Starlink – internet od Elona Muska. Czy internet satelitarny jest wydajniejszy niż 5G?

Internet powstał na potrzeby wojska USA, a z czasem projekt militarny przerodził się w główny krwiobieg przepływu informacji o globalnym zasięgu. Mimo upływu wielu lat są na świecie miejsca, gdzie internetu zwyczajnie nie ma.

Piotr Kacprzak. Senior software developer w Ericsson Polska. Absolwent informatyki na wydziale EEIA Politechniki Łódzkiej (czyli jak wiadomo najlepszego wydziału w Łodzi, przy okazji: pozdrawiam wszystkich kolegów z WFTIMS’u). Pracuje w łódzkim oddziale R&D gdzie zajmuje się projektem Antenna System dla sieci 4G. Z branżą telekomunikacyjną związany od 2013 roku. Od lutego 2019 członek zespołu Ericsson Poland R&D Advisory Board. W wolnych chwilach jeździ rowerem po prawie pustych wiejskich drogach.

Połączenie kablowe, choć technicznie możliwe do wykonania w odległych miejscach jest ekonomicznie nieopłacalne. Nikt nie będzie zainteresowany inwestycją, która sprawi, że niewielka wioska gdzieś pośrodku niczego będzie mogła cieszyć się dostępem do szybkiego Internetu, który dostarczy światłowód. Odległe, słabo zaludnione miejsca to duża przeszkoda również dla sieci bezprzewodowej, dla której tak samo istotne na samym końcu jest generowanie zysków. Jeżeli obecnie w pobliżu jakiegoś miejsca nie mam postawionego żadnego nadajnika np. LTE, oznacza to, że szacowana liczba użytkowników jest znikoma i potencjalnych ruch w sieci, który mogliby oni wygenerować jest zbyt mały, by opłacało się utrzymywać infrastrukturę tylko dla garstki odbiorców.

Co w takim razie pozostaje dla ludzi, którzy żyją rozproszeni a Internet jest poza ich “zasięgiem”? Ludzkość znalazła rozwiązanie tego problemu, jest nim – Internet satelitarny. To właśnie on daje możliwość dotarcia do miejsc, gdzie inne rozwiązania telekomunikacyjne nie docierają, dzięki czemu ich mieszkańcy przestają być cyfrowo wykluczeni. Przykładem takiej sieci jest Starlink, za którym stoi Elon Musk – miliarder, współtwórca takich firm jak PayPal, SpaceX czy Tesla. Starlinkiem jednak powinniśmy zainteresować się także i my, dla których internet stał się standardem.

Czym jest Starlink?

Starlink to konstelacja satelitów budowanych przez firmę SpaceX. Satelity są umieszczone na niskiej orbicie okołoziemskiej (z angielskiego low Earth orbit – LEO), czyli na wysokości 550 kilometrów nad Ziemią. Starlink docelowo ma składać się z 4,425 satelitów umieszczonych na orbicie do 2024. Każdy z tych obiektów o masie około 260 kg ma za zadanie dostarczyć Internet satelitarny niemal w każdy zakątek globu.

Internet satelitarny, czyli właściwie co?

Fundamentalna zasada jest niezmienna – wymiana danych między komputerami spiętymi w jedną sieć. Internet dostarczony przez satelitę przesyła informacje w większości przez próżnię kosmiczną. Z tego względu ma on pewną przewagę: wiadomości przesyłane w próżni są 47% szybsze w porównaniu do przesyłu przez światłowód (link). Z drugiej strony nawet tak wielki zysk może zostać zmarnowany, gdy odległość satelity od ziemi wynosi przykładowo 20200 km, czyli obiekt znajduje się w pasie średniej orbity okołoziemskiej jak np. nadajniki systemu GPS, czy amerykańskie firmy HughesNet, która dostarcza internet satelitarny. Taki dystans powoduje, że opóźnienie sygnału wzrasta o dodatkowe 0.5 sekundy (link), stąd też Starlink rozmieszcza satelity znacznie bliżej Ziemi, aby uniknąć tego rodzaju strat (550 km).

I choć ma to odbicie na ilość urządzeń, które trzeba utrzymać na orbicie – mniejsza odległość od ziemi powoduje, że pojedyncza satelita może obsłużyć mniejszy wycinek powierzchni, a to powoduje, że do uzyskania pełnego pokrycia potrzeba większej ilości sprzętu wyniesionego na orbitę. Pierwsze pomiary możliwości sieci Starlink wskazują opóźnienie sygnału na poziomie 20-40 ms (link).

