекта выступает компания Shanghai Spacecom Satellite Technology. Исходя из документов, поданных компанией в Международный союз электросвязи, в рамках первого этапа она планирует запустить более 1,2 тыс. спутников. Летом 2024 г. с китайского космодрома Тайюань было запущено 18 аппаратов этой группировки.
«Сфера» интересов
Россия не могла остался в стороне от гонки за низкоорбитальное пространство. Первые разработки в этой области велись в СССР, однако не было единой концепции развития низкоорбитальной группировки, ориентированной именно на предоставление услуг широкополосного доступа в интернет.
Впервые о проекте новой спутниковой группировки, обеспечивающей широкополосный доступ в интернет, рассказал во время прямой линии президент России Владимир Путин в июне 2018 г. Он сообщил о программе запуска 600 спутников, которые «обеспечат новое качество связи». В том же году правительство РФ решило объединить несколько существующих проектов под единым началом, получившим название «Сфера». Для его развития сформировали и отдельную федеральную целевую программу.
«Сфера» должна стать многоцелевой группировкой. В ее состав будут входить пять спутниковых группировок связи («Скиф», «Ямал», «Экспресс», «Экспресс-РВ», «Марафон») и пять группировок дистанционного зондирования Земли («Беркут-Х», «Беркут-О», «Беркут-ВД», «Беркут-С» и «Смотр»). В рамках проекта предусмотрена система спутниковой связи «Экспресс-РВ», которая обеспечит мобильной связью поезда, автомобили и другие движущиеся объекты.
Система «Марафон» отвечает за спутниковый интернет вещей, то есть за считывание информации с промышленных датчиков, расположенных, к примеру, на задвижках нефтепроводов. За широкополосный интернет будут отвечать спутники «Скиф-Д». В октябре 2022 г. с космодрома Восточный был запущен первый такой аппарат. Известно, что масса аппарата не превышает 200 кг, энергопотребление — порядка 250 Вт, срок работы на орбите — 3 года. Аппарат работает на высоте около 8 тыс. км (средняя круговая орбита). Всего в 2027–2028 гг. планируется вывести на орбиту 4 космических аппарата широкополосного доступа в интернет «Скиф», позднее их станет 12.
Хотя спутники «Скиф» должны использовать не низкую, а среднюю орбиту, в них предполагалось применить более современнее технологические решения, способные при том же орбитальном спектре частот обеспечат скорость передачи данных более 100 Гбит/с, что более, чем в 100 раз превышает емкость традиционных спутниковых каналов.
Поколение «ИКС»
Другой проект по предоставлению спутникового широкополосного доступа развивает «Бюро 1440» — российская частная космическая компания, которая планирует запустить услуги доступа в интернет в 2027 г. Она была основана в ноябре 2020 г., сейчас входит в многопрофильную технологическую компанию «ИКС Холдинг».
Как следует из черновой версии паспорта проекта федеральной программы «Инфраструктура доступа к сети интернет», создание низкоорбитальной спутниковой группировки «Бюро 1440» обойдется примерно в 445 млрд руб. К концу 2030 г. группировка должна состоять из 292 спутников, а всего предстоит запустить 383 спутника (в том числе 91 аппарат на замену выходящих из строя). Для этого потребуется провести 24 пуска ракет. Цель проекта, как указано в документе — увеличить долю домохозяйств, которым доступен высокоскоростной доступ в интернет, до 97% к 2030 г. и до 99% — к 2036 г. В самой компании содержание проекта федеральной программы не комментируют.
В конце мая 2024 г. «Бюро 1440» отчиталось о запуске трех отечественных низкоорбитальных спутников. Аппараты миссии «Рассвет-2» стартовали на ракете «Союз-2.1б». «С 2025 г. планируется запускать на орбиту по 10-12 ракет в год, в одну ракету помещается порядка 15 спутников. Всего к 2035 г. будет создано и запущено на орбиту более 900 низкоорбитальных отечественных спутников», — говорят в компании.
В тестовом режиме спутники «Бюро 1440» обеспечили скорость приема данных со спутника в 48 Мбит/с и скорость передачи данных на спутник в 12 Мбит/с. Этой скорости достаточно, чтобы смотреть телевидение в разрешении 4K или сделать видеозвонок в высоком качестве. В ходе конференции ЦИПР в 2024 г. компания объявила о сотрудничестве в области применения спутниковых технологий с компаниями РЖД и «Аэрофлот».
Проекты «Сфера» и «Бюро 1440» используют разные орбиты. У «Скифов» — это 8 тыс. км, у спутников «Бюро 1440» — 588 километров, примерно такую же орбиту используют спутники Starlink. Теоретически, «Сфере» нужно намного меньше спутников, чтобы охватить территорию России, однако не до конца понятно, сможет ли она при этом обеспечивать достаточные скорости и качество связи. Главный вызов для компании — сделать и запустить достаточное количество спутников в условиях возможного дефицита компонентной базы.
Космическая свалка
Одной из главных проблем низкоорбитальных проектов является космический мусор. По подсчетам Европейского космического агентства, на низкой околоземной орбите летает более 40 тыс. крупных останков ракет и спутников, а также более 130 млн частиц мелкого мусора. Количество спутников, выведенных на орбиту, приблизилось к 20 тыс., из них только половина в рабочем состоянии.
Современные низкоорбитальные спутники умеют маневрировать, но если объемы мусора достигнуть критических показателей, это не спасет ситуацию. Что делать с мусором, никто не знает. Существуют проекты, предлагающие сжигать его лазерами. В 2022 г. Китай протестировал специальную сеть из сверхпрочного и сверхтонкого материала, которая может служить для ловли космического мусора. Британские ученые предлагают использовать космический гарпун, способный сбрасывать остатки спутников в атмосферу.
В любом случае, все способы очистки околоземного пространства являются дорогими — по оценке Secure World Foundation, для того чтобы только начать очистку околоземного пространства от мусора, потребуются сотни миллионов и, возможно, даже миллиарды долларов. При этом процесс полной очистки от космического мусора может занять десятки лет. Исследователи из Колледжа Миддлбери (США), с целью решения проблемы засорения околоземного пространства, предложили ввести международный налог на использование орбиты. Однако для того, чтобы такой подход заработал, к инициативе должны присоединиться все страны, запускающие спутники, подчеркивают экономисты.
В случае если вопрос с мусором удастся решить, низкоорбитальные спутниковые системы со временем помогут раз и навсегда преодолеть проблему цифрового неравенства. Люди в самых удаленных уголках планеты смогут получить те же возможности в обучении, творчестве, удаленном заработке, какими располагают жители крупнейших мегаполисов.