Прикладная маскология – Всемирный космический интернет

Глобальный, бесплатный, гигабитный, каждому, технологичный - и много других забавных мечтаний

(Последнее редактирование статьи – 23.02.2018)

Начало

Ноябрь 2016 встретил Илона неприветливо. SpaceX уже который месяц не делала запусков, отскребая остатки “революционного носителя” от стартовой площадки и прикидывая, как надо перерабатывать конструкцию Falcon. Гигафактори вроде как открыли уже несколько месяцев, но про продукцию сообщали “раньше второй половины 2017 года ждать нет смысла”. До кучи Гигафактори оказалась не революционным заводом американской Теслы, а копией китайского завода японского Панасоника, плюс Маск ещё и остался должен за неё, гигафабрику, 2 миллиарда долларов США.

Сроки выпуска Model 3 тихо передвинулись с 2017го на “вторую половину 2018 года”, количество отозванных заявок на Model 3 перестали публиковать, цену базовой комплектации тихо подняли, бесплатный суперчарджер отменили.

Лишь настенная батарейка Powerwall 2.0 держала марку – так же, как и Powerwall 1.0, её нельзя было заказать – можно было лишь оставить заявку, чтобы связались, когда будут знать дату возможности заказа.

Про полёты на Марс в престижном агрегате с ресторанами и развлекательными комплексами и шутить лень – всё намекало на грандиозный успех.

Срочно нужна была успешная инициатива галактического масштаба – потому что все предприятия сидят в убытках, долги перед инвесторами и партнёрами есть и немалые, а ключевое, что держит на плаву – гос.дотации и льготы – накрылись Трампом, который намекнул, что бесконечный распил свеженапечатанного бабла на “суперэкологичном хайтехе” и всякие хорошие схемки типа “пусть каждый простой техасский парень, покупая горючее для пикапа, оплачивает гею-стартаперу Джорджу зарядку Теслы” больше не нужны.

И она появилась.

Элон Маск совсем скоро обеспечит интернетом весь мир
 
Реализация всего проекта позволит каждому землянину пользоваться беспроводным спутниковым интернетом на скорости до одного гигабита в секунду

Оригинал новости давал чуть больше информации, но в либерастично-гиковско-хайтеходрочерских ресурсах подача новости была обыденна – “Интернет уже вот почти есть, для всей планеты, бесплатный, гигабитный, в любой точке, вот вам и прорыв, вот вам и хайтех”.

Фактическая новость состоит в том, что SpaceX заявила о намерении создать орбитальную группировку в 4.425 спутников, и с их помощью предоставлять услуги доступа в Интернет по всему земному шару. Характеристики каждого спутника выглядят так:

Что же, разберёмся в том, почему заявленный проект является обычным масковским пиар-проектом.

Масштабность спутниковой группировки

4425 спутника (1600 на первой фазе) – это не просто много, это очень много.

При заявленном сроке жизни в 5 лет, необходимо выводить в год 4425 / 5 = 885 спутников просто для поддержки работы группировки, то есть примерно 3 спутника в сутки, без перерывов. На фазе создания группировки запусков должно быть ещё больше, потому что износ спутников начнётся не с начала “официальной работы”, а с фактического вывода на орбиту.

Далее, таких стартовых мощностей просто нет сейчас на планете и не планируется к созданию. Выводить эти спутники “пачками”, как килограммовые “наноспутники” не выйдет, потому что спутники связи слишком габаритны – то есть делать расчёты “берём теоретическую грузоподъёмность ракеты-носителя и делим на массу спутника” не имеет смысла – всё упирается не в массу, а в размеры спутников. Они физически большие, по габаритам каждый спутник сопоставим с легковым автомобилем, а то и превышает его. В документации чётко указаны габариты “тела” спутника – 4 x 1.8 x 1.2 метра, и это – только сам спутник, не считая двух солнечных батарей размерностью 6 x 2 метра – они в сложенном состоянии тоже будут занимать место.

