Tudo sobre o projeto de Internet via satélite Starlink. Parte 1

O projeto StarLink da SpaceX, do bilionário americano e entusiasta do espaço Elon Musk, embora tenha surgido há muito tempo, começou a ser amplamente discutido na mídia há um ano e meio.



O tema das comunicações via satélite é muito complexo, uma vez que combina não só questões técnicas e comerciais, mas também questões de interação internacional entre países individuais na utilização do espectro de frequências comum para a humanidade, no campo deste projeto e suas capacidades, a maioria da população tem muito delírios.



Na medida do possível, tentei falar sobre comunicações por satélite (que dei mais de 27 anos da minha vida e, em geral, consegui algo) e do projeto StarLink em particular, no meu blog, mas agora há muito material acumulado sobre esse projeto e uma compreensão do que realmente não é pessoas que não pertencem ao nosso estreito setor entendem (se enganam), me levaram à ideia de sistematizar o conhecimento acumulado sobre este projeto, e publicá-lo de uma certa forma unificada, tentando tornar esta descrição interessante e acessível para um leitor comum interessado em tecnologia e espaço, bem como útil para meus colegas trabalhadores de comunicações.



Cabe a você julgar o que saiu disso e o que não saiu. Na medida do possível, irei atualizar o conteúdo (porque o projeto está se desenvolvendo e mudando rapidamente) e responderei suas perguntas.

Sergey Pekhterev, Ph.D.



1. O nascimento do projeto Starlink



Se você olhar para onde este projeto cresceu, então, provavelmente, você precisará tomar 2007 como ponto de partida, quando Greg Wyler fundou a O3b Networks, cujos acionistas eram a operadora de satélite SES (ele possuía 49,5% das ações), Google, banco HSBC, Liberty Global Foundation.



Greg Wyler

Foto: Greg Wyler



Em 2016, a SES comprou participações dos restantes acionistas da O3b Networks, e este foi um reconhecimento do sucesso da empresa e de Greg Wyler como líder, e as perspectivas para esta linha de negócio. Lembre-se de que O3b é uma abreviatura de Outros 3 bilhões: uma lembrança dos três bilhões de terráqueos que não tinham acesso à Internet em 2007. A essência desse projeto era criar uma constelação de satélites em uma órbita de 8.000 km da Terra acima do equador, o que forneceria Internet de banda larga à população mundial que vivia entre 45 graus sul e 45 graus norte de latitude. Uma desvantagem óbvia do projeto era que, para receber a Internet, era necessário um complexo de duas antenas com diâmetro de 2,4 me um custo de US $ 120 mil. Duas antenas foram necessárias porque uma recebeu um sinal, rastreando um satélite em vôo,e a segunda antena neste momento foi apontada para a próxima nave espacial a fim de substituir a primeira quando "seu" satélite desaparecesse atrás do horizonte.



Este serviço foi adotado pelos governos e telecomunicações de países africanos, os Estados insulares do Oceano Pacífico, bem como o Pentágono para suas bases no exterior. Ou seja, o negócio foi um sucesso, o recurso de rede se esgotou. Mas devido ao enorme custo das antenas, este serviço não podia ser usado por residentes de aldeias nas profundezas da África, e mesmo apenas por indivíduos. O que era necessário era um projeto de "Internet via satélite pessoal" baseado em satélites em órbita baixa.

E esse projeto apareceu dentro do Google, onde Mark Krebs conseguiu um emprego em 2013.



Em 30 de setembro de 2014, o Google entrou com um pedido de patente para uma constelação de satélites para acesso à Internet de banda larga com uma rede de estações terrestres de gateway e links inter-satélites, na qual Mark Krebs foi listado como o inventor.

A patente foi emitida já em 2017, é assim que a constelação de satélites deve ser:



constelação de satélites


Assim, podemos dizer com certeza que em 2013-2014. O Google estava trabalhando em um projeto de satélite para acesso de internet banda larga internamente, com Mark Krebs e Greg Wyler como contribuidores ativos. Este último decidiu envolver Elon Musk neste projeto, que estava lançando as bases para seu futuro sucesso, mudando para a versão 1.1 do foguete Falcon 9 e acoplando a nave de carga Dragon à ISS. À máscara foi atribuída a função de "táxi" para a entrega de satélites ao espaço e de "chaveiro" para sua fabricação.