Czy internet satelitarny jest wydajniejszy niż 5G?

Taki wynik dla internetu dostarczanego przez satelity to wspaniałe osiągnięcie (konkurencja Starlinka oferuje połączenie z opóźnieniem 500-600 ms), choć wciąż to sporo porównując tę wartość do możliwości sieci 5G: opóźnienia na poziomie 1-10ms. Warto również wspomnieć, że bezprzewodowa sieć piątej generacji nie będzie mieć problemów z obsługą swoich użytkowników w miastach czy gęsto zaludnionych miejscach.

Rozmieszczenie stacji bazowych jest w takich miejscach dobierane na podstawie analiz zapotrzebowania na transfer danych (wraz z pewnym zapasem) i nieustannie adaptowane do potrzeb zmieniającego się świata. Miasta mogą okazać się dla Starlinka przeszkodą nie do pokonania, jeśli myślimy o jakości połączenia i mobilności odbiorców. Choć na jego “obronę” trzeba powiedzieć, że jego celem stanowią zupełne inne miejsca – trudno dostępne, pozbawione szans na dobrej jakości połączenie kablowe czy bezprzewodowe z internetem. W takich warunkach kosmiczny internet będzie wiódł prym.

Oferty pracy z

Jak działają satelity Starlinka?

Satelity Starlinka zaliczane są do klasy “małych” (z angielskiego: “small satellite”) ze względu na swoją masę, czyli wspomniane już wcześniej około 260 kg. Od strony technicznej urządzenia te posiadają kilka ciekawych rzeczy.

Zestaw satelitów internetowych Starlink tuż przed startem. (źródło: SpaceX)

Każda z nich jest wyposażona w zestaw paneli słonecznych, które odpowiadają za zapewnienie zasilania. W stronę ziemi skierowana jest macierz anten, do których moc z nadajnika jest doprowadzana przez przesuwnik fazowy, sterowany przez system komputerowy, który może elektronicznie zmieniać fazę, kierując w ten sposób wiązkę fal radiowych w różnych kierunku. Ponieważ układ musi składać się z wielu małych anten (czasami nawet tysięcy), aby osiągnąć wysoką wydajność w relacji podanej mocy do uzyskanej siły sygnału, układy fazowane muszą pracować w zakresie wysokich częstotliwości widma radiowego, w pasmach UHF i mikrofalowych.

Schemat działania macierzy anten. TX – nadajnik; ϕ – przesuwnik fazowy; A – anteny; C – komputer. Czerwony łuk to front falowy anteny (link)

Starlink w swoim zgłoszeniu do Federal Communications Commission (FCC), czyli amerykańskiej agencji odpowiadającej za regulację takich kwestii komunikacji radiowej w Stanach Zjednoczonych, zamówił pasma częstotliwości radiowej z zakresów: 12–18 GHz (długość fali 2.5–1.67 cm) oraz 26.5–40 GHz (długość fali: 11.1–7.5 mm).

Odbiornik naziemny, który będzie łączył się z satelitami, ma rozmiar 48.26cm (19 cali) i jest zapakowany w kartonowe pudełko, co szybko sprawiło, że został ochrzczony mianem “pudełkiem do pizzy”, które podpina się pod kosmiczny internet satelitarny od Elona Muska.

Naziemny odbiornik Starlink po lewej wraz z opakowaniem (link)

Jako napęd każda satelita wykorzystuje silnik, w którym krypton (gaz) jest przyspieszany przez pole elektryczne, aby generować ciąg a przez to utrzymać stacje na swojej orbicie. Komunikacja pomiędzy satelitami odbywa się poprzez wykorzystanie lasera umieszczonego w przestrzeni kosmicznej. Główną zaletą stosowania komunikacji laserowej w porównaniu z falami radiowymi jest zwiększona przepustowość, umożliwiająca przesyłanie większej ilości danych w krótszym czasie oraz brak stałego połączenia kablowego. I choć takie rozwiązanie wymaga dużej precyzji, pierwszy test tego rozwiązania odbył się pod koniec 2020 roku i jak poinformował SpaceX, zakończył się sukcesem. Wszystko wskazuje na to, że połączenie laserowe będzie docelowym rozwiązaniem do spięcia satelitów systemu Starlink w jedną hermetyczną sieć.

