company_banner

Спутники Starlink оснастили лазерной связью для покрытия полярных регионов. В 2022 это станет стандартом


    На Хабре недавно упомянули о том, что Илон Маск рассказал об оснащении спутников Starlink лазерной связью. Глава компании поведал об этом в своем Twitter. Окей, но для чего это все?

    Дело в том, что в большинстве регионов Земли компания Маска устанавливает наземные базовые станции, которые взаимодействуют со спутниками и пользователями. Но на полюсах Земли, по понятным причинам, с установкой базовых станций может возникнуть проблема. Поэтому сейчас тестируется новый способ связи. Лазерами оснастили 10 спутников Starlink, которые недавно отправились на орбиту Земли с очередным пуском Falcon 9.

    К слову, для запуска этих 10 спутников на полярные орбиты, на высоту 560 км, компании потребовалось дополнительное разрешение Федеральной комиссии связи США (FCC). И это разрешение было получено.

    И что дальше?


    Согласно планам, озвученным Илоном Маском, в следующем году все спутники связи, запускаемые в космос, получат лазерные системы. В 2022 году для Starlink это станет стандартом — конечно, в том случае, если сейчас все пройдет гладко. На данный момент лишь «полярные» спутники получили лазеры.

    Благодаря дополнительному виду связи широкополосный доступ в интернет получат и жители Аляски, о чем компания рассказывала в заявке для FCC.

    Лазеры дают возможность спутникам держать связь не только с наземными станциями, но и друг с другом, причем неважно, где находится «коллега» — в той же орбитальной плоскости, или в соседней. Соответственно, оператор сможет минимизировать количество наземных станций, расширяя зону покрытия удаленных регионов, где наземных станций вообще нет. Кроме того, снижается и latency, поскольку уменьшается количество посредников между спутниками и наземными станциями.


    Благодаря Starlink и их лазерам, все жители США, а позже и Земли, смогут получить равный доступ в интернет. Равный — в плане пропускной способности канала и задержкам. Последние будут минимальными и сравнимы с характеристиками «наземного» широкополосного интернета.

    Межспутниковая лазерная связь была протестирована SpaceX ранее. В сентябре 2020 года компания рассказывала о том, что испытывала «космические лазеры» для передачи сотен гигабайт данных между двумя спутниками. «Когда лазерная связь будет полностью развернута, Starlink станет одним из наиболее быстрых вариантов передачи данных для всего мира», — сообщалось в заявлении компании.

    В прошлом году представители Starlink заявили вот что: «Скорость света в вакууме выше, чем в оптоволокне, поэтому космические лазеры обладают потрясающим потенциалом для соединений с низкой задержкой. Лазерная связь также позволит нам обслуживать пользователей, где нет прямой связи с наземной станцией — например, над океаном и в регионах, где нет оптоволокна».


    Ждать целый год до ввода лазерных установок придется потому, что сами лазерные системы пока что — недешевое удовольствие. «Снижение стоимости космических лазеров и быстрое их производство — сложная проблема, над которой команда все еще работает», говорится в заявлении Starlink.

    Сейчас важная задача для компании — не только запуск спутников, но и развертывание наземных станций. В США их уже около 20.

    Нужно больше полярных спутников


    В ноябре 2020 года компания попросила FCC разрешить запуск 348 спутников на «полярные» орбиты. Пока что разрешение получено лишь для 10 аппаратов. Комиссия оценит интерференцию этих систем со спутниками и оборудованием других компаний, и после детального анализа результатов исследования вынесет решение — одобрить дальнейшие пуски или нет.

    Есть и проблемы. Так, конкуренты Starlink, например Project Kuiper, Viasat, Kepler Communications и Pacific Dataport попросили FCC наложить запрет на запуск даже 10 полярных спутников. Они считают, что новые аппараты будут оказывать негативное влияние на работу любого другого оборудования на орбите. Но FCC ответила, что SpaceX разрабатывает спутники с оглядкой на подобные проблемы. Поэтому 10 аппаратов никому не повредят, а вот выяснить, какое именно влияние они оказывают на другие системы — можно.