O que e como aconteceu em 2014 entre a liderança do Google, Elon Musk e Greg Wyler, não posso dizer: temos que esperar até que todos eles liberem suas memórias e leiam quem, o quê, quem disse e quem mandou quem para onde, mas o resultado é conhecido. Greg Wyler se separou do Google e iniciou seu próprio projeto OneWeb (WorldVu), e Elon Musk garantiu financiamento do Google e iniciou um projeto semelhante em 2014.



Observe isso provavelmente. 2014 foi um ano muito turbulento e as negociações entre as partes foram bastante tensas e as partes se preparavam para o fato de que seu negócio conjunto não aconteceria. Pelo menos sabe-se que em 27 de junho de 2014, foi feito um pedido à União Internacional de Telecomunicações (UIT) em nome do regulador de comunicações norueguês para uma rede de satélites de 4.257 satélites denominada STEAM. A rede consistia em dois grupos: STEAM-1 foi anunciado na banda Ku, e STEAM-2 foi projetado como um grupo Ka; seus 4.257 satélites foram distribuídos entre 43 planos orbitais. O iniciador deste aplicativo ITU foi Steam Systems, fundado em 2014 pelo escritório de advocacia Schjødt. Em 2018, houve mudanças no cadastro de proprietários dos Sistemas Steam e agora a SpaceX é 100% proprietária.A vantagem da Noruega sobre os Estados Unidos era a ausência de uma taxa, cobrada pelo regulador da indústria americana Federal Communication Commission (FCC) - exigia quase US $ 1 milhão, e na ausência de burocracia. Como um lembrete, a FCC tem analisado o pedido de 2016 da SpaceX por quase dois anos, examinando as alegações de todos os concorrentes.



Assim, podemos dizer que a casa dos pais para o projeto Starlink é o Google, e Greg Wyler e Mark Krebs estão reivindicando o papel dos pais (em 2016, Mark mudou-se para a SpaceX, em 2018 Elon Musk o expulsou de lá, e desde 2018 Krebs está trabalhando no projeto Amazon Kuiper de Jeff Bezos). Mas a vida real no Starlink foi respirada por Elon Musk, que pegou fogo com essa ideia em 2014. Aqui está a primeira menção de Musk ao próximo projeto Starlink:



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2. Principais eventos do projeto Starlink



Janeiro de 2015 - Abertura de um escritório em Redmond, Washington, criado especificamente para desenvolver o projeto Starlink.

15 de novembro de 2016 - apresentação de um pedido à FCC para o uso do espectro de frequência das bandas Ku e Ka por uma constelação de satélites de 4425 espaçonaves.

1º de março de 2018 - apresentação de um pedido de uso do espectro de frequência da banda V por uma constelação de satélites de 7.518 espaçonaves.

30 de março de 2018 - a FCC autorizou para novembro de 2016 o registro de uma rede de 4.425 satélites.

22 de fevereiro de 2018 - Dois satélites de teste (Microsat-2a e Microsat-2b) foram lançados com sucesso pelo booster Falcon 9 como uma carga de passagem. Eles foram posteriormente renomeados para Tintin-A e Tintin-B.

Outubro de 2018- reorganização do escritório em Redmond com a demissão de sete funcionários, incluindo dois gerentes de topo do projeto Starlink. Entre os demitidos estavam o vice-presidente de direção de satélites, Rajiv Badyal, e um dos designers-chefe, Mark Krebs, que estava envolvido no projeto de Internet via satélite do Google. Elon Musk os substituiu, dando aos novos líderes a tarefa de iniciar o lançamento de satélites em meados de 2019.

8 de novembro de 2018 - pedido à FCC para alteração da aplicação da rede das bandas Ku e Ka (4425 satélites), com a atribuição da primeira fase de 1600 satélites e diminuição da altura orbital dos mesmos de 1100 km para 550 km.