Z perspektywy możliwości sieci i indywidualnego obciążenia satelitów plan Starlinka wygląda tak: każdy satelita może obsłużyć około 1000 użytkowników strumieniujących wideo 4K jednocześnie. Obecnie użytkownicy uzyskują transfer na poziomie od 50 Mbps do 150 Mbps. Jak to będzie wyglądało w przyszłości trudno jednoznacznie przewidzieć, bo z czasem liczba satelitów będzie co prawda rosnąć, co musi mieć pozytywny wpływ na szybkość wymiany danych, ale z drugiej strony wzrośnie także liczba odbiorców, który obciąża sieć. Może mieć to negatywny wpływ na łączność, jeśli infrastruktura nie będzie nadążać za wymaganiami rynku.

Kosmiczne śmieci, zanieczyszczenie świetlne i syndrom Kesslera. Czy internet satelitarny jest zagrożeniem?Żeby uczciwie podejść do projektu internetu satelitarnego Starlink, który niezaprzeczalnie ma duży potencjał i będzie pomocny dla wielu osób, należy też powiedzieć kilka słów o problemach i zagrożeniach, które ze sobą niesie. Pierwszy poważny problem to zanieczyszczenie świetlne, które generują satelity. Odbijają one promienie słoneczne tak mocno, że na ciemnym niebie przypominają gwiazdy, a to stanowi problem dla astronomów, gdyż odbite przez Starlink światło przysłania inne obiekty i zakłóca obraz nocnego nieba. Dodatkowo satelity Starlink mogą autonomicznie zmieniać swoje orbity, co jeszcze bardziej komplikuje sprawę, ponieważ obserwacje nie mogą być zaplanowane tak, aby ich unikać.

Odbicia światła słonecznego spowodowane ułożeniem satelity Starlink (link)

Aby zminimalizować ten problem, Elon Musk zapowiedział, że satelity Starlink zostaną zaprojektowane w taki sposób, że ich jasność zmniejszy się o około 55% poprzez zastosowanie osłony przeciwsłonecznej, która ma maskować obiekty będące na orbicie po przeciwnej stronie słońca. Taka redukcja jest prawie wystarczająca, aby satelita był niewidoczna dla ludzkiego oka.

Poza tym Starlink spotkał się z poważną krytyką ze względu na potencjał do tworzenia kosmicznych śmieci, czyli niedziałające obiekty stworzone przez człowieka a będące w przestrzeni kosmicznej – głównie na orbicie okołoziemskiej – które nie pełnią już użytecznej funkcji. Głównym powodem, dla którego śmieci kosmiczne są coraz większym problemem, jest zagrożenie, jakie stanowią dla usług opartych na satelitach, na których w dużym stopniu opiera się nasz styl życia: nawigacja, komunikacja, monitorowanie pogody i klimatu.

Według stanu na październik 2019 r. amerykańska sieć nadzoru przestrzeni kosmicznej zgłosiła prawie 20 000 sztucznych obiektów na orbicie nad Ziemią, w tym 2 218 satelitów operacyjnych. Są to jednak obiekty wystarczająco duże, aby można je było śledzić i przez to potencjalnie uniknąć zderzenia z nimi. Obecnie szacuje się, że na orbicie okołoziemskiej znajduje się ponad 128 milionów elementów mniejszych niż 1 cm (0,4 cala), około 900 000 kawałków rozmiaru od 1 do 10 cm i około 34 000 kawałków większych niż 10 cm. Bazując na informacjach podanych przez NASA większość kosmicznych śmieci, porusza się bardzo szybko i może osiągać prędkości blisko 29 000 km/h. W związku z tym są to praktycznie rzecz biorąc pociski, które przecinają przestrzeń kosmiczną i stanowią poważne zagrożenie dla statków kosmicznych.

Położenie kosmicznych śmieci, symulacja NASA (link)

Syndrom Kesslera, czyli najczarniejszy…

Syndromem tym nazywamy scenariusz, w którym gęstość obiektów na niskiej orbicie okołoziemskiej jest na tyle duża, że kolizje pomiędzy obiektami mogą stać się kaskadą, w której każda kolizja generuje jeszcze więcej śmieci kosmicznych zwiększających prawdopodobieństwo kolejnych kolizji. W najgorszej możliwej kombinacji zdarzeń efekt domina tego zjawiska może spowodować uszkodzenie wszystkich obiektów znajdujących się na orbicie.