Дополнительно учитывая, что у SpaceX за 14ти летнюю историю менее 30 относительно удачных запусков (фирма вообще-то создавалась для запусков с многократным использованием первой ступени, коих к объявлению об инициативе сделано ровно нуль, а через полгода после – уже целый один) – картинка становится совсем неприглядной.

Орбиты

Высоты орбит от 1150 км до 1325 км делают задачу вывода спутников более сложной, т.к. на такие орбиты Falcon 9 ещё ни разу спутники не выводил. Более того, в рекламных целях для оценки возможностей носителя всегда берутся параметры “по максимуму”, для вывода на НОО (около 200 км). Параметры выводимого Falcon’ом на 1150-1325 км груза не известны – но он явно будет меньше, чем в случае с НОО.

Далее, заявленные орбиты – не геостационарные. То есть спутники будут не “висеть над одной точкой”, а перемещаться – отсюда задачи “бесшовного” роуминга, “прицеливания” антенны на нужный спутник (перемещающийся), постоянной смены характеристик каналов между спутниками и вопросы субоптимальной маршрутизации трафика между ними.

Интересным также будет удержание спутников на данных орбитах – в технических спецификациях не обговаривается наличие двигателей, т.е. что делать с, допустим, неточно выведенным спутником, или сходящим с орбиты и снижающимся – непонятно. Такое большое количество спутников будет гарантировать около 3х падений спутников в сутки (просто потому что спутникам больше некуда деваться с орбиты, кроме как упасть – набрать нужную для отправки в далёкий космос скорость они не могут) – в результате чего возникает задача, чтобы потерявший орбиту спутник, снижаясь, не столкнулся с другими объектами, находящимися на более низких орбитах.

Задача пополнения орбитальных группировок, учитывая то, что спутники на всех орбитах вырабатывают ресурс в сопоставимом темпе, перечёркивает все возможности по “разово выведем несколько спутников сразу пополнив несколько орбит” – учитывая масштабы различия высот орбит, сделать это не получится. То есть “довывести 100 спутников” будет ощутимо труднее, чем “разово вывести 100 спутников” – просто хотя бы тем, что выводить можно “сразу несколько на одну орбиту”, а пополнять придётся исходя из фактического износа. Это можно упростить, создав резерв мощностей – но тогда линейно вырастает задача обслуживания, потому что резерв, находящийся на той же орбите, так же изнашивается.

Связь со спутниками

Почему-то массовый репостер (обычный фанат Маска – восторженный гуманитарий) решил, что технология сия будет компактна настолько, что приёмник-передатчик будет встраиваться чуть ли не в мобильники. По факту ситуация проще – спутники будут работать в Ku и Ka-диапазонах, что подразумевает антенну-“тарелку” диаметром в 1-1.5 метра. В данных диапазонах будет также работать масса других спутников (одних телевизионных только больше сотни), что дополнительно усложнит арбитраж среды доступа (т.е. надо будет “нарезать” диапазон на полосы частот приемлемой ширины, и, по аналогии с, допустим, технологиями семейства 802.11 осуществлять переход с одного канала на другой при загруженности или слишком низком качестве передачи на текущем) и снизит и потенциальное количество абонентов для 1го спутника, и доступную им скорость передачи. Учитывая количество спутников, фактор наложения сигнала будет вообще достаточно серьёзным. Впрочем, никакой конкретики по части технического решения нет, поэтому о количестве абонентов, доступной им полосе пропускания и прочем можно только строить предположения. Ясно только одно, что речь будет идти не о мобильном устройстве, а о стационарной установке приличных габаритов и энергопотребления.