    Активнее всех палки в колеса велосипеду Starlink пытается вставлять Project Kuiper Джеффа Безоса. Илон Маск даже обвинил Amazon в том, что компания старается затормозить развитие конкурента, несмотря на то, что собственная спутниковая система Amazon находится в зачаточном состоянии, и до выхода в рабочий режим ей нужны годы и годы.

    А как всем этим управлять?


    Вопрос вовсе не праздный. Поскольку многие компании собираются выводить тысячи спутников на новые орбиты, а SpaceX уже вывела больше 1000 аппаратов, требуется создать надежный способ управлять всей этой армадой.

    Один из методов управления разрабатывает НАСА.
    Организация считает, что малые спутники могут работать совместно, причем в определенной степени автономно. Аппараты, о которых идет речь — тестовые экземпляры, это CubeSat массой менее килограмма. Они будут общаться друг с другом в рамках S-диапазона.


    Проект необходим для того, чтобы доказать возможность управления сотнями и тысячами аппаратов на орбите как единым целым. Дело в том, что таких систем становится все больше, а управлять таким количествам аппаратов очень сложно. Нужно учитывать массу факторов, таких как скорость, положение на орбите, положение спутников относительно друг друга и т.п.

    Если бы ученые смогли объединить хотя бы часть спутников в разные сети, то управление стало бы гораздо более простым и опасность столкновений, а значит, меньше опасность увеличения количества космического мусора на орбите планеты.

    Надежная технология по управлению большим количеством спутников нужна, как воздух. Ведь лишь SpaceX в скором времени планирует довести свою группировку спутников до 12 тысяч. И это только первый этап программы, после его завершения стартует второй, согласно которому на орбите должно оказаться еще 30 тысяч спутников. Общая стоимость проекта составляет $10 млрд.

    Selectel
    IT-инфраструктура для бизнеса

    Comments 53

      +7
      Лазерная связь также позволит нам обслуживать пользователей, где нет прямой связи с наземной станцией — например, над океаном и в регионах, где нет оптоволокна.
      Даже некоторые регионы где она есть не откажутся иметь возможность сменить, как это водится, монопольного провайдера на другого ещё и доплатить согласятся если будет хороший канал.
        +1

        Не все так круто как кажеться. Если межспутниковые лазерные линки можно считать относительно надежными, то лазерный линк космос-земля будет иметь все те же проблемы что и АОЛС земля-земля. То есть снег, дождь и конечно же туман, и спутнику придётся переходить на радио. Неговоря уже про искажения лазерного луча в турбулентной атмосфере.
        Насколько оно обеспечит нужную пропускную способность когда на сети появиться больше абонентов — вопрос открытый.

          +2
          «лазерный линк космос-земля»

          в тексте есть об этом речь?
            +1

            “Лазеры дают возможность спутникам держать связь не только с наземными станциями, но и друг с другом“
            Может перевол кривой, но что они под этой фразой подразумевают тогда?

              +4
              Вся система старлинка где-то должна быть подключена к интернету, иначе как они его вам раздавать будут. Для этого там есть наземные станции. В полярных широтах с ними плохо очень, а теперь помимо пути Абонент <==> Спутник <==> Наземная станция <==> Интернетики будет еще вариант Абонент <==> Спутник <==>… <==> Спутник <==> Наземная станция <==> Интернетики
                0

                А в этом смысле, тогда да можно и без лазерной связи спутник-земля. Спасибо

          +1
          Сквозь атмосферу не пройдет. У нас она не очень прозрачная даже в хорошую погоду, а уж в облачность совсем все.
            +3
            Лазерной связи космос-Земля не требуется.
            Она нужна лишь для того, чтобы передать сигнал от спутника, связанного с Землёй по радиоканалу на другой спутник, у которого в пределах покрытия нет наземной станции.
            Лазер пойдёт только в вакууме.
              +2

              Не всегда и не везде. Эксперементы попередаче данных лазером земля-космос проводят давно и довольно успешно ( даже тут на хабре пару статей было). Более того именно для глобальной спутниковой системы с межспутниковой маршрутизацией, такие системы передачи теоритически имеют смысл (нельзя передать тут из-за метеоусловий, ищем базу с лучшими характеристими).
              Но насколько оно выгодно в реальности, вопрос сложный, посмотрим на дальнейшее развитие системы.

