Elon Musk začal budovať vesmírny internet. Masívny projekt, ktorého cieľom je internetovo pokryť celú planétu, sa nám začína zhmotňovať priamo pred očami. Čo to vlastne znamená? Ako bude systém fungovať, z čoho sa bude skladať a ako ho budeme všetci na svete môcť používať?
SpaceX, americká technologická spoločnosť pôsobiaca v aerokozmickom priemysle, začína tento rok budovať systém Starlink. Ide o masívnu konšteláciu takmer 12 000 komunikačných satelitov, ktorá v rámci svojho rozsahu nemá v histórii vesmírnych programov obdobu. Ide o vybudovanie veľkej orbitálnej siete, ktorej účelom je sprostredkovať na celom zemskom povrchu rýchle a cenovo dostupné internetové pripojenie komukoľvek, kto o to bude mať záujem.
Ak tento systém bude úspešný, pôjde o skutočnú disrupciu v rámci súčasných veľkých telekomunikačných sietí a dominantných poskytovateľov internetového pripojenia. V rámci vyspelých štátov a veľkých mestských oblastí s kvalitným pripojením prinesie novú konkurenciu, ktorá bude tlačiť na zlepšovanie služieb. Do mnohých kútov sveta (typicky napr. americký vidiek), prinesie konkurenciu vôbec po prvýkrát a zruší monopol mnohých telekomunikačných spoločností, ktoré vďaka nulovému trhovému tlaku svoje linky nezlepšujú a nechávajú mnohých ľudí odkázaných na pomalé pripojenia. No a v neposlednom rade prinesie možnosť lacného a rýchleho internetového pripojenia aj do všetkých oblastí, kde internetové pripojenie dostupné ešte nikdy nebolo.
ČO SA ZMENILO A PREČO JE DNES STAVBA TOHTO PROJEKTU MOŽNÁ
Presmerovať veľkú časť internetovej prevádzky do vesmíru, kde si ju bude pomocou laserov preposielať viac ako desaťtisíc satelitov, obiehajúcich okolo Zeme rýchlosťou 28 000 km/h, pôsobí na prvý pohľad ako nápad nejakého šialenca. Nuž veru, projekt tohto rozsahu, ktorý začala vytvárať prelomová spoločnosť SpaceX, nie je rozhodne malé sústo. Nebolo to ale tak dávno, čo sa všetci smiali plánu postaviť raketové nosiče so znovupoužiteľnými stupňami, ktoré by sa po štarte vracali späť na zem a hladko pristávali na kozmodróme či na plošine na mori. Keď v roku 2002 firmu Elon Musk založil a obdaroval internet fotkou hŕstky prvých zamestnancov, tancujúcich pri zvuku mexickej kapely, vyzeralo to ako žart.
Dnes je ale všetko inak. SpaceX je dnes najväčší kozmický dopravca na svete (podľa počtu aktívnych kontraktov na štarty rakiet), pričom začína klasickej konkurencii doslova vypaľovať rybník. Firma bola založená s úmyslom priniesť dramatické zníženie nákladov na vynesenie objektov na obežnú dráhu, ktoré by otvorilo dvere obrovskej komercializácii kozmického priestoru a umožnilo by finančne dostupné lety na Mesiac a Mars.
Prvý štart rakety Falcon Heavy /Foto: Red Huber/
V roku 2008 sa spoločnosť SpaceX stala vôbec prvou komerčnou firmou na svete, ktorej raketa dokázala vyniesť náklad na orbitu (raketa Falcon 1). Do tej doby šlo výhradne o doménu štátnych kozmických programov. V roku 2010 sa stala prvou komerčnou firmou, ktorá dokázala vypustiť na orbitu kozmickú loď a pristáť s ňou naspať na Zemi (kozmická loď Dragon). V roku 2012 sa stala prvou komerčnou firmou, ktorá dokázala pripojiť svoju (nepilotovanú) loď ku Medzinárodnej kozmickej stanici. V roku 2015 ako prvá na svete vykonala úspešný štart rakety a jej následné hladké raketové pristátie návratového prvého stupňa (Falcon 9) a v roku 2017 sa stala prvým a zatiaľ jediným kozmickým dopravcom, ktorý raketové stupne používa úspešne opakovane a bezpečne s nimi automaticky vertikálne pristáva. V roku 2018 firma ohúrila svet so štartom svojej prvej ťažkej rakety Falcon Heavy, s úspešným simultánnym pristátím dvoch prvkov jej prvého stupňa a propagačným vyslaním auta Tesla Roadster na obežnú dráhu okolo Slnka (slúžil ako testovacia záťaž). Dnes už azda nikto nepochybuje, že plánovaná superťažká raketa BFR, schopná dopraviť ľudskú posádku na Mesiac či Mars, sa stane takisto realitou.