Starlink Elona Muska – podsumowanie

Póki co wszystko wskazuje na to, że projekt internetu satelitarnego Starlink ma duże szanse na powodzenie. Już teraz mamy dostęp do “kosmicznego internetu” w Ameryce Północnej (gdzie najwcześniej udostępniono komercyjny dostęp), a użytkownicy internetu od Elona Muska, wyglądają na zadowolonych z jakości usług. Czy tak będzie również później – czas pokaże. Plany na pewno są ambitne, oby tylko deklarowane prędkości transferu danych miały odzwierciedlenie w rzeczywistości. Na dzień 16 lutego 2021 na orbicie mamy łącznie 1145 satelitów i świeżo dodaną możliwość zamówienia Starlinka w Polsce.

Jak wygląda sytuacja Starlinka w Polsce?

Na stronie starlink.com możemy składać zamówienia na zestaw Starlink Kit, który składa się z anteny, terminal dostępowy oraz routera Wi-Fi. Do Polski dostawy mają ruszyć pod koniec roku. Z informacji, które mamy dziś wynika, że dostawy będą ograniczone a wysyłce na konkretny adres będzie decydować kolejność zgłoszeń – czyli kto pierwszy ten lepszy. Choć przyglądając się cenie
podłączenia do kosmicznego Internetu od Elona Muska lawiny zamówień nie powinniśmy się spodziewać:

• miesięczny abonament – 449 zł,
• dostawa – 276 zł,
• cena sprzętu – 2 269 zł.

Dodatkową ważną kwestią w kontekście Starlinka w Polsce jest potencjalna liczba odbiorców. Z danych GUS z 2020 roku: wynika, że udział gospodarstw domowych posiadających w domu łącze internetowe systematycznie rośnie. W 2020 r. dostęp do Internetu w domu miało 90,4% gospodarstw domowych. Poziom tego wskaźnika był zróżnicowany w zależności od typu gospodarstwa, klasy i stopnia urbanizacji miejsca zamieszkania oraz obszaru Polski, dla przykładu: w gospodarstwa domowe w Polsce centralnej częściej niż na pozostałych obszarach posiadały dostęp do Internetu w domu (90,8%). Odsetek gospodarstw z dostępem do Internetu we wschodniej części kraju kształtował się na poziomie o 1,9 p. proc. niższym.

Jak widać potencjalna pula osób zainteresowanych Starlinkiem nie powala i zdaje się, że za te pieniądze naprawdę nieliczni zdecydują się na subskrypcję za 449 zł miesięcznie. A przecież nie każde gospodarstwo domowe faktycznie jest pozbawione możliwości podłączenia do globalnej sieci. Np. osoby starsze nie potrzebują Internetu, są też ludzie, który świadomie rezygnują z podłączenia. Sumując wszystko razem bardzo prawdopodobne jest, że Starlink Polski nie podbije i będzie rzadkością na naszej, krajowej scenie telekomunikacyjnej. Nie jest to z pewnością zmartwieniem Pana Muska, ponieważ Starlink był projektowany dla tych obszarów, gdzie podłączenie do Internetu jest fizycznie nie wykonalne niezależnie od tego jak bardzo byśmy tego chcieli.

Zainteresowanych śledzeniem Starlinka na niebie odsyłam do moim zdaniem najprzyjemniejsze w obsłudze strony. Choć oczywiście jest to kwestia indywidualna, dlatego też dodaję alternatywy:

• findstarlink.com,
• satellitemap.space,
• heavens-above.com.

Warto przypomnieć jednak, że Starlink powstał głównie dla mieszkańców terenów, gdzie internetu nie ma albo użytkownicy korzystają z bardzo wolnych, niestabilnych łączy. Dla takich osób zapora finansowa Starlinka może okazać się niewielką przeszkodą na drodze do cyfrowego świata wymiany danych. Jeżeli faktycznie uda się bezpiecznie dostarczać satelity na orbitę oraz zmarginalizować potencjalne problemy, a przy tym jeszcze poprawić prędkość i ograniczać opóźnienia internetu satelitarnego, jednocześnie obniżając cenę do bardziej “przyziemnego” poziomu, Starlink może być doskonałym dopełnieniem dla wielu innych obecnie stosowanych rozwiązań telekomunikacyjnych.

Oferty pracy z