15 de novembro de 2018 - FCC liberado para rede em 1 de março de 2017 aplicação de 7.518 satélites na banda V.

20 de dezembro de 2018- A Divisão de Experimentos e Planejamento de Desenvolvimento Estratégico da Força Aérea dos Estados Unidos concedeu à SpaceX um contrato de US $ 28 milhões para testar vários usos militares da rede de satélites Starlink nos próximos três anos.

1 de fevereiro de 2019 - o Space X enviou uma solicitação à FCC para ligar e operar 1 milhão de terminais de assinantes.

8 de abril de 2019 - SpaceX aprova uma licença para operar um sistema privado de sensoriamento remoto da Terra. Assim, a SpaceX obtém o direito de tirar fotos de seus próprios satélites e da Terra. Permissão emitida para imagens coloridas de baixa resolução para 60 espaçonaves em órbita circular com inclinação de 53 °.

26 de abril de 2019- A FCC aprovou o pedido da SpaceX para alterar a rede Ku-band anunciada anteriormente. Agora estamos falando de 1584 satélites a uma altitude de 550 (em vez de 1150) km e uma inclinação de 53 °.

Maio de 2019 - vídeos do trem Starlink começam a aparecer na Internet - vários satélites desse grupo pareciam um trem em movimento no céu noturno. As exclamações de admiração dos espectadores começam a ser acompanhadas pela indignação dos astrônomos. O épico "SpaceX vs the astronomical community" começa.

23 de maio de 2019 - Lançamento de 60 satélites Starlink na versão v0.9 (link de alimentação da banda Ku da Terra para o espaço). Primeiras fotos públicas de satélites e sua embalagem sob a carenagem de um foguete Falcon 9.

28 de junho de 2019... - A SpaceX apresentou um aviso à FCC sobre o início dos testes do terminal de aterramento. Trata-se de aproximadamente 200 terminais flat phased array e dez com antena parabólica.

30 de agosto de 2019 - SpaceX envia outro pedido à FCC para alterar as características da constelação: agora o primeiro estágio da rede Starlink deve consistir em 72 planos orbitais, não 24. Consequentemente, o número de satélites em cada mudança de plano: em vez de 66, haverá apenas 22.

7 de outubro de 2019 - a SpaceX solicitou à FCC que enviasse 20 inscrições à ITU para 30.000 satélites de órbita baixa.

11 de novembro de 2019 - lançamento de 60 espaçonaves Starlink versão 1.0. A altitude da órbita circular de separação dos satélites do foguete é de 280 km, ou seja, significativamente menor do que no primeiro lançamento.

20 de novembro de 2019- A Conferência Mundial de Radiocomunicação da ITU (WRC) decidiu sobre o tempo que os operadores de constelações de satélites de órbita baixa têm para implantar totalmente seus sistemas. A partir do momento em que a UIT recebe um pedido (são apresentados pela administração nacional do país onde se encontra o operador da constelação) para atribuição do espectro de frequências para a rede de satélites do operador, a contagem decrescente inicia-se aos 7 anos. O mais tardar 7 anos depois (caso contrário, o pedido será cancelado), o operador deve começar a implantar sua rede de satélites de forma que 10% das espaçonaves sejam lançadas nos primeiros 2 anos, 50% durante os primeiros cinco anos e toda a constelação (100% dos satélites declarados ) após 7 anos. Se a operadora não o fizer, seus direitos de espectro serão limitados em proporção ao número de satélites lançados ao final desses sete anos.

7 de janeiro de 2020 - terceiro lançamento de 60 espaçonaves Starlink (segundo lançamento da versão 1.0 dos satélites).

29 de janeiro de 2020 - quarto lançamento de 60 espaçonaves Starlink (terceiro lançamento da versão 1.0 dos satélites).

4 de fevereiro de 2020 - A Autoridade Australiana de Comunicações e Mídia tornou a SpaceX licenciada para fornecer serviços na Austrália.