Do dnešného dňa SpaceX vykonal so svojou loďou Dragon už 16 zásobovacích misií pre NASA a Medzinárodnú vesmírnu stanicu. Má za sebou už viac ako 70 úspešných štartov raketových nosičov so satelitmi svojich zákazníkov (vrátane amerického ministerstva obrany) a je v plnom prúde na prípravu lode Dragon pre ľudskú posádku, ktorá bude po prvý raz štartovať v priebehu tohto roku a znovu obnoví americké pilotované lety do kozmu (tie skončili v roku 2011, odkedy všetku posádku dopravujú na stanicu len ruské kozmické lode Sojuz).
Prvá fáza projektu Starlink so 4425 satelitmi. Bielou bodkou sú vyznačené prvé satelity s 550 km orbitou, červenou bodkou sú vyznačené satelity na zhruba 1100 km orbite (tie na priečnej polárnej orbite modrou), ktoré prvú fázu budovania dokončia. K týmto satelitom neskôr pribudne ďalších 7518 satelitov druhej fázy.
Dramatická redukcia ceny, ktorú priniesol SpaceX so svojimi znovupoužiteľnými raketami (ďalšie zníženie nastane s úspešným návratom druhého stupňa), mení výrazne situáciu na trhu s kozmickými technológiami. Projekty, o ktorých sme v minulosti mohli z dôvodu astronomických nákladov len snívať, sa stávajú realizovateľné a jedným z nich je aj projekt globálnej internetovej vysokorýchlostnej satelitnej siete. A to je práve Starlink. Nejde o sen vzdialený dekády či storočia. Elon Musk očakáva, že systém vojde do úvodnej čiastočnej prevádzky do roku 2022 a po svojom dobudovaní bude v nasledujúcej dekáde schopný prevziať na svoje bedrá väčšinu svetovej internetovej prevádzky.
MONŠTRUÓZNY PROJEKT DOSTAL ZELENÚ A ZAČÍNA SA JEHO STAVBA
Prvé satelity systému Starlink odštartovali 24. mája tohto roku. Šlo o prvú várku v podobe 60 kusov satelitov, ktoré vyniesla naraz raketa Falcon 9. Projekt je rozdelený do dvoch fáz, pričom obe sú rozdelené na niekoľkých častí.
V rámci prvej fázy projektu firma behom niekoľkých rokov postupne vynesie na orbitu 4425 satelitov. V jej úvodnej časti pôjde o 1600 satelitov, umiestnených na orbitu 550 km, v nasledujúcej časti o 2825 satelitov umiestnených na orbitu vo výške 1110 km. Komerčná prevádzka systému začne po štarte prvých 800 kusov satelitov (iba v tých častiach sveta, ktoré tieto úvodné satelity budú pokrývať).
Druhá fáza projektu, ktorá uvedie Starlink do plného operačného stavu, bude pozostávať z postupného vynesenia ďalších 7518 satelitov, určených pre veľmi nízku obežnú dráhu (VLEO – Very Low Earth Orbit). V súčasnosti sa pre ne počíta s výškou 322 km, čo je o pár kilometrov nižšie, ako obieha medzinárodná vesmírna stanica ISS (330 až 420 km). Nižšie orbitálne dráhy síce vyžadujú väčšie množstvo satelitov, pretože pokryjú menšiu časť povrchu Zeme, ale zároveň otvárajú priestor na použitie vyšších frekvencií a rýchlejšieho spojenia, čo prinesie zrýchlenie, zefektívnenie a zlepšenie samotnej siete. K detailom sa ešte dostaneme.
