Обзор проектов LEO/MEO

Помимо всем известной технологии спутниковой связи, основанной на использовании геостационарных спутников, существуют спутниковые системы, которые работают на низких (порядка 700-2000 км) и средних (2000-10000км) орбитах (LEO/MEO). Такие системы уже успешно применяются в различных областях – геопозиционирование, дистанционное зондирование земли, телекоммуникации, военное применение т.д.. В своем обзоре мы хотели бы рассмотреть только коммерческие телекоммуникационные системы.

Идея создания низкоорбитальных спутниковых группировок зародилась еще в начале 90х годов. Исходила она в первую очередь от военных ведомств, испытывающих потребность в спутниковых группировках с глобальным покрытием. Переход систем на гражданское применение был обусловлен коммерческими расчетами окупаемости.

Первым реализованным коммерческим проектом стал Иридиум. Быстрый старт, к сожалению, обернулся неудачей, которая довела компанию до грани банкротства в 1999 году. Но за счет поддержки госструктур США компании удалось не только сохранить свою спутниковую группировку, но и начать реализацию программы по ее обновлению на следующее поколение спутников NEXT. Похожий путь прошел и проект Globalstar, который так же пережил банкротство в 2002 году. Основной причиной неудач обоих проектов стала слабая технологическая база по созданию и выводу на орбиту спутников группировки. Компании, имея высокий CAPEX проектов и низкую пропускной способность спутников (порядка 2.6 МБит/с для одного спутника), были вынуждены ускорить темпы окупаемости и ввести высокие тарифы на услуги связи, доходившие до 7-10 долларов за минуту разговора. Массовый рынок без энтузиазма воспринял предложение, что напрямую сказалось на объеме абонентской базы и выручке компаний.

Другой причиной провала стала ошибка руководства компаний в прогнозировании объема спроса и развития рынка коммуникационных услуг. Ставка в обоих проектах была сделана на услуги телефонии, при этом передача данных составляла 2.4-9.6 кбит/с для мобильных терминалов. С началом 2000х спрос на передачу данных начал стремительно повышаться, и рассматриваемые системы быстро устарели, как не отвечающие растущим потребностям рынка. Итогом конкурентной борьбы стала победа спутниковых систем на геостационарных орбитах. Но будет неверным говорить о не востребованности LEO систем. Спрос на них сохраняется благодаря глобальной зоне покрытия и применению портативных абонентских терминалов (телефонов).

Повторно, интерес к низкоорбитальным спутниковым системам возник в начале 10x годов. К этому времени технологические возможности платформ и полезных нагрузок спутников, технологий вывода на орбиту совершили огромный прорыв. Еще 7-10 лет назад пропускная способность геостационарного спутника, весом в несколько тонн, составляла 2-3 Гбит/с и считалась относительно высокой. Перспективные борты LEO-HTS (high-throughput satellite) позволяют обеспечить пропускную способность в 10 Гбит/с на аппарате массой всего в 200 кг. Такие параметры спутников анонсированы в амбициозном проекте OneWeb. На сегодняшний день, это самый интересный и перспективный проект, который, по нашему мнению, способен серьезно повлиять на расстановку сил рынка спутниковых услуг. Использование КА массой 100-500 кг с увеличенной пропускной способностью позволит обеспечить наилучшее сочетание – стоимость спутника/мощность/срок службы. Также, положительно на проекте скажется и концепция LEO систем, заключающаяся в стандартизации используемых КА и запуске их серийного производства, что позволит уменьшить стоимость изготовления оборудования космического сегмента. Таким образом, по грубым оценкам, стоимость трафика при использовании перспективных систем LEO/MEO ожидается в 5-10 раз меньше, чем при использовании GEO систем. Если мы действительно увидим такие тарифы, владельцам ресурса геостационарных группировок придется предпринимать серьезные шаги для преодоления конкуренции.

Вторым фактором, повлиявшим на развитие интереса к LEO системам – являются серьезные изменения на рынке пусковых услуг, 90% которого составляет запуск телекоммуникационных спутников. Впечатляющих сокращений затрат на запуск удалось добиться компаниям SpaceX (Falcon-9 и Falcon Heavy) и Blue Origin (New Glenn), разработавших ракетоносители с повторным использованием ступеней и двигателей. Успехи компаний позволяют говорить о возможности одновременного вывода на орбиту до 30 спутников массой от 150 до 200 кг, при использовании кластерной технологии запуска вкупе с тяжелыми ракетами. Что наделяет LEO/MEO – решения весомыми экономическими конкурентными преимуществами по сравнению с геостационарными системами.

Не стоит забывать и о главных преимуществах LEO/MEO систем, одно из которых – глобальная зона обслуживания, которая, благодаря работе на наклонных орбитах, покрывает всю территорию земного шара, не имея ограничений в углах видимости на рабочий спутник. Тут справедливо будет отметить и обратную сторону медали: покрытие всей поверхности Земли осуществляется с равной мощностью и пропускной способностью, включая естественные акватории (а это 70% поверхности планеты), полюса и территории с низкой плотностью населения. При таких условиях на выходе получаем недоиспользование пропускной способности, которое нужно учитывать в стоимости сервисов. Владельцы систем планируют компенсировать недоиспользование за счет растущих потребностей судоходной и авиационной отраслей. Еще одно весомое конкурентное преимущество LEO/MEO систем – низкая круговая задержка, сравнимая с наземными каналами связи (RTT 50мс / 150мс).

Но, несмотря на перечисленные преимущества, LEO/MEO системы имеют и ряд недостатков, которые могут оказать влияние на темпы освоения услуг данных платформ. Сюда входит и стоимость оборудования для широкополосного доступа, и вопросы координации LEО/MEO систем, а также решение задач интерференции с существующими GEO системами. Что касается стоимости абонентского терминала, то тут необходимо преодолеть технические трудности, связанные с динамическим отслеживанием перемещения спутников. Терминал должен быть оборудован следящими антеннами, для работы как минимум через два спутника одновременно. Стоимость похожих системы VSAT находится в районе 80-100 тыс $. Что касается терминалов системы OneWeb - данные по стоимости пока не разглашаются, но вряд ли они попадут в сегмент low-cost решений, сопоставимых по стоимости с оборудованием наземных станций VSAT фиксированной связи, доступных для массового рынка.

Единственной коммерческой MEO системой на текущий момент является система O3B, запущенная в 2013 году и загруженная примерно на 80%. К сожалению, в связи с ограниченной широтами 40 гр зоной обслуживания, эта система не может применяться на территории России.

По данным исследовательского агентства NSR (Northern Sky Research) в 2018-2019 году на рынке будут представлены 6 коммерческих операторов систем LEO. Обзор основных параметров находящихся в эксплуатации и перспективных спутниковых систем передачи данных и голосовой информации приводится Управлением коммерческих космических перевозок Федерального управления гражданской авиации США в докладе «Прогнозы коммерческих космических перевозок»:

Резюмируя все вышесказанное, стоит отметить, что дальнейший ввод новых платформ LEO/MEO заставит серьезно адаптироваться системы на геостационарных спутниках, несмотря на их развитие в сторону увеличения мощности, срока службы космических аппаратов, гибкости и модернизации архитектуры полезной нагрузки. При этом, основными потребителем услуг LEO/MEO систем останутся: корпоративный сектор, мобильные операторы с запросом на магистральные каналы, заказчики COTM. Возможно, что при разработке более дешевых и компактных терминалов услуги смогут стать доступны и для физических пользователей.