                0

                Эксперименты проводить можно сколько угодно. На мощностях доступных на таких спутниках работать все равно не будет.


                Ищем базу? Вы о чем? С гейтвеями и так каналы широкие. Проблема только с каналами клиентов. А с ними лазер не будет работать.

                  0
                  Большинство клиентов трафик в основном потребляет, количество баз ограничено как и собственно частотный диапазон.
                  Но можно с БС поднимать сигнал лазером(нет помех кроме погоды и частотных ограничений), а спускать уже в радио диапазоне.
                    0
                    Но зачем? Поднимают трафика столько же сколько и спускают.
                    Нет смысла делать один канал шире второго. Он все равно использоваться не будет.

                    Тем более что очень не надежно все это. Облака это нормально и бывают регулярно. Делать технологию которая работа процентов 50 времени, а в остальное не работает не очень подходит для услуги интернета.

                    А можно ссылку хоть какую-то? Где Маск или кто-то из верхушки Старлинка про такое говорил? Кажется это все просто придумано случайными людьми из интернета. В Старлинке люди разумные и говорят только про межспутниковую лазерную связь. Там ни погоды ни атмосферы. Принципиальных проблем не видно.
            0
            Кроме того, снижается и latency, поскольку уменьшается количество посредников между спутниками и наземными станциями

            Наоборот же, вроде. Обычно спутник сразу сливает на наземную станцию, а теперь через соседние спутники. Соответственно, количество посредников растёт и задержка тоже растёт. Или я чего-то не понял?
              0

              DEL

                +3

                Мне кажется подразумевается, что от дальних регионов быстрее дойти лазером до станции ближайшей к точкам обмена трафиком, чем спускать трафик сразу, а дальше уже по земле.

                  +1
                  Как я понимаю, они просто не горят желанием строить станции в высоких широтах — как туда интернет-то тянуть и чинить/обслуживать если что? Может в Аляске только интернет есть нормальный по оптике.
                    +3
                    ладно Аляска… а над океанами?? а над Сибирью, Африкой, амазонией?? Куча мест где наземные станции невозможно поставить
                      0
                      Инстересно, а более одного хопа между спутниками планируется? Типа по цепочке передавать?
                        0
                        Планируют, но на поздних стадиях развития сети. Тогда вообще почти все хопы маршрута будут спутник-спутник, а «приземляться» трафик будет только на станции (гейтвей) ближайшей к точке назначения, а не ближайшей к абоненту Старлинка.

                        Либо вообще без использования гетвея — в случае если точка назначения трафика — это другой абонент тоже использующий Старлинк, а не других операторов связи. Т.е. Абонент-1 == Спутник-1 ==… == Спутник-N == Абонент-2. При этом только два крайних хопа — по радиосвязи, а все остальные — по лазерной.
                        Но это еще не скоро…
                          0
                          Все созвездие неподвижно друг относительно друга?
                  +2
                  > Соответственно, количество посредников растёт и задержка тоже растёт.

                  Передача данных между спутниками производится вакууме.
                  Передача данных по кабелям производится по оптоволокну.
                  Скорость света в оптическом кабеле составляет примерно 75% от скорости света в вакууме.
                  То есть при передаче на 20,000 км спутники с лазерами в вакууме обгонят оптику примерно на 15 мс.
                      0
                      Старлинк будет обгонять наземное оптоволокно только на сверхдальних дистанциях. И то не факт.
                      На коротких типа между биржами Чикаго и Нью-Йорка наземные СВЧ-лини быстрее спутниковых. А все потому что у спутниковых есть неустранимый недостаток в виде необходимости подъёма сигнала на спутник и последующего спуска на землю. Это лишние 1100 км которые вносят огромную задержку.
                      Вот так выглядит задержка специальной СВЧ-линии для высокочастотного трейдинга (линия Aurora-Secaucus компании quincy-data.com) между Чикаго и Нью-Йорком:
                      image
                      Старлинк не сможет обеспечить задержку меньше 5мс между этими точками как раз из за необходимости подъёма и спуска сигнала.
                      Так что Европейские и Американские биржевые кластеры сразу отпадают.
                      Остаются только дальние линии между Европой (Америкой) и Мумбаи, Токио, Сингапур, Гонконг, Дубаи ну и еще несколько.
                      image
                        0
                        Не только сверхдальних, но и просто дальних — вообще любых межконтинентальных и части внутриконтинентальных.
                        Т.к. наземные СВЧ-линии возможны, по определению, только на земле — через все моря и океаны идут только волоконно-оптические линии связи которые проигрывают по задержкам.
                        И внутри континентов они далеко не везде есть и возможны — например где континент рассечен естественными препятствиями, типа мощной горной гряды как между Китаем и Индией. Где линию из СВЧ релеек в принципе теоретически проложить и обслуживать то можно, но вот практически — это слишком сложно и дорого, поэтому этого не делают.