Starlink má za sebou už úvodnú experimentálnu prevádzku. Testovanie sa začalo vo februári minulého roku, kedy SpaceX vyniesol na orbitu dva testovacie satelity, overujúce funkčnosť jednotlivých systémov a riešení Starlinku, naplánovaných pre kompletnú sieť. Elon Musk im dal prezývky Tintin A a Tintin B, podľa populárneho a už takmer sto rokov starého komiksu Tintinove dobrodružstvá. Testovacia komunikácia satelitov so Zemou prebiehala a prebieha dobre, pričom Musk sa vyjadril, že experimentálne internetové spojenie, ktoré medzi sebou a Zemou satelity vytvorili, dosiahlo vysoký dátový tok s nízkou latenciou (25 ms), čo by stačilo aj na dobré hranie on-line videohier.
Ikonické automatické simultánne pristátie modulov prvého stupňa rakety Falcon Heavy (ich výška je 41 metrov, teda približne 13 poschodí) /Foto: SpaceX/
V novembri minulého roku Americká federálna komisia pre komunikáciu (FCC) schválila a udelila SpaceX povolenie na rádiofrekvenčnú prevádzku 4425 satelitov na nízkej orbite (LEO) a 7518 satelitov na veľmi nízkej orbite (VLEO). Zároveň celej skupine takmer 12 000 satelitov vyhradila konkrétne frekvenčné pásma. Rezervovanie týchto frekvencií pre účely SpaceX a Starlinku nie je nekonečné a v rámci povolenia musí SpaceX začať využívať frekvencie pre prvých 1200 satelitov najneskôr v roku 2024.
Toto časové obmedzenie zaručuje to, aby rezervácia frekvenčných pásiem nepotlačovala konkurenciu, v zmysle že SpaceX si len pásma alokuje a následne na nich dekády „sedí“ a nepoužíva ich. V tomto roku môžeme očakávať niekoľko ďalších štartov, avšak to, kedy k tomu presne dôjde firma nezverejnila. Tieto plány očividne výrazne závisia od toho, aká úspešná bude prvá skupina satelitov, čo sa dozvieme v nasledujúcich mesiacoch. Ak všetko dopadne dobre, behom nasledujúcich rokov bude naplánovaných mnoho pravidelných štartov, ktoré budú postupne budovať a rozširovať konšteláciu satelitov.
Na začiatku minulého roku Elon Musk prezradil, podľa čoho dostal projekt Starlink svoje meno. Názov, ktorý sa dá voľne preložiť ako „hviezdna linka“ bol inšpirovaný knihou Na vine sú hviezdy (The Fault in Our Stars) od Johna Greena, i keď je nejasné, v akom zmysle. Daný príbeh je totiž romanca dvoch ľudí trpiacich rakovinou, pričom sa v ňom daný výraz nikde nevyskytuje. Vzhľadom na to, že názov samotnej knihy je inšpirovaný citátom zo Shakespearovho diela Julius Caesar, kde Cassius hovorí: „Chyba nie je v našich hviezdach, ale v nás samotných“, je inšpirácia v súvislosti s pomenovaním kozmickej komunikačnej siete značne abstraktná. Musk sa v jednom rozhovore vyjadril, že zvažoval pre satelitnú sieť aj názov Skynet (čo sa dá voľne preložiť ako nebeská sieť), ale napokon od neho upustil kvôli zjavnej negatívnej asociácii, dobre známej v súvislosti s filmovou sériou Terminátor.
AKO SA NA STARLINK BUDEME MÔCŤ PRIPOJIŤ, KOĽKO BUDE PRIPOJENIE STÁŤ A AKÉ BUDE RÝCHLE?
Na Starlink sa bude možné pripojiť z ktoréhokoľvek miesta sveta, vrátane Slovenska, pričom systém bude fungovať v základe rovnako, ako zriaďovanie internetového pripojenia s bežnými slovenskými operátormi.
