Как создаётся космический интернет

В октябре 1945 года в радиотехническом журнале Wireless World была опубликована небольшая статья за авторством Артура Кларка — того самого, который позже обрёл широкую известность как фантаст и визионер. Статья называлась «Внеземные передатчики. Могут ли ракетные станции обеспечить всемирную радиосвязь?» (Extra-Terrestrial Relays. Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?). В ней автор рассуждал о возможности передавать радиосигнал между двумя полушариями с помощью спутника, расположенного на высокой геостационарной орбите и служащего ретранслятором.Кларк предложил вначале проверить на практике сам принцип — взять мощный радиолокатор, направить его луч на Луну и попробовать уловить отражённый сигнал. Корпус связи армии США сделал это при реализации проекта Diana, доработав радар SCR-271 радиотехнической лаборатории Кэмп-Эванс. Эксперимент с успехом провели 10 января 1946 года. Слабый сигнал, отражённый от Луны, специалисты зафиксировали через 2,5 секунды после начала трансляции исходного сигнала.Позднее из «Дианы» выросла целая секретная программа PAMOR (Passive Moon Relay), в рамках которой с августа 1949-го специалисты постоянно «прослушивали» наш естественный спутник — таким образом американская разведка пыталась уловить сигналы советских радаров и установить их местоположение. Но параболической антенне, изготовленной для этих целей, оказалось не под силу справиться с задачей, так что её решили использовать по-другому: все 1960-е годы она помогала держать связь между Пёрл-Харбором и Вашингтоном.

В тот момент уже началась космическая эра, на орбите появились искусственные спутники, в том числе радиоуправляемые, и полноценная реализация идеи Кларка стала вопросом времени. 12 августа 1960 года американцы успешно запустили спутник Echo 1 — надувной шар из алюминизированной майларовой плёнки, который служил экспериментальным пассивным ретранслятором. Через три дня после выведения Echo 1 на орбиту с его помощью были проведены телефонные переговоры между станциями в Голдстоуне (штат Калифорния) и Холмделе (штат Нью-Джерси).Первый спутник Telstar 1, предназначенный для трансляции телевизионных изображений между Соединёнными Штатами и Европой, отправился в космос 10 июля 1962 года. Он был выведен на орбиту высотой 952 × 5933 км (перигей и апогей), где остаётся по сей день. Время его активного существования составило всего семь месяцев, длительность передач не превышала получаса, да и качество картинки оставляло желать лучшего, однако сама возможность наблюдать в прямом эфире происходящее на другом конце света производила неизгладимое впечатление. Telstar 2 смог проработать два года, что сделало спутниковую трансляцию привычной.В августе 1964 года семь развитых стран подписали соглашение о создании международной организации ITSO (International Telecommunications Satellite Organization), призванной устанавливать стандарты нового вида связи. В апреле следующего года был запущен спутник Intelsat I, ставший первым коммерческим аппаратом на геостационарной орбите высотой 35 768 × 35 855 км. Благодаря ему оказалось возможно транслировать в прямом эфире успешное приводнение космического корабля Gemini 6 Спутник, прозванный «Ранней пташкой» (Early Bird), больше четырёх лет позволял устанавливать почти мгновенный контакт между Европой и Северной Америкой, обеспечивая телевизионную, телефонную и телефаксную связь.

Советский Союз не вошёл в состав ITSO — он предпочёл развивать собственную систему орбитальной ретрансляции. 23 апреля 1965 года, после двух неудачных попыток, в космос был отправлен аппарат «Молния-1», созданный в конструкторском бюро Сергея Королёва. Его орбита была сильно вытянута (538 × 39 300 км), но позволила установить связь между Москвой и Владивостоком. 1 мая жители Дальнего Востока впервые увидели по телевизору праздничную демонстрацию на Красной площади в Москве. После запуска следующих четырёх спутников того же типа многоканальная космическая система охватила также Крайний Север и Среднюю Азию. Прямая трансляция программ Центрального телевидения стала в СССР регулярной и общедоступной.С 1967 года начала разворачиваться сеть наземных приёмных станций «Орбита», которая расширила зону телевещания по всем часовым поясам, а в ноябре 1971-го девять стран социалистического блока подписали соглашение о создании международной организации космической связи «Интерспутник». Таким образом в мире появились две независимые системы, позволяющие транслировать информацию с помощью орбитальных аппаратов, что вполне вписывалось в логику продолжавшейся холодной войны.