                        Так что спутниковая связь будет обгонять наземную и на маршрутах типа Европа=Америка, Америка=Африка, Китай=Индия, Китай=Африка, Китай=Япония, Япония=Австралия, Китай=Австралия и т.д.
                      +1
                      обгонят оптику примерно на 15 мс.

                      Больше.

                      Передача данных между спутниками производитеся напрямую, а оптика проложена только по дну океана между самыми крупными населенными пунктами.

                      image

                      Несложно увидеть, что в ряде случаев сигнал будет идти очень извилистыми путями. Из какой-нибудь Японии в ЮАР возможно сигнел пойдет сначала в США, потом в Европу, а потом будет огибать всю Африку по периметру.

                      Передача данных по кабелям всегда повторяет форму земного шара, а спутники могут срезать углы, передавая сигнал по хордам шара, что позволяет уменьшить дальность в примерно до 2 раз (вместо pi будет использовать формула гипотенузы sqrt(2) ).
                        +1
                        Передача данных по кабелям всегда повторяет форму земного шара, а спутники могут срезать углы, передавая сигнал по хордам шара, что позволяет уменьшить дальность в примерно до 2 раз (вместо pi будет использовать формула гипотенузы sqrt(2) ).


                        С этой половиной комментария сложно согласиться. Если выпуклая замкнутая ломанная на плоскости находится внутри другой выпуклой замкнутой ломанной, то длина первой меньше.

                        Кратчайший путь между двумя точками на шаре должен лежать в диаметральном сечении, проходящем через эти точки. Лазерные линки не могут пройти сквозь Землю, поэтому кратчайший путь между двумя точками на Земле будет идти вдоль поверхности.

                          0
                          Речь об этом.
                          image

                          Если мы все равно уже используем интернет со спутника, который летает на высоте 400 км., он может отправить лазерный луч по касательной к поверхности. В результате будет прямая, вместо изогнутой, если отправить сигнал сразу вниз на базовую станцию и передавать его по изогнутой поверхности земного шара.

                          image

                          Какой путь будет быстрее зеленый или красный?
                            +1
                            Какой путь будет быстрее зеленый или красный?

                            На глаз кажется, что красный, но это зависит от рисунка. Если участки земля-космос перпендикулярны окружности и равны по длине, то красный путь короче. Длина дуги R*\alpha против не менее чем 2R*tg(\alpha/2), a tg(x) > x на (0, π/2)

                            Но если и источник информации, и потребитель сидят на Земле, то оба участка земля-космос зелёные и красный путь всегда короче. Представьте, например, окружность радиуса 1 и длины 2π, вписанную в квадрат периметра 8 или в правильный шестиугольник периметра 6*2/\sqrt{3}
                              +1
                              Через атмосферу чоли? Как срезать то?
                                +2
                                все это сравнение коней в вакууме. Реальные наземные сети похожи на что угодно, но только не на прямую, вон же карта выше
                                  +3
                                  Позанудничаю
                                  С учетом того что и потребитель контента и его источник (вроде ЦОДы пока в космос запускать не планирует даже Маск) оба вертикальных плеча должны быть зелеными, и тогда красный путь будет явно короче.
                                  С другой стороны плечи вроде не должны быть перпендикулярны земной поверхности. Под каким углом к горизонту направлена тарелка?
                                  На рисунке выбран очень фривольный масштаб. Высота орбиты в 30 раз меньше диаметра шарика, а если выкинуть 100км атмосферный слой, то и во все 40. В масштабе картина будет выглядет по другому.
                                  Неизвестна дальность работы этого лазера. Сможет ли он поддерживать связь со спутником на расстоянии с вашей картинки в 6 часть земной окружности, или он изначально сделан для общения с соседом онли.
                                  Спутники не будут выстраиваться в линию между источником и потребителем, и в горизонтальной плоскости трасса между конечными точками будет представлять из себя зигзаг.
                                  PS. Зануда офф. Cхема расположения оптических магистралей по шарику еще более неоптимальна, а с учетом пиринговый войн и трафика ходящему не по кратчайшему пути, а по самой дешевой нитке — все еще страшнее
                                +1
                                del (давно страничку не обновлял, про «срезание» уже без меня прокомментировали)
                              +3
                              На земле посредников гораздо больше, а сети более запутаны. Линк из белорусского Бреста в польский Тересполь (расстояние 6 км) идёт через московский узел. Поэтому уже на расстояниях от 1000 км спутник может оказаться быстрее только за счёт более прямого маршрута.
                                0