Je treba si uvedomiť, že na systém sa nebudú môcť priamo napojiť mobilné zariadenia v podobe smartfónov hocikde v lese alebo na poli. Na pripojenie bude nutná väčšia anténa (zhruba o veľkosti krabice na pizzu). Systém Starlink je z pohľadu koncového používateľa ekvivalentom domáceho internetového pripojenia. Tak ako domáce internetové pripojenie dnes vyžaduje napojenie na telefonickú linku, optickú sieť, alebo Wi-Fi anténu umiestnenú na streche či v okne, tak aj pripojenie na Starlink bude vyžadovať väčšiu anténu, ktorú si budete môcť umiestniť na strechu domu či paneláka. Signál z antény poputuje do klasických domácich routerov, ktorý už poskytne drôtové alebo bezdrôtové pripojenie pre vaše notebooky, desktopy, smartfóny či tablety.
Špecifická fázová anténa, ktorá sa používa napríklad pre radarové systémy (na fotografii v nose stíhacieho lietadla F16). Dole možná podoba antény, ktorú používatelia budú môcť umiestniť napríklad na strechu domu
Systém bude používať špecifickú fázovú anténu (phased array antenna), ktorá sa dlhodobo používa napríklad v leteckom priemysle v súvislosti s radarovými technológiami. V základe ide o plochú anténu, tvorenú mriežkou malých antén, ktoré dokážu spoločne vysielať rádiový signál do rôznych smerov bez toho, aby bolo nutné anténu ako takú otáčať. Na obrázkoch môžete vidieť, ako tieto antény v realite vyzerajú, pričom SpaceX zatiaľ uvádza, že pre príjem signálu bude potrebná anténa zhruba vo veľkosti 15“ notebooku až krabice na pizzu (ktorá by tak potenciálne nahradila napr. vašu parabolickú anténu pre miestnu Wi-Fi). Predpokladané náklady na jej kúpu sú v rozsahu 100 až 300 eur.
Na rozdiel od súčasných poskytovateľov však budete môcť túto anténu namontovať všade, kde je vidieť obloha a nemusíte sa zaoberať tým, ako ďaleko ste od civilizácie a teda od poskytovateľa. Môžete ju teda namontovať na vašej odľahlej vysokohorskej chate, na lodi uprostred mora, na lietadle nad oceánom, alebo na vlaku či autobuse. Podobne ako GPS, aj Starlink bude vyžadovať priamy výhľad na oblohu, pretože signál satelitu nebude prechádzať dobre cez prekážky. Ak by bola teda anténa na autobuse alebo vo vlaku, internet by nebol dostupný v tuneli, na zastrešenom nástupišti, či v podzemnej garáži. V rámci domácností a budov ako takých je toto obmedzenie irelevantné, pretože anténa zostáva permanentne na streche a internetový signál je v budovách následne šírený klasickou cestou pomocou kabeláže a Wi-Fi routerov a prístupových bodov.
Z hranice kozmu voľne padajúci prvý stupeň rakety Falcon 9 a jeho krátky finálny zážih pred dopadom, zabezpečujúci hladké vertikálne pristátie
Cena za poskytovanie internetu touto cestou je v súčasnosti neznáma. Vzhľadom na to, že SpaceX toto riešenie vytvára ako masovú a dostupnú záležitosť pre každého, odhaduje sa, že poplatok nebude vyšší, ako niekoľko desiatok eur mesačne (cca 10 až 50 eur). O tom, aká bude rýchlosť samotného internetového pripojenia a či bude existovať nejaké dátové alebo iné obmedzenie, môžeme zatiaľ len špekulovať. SpaceX zatiaľ hovorí o rýchlostiach len vo vetách „úroveň gigabitov za sekundu“, avšak v takejto rannej fáze budovania projektu sme od reálnych výsledkov skrátka ešte príliš ďaleko. Ponuka sa nepochybne bude meniť v závislosti od postupného budovania a vylepšovania systému, takže v priebehu prevádzky sa bude zlepšovať a rozhodne nebude navždy taká, ako v momente jeho prvého experimentálneho spustenia.