Можно сразу же упомянуть точно известный факт – задержки на канале в данной схеме будут велики. Трасса, которую проделает пакет с данными, будет состоять из пути от передающей системы абонента до спутника, дальнейшей маршрутизации между спутниками, “приземлением” на некую опорную систему, плюс трассой от неё до источника контента. Это десятки тысяч километров в ситуации, когда на Земле будет хотя бы полсотни узлов связи со спутниковой группировкой, в “неудачном” раскладе, когда их меньше (как сейчас, когда говорится о всего лишь трёх наземных станциях) – возможно и около сотни тысяч километров. Физика подсказывает, что в этом случае задержки в 200-300ms будут минимальными (в силу ограниченности скорости света), а вообще всё это будет дополнительно усложняться задержками на буферизацию на интерфейсах приёма-передачи, избыточностью кодирования для обработки ошибок, субоптимальной маршрутизацией в связи с постоянно перемещающимися относительно друг друга и отправителя/получателя спутниками. При таких лагах про приложения, требующие быстрый отклик (игры, UC и конференц-связь), можно забыть вообще. Лет 20 назад вариант “спутниковый инет лагает, зато странички открываются и файлы можно скачивать” был интересен, а сейчас – сомнительно.

Декларируемая гигабитная скорость

Декларируется она между спутниками, а не у каждого абонента (количество которых на 1 спутник также не называется). Связь между спутниками, кстати, планируется оптическая – что поднимает ещё больше вопросов о реализуемости/надёжности всей схемы. Если спутник будет раздавать широкополосный интернет хотя бы тысячам наземных станций, плюс обмениваться трафиком с другими спутниками, сильно интересна проблема охлаждения передатчиков такой мощности – в космосе охлаждать получится разве что излучением, поэтому вопрос, хватит ли площади спутника на излучение “лишних” кВт, которые неизбежно появятся из-за не-100%го КПД передающих/принимающих систем.

Бесплатность

Про бесплатность не упоминается вообще нигде, кроме восторженных русскоязычных статей. Цену на спутниковый интернет и нужное оборудование для работы в заявленных диапазонах можно легко найти и оценить – она очень серьёзная.

Революционность

Революционностью у проекта и не пахнет – это клон проекта Viasat почти годичной давности. Только у Виасата вполне реальные масштабы в 3 спутника и понятный сектор применения типа “буровая платформа нуждается в единичном очень быстром канале”, но это ж глупый и неопытный в вопросах связи Viasat, а Маск-то, заявив про “у нас будет в полторы тысячи раз больше спутников и вся планета как клиент”, конечно же, лучше в вопросе разбирается.

Свобода

Подача проекта как “возможность неограниченного доступа к свободной информации” – типичный пример, когда целевая аудитория довирает то, что ей хотелось бы видеть в проекте, хотя в нём этого нет. Проект реализует американская фирма, поэтому всё в плане доступности информации – т.е. и модерация, и доступ к трафику, и контроль за контентом – будут на совершенно том же уровне, что и, допустим, в Фейсбуке или Гугле.

Весеннее обострение 2017 года

В начале марта 2017 года появилась свежая сногсшибательная новость — к ноябрьской заявке на 4.425 спутников (с запасными количество доходит до 4.591), необходимых для раздачи глобального интернета, добавилась новая заявка на 7.518, в результате чего общее число спутников выросло до 11.943, не учитывая резервных.

Что показательно, уже даже профильный “гиковский” ресурс мягко ох..ел, судя по оформлению новости:

SpaceX, похоже, поставила целью создавать сенсацию в СМИ каждую неделю.

Простые арифметические расчеты показывали, что для поддержки даже исходной группы в 4425 спутников SpaceX потребуется революция в производстве спутников и средствах выведения. На новую группировку расчеты получаются и вовсе абсурдными. Если брать указанный в заявке срок жизни в 5-7 лет, то на простое поддержание группировки в 11943 спутника потребуется выведение 1706-2388 спутников в год. Т.е. в сутки надо будет производить 4,7-6,5 спутников и чем-то выводить их на орбиту. Это на порядки (т.е. в сотни и тысячи) раз интенсивнее, чем спутники строятся и выводятся сейчас.

Единственная рациональная гипотеза, которую можно придумать, глядя на то, как компании заваливают заявками FCC — это попытка закрепиться в новом сегменте рынка.

Разумные мысли, что ж.

Новая заявка, до кучи, предполагает вывод семи с лишним тысяч спутников на орбиты высотой около 340 километров, что делает задачи пополнения группировки вообще запредельными, т.к. на такой высоте спутники будут ощутимо тормозиться остатками атмосферы и срок их жизни будет очевидно ниже, чем у предыдущего варианта.