17 de fevereiro de 2020 - o quinto lançamento de 60 espaçonaves Starlink (o quarto lançamento da versão 1.0 dos satélites).

18 de março de 2020 - o sexto lançamento de 60 espaçonaves Starlink (o quinto lançamento da versão 1.0 dos satélites).

17 de abril de 2020... - A SpaceX está entrando com um pedido à FCC para alterar a arquitetura da rede Starlink Ku / Ka-band. Todos os satélites operarão em órbitas entre 540 e 570 km.

22 de abril de 2020 - sétimo lançamento de 60 espaçonaves Starlink (sexto lançamento da versão 1.0 dos satélites).

23 de abril de 2020 - Elon Musk anuncia no Twitter que os testes beta fechados dos serviços Starlink começarão em cerca de 3 meses, e os públicos em cerca de 6 meses.

17 de maio de 2020 - As primeiras fotos do STS para a rede Starlink apareceram, a foto foi tirada no portal em Merrilan, Wisconsin.

2020 g de 20 de maio . A SpaceX solicitou uma licença de Serviços Básicos de Telecomunicações Internacionais (BITS), que lhe dá o direito de fornecer serviços de comunicações no Canadá.

1 de junho de 2020A SpaceX entrou com um pedido na FCC para a 2ª geração da rede Starlink de 30.000 satélites em órbitas que variam de 328 a 614 km.

4 de junho de 2020 - o oitavo lançamento de 60 espaçonaves Starlink (o sétimo lançamento da versão 1.0 dos satélites). Um dos satélites possui VisorSat para reduzir sua visibilidade.

13 de junho de 2020 - o nono lançamento de 58 espaçonaves Starlink (o oitavo lançamento da versão 1.0 dos satélites). Além disso, três satélites SkySat foram lançados.

14 de junho de 2020 - o registro daqueles que desejam participar do teste beta é aberto no site www.starlink.com .

21 de junho de 2020 - surgiram informações sobre o roteador Wi-Fi para o terminal Starlink. O roteador recebeu a certificação da FCC e será fabricado em Taiwan.

1 de agosto de 2020- surgiram na Internet os primeiros resultados dos testes do serviço Starlink: velocidades até 60 Mbps, latência de 31 ms.

4 2020 g de agosto . - A SpaceX dirigiu-se à FCC com um pedido de ampliação da autorização anteriormente solicitada de 1 milhão de terminais de assinantes para 5 milhões, justificando que havia grande interesse em seu sistema e que a empresa recebeu 700 mil pedidos para teste.

2020 g de 7 de agosto . - décimo lançamento de 57 naves Starlink (nono lançamento de satélites versão 1.0). Além disso, 2 satélites BlackSky foram lançados.

18 de agosto de 2020 - o décimo primeiro lançamento de 58 espaçonaves Starlink (o décimo lançamento da versão 1.0 dos satélites). Além disso, foram lançados 3 satélites SkySat.

3 de setembro de 2020- décimo segundo lançamento de 60 espaçonaves Starlink (décimo primeiro lançamento de satélites versão 1.0).

3 de setembro de 2020 - SpaceX anuncia testes bem-sucedidos de um link de comunicação a laser entre dois satélites Starlink.

6 de outubro de 2020 - décimo terceiro lançamento de 60 espaçonaves Starlink (décimo segundo lançamento da versão 1.0 dos satélites).

15 de outubro de 2020 - O regulador canadense de telecomunicações CRTC aprovou a emissão de uma licença BITS para o Space X para fornecer serviços básicos de comunicações no Canadá

18 de outubro de 2020 - o décimo quarto lançamento de 60 espaçonaves Starlink (décimo terceiro lançamento da versão 1.0 dos satélites).

2020 g de 24 de outubro . - o décimo quinto lançamento de 60 espaçonaves Starlink (o décimo quarto lançamento da versão 1.0 dos satélites).