AKO SATELITY VYZERAJÚ A AKO BUDÚ FUNGOVAŤ
SpaceX v základe nikde priamo nezverejňuje detailné informácie, ako systém bude vyzerať, ako bude fungovať a čo ho bude tvoriť, nakoľko v mnohých ohľadoch súperí s konkurenciou. Satelity s nízkymi orbitami pre internetové pokrytie plánuje alebo buduje aj niekoľko ďalších firiem, pričom ide hlavne o Kepler Communications, LeoSat a OneWeb. Tieto konkurenčné projekty sú však značne menšieho rozsahu ako je Starlink (niekoľko stoviek satelitov vs. 12 000), takže fungujú skôr ako nová možnosť pre odľahlé a internetom málo pokryté oblasti, než ako výrazná celosvetová disrupcia telekomunikačných systémov. Najďalej je zrejme britská spoločnosť OneWeb, ktorá si zabezpečila investície na úrovni 1,25 miliardy dolárov, pričom plánuje nad americkou Aljaškou svoj systém sprevádzkovať do jedného roku (prvý úspešný štart jej satelitov sa udial 27. februára).
Aj napriek utajovaným, či lepšie povedané nezverejňovaným špecifikáciám však môžeme podobu a fungovanie Starlinku dobre odhadovať na základe špecifikácii a dokumentov, ktoré SpaceX musí odovzdávať pri žiadosti o povolenia a prideľovania komunikačných pásiem. Samotné satelity sme po prvý krát zbadali až krátko pred prvým májovým štartom. Ide o veľmi zaujímavú tenkú konštrukciu satelitov, o veľkosti dosky malého kancelárskeho stola (1,1 x 0,7 m). K tomu sa ešte pridáva solárny panel s dĺžkou 8 metrov, ktorý sa ale rozvinie až na obežnej dráhe. Zložený rozmer spolu s váhou 228 kg umožňuje vynášanie až 60 kusov s jedným štartom Falcon 9, čo nám prezrádza, koľko nosičov a teda štartov rakiet bude sprevádzkovanie systému potrebovať.
60 satelitov natesno poskladaných v nose rakety Falcon 9. Vpravo vidieť veľkosť tohto nákladového stojanu a priestoru s naloženým autom Tesla Roadster (podľa podstavca si povšimnite, že na druhom snímku je ešte neuzavretý a teda objem na prvý pohľad klame) /Foto: SpaceX/
V súčasnosti prevádzkované rakety Falcon 9 (s návratovým prvým stupňom) z hľadiska váhy pojmú maximálne 60 týchto satelitov. To znamená, že na prvú fázu projektu so 4425 satelitmi bude potrebných 74 štartov. Vzhľadom na 5-ročný plán tejto fázy by to znamenalo 15 štartov ročne. Budúci gigantický nosič BFR, s ktorým SpaceX počíta po roku 2020 (najsilnejšia raketa, akú kedy ľudstvo postavilo, schopná realizovať lunárne aj marťanské misie), by vzhľadom na svoju nosnosť a veľkosť mohla pojať až niekoľko stoviek satelitov, čo z nej robí lákavého kandidáta pre druhú fázu projektu, pri ktorej bude na orbitu potrebné vyniesť 7518 kusov, avšak je otázne, či sa bude na tento účel používať, nakoľko satelity je potrebné vypúšťať v určitých skupinách a trajektóriách.
Náklady na celý projekt sa v súčasnosti odhadujú na 10 až 15 miliárd dolárov. Ak by sme zarátali súčasnú cenu, ktorú si SpaceX účtuje za štart Falcon 9 s návratovým a znovupoužiteľným prvým stupňom (62 miliónov dolárov), dostali by sme sa len v rámci fázy jedna na hodnotu 4,5 miliárd dolárov (74 štartov pre 4425 satelitov). Pri opakovanom používaní návratových stupňov rakiet náklady poletia v nasledujúcich rokoch dole. Na tomto princípe je teda veľmi dobre vidieť, ako koncept znovupoužiteľných rakiet a zníženie nákladov na vynášanie objektov na orbitu urobil tento megalomanský projekt realizovateľným.
Pohľad na tenkú konštrukciu satelitov Starlink /Animácia a render: SpaceX/
Podľa žiadosti a dokumentov, ktoré SpaceX predložil komisii vieme, že vyššie „LEO satelity“ budú operovať s vysielaním na Ku (12 až 18 GHz) a Ka (26,5 až 40 GHz) spektrálnych pásmach, čo sú pomerne typické frekvencie pre všetky doterajšie komunikačné satelity. Nižšie „VLEO satelity“ z druhej fázy však budú používať frekvenčné pásmo V, so značne vyššími frekvenciami v rozsahu 40 až 75 GHz. Toto pásmo sa používa obvykle pri povrchovej komunikácii na pozemných vysielačoch s priamym dohľadom.