Всемирный телефон

Параллельно с космической развивалась мобильная связь. Поначалу ею могли пользоваться только военные, полиция и спецслужбы, но постепенно её преимущества осознали бизнесмены, а затем и рядовые граждане. В 1971 года начала работать финская сеть Autoradiopuhelin («Автомобильный радиотелефон») — через семь лет она покрывала уже всю территорию страны, обслуживая тысячи абонентов.Однако у мобильных телефонов в то время были серьёзные недостатки. Для широкого охвата сети требовалось построить множество приёмопередающих станций; сами аппараты получались громоздкими; абонентское обслуживание стоило недёшево, притом не гарантировало стабильной связи. Чтобы всё наладить, можно было развернуть общедоступную спутниковую группировку, которая работала бы на благо не только государственных структур, но и обычных граждан.В конце 1980-х годов американская ракетно-космическая корпорация Orbital Sciences Corporation, которую часто называют просто Orbital, начала разрабатывать глобальную систему передачи данных ORBCOMM с опорой на низкоорбитальные космические аппараты. При этом простая телефонная связь была у проектировщиков не в приоритете — они смотрели в будущее и сразу сделали ставку на то, чтобы обеспечить связь между компьютерными терминалами. В 1992 году корпорация принялась запускать демонстрационные космические аппараты, а через три года провела полноценный тест передачи данных. В ноябре 1998-го система ORBCOMM, состоявшая из 35 спутников, наконец-то заработала в полную силу, однако выяснилось, что существующий спрос слишком мал, чтобы в обозримом будущем затраты окупились. В сентябре 2000 года стало известно, что компания Teleglobe, взявшая на себя эксплуатацию системы, прекратила её финансирование и подала заявку на банкротство.

С той же проблемой столкнулись конкуренты из американской компании Globalstar. Она была основана в 1991 году специально для создания группировки спутников, способной взять на себя телефонию и передачу компьютерных данных в мировом масштабе. Первые аппараты вышли в космос в феврале 1998 года, а через два года, когда были выведены все 52 спутника, началась полноценная эксплуатация системы. И снова оказалось, что инвесторы переоценили коммерческий потенциал проекта: в феврале 2002 года Globalstar и её дочерние фирмы заявили о банкротстве.Похожая судьба ожидала и компанию Iridium, учреждённую в 1991 году транснациональной корпорацией Motorola. Кстати, компания получила название в честь химического элемента иридия: его атомный номер, 77, соответствует количеству спутников, которые планировалось развернуть. Разработчики системы собирались обеспечить дешёвую и надёжную телефонную связь, не зависящую от развитости региона, где окажется пользователь.При этом Motorola подошла к задаче захвата рынка намного обстоятельнее конкурентов: только на рекламу было потрачено свыше 180 миллионов долларов. 1 ноября 1998 года первый звонок по системе, на тот момент включавшей 60 спутников, совершил американский вице-президент Альберт Гор, который заявил о её полноценном старте. Через девять месяцев после этого Iridium обанкротилась.