                                Через спутники тоже не по прямой. Будет граф спутников, вероятно не особо плотный, так как по несколько лазеров на каждый спутник ставить накладно.

                              +1
                              Интересно, как реализована система поиска «собеседника» для спутника. Учитывая скорости спутников и постоянное изменение взаимоположения, фокусировка лазера становится весьма нетривиальной задачей. На ум приходит только радиолокатор с системой распознавания «свой-чужой».
                                +4

                                Ну спутники наверняка могут вычислять местоположение и вектор скорости и передавать параметры своей орбиты. Так что система должна знать положение всех "своих" спутников и где они будут через заданное время. Так что радиолокатор не нужен. Попасть конечно наверняка та ещё задачка, если только не целиться в спутник который летит по той же самой траектории только с опережением или отствованием.

                                  +2

                                  В принципе алгоритм не такой сложный. По идее спутники будут знать примерное расположение друг-друга. Далее процесс состоит из 2 фаз:


                                  1. Сначала лазерный луч передатчика расфокусируют, так что бы на приемник попадал лучь с площадью много больше приемника. Таким образом приемник начинает понимать примерное положение передатчика.

                                  2.Приемник подстраивает свое положение так, что бы получить наивысший сигнал. С этого момента передатчик может фокусировать лучь ( переводить в режим передачи).


                                  Так-как спутники у Маска имеют радиоканалы, то все управление процессом можно вести через них. Однако ничто не мешает делать это полность автономно.
                                  Ну а далее, остается только подстраивать приемник под движение передатчика.

                                    +1
                                    У Маска вроде они общаются по своей линии только. Тоесть со спутниками похожей скорости.
                                      0

                                      Если группу спутников разместить на одной круговой орбите с одинаковым "шагом". То они будут друг относительно друга неподвижны. Можно так собрать кольцо с постоянной связью. А кольца между собой соединять через наземные станции. Трафик будет как по схеме метро ездить ). Маршрутизация не оптимальная, зато с наведением нет проблем.

                                      +2
                                      «Илон, у нас тут беда с верхами, которые норовят всё позапрещать, санкционировав передачу данных только через свои сормовые коробки. Нельзя ли что-нибудь с этим сделать?»
                                        +4

                                        Можно, но сложно. Делайте.

                                          +3
                                          А вы точно Илон?
                                          +10

                                          Беда скорее с низами, которые активно или пассивно их поддерживают.

                                            +12
                                            «Можно, но решение лежит не в технической плоскости»
                                            0
                                            Как-то очень бездоказательно в статье.
                                            1. Не декодируя сигнал до уровня IP, нет возможности понять, на какого соседа его лучше отправить. Можно только знать своё и положение подключённых соседей и отправлять тому, кто ближе к гейтвею. Так что, пакет может уйти не совсем туда, куда географически ближе. А декодировать — это усложнять начинку, ставя умные маршрутизаторы на огромные объёмы данных.
                                            2. Смена соседа, на которого «светит»луч, требует времени. Существенного. То есть, смена того, кому отправить пакет, внесёт задержку. Так что, даже если будут (или уже это делают, хотя подтверждений этому нет) разбирать радиосигнал до уровня IP, нужно минимум три луча в разные стороны, стороны, чтобы иметь выбор «приблизительного» выбора направления, куда отправить пакет. Больше лучей — лучше.
                                            3. Недостаточно иметь возможность получать и отправлять данные с территории страны, где тебя не хотят видеть. Есть ещё международная организация по радиосвязи. И если она не даст разрешения, то никаких подпольных терминалов в Челябинске или Тегеране не будет — спутники тупо будут выключать передачу над этими территориями.

