Как устроена спутниковая связь

В спутниковой системе связи вместе с наземными станциями и оборудованием на борту воздушного судна задействованы спутники, принимающие и передающие сигналы между наземными станциями и самолётами. Это позволяет пассажирам находиться на связи даже над океанами и другими регионами, где разместить наземные станции проблематично.

При спутниковой связи устройство пассажира отправляет сигнал на бортовой сервер, который передаёт его через антенну, расположенную в верхней части самолёта, на спутник. Тот, в свою очередь, обрабатывает сигнал и отправляет его на наземную станцию, откуда данные передаются обратно на спутник и затем в самолёт.

Из минусов — дороговизна оборудования и его использования. Зато выйти в интернет можно из любой точки в самолёте, а скорость соединения может превышать 100 и даже 200 Мбит/с.

Ещё в 2022 году компания SpaceX анонсировала запуск сервиса Starlink Aviation с возможностью передачи до 350 Мбит/с. Спустя три года скорость загрузки составляет 40–220 Мбит/с с задержкой менее 99 мс.

К слову, установка оборудования Starlink возможна на самолётах, используемых российскими авиакомпаниями, — например, на Airbus A321neo. Но на сегодняшний день на территории нашей страны у компании нет соответствующих разрешений.

А откуда интернет в самолёте?

Использовать интернет в небе можно не только посредством спутниковой связи, есть и альтернативные варианты. Один из них — система связи Air-to-Ground.

Air-to-Ground («воздух — земля») — это система связи, при которой антенны, размещённые на самолёте, устанавливают связь с наземными станциями — своего рода сотовыми вышками, но для связи с воздушными судами. ATG-вышки на земле направляют сигнал вверх, к пролетающим над ними самолётам, а там эти сигналы преобразуются в компьютерные. Пассажиры на борту в этот момент получают возможность воспользоваться точками доступа Wi-Fi внутри самолёта и выйти в интернет.

Все коммуникации при системе связи ATG идут между землёй и самолётом, выше воздушного судна ничего не происходит, спутники здесь не задействованы.

Минус такой системы — нехватка наземных станций. Установить их, например, в океанах проблематично, поэтому быть постоянно на связи не получится. А скорость связи обычно составляет 10 Мбит/c — это в 20 раз меньше, чем российские провайдеры предлагают для домашнего интернета.

Система связи ATG хорошо развита в США. Компания Gogo ещё шесть лет назад выпустила 40-страничное руководство по ATG на английском языке (с картинками) и сотрудничала с американскими авиакомпаниями, имея более 200 вышек. Поэтому, забивая очередной гол в НХЛ и приближаясь к рекорду Уэйна Гретцки, Александр Овечкин может спокойно читать об этом в новостных сводках, возвращаясь на самолёте в Вашингтон или отправляясь на очередную выездную игру в условный Чикаго.

Кто развивает спутниковую связь сейчас?

В январе мы писали, что SpaceX за четыре года вывела на орбиту больше 4,4 тысячи спутников — по тысяче с небольшим в год. На конец 2024 года выведено уже более 7,5 тысячи спутников, из которых почти 6 тысяч находятся в рабочем состоянии.

Что касается практического применения спутников — ещё в сентябре 2022 года в испытательном полёте система Starlink обеспечивала передачу данных со скоростью 100 Мбит/с при 12 пассажирах на борту и 2,2 Мбит/с, если пассажиров было более 100. В том же году крупная американская авиакомпания Hawaiian Airlines первой заключила контракт со Starlink. Сегодня HA предоставляет бесплатный Wi-Fi на борту, позволяющий смотреть Netflix над Тихим океаном и даже играть в видеоигры.

В октябре 2024 года спутниковая связь от Starlink появилась на Boeing 777 авиакомпании Qatar Airways. До конца 2025 бесплатный интернет появится на всех самолётах этого перевозчика. Также в начале 2025 года начинает тестирование системы авиакомпания United Airlines, имеющая в распоряжении больше тысячи самолётов.

А искусственный интеллект помогает развивать спутниковую связь?

Да! Количество спутников растёт с каждым днём, но они не сталкиваются. Это как раз заслуга искусственного интеллекта. Он применяется для управления группами спутников: прогнозирует траектории движения и координирует их действия, минимизируя риск столкновений и предотвращая синдром Кесслера.

Одна из технологий, помогающих спутникам не сталкиваться друг с другом и с орбитальным мусором, — радиолокационная система Space Fence, разработанная американской компанией Lockheed Martin. Система, установленная на атолле Кваджалейн (Маршалловы острова в Тихом океане), способна отслеживать объекты размером всего в несколько сантиметров. Количество объектов, отслеживаемых Сетью космического наблюдения США (SSN) до появления Space Fence, составляло около 20 тысяч. Планируется значительно увеличить это число.

Благодаря искусственному интеллекту развитие спутниковой связи в космосе становится более безопасным — да и в принципе возможным: кажется, управлять вручную тысячами космических аппаратов становится уже нереально.

Если интернет будет даже в самолёте, почему он не везде есть на земле?

В декабре 2024 года SpaceX с помощью ракеты Falcon 9 завершила развёртывание на орбите первой спутниковой группировки Starlink, предназначенной для обеспечения сотовой связью удалённых регионов Земли. Эта система получила название Direct-to-Cell.

Это новая технология связи, с помощью которой мобильные телефоны могут подключаться напрямую к спутникам, оснащённым специальными антеннами с фазированной решёткой. Для соединения используются стандартные протоколы LTE. Более 300 спутников с функцией Direct-to-Cell оснащены усовершенствованным модемом, действующим как вышка сотовой связи в космосе.

Сегодня скорость соединения составляет 10 Мбит/c, год назад было 7 Мбит/с. Это немного, если вы находитесь в центре Москвы, но роскошь, если вы решили попутешествовать по отдалённым районам Алтая. Пока что поддерживается пересылка на телефон только текстовых сообщений, но в дальнейшем станут доступны голосовые вызовы и видеосвязь.

Использование спутников Starlink для обеспечения прямой связи со смартфонами одобрено Федеральной комиссией по связи США (FCC) только в ноябре прошлого года. Это разрешение также предусматривает снижение орбиты спутников до 340–360 км (ранее — свыше 500 км), что позволит уменьшить задержку передачи данных до 20 мс и ниже.

А ещё китайская компания собирается запустить сеть из более чем 14 тысяч низкоорбитальных мультимедийных спутников. Правда, к концу 2025 года планируется вывести лишь 600 из них, поэтому догнать SpaceX сейчас вряд ли удастся.

Может ли спутниковая связь быть опасной?

Мы уже упомянули синдром Кесслера. Это ситуация, когда рост числа искусственных объектов на орбите приведёт к тому, что некоторые из них столкнутся друг с другом, породив цепную реакцию. При худшем сценарии ближний космос окажется захламлён до такой степени, что им нельзя будет пользоваться. Согласно некоторым исследованиям, это может произойти меньше чем через 200 лет.

В 2009 году зафиксировано первое столкновение — между «мёртвым» российским спутником «Космос-2251» и спутником международного оператора телефонной связи «Иридиум». В результате образовалось около 600 обломков, один из которых через несколько лет мог столкнуться с Международной космической станцией.

По сведениям Европейского космического агентства (ESA), сейчас на околоземной орбите находится больше 40 тысяч объектов космического мусора размером более 10 см. От 1 до 10 см — больше миллиона, от 1 мм до 1 см — 130 миллионов.

Сегодня искусственный интеллект позволяет успешно избежать синдрома Кесслера, но никто не знает, справится ли он в ситуации, когда количество спутников на орбите достигнет десятков тысяч. Это как ситуация с пробками на дорогах: из-за увеличения количества транспортных средств избежать пробок на центральных улицах городов-миллионников невозможно, какие бы технологии ни были использованы.

В этом случае на помощь искусственному интеллекту приходят профилактические мероприятия. Недавно CNN рассказал о стремлении создать технологии вытягивания космического мусора, а пару лет назад учёные разработали прототип тормозного паруса, ускоряющего вывод с орбиты отслуживших своё малых спутников.

Но всё-таки понадеемся, что синдром Кесслера останется теоретическим явлением — без глобальных проявлений в реальности.