Три американские компании, почти одновременно взявшиеся создать коммерческие спутниковые группировки для удовлетворения спроса на всемирную связь, пришли к разорению. В чём же причина? Ответ прост: технологии наземной сотовой телефонии тоже не стояли на месте. Мобильники совершенствовались, становились миниатюрнее и дешевле, количество приёмопередающих станций росло, быстро улучшалось и сервисное обслуживание. К началу нового века фирмы, сделавшие ставку на спутниковую связь, конечному пользователю казались динозаврами: они выпускали на рынок дорогостоящие устаревшие гаджеты, которые даже не соответствовали заявленным характеристикам.Впрочем, окончательно ликвидировать банкротов не стали, ведь в космосе продолжали работать десятки аппаратов, и им можно было найти применение. ORBCOMM приобрели частные инвесторы, решившие использовать систему для автоматической глобальной идентификации и управления транспортом, что позднее позволило запустить ещё 13 спутников нового поколения. Globalstar прошла реструктуризацию и сегодня предоставляет услуги голосовой телефонии и передачи данных крупным клиентам, работающим в отдалённых районах планеты, — нефтегазовым, горнодобывающим, промысловым, лесозаготавливающим, строительным, военным и транспортным компаниям. Кроме того, Globalstar обеспечивает персональную поддержку туристов с отслеживанием их перемещений. В дополнение к существующей группировке она отправила на орбиту 32 спутника.Компанию Iridium спасло Министерство обороны США, которое выделило деньги на продолжение эксплуатации. Долгое время она оставалась убыточной, но продолжала расти, заполучая новых клиентов: в конце 2011 года компания отпраздновала регистрацию пятисоттысячного абонента, в марте 2018-го — миллионного. Через год было завершено развёртывание обновлённой орбитальной группировки Iridium NEXT из 75 спутников новой модели, благодаря чему пропускная способность системы увеличилась, к тому же стали доступны дополнительные сервисы — например, возможность наблюдать за авиатрафиком. Скорость передачи данных выросла до 352 Кбит/с.

Небесная связь

Бурное развитие интернета создало огромный клиентский спрос на устойчивую связь с молниеносной трансляцией данных. Возможности наземных средств, особенно если речь идёт о больших объёмах информации, передаваемых на межконтинентальные расстояния или в отдалённые районы с устаревшим оборудованием, всё ещё ограничены. Проблему, как и в 1990-е годы, решают с помощью спутников. При этом современные программные средства позволяют такой сети успешно конкурировать с телефонией и телевидением.Наибольшую известность в этом направлении получил проект Starlink, который развивает компания SpaceX. Её владелец, знаменитый мультимиллиардер Илон Маск, публично представил его в январе 2015 года, когда был открыт инженерный филиал компании в Редмонде. Именно там группа специалистов приступила к проработке идеи. Согласно обещаниям Маска, система из 4000 космических аппаратов сможет отвечать за половину мирового интернет-трафика и до 10% трафика крупных городов, где есть свои кабельные сети.Прототипы спутников Starlink планировали запустить в 2016 году. Однако аппараты MicroSat-1a и 1b, предназначенные для наземных испытаний, устарели из-за проволочек с внесением изменений в их конструкцию. MicroSat-2a и 2b (Tintin A и B) для проверки бортовых систем в космосе запустили только 22 февраля 2018 года, и они вышли на полярную орбиту высотой 513 км.

В ходе инженерных исследований проект Starlink значительно преобразился. В версии 2017 года спутниковая группировка состояла из двух сегментов. На орбитах высотой от 1110−1275 км должны были расположиться 4425 аппаратов, а на очень низких орбитах высотой 335−346 км — ещё 7518 В целом такая система могла бы обеспечить скорость передачи данных до 1 Гбит/с в любое время и при любых погодных условиях. Но в итоге SpaceX отказалась от столь амбициозного плана и уменьшила как общее количество спутников, так и их рабочую высоту — до 550 км.Одна из изюминок проекта Starlink — использование специальных терминалов, снабжённых антеннами с фазированной решёткой. До сих пор они не были широко распространены на рынке бытовой электроники. Конечно, при эксплуатации системы возникнут ограничения (конкуренты в лице Globalstar и Iridium предоставляют доступ к интернету через тот же телефон), зато получится значительно расширить канал связи, в том числе за счёт будущей модернизации терминалов.Среди самых влиятельных конкурентов системы Starlink — британская спутниковая сеть OneWeb, которую создаёт компания Airbus Defence and Space, основанная в январе 2014 года. Планировалось, что на начальном этапе орбитальная группировка OneWeb будет состоять из 588 рабочих аппаратов, размещённых на высоте около 1200 км, и ещё 60 резервных.

Будущее покажет, какая из систем окажется более востребованной и прибыльной. Сегодня, основываясь на опыте 1990-х, можно уверенно сказать одно: усилия создателей глобального интернета не пропадут даром. Даже если они столкнутся с финансовыми трудностями, само наличие мощной группировки спутников связи расширяет возможности человечества, поэтому всегда найдутся люди и организации, готовые с ней работать. Может быть, это первый шаг к появлению Великого кольца миров, о котором мечтали фантасты прошлого.