Впрочем, озвучена весьма рабочая гипотеза – “Маск хочет застолбить за своей фирмой потенциально выгодные околоземные орбиты, сымитировав желание туда что-то запустить, а потом просто перепродать тем, кому надо будет даже 1 свой спутник запустить для подобных целей”. Похоже на правду – так что, скорее всего, пока это останется основной гипотезой. Ведь по всем признакам никакого даже начала планирования работ – не происходит.

Все данные пункты показывают, что наблюдается очередной лохотрон от Маска. Тривиальный в плане имитации хайтеха и нужный для поддержания у инвесторов настроения.

Предвесеннее обострение 2018 года

Новая весна нового года принесла известия о проекте.

Начнём сразу с сочных цитат в стандартном рукозаламывательно-надрывно-восхищённом рабско-гуманитарном непередаваемом стиле российских либерастов

Первые два спутникa, Microsat 2a и 2в — разработанные SpaceX для системы Starlink, Глобального Космического Интернета — полетят 17 февраля, в субботу, с космодрома Ванденберг.

Вот теперь я счастлива, во теперь пошла настоящая золотая руда. Для меня это событие равно по важности Фалкону Хэви или важнее. Запуск, как обычно, на ранее летавшей ступени (это 9-ый раз, феноменально). Вместе с испанским коммерческим спутником Paz, который и платит за банкет.

Потому что это пролом в новую и огромную область. Область, в которой объемы в 100 раз больше, чем на запусках. Запуски — это миллиарды долларов в год, услуги спутниковых систем — сотни миллиардов долларов.

SpaceX никогда не стал бы по-настоящему значимой компанией Земли, если бы остался только на уровне вывода на орбиту. У них уже сейчас 70% всего рынка коммерческих запусков. Ну еще поможет НАСА — сама бедная, как церковная мышь. Ну американские военные — у этих есть жирок, особенно пока Трамп в Большом Доме. А дальше-то что?

А вот если SpaceX берет глобальную связь, весь интернет, распределение информации, позиционирование — и все это на собственных спутниках, станциях, терминалах, и при собственном выводе спутников — тогда есть потенциал для заметного роста капитализации и влияния. Вот тут уже можно начинать жить.

Детали конструкции спутников — закрытая информация. По десятку понятных причин. Заявленные коммуникационные станции расположены в городах Redmond, Brewster, штат Вашингтон, Hawthorne, Fremont, штат Калифорния, и McGregor, Brownsville штат Техас. Передача/прием будет тестироваться на терминалы на микроавтобусах (интересно микроавтобусы какой фирмы выберет SpaceX для этих тестов)).

Вот так. Пока имеет место строгое выполнение давно заявленного графика. Приятно, что SpaceX не отстает от своих безумно скоростных планов. Система Starlink, тогда она была без имени, была впервые упомянута Маском в 2015 году. Начало коммерческих услуг ожидается с 2020 года.

P.S. По слухам, лучшие разработчики телекоммуникационных спутников массово перешли на работу в SpaceX. Ну, так же, как все биомедицинские звезды по созданию интерфейсов между мозгом и компьютерами, давно перешли работать в Neuralink (это уже факт, а не слухи). Вот удивительно. Почему бы они это сделали?)

P.P.S. Так похоже SpaceX и еще кое-что разрабатывает и создает, кроме ракетных двигателей и ракет?? Спутники, наземные станции к ним, мобильные терминалы? Оборзели совсем.

P.P.P.S. В самом “старшем” варианте Starlink около 12,000 (12 тысяч) спутников. А теперь совсем о другом — как дела с нагрузками для сверхтяжелых ракет? ))

Разберём по пунктам.

Microsat 2a и 2b – это не “первые два спутника”, а замена MicroSat 1a и 1b. С которыми с 2016 года ничего не получилось.

