Amazon начал с «земли»

Amazon — компания, претендующая на значимое место на рынке низкоорбитальных систем широкополосной космической связи — сделала важный шаг к реализации своих амбициозных планов. 16 декабря разработчики Amazon представили работающий прототип терминала для организации связи со своей низкоорбитальной группировкой Kuiper («Койпер»). Как сообщает компания, принятые технические решения позволят серьезно снизить стоимость терминала.

Дешевый терминал — секрет успеха LEO

В том, что Amazon в своем наступлении на рынок глобального спутникового ШПД начала с земли, а не с космоса, есть свои неоспоримые резоны. Наличие дешевого терминала — это одна из ключевых проблем низкоорбитальных систем интернет-доступа. Чем ниже расположен спутник, чем ниже его орбита, тем быстрее он пролетает над наблюдателем, находящимся на Земле. Очевидно, что терминал должен отслеживать спутник с достаточно высокой скоростью и бесшовно (то есть без разрыва коннекта) переключаться на следующий пролетающий аппарат. Механические антенны отслеживают пролетающий спутник поворотом самой антенны. Наличие высокоточных механизмов наведения, работающих в буквальном смысле слова на износ, делают такие антенны сложными и дорогими. Второй тип антенн — плоские антенные решетки, состоящие из большого количества излучателей. Их диаграмма направленности формируется интерференцией волн, излучаемых отдельными элементами. Те антенные решетки, в которых возможно перемещение главного лепестка диаграммы направленности путем изменения характеристик отдельных излучателей, называются фазированные антенные решетки, ФАР. Именно на основе ФАР и делается второй тип терминалов для связи с низкоорбитальными системами. В них отсутствуют склонные к износу механические части, но сама по себе ФАР (а значит и терминал на ее основе) — весьма дорогой элемент. Поэтому большинство экспертов сходятся на том, что успех в области LEO-систем интернет-доступа зависит от возможности создать массовый недорогой абонентский терминал на основе ФАР.

Исходя из этих соображений, разработчики «Койпера» поставили во главу угла наличие доступного терминала. «Если вы хотите изменить к лучшему положение необслуживаемых и недостаточно обслуживаемых сообществ, вам необходимо предоставлять услуги по цене, приемлемой для клиентов», — заявляет Раджив Бадьял, вице-президент по технологиям проекта Kuiper в Amazon. — «Этот простой факт вдохновил нас к тому, чтобы установить один из ключевых принципов «Койпера»: необходимо изобрести легкую, компактную фазированную антенную решетку, которая позволила бы производить доступный клиентский терминал».

Секреты ФАР для Ка-диапазона

ФАР для работы в Ка-диапазоне сложно минимизировать по размеру, сообщают разработчики. Причина в том, что диапазоны на прием и на передачу расположены далеко друг от друга: 18,3 — 18,8 ГГц и 19,7—20,2 ГГц для линии «спутник — Земля», и 27,5 — 31 ГГц для линии «Земля — спутник». Физические характеристики передатчиков сильно различаются, поэтому приходится создавать две ФАР — приемную и передающую, что в свою очередь приводит к увеличению и габаритов терминала, и его стоимости.

Инженеры Amazon решили наложить друг на друга структуры антенных элементов, вместо того, чтобы размещать антенные решетки рядом друг с другом. Утверждается, что до них в Ka-диапазоне такого не делал никто. Компания заявляет, что данный технологический прорыв позволит уменьшить размер, вес и стоимость терминала. Прототип оборудован антенной чуть более 300 миллиметров (12 дюймов), что вполне подходит для массового рынка, и предоставит клиентам Amazon доступный и простой в установке терминал.

На полевых испытаниях антенна тестировалась с геостационарным аппаратом, и позволила реализовать скорость соединения в 400 Мбит/с. В качестве тестирования через терминал провели передачу потокового видео в формате 4К. При этом, Нима Маханфар — руководитель всеми разработками антенных систем для проекта «Койпер» — сообщила, что энергетические характеристики ФАР терминала больше оптимизированы под прием, нежели чем под передачу. Причина этого явно выраженный асимметричный характер сервиса спутникового интернета: как правило, получаемый пользователем трафик в разы превосходит передаваемый. Поэтому, говорит Нима Маханфар, пользователь гораздо критичнее относится к характеристикам терминала на прием, что и стало причиной такой оптимизации.

Сколько стоит терминал и вся система?

Возможная цена терминала не названа, заявлено лишь, что он будет значительно дешевле, чем аналогичные устройства других систем. Дэвид Лимп, старший вице-президент по устройствам и услугам Amazon, заявил, что разработчики с самого начала решили, что нет смысла делать антенну на 5-10% дешевле, чем у конкурентов. С самого начала была поставлена задача снизить стоимость в 5-10 раз, и сейчас у компании есть все предпосылки для того, чтобы добиться этого. Правда, он заметил, что итоговая цена терминала будет зависеть исключительно от ценовой стратегии Amazon, и возможно, что цена будет названа за день до запуска сервиса.

На что можно ориентироваться, если производитель обещает снизить цену в 5-10 раз? Сейчас на рынке низкоорбитальных систем ШПД существует единственное бюджетное предложение абонентского терминала— система Starlink, которая предлагает пользователям абонентское устройство за $500. Однако эксперты считают, что такая цена предполагает серьезные дотации в терминал со стороны самого оператора. Недавно генеральный директор и президент Hughes Network Systems Прадма Каул заявил, что реальная стоимость фазированной антенной решетки составляет $1400 — $1500. И если ориентироваться на эти цифры, то теоретически терминал Amazon может стоить $200 (при условии выполнения планов оператора на уменьшение стоимости устройства в 5-10 раз), что уже позволяет говорить о действительно массовом рынке.

Amazon подала заявление на создание и эксплуатацию низкоорбитальной системы ШПД в марте 2019 года. В июле 2020 года Федеральная комиссия США по связи (FCC) эту заявку одобрила. Тогда же компания заявила, что в создание группировки из 3236 космических аппаратов она инвестирует $10 млрд. Предоставление услуг станет возможным после запуска 578 спутников. Агентство Morgan Stanly весьма высоко оценило перспективы проекта «Койпер», оценив его будущую стоимость в $100 млрд. Эта оценка основана на общем прогнозе, утверждающем, что объем всей космической экономики в ближайшие 20 лет превысит $1 трлн.

Чем запускать?

Amazon предстоит напряженная пусковая кампания для вывода своей группировки на орбиту. И здесь, разумеется, сразу привлекает внимание тот факт, что компания Blue Origin, разрабатывающая собственную ракету-носитель New Glenn, принадлежит Джефу Безосу, основателю и исполнительному директору Amazon. NASA считает New Glenn вполне перспективной РН, и 16 декабря внесла ее в свой каталог, разрешив проектировщикам создавать космические аппараты под габариты ее обтекателя. Как показывает пример SpaceX, когда оператор и пусковой провайдер принадлежат одной компании, запуск огромной группировки идет ритмично и практически без задержек. Поэтому сразу возникло мнение, что именно New Glenn будет играть ключевую роль в выведе «Койпера» на орбиту. Но Дэвид Лимп на презентации терминала заявил, что Blue Origin будет бороться за эти заказы на запуск спутников наравне с другими компаниями. Он также уточнил, что одним из стимулов к финансированию «Койпера» стало изменение пускового рынка — появление новых игроков, рост конкуренции и снижение цен. Amazon не хочет терять всех преимуществ конкурентного пускового рынка, ориентируясь только на одну РН. К тому же, надежность проекта и возможность соблюдения сроков вывода серьезно повышается, когда рассчитываешь на несколько носителей нескольких провайдеров.

Облаку нужен спутник

Будет ли нужен «Койпер», запущенный через несколько лет после старта Starlink и OneWeb? Amazon отмечает, что их компания не является просто провайдером спутникового интернет-доступа, и поэтому может проектировать такие проекты с гораздо более дальним прицелом. А то, что в долгосрочной перспективе «Койпер» принесет прибыль, разработчики не сомневаются. И здесь можно отметить растущий спрос на облачные услуги в сочетании со спутниковыми каналами связи. И, прежде всего, удачный альянс оператора низкоорбитальной спутниковой системы низкоскоростной передачи данный Iridium и Amazon Web Services. Также AWS развивает свой проект AWS Ground Station, направленный в первую очередь на быструю доставку результатов дистанционного зондирования Земли в облачные сервисы для анализа. Поэтому, не будет уж очень большой смелостью предположить, что «Койперу» уже предназначено место в экосистеме цифровых сервисов Amazon и его гармоничная интеграция в облако уже активно прораба