                                            То есть, моё видение, это не улучшение существующего решения, а дополнение его новыми возможностями.
                                            1. Удалённые районы, где нет оптики, смогут обслуживать спутники без подключения к гейтвею, передавая сигнал соседям.
                                            2. Суда, самолёты, буровые вышки. Помимо первого пункта, ещё и единый провайдер, который где угодно даёт тебе связь по оговоренной цене.
                                            3. Военные, куда без них, могут сделать немного для себя терминалы или прошивки, чтобы спутники их идентифицировали и приземляли трафик только в Штатах или чьи там эти натовские военные будут.
                                            Идея со сверхскоростным трейдингом на биржах пока видится исполнимой только таким же образом, как и пункт 3, где про военных. Но это дорого. Не знаю, могут торговцы платить столько?
                                              0
                                              Инкапсулируем пакет во что-то где в хедере написанно на какой гейтвей пакет должен попасть. У спутника текущее расположение всех остальных есть, берем и отправляем.

                                              Не надо соседа менять. Вон там сколько лазеров. Светим во всех соседей с запасом.

                                              Это прям решения сразу. Подумав можно еще лучше сделать.
                                                0
                                                Ээээээ? Во что вы инкапсулируете радиосигнал? Вам пришёл набор нулей и единиц на одной частоте (от терминала, вроде Ка диапазон), вы те же нули и единицы отправили на другой частоте (на гейтвей, вроде Кu диапазон) или третьей частоте (в виде луча на соседа, который имеет связь с гейтвеем) и всё. Нет никаких пакетов, никто ничего не разбирает. Теоретически, оно в «цифру» может и не переводиться. Зачем? А если начинать разбирать, то не нужны никакие инкапсуляции, это уже решено на уровне TCP/IP с динамической таблицей маршрутизации. Но для больших объёмов данных, дефицита энергии, вопросов охлаждения и защиты от внешних воздействий, встаёт вопрос, нужно ли?

                                                Вон там сколько лазеров
                                                сколько? 1, 2, 5, 10? Никто не знает. Может оказаться, что всего 2.

                                                Не забывайте, если внутри TCP/IP (а он там), когда всем отправили, то от всех и должны ожидать ответа, чтобы вернуть клиенту, прошёл пакет или нет. Сколько лазеров, столько и приёмников.
                                                  +2
                                                  Никто уже не живет в аналоговом мире, везде цифра.
                                                  Пришел пакет данных. Заглянуть в заголовок несложно и очень быстро. Асики это делают моментально и почти бесплатно по электричеству.

                                                  Обернуть в свой лучше. tcp/ip не очень подходит для таких целей. Старлинк так же решил. Писали что у них своя обертка.

                                                  Не забывайте, если внутри TCP/IP (а он там), когда всем отправили, то от всех и должны ожидать ответа, чтобы вернуть клиенту, прошёл пакет или нет. Сколько лазеров, столько и приёмников.

                                                  В том то и дело что не он.

                                                  сколько? 1, 2, 5, 10? Никто не знает. Может оказаться, что всего 2.

                                                  Я бы поставил много. Чтобы светить во всех ближайших соседей.
                                                  Судя по тому как они железо проектируют они так же решили.
                                                  Гарантий в этом месте нет, но блин это логично. Ставить 2 не логично и не расширяемо. Не похоже на их стиль работы.
                                              +1
                                              1. Не декодируя сигнал до уровня IP, нет возможности понять, на какого соседа его лучше отправить
                                              Посмотрите, к примеру, на MPLS.
                                              0
                                              Плюс получается на тот спутник, который приходит лазер ляжет дополнительная нагрузка по трафику и свой и соседний(-ние)
                                                0
                                                Огранизовать кругосветный Token Ring среди всех спутников на одном наклонении и дропать пакеты на станции снизу — вот это будет круто!

                                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.