Запуск будет действительно вместе с испанским коммерческим спутником Paz, вывод которого стоит более сотни миллионов долларов США – т.е. ценник на запуски Falcon 9 всё растёт и растёт, и что примечательно – вывод Paz на орбиту достался фирме SpaceX по причине неоднократных срывов попыток вывести Paz украинским носителем Dnepr (задержки и переносы продолжались 18 месяцев, после чего испанцам настойчиво предложили SpaceX). То есть имеет место просто очередной очень дорогой вывод простого спутника связи, притом заказ отжат у Украины.

Спутники Microsat 2a и 2b – это не “первые” и даже не “прототипы” того, что планируется для реального использования. Это тестовые системы со вполне тривиальной конструкцией ( carries the spacecraft flight computer, power system components, attitude determination and control components, propulsion components, GPS receiver, and broadband, telemetry, and command receivers and transmitters. The primary bus is mounted on the payload truss system, which also carries communications panels, inter-satellite optical link transmitters and receivers, star trackers, and a telemetry antenna.) и в разы меньшими габаритами, чем у “настоящих” спутников связи (1.1m × 0.7m × 0.7m у Microsat и 4.0m x 1.8m x 1.2m у реального). И со вполне чётким сроком жизни – The designed lifetime of each satellite is six months.

То есть это пара тестовых стендов для конкретной задачи “как осуществлять быструю связь между спутниками”, по всем параметрам не похожих на то, что планируется запускать в итоге. И никакой секретной конструкции нет.

Их запуск, кстати – это к вопросу о “имеет место строгое выполнение давно заявленного графика” – уже дважды переносился, изначально было “The first phase of testing will include two satellites: Microsat-2a and Microsat-2b. These two satellites are intended to be launched as early as 2017.”. Сейчас, как нетрудно заметить, 2018 год.

Про По слухам, лучшие разработчики телекоммуникационных спутников массово перешли на работу в SpaceX / SpaceX берет глобальную связь, весь интернет, распределение информации, позиционирование — и все это на собственных спутниках, станциях, терминалах, и при собственном выводе спутников даже смеяться не буду, т.к. у фантазирующей в голове в лучшем случае каша из “слышала звон, да не знает, откуда он”.

Лучшие разработчики в телекоммуникациях сейчас занимаются 5G и подобными темами, и работают в Huawei/Samsung/ZTE – а США в этой сфере технологий уже несколько лет как догоняющая. Последний крупный массовый телеком-проект США – Google Fiber – напомню, ещё лет 5 назад на тему него просто-таки исходили фантазиями и мечтами “там, в нормальной-то стране, гугл всем за бесплатно гигабитную оптику тянет” – тихо умер, т.к. у Google просто не хватило квалификации. Воровать личные данные и торговать рекламой – одно, а магистральные сети – это оказалось куда как сложнее.

Но я почему-то уверен, что все эти неприятные факты, показывающие, что проект к реализации задачи “тысячи спутников, многогигабитный интернет в любой точке мира с простым и не-габаритным оборудованием” и не приблизился, никак не помешают гуманитариям-масковерующим веровать.

Ведь это им куда как проще, чем думать.

Февраль 2018 года – очередной перенос запуска

Изначально тестовые спутники должны запустить были в 2017 году. Потом – 16 февраля 2018 года.

Первый перенос в 2018 году состоялся сразу же – вместо 16 было решено запускать 17 (“With the one-day delay to Sunday, launch of Paz + Microsats moves a minute earlier to 6:16am PST (9:16am EST; 1416 GMT).”).

Второй – прямо в день запуска:

FOR IMMEDIATE RELEASE
From: 30th Space Wing Public Affairs,
www.vandenberg.af.mil
Falcon 9 Paz launch delayed
VANDENBERG AIR FORCE BASE, Calif. – The SpaceX Falcon 9 rocket carrying a PAZ payload from Space Launch Co lex-4, is delayed to allow for additional time to perform final checkouts of the upgraded fairing. The Falcon 9 and payload remain healthy.
The launch is rescheduled for Wednesday, Feb. 21, at 6:17 a.m. PST.

Т.е. контора пару лет пытается запустить пару тестовых спутников, заявившись на 12 тысяч реальных. Которых ещё нет даже в прототипе. И которые с гарантией больше и габаритнее, чем эти два.