Jeho výhodou je vysoká prenosová rýchlosť, nevýhodou naopak takmer nulová schopnosť prenikať cez väčšie prekážky (ako napríklad stenu či strechu budovy). Problémom je takisto vlhkosť atmosféry, ktorá signál pohlcuje a robí ho tak nepoužiteľným na veľké vzdialenosti. Práve preto musia vyššie satelity používať nižšie frekvencie (v základe platí, že čím je frekvencia nižšia, tým ďalej signál dosiahne a tým lepšie prechádza cez prekážky, avšak vzhľadom na veľké rozstupy samotných vĺn je sprostredkovaný dátový tok nižší). Ak vás problematika vlnových dĺžok v súvislosti s prenosom signálu zaujíma, odporúčame vám naše dva články: „Prečo už na mobilných telefónoch nie sú vidieť antény?“ a „Môžeme postaviť anténu veľkú ako svet?“.
V súvislosti s operačnými výškami satelitov Starlinku sa udiala zaujímavá zmena, o ktorej sme sa dozvedeli až minulý rok. Podľa staršej dokumentácie sme čakali, že dva experimentálne satelity vypustené vo februári minulého roku na orbitu 514 km, sa po čase pomocou vlastných motorov presunú na orbitu vo výške 1125 km, kde budú v testovaní systémov pokračovať. Podľa predchádzajúcich plánov sa totiž na tejto orbite malo nachádzať všetkých 4425 satelitov prvej fázy.
Až dodatočne sa ukázalo, že SpaceX túto fázu rozdelil na prvú časť, kde prvá tretina satelitov zostane na orbite 514 km a druhú časť, kde dve tretiny ostatných satelitov prvej fázy zamieria na orbitu 1110 km. Toto je žiaľ jeden z problémov sledovania komerčných spoločností a ich kozmických projektov. Na rozdiel od štátnych vesmírnych programov, pod taktovkou NASA, ESA či Roskosmosu, pri ktorých sme zvyknutí na podrobné reporty o plánoch aj problémoch, pri komerčných projektoch a riešeniach sme odkázaní zväčša len na „marketingovú reč“, chválenie sa s úspechmi, nekomentované ticho pri neúspechoch a takisto zatajované respektíve nezverejňované zmeny, o ktorých sa dozvieme až keď k nim dôjde.
Každý satelit sa spojí pomocou laserového linku so štyrmi susednými satelitmi (hore), čím dôjde k vytvoreniu celosvetovej satelitnej P2P siete (dole)
V súčasnosti to vyzerá, že prvých 1584 satelitov Starlinku (prvá časť prvej fázy budovania) sa bude nachádzať na orbite okolo 550 km. Satelity budú obiehať Zem v 24 orbitálnych rovinách, čo je možné predstaviť si ako 24 rôzne smerovaných zástupov, pričom v každej „obruči“ okolo Zeme je 66 satelitov. Ako sme už uviedli pri popise príjmu signálu používateľom, pri komunikácii so Zemou budú satelity využívať fázovú anténu. Na rýchle vzájomné spojenie satelitov, ktoré budú v rámci P2P siete musieť preposielať obrovskú dátovú prevádzku (tak ako chrbticové optické siete) je však potrebný iný systém.
Satelity svetelné pulzy internetového signálu pravdaže nemôžu šíriť v optických kábloch, ktoré by boli natiahnuté kozmom ako fyzická pavučina. Čiary, ktoré vidíte na obrázkoch, sú tvorené laserovými svetelnými pulzmi letiacimi vzduchoprázdnom. Laserové pulzy sú vysielané cez zrkadlo, ktoré môže satelit extrémne rýchlo natáčať a zacieľovať tak na pohyblivý objekt. Každý satelit je vybavený štyrmi takýmito systémami, pomocou ktorých sa napojí na ďalšie štyri satelity, čím dochádza k ich vzájomnému zosieťovaniu. Na obrázkoch môžete vidieť, že najlogickejším spojením je kontakt s predným a zadným satelitom na rovnakej orbitálnej rovine a takisto diagonálne spojenie so satelitmi na dvoch vedľajších orbitálnych rovinách, ktoré idú rovnakým smerom. Medzi satelitmi týmto spôsobom dochádza k vytvoreniu P2P siete, ktorá môže zabezpečiť spojenie medzi akýmikoľvek bodmi Zeme.
Prvá fáza projektu Starlink so 4425 satelitmi. Bielou bodkou sú vyznačené prvé satelity s 550 km orbitou, červenou bodkou sú vyznačené satelity na zhruba 1100 km orbite (tie na priečnej polárnej orbite modrou), ktoré prvú fázu budovania dokončia. K týmto satelitom neskôr pribudne ďalších 7518 satelitov druhej fázy.
Túto veľmi presnú simuláciu Starlinku, ktorú si môžete pozrieť v animovanej verzii vo videu, vytvoril Mark Handley, profesor sieťových technológií na katedre počítačovej vedy Londýnskej univerzity. Na animácii môžete dobre vidieť, ako musia satelity neustále sledovať polohu ostatných satelitov na vedľajších orbitálnych rovinách, pre správne zacielenie laserového linku. Na obrázku kompletného systému v prvej fáze (4425 satelitov) môžete vidieť farebné rozdelenie jednotlivých satelitov.
Začiatok prvej fázy so satelitmi na 550 km orbite je znázornený červenými bodkami. Dokončenie prvej fázy so satelitmi na zhruba 1100 km orbite reprezentujú biele bodky a na polárnej orbite modré bodky. K týmto satelitom neskôr na nižšie orbity pribudne ďalších 7518 satelitov, ktoré masívne rozšíria spojovacie možnosti systému, spolu s tým ako budú stúpať požiadavky na jeho využitie. Elon Mask predpokladá, že systém bude v plnej podobe prenášať väčšinu celosvetovej diaľkovej internetovej prevádzky.
Na systéme je viditeľná preferencia východo-západného smeru komunikácie, čo je plne oprávnené. Väčšina zemskej populácie žije na severnej časti pologule (88 %) a medzi Európou, Áziou a Severnou Amerikou je potrebné mať omnoho viac spojení, ako medzi Európou a Južnou Afrikou, alebo Áziou a Austráliou. Minulý rok sa Elon Musk vyjadril, že v rámci internej komunikácie satelitov môžeme očakávať end-to-end šifrovania na úrovni firmvéru, zabezpečujúce vysokú odolnosť proti napadnutiu. Akákoľvek odhalená zraniteľnosť bude rýchlo vyriešená softvérovou aktualizáciou všetkých satelitov.
Satelity budú niesť dynamicky kontrolované stabilizátory a pomocné motorové systémy, pomocou ktorých budú môcť držať svoju polohu v rámci celej siete a rovnomernú vzdialenosť od sesterských satelitov pri obletoch okolo Zeme. SpaceX predpokladá životnosť jedného satelitu na 5 rokov (po ktorej bude nahradený iným) a po jej skončení má byť satelit vždy schopný riadeného zániku v atmosfére nad neobývanými oblasťami. Okrem komunikačného vybavenia v rámci internetovej štruktúry (komunikácia so Zemou a sesterskými satelitmi) budú satelity obsahovať aj doplnkovú výbavu pre snímkovanie zeme a detekciu atmosférických a iných javov. Budú teda vítaným pomocníkom aj pri vytváraní satelitných máp, ktoré by teoreticky mohli fungovať aj v reálnom čase (nič však v tejto súvislosti potvrdené nebolo).
Takto vyzeral vláčik prvých 60 satelitov Starlinku krátko po vypustení, pred tým ako sa začali rozchádzať na väčšie vzdialenosti, pri pohľade zo Zeme na oblohu (čas 0:20)
Pokiaľ patríte k nadšeným pozorovateľom nočnej oblohy, možno vás zaujíma, či satelity bude v noci vidieť. Odpoveď je pravdaže kladná, čo platí pre akýkoľvek satelit v momente, keď jeho solárne panely odrazia svetlo slnka za horizontom. Vyzerajú ako rýchlo sa pohybujúce svetelné body krátko po západe slnka a krátko pred jeho východom, podobne ako je tomu v prípade Medzinárodnej vesmírnej stanice.
Vzhľadom na to, že rozmery ich solárnych panelov sú oproti