Outubro 2020 g 27 . - O Space X está lançando um programa beta público sob o slogan 'Better Than Nothing'. Os participantes do teste beta são convidados a resgatar terminais por US $ 499 (mais taxas estaduais e custos de envio) e uma taxa de assinatura de US $ 99 por mês, sem limitar o tráfego. A velocidade prometida está na faixa de 50-150 Mbit, com possíveis interrupções na comunicação. Em 2021, é prometida uma melhoria significativa na qualidade do serviço devido às atualizações de software e ao aumento do número de satélites.

27 de outubro de 2020 - O Space X está lançando um programa beta público sob o slogan 'Better Than Nothing'. Os participantes do teste beta são convidados a resgatar terminais por US $ 499 (mais taxas estaduais e custos de envio) e uma taxa de assinatura de US $ 99 por mês, sem limitar o tráfego. A velocidade prometida estará na faixa de 50-150 Mbit, enquanto quebras de comunicação são possíveis. Em 2021, é prometida uma melhoria significativa na qualidade do serviço devido às atualizações de software e ao aumento do número de satélites.



3. Metas e custo do projeto



Em janeiro de 2015, ao abrir um escritório em Redmond, Elon Musk observou:



  • “Queremos mudar a situação do tráfego da Internet no espaço. Nossa meta é que aproximadamente 10% do tráfego local e 50% do tráfego da Internet de "longa distância" (longa distância e internacional) passe pela rede de satélite.
  • [] , .
  • [ Starlink] . — $10-15 , .
  • $100 $300 .
  • , Starlink ».


Em janeiro de 2017, o Wall Street Journal publicou um artigo de dois jornalistas americanos, Andy Pazstor e Rolf Winkler, que de alguma forma tiveram acesso aos planos de negócios de 2015 da SpaceX. De acordo com esses planos de negócios, o projeto Starlink deveria ultrapassar os negócios da SpaceX no lançamento de satélites no espaço em 2020, e em 2025 a SpaceX esperava que a receita da Starlink fosse de até $ 30 bilhões por ano (6 vezes mais do que daria negócio de mísseis) e a empresa atenderá 40 milhões de assinantes (o nível de ARPU seria de $ 62 por mês, neste caso). Ao mesmo tempo, a receita operacional da Starlink deveria ultrapassar US $ 15 bilhões por ano.



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Até que ponto as metas anunciadas em 2015-2016 corresponderão à dura realidade, é provável que veremos já em 2021. No entanto, observamos que a receita total das cinco maiores operadoras de satélite do mundo: Intelsat, SES, Inmarsat, Telesat e Eutelsat - totalizou $ 7,75 bilhões em 2019, contra a qual a meta da SpaceX de ter um faturamento de $ 30 bilhões em 2025 parece muito, muito otimista ...



O financiamento para o projeto vem da captação de fundos de novos e antigos acionistas da SpaceX. A colocação das ações está encerrada e apenas o montante dos recursos captados é conhecido. Assim, por exemplo, apenas no primeiro semestre de 2019, a SpaceX levantou US $ 1,02 bilhão dos acionistas. Em agosto de 2020, a SpaceX relatou à SEC sobre o levantamento de quase outros US $ 2 bilhões no capital da empresa.



De acordo com as estimativas dos analistas do Morgan Stanley, publicadas em julho de 2020, o projeto Starlink não alcançará fluxo de caixa positivo até 2033.



4. A composição do grupo Starlink



Falando sobre a composição da constelação de baixa órbita Starlink da SpaceX, deve-se notar que ela consiste em pelo menos duas redes de satélite separadas. A primeira rede foi planejada originalmente (de acordo com o arquivamento da SpaceX com a FCC em 15 de novembro de 2016) de 4.425 satélites. Este aplicativo foi aprovado pela FCC em 29 de março de 2018.



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Deve ser assim:



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A segunda rede de 7.518 satélites deverá operar em banda V (pedido protocolado em 1º de março de 2017, aprovado em 19 de novembro de 2018).



Constelação Starlink VLEO:



tabela



Então a SpaceX fez mudanças em 2018, baixando a órbita para 550 km. A tabela abaixo mostra a composição do grupo, de acordo com o último pedido da SpaceX ao FCC em 17 de abril de 2020 (o pedido ainda não foi aprovado pelo FCC):



imagem

Observe também que no início de junho de 2020, a SpaceX enviou mais uma aplicação chamada Geração 2, segundo a qual quase 30.000 mais satélites estão planejados nas seguintes órbitas:







No entanto, nesta revisão vamos nos concentrar na análise da primeira fase da rede Ku / Ka-band, que realmente está sendo implantada agora e tem a chance de começar a fornecer acesso à Internet em um futuro próximo (final de 2020). No momento, SpaceX o vê da seguinte forma: 72 aviões orbitais com uma inclinação de 53 graus, 22 satélites em cada um a uma altitude de 550 quilômetros (é possível que esta não seja a versão final). Se parece com isso:



Rede Ku e Ka


5. Arquitetura de rede Starlink



A figura mostra a arquitetura da rede Starlink e seus componentes mais importantes, a saber: O

segmento espacial - são satélites em órbita baixa (no momento, os primeiros 1600 satélites estão implantados em uma órbita com altitude de 550 km com inclinação de 53 graus);

Segmento de solo :



  • Sistema de gerenciamento de rede,
  • Estações de gateway,
  • Terminal do usuário
...

Estrutura da rede global de satélites Starlink
Figura: Estrutura da Rede Global de Satélites Starlink



Quanto à rede terrestre, de fato, ela é construída na rede Google. A própria SpaceX tem duas redes autônomas registradas - AS14593 e AS27277 (a última é possivelmente usada para a rede interna de TI da SpaceX). Com base nos dados disponíveis, o tráfego do assinante SpaceX será encaminhado por meio de linhas de fibra óptica alugadas (principalmente a própria rede do Google, quando possível) para os nós / pontos de troca de tráfego mais próximos nos Estados Unidos: LAX (Los Angeles), SEA (Seattle), ORD (Orlando), LGA (Nova York), SJC (San Jose), DFW (Dallas), IAD (Washington). Em um tweet datado de 02/10/2020, Elon Musk anunciou que a empresa tentará colocar Gateways diretamente nos edifícios onde os "servidores" estão localizados, aparentemente implicando. são os centros de troca de tráfego da Internet.

A partir de 11/02/2020, a SpaceX possui endereços IP da Austrália, Nova Zelândia, Canadá, Grã-Bretanha, Alemanha e Espanha registrados no AS (um sistema autônomo, na verdade, o identificador do provedor sob o qual os endereços IP são registrados). AS36492 é usado pelo Google com o nome "GOOGLEWIFI" para executar pontos de acesso Wi-Fi públicos, mas também é usado pela Starlink para seus IPs).

Para Austrália e Nova Zelândia, há dois intervalos:

IPv4

103.152.126.0/24 Starlink Sydney PoP 1 endereços de usuário (Nova Zelândia)

103.152.127.0/24 Starlink Sydney PoP 2 endereços de usuário

IPv6

2406: 2d40: 1000 :: / 36 Starlink Sydney PoP 2 endereços de usuário

2406: 2d40 :: / 36 Starlink Sydney PoP 1 endereços de usuário (Nova Zelândia)

Canadá:

143.131.2.0/24 SpaceX Canada Corp.

143.131.3.0/24 SpaceX Canada Corp.

143.131.4.0/24 SpaceX Canada Corp.

143.131.5.0/24 SpaceX Canada Corp.

143.131.6.0/24 SpaceX Canada Corp.

143.131.7.0/24 SpaceX Canada Corp.

Para a Europa:

162.43.192.0/24 SpaceX Services, Inc. (ES, Madrid)

162.43.193.0/24 SpaceX Services, Inc. (ES, Madrid)

176.116.124.0/24 SpaceX Services, Inc. (Reino Unido, Londres)

176.116.125.0/24 SpaceX Services, Inc. (Reino Unido, Londres)

188.95.144.0/24 SpaceX Services, Inc. (DE, Frankfurt)

188.95.145.0/24 SpaceX Services, Inc. (DE, Frankfurt)



No próximo artigo, descreveremos a funcionalidade de cada elemento da rede.



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