Исходная инфа о запуске также примечательна деталями:

Launch site: Vandenberg SLC-4E
Launch date: February 17, 2018
Launch window: 0922 Eastern, 0622 Pacific (1422 UT)
Core: B1038.2 (FormoSat-5)
Stage recovery: no
3 major payloads
PAZ
Owner: HisdeSat (Spanish govt)
Builder: Astrium España
Type: X-Band synthetic aperture radar
Mass: ~1,400kg
Orbit: 505km sun-synchronous polar orbit
MicroSat 2a and 2b
Owner: SpaceX
Builder: SpaceX
Type: StarLink data constellation test
Mass: ~386kg (each)
Size: ~1.1×0.7×0.7m
Solar: ~2×8m (x2)
Comms: Ku-Band, laser
Propulsion: Hall effect electric thrusters
Orbit: 514×514km
Inclination: 97.44°

Вывод массы в ~1400+400+400 = 2200 кило, чуть выше “обычной” орбиты – и хлоп, Falcon уже в “невозвращаемом” варианте. И ступень “нулёвая”. Видимо, раз тема с “возвращаемая ступень экономит секретное число денег” закончилась пшиком – никакой экономии нет, запуски только дорожают, надёжность падает – её будут тихо заминать. Для шоу норм, а так – непрактично. Страховка дорогая, рисков много.

Кроме того, удивительная закономерность – как только выводимая нагрузка вырастает хотя бы до 1/4 задекларированного максимума – сразу же запуск ведётся в “невозвращаемом” варианте. Задекларированный в технических характеристиках максимальный выводимый на орбиту груз – от которого, теоретически максимального, и считается ценник на вывод килограмма – никогда за историю Falcon 9 не выводился. И для вывода куда как меньшего груза приходится “убирать” возможность возврата ступени.

Парадокс прямо.

Почему вообще, если при выводе 2.5 тонн уже возникают затруднения и надо менять конструкцию на “полностью одноразовую”, продолжая врать про экономию от многоразовости, не задекларировать максимум не в полтора десятка тонн, а в 100 или 500? Все равно ведь столько не выводится, а будет приятно. А, именно это и сделали в варианте одноразовой во всех смыслах слова Falcon Heavy? Тогда вопрос снят.

Провал идеи и неопределённость

Запуск с четвёртой попытки двух тестовых спутников, зачем-то выдаваемый за “начало работы всепланетного бесплатного интернета”, принёс, пожалуй, самую большую гроздь разочарований.

В интервью Wall Street Journal представители SpaceX вполне официально сообщили следующее:

  • Заявленные сроки запуска первой очереди системы (это первые 4400 спутников) переносятся на неопределенный срок. Понимания по срокам нет вообще. Невозможно даже примерно определить, что и когда будет делаться. Полный провал планирования и проектной работы.
  • Компания до сих пор не провела технические расчеты и не составила смету расходов. Нет ни ТЭО, ни проведения каких-либо НИОКР. Есть рекламные ролики и заявления. Нет прототипов спутников, наземных станций, понимания архитектуры системы и даже примерной оценки трудозатрат и необходимых вложений.
  • Заявленный срок – к 2020 году – уже точно не реален. Новых сроков, из-за упомянутых выше проблем, просто нет.
  • Инженеры SpaceX до сих пор не определили, какая инфраструктура потребуется на земле для приема сигналов со спутников, а также какие технологии лучше применить при создании “созвездия Starlink”. О договоренностях с субподрядчиками и производственных планах речи пока тоже не идет. Всё, что имеется на данный момент – некие фантазии маркетологов, имеющих околонулевое представление об отрасли связи.

Тягостная атмосфера постоянных неудач и провалов характерна для проектов Маска, но тут масштаб фейла уже такой, что даже бравурные заявления не спасают. Грубо говоря, прошли годы, не сделано ничего. И даже непонятно, как браться за задачу. У компании Маска не оказалось ни квалификации для ведения таких проектов, ни управленческих навыков, ни технических возможностей.


Это - статья из мини-цикла "Прикладная маскология", в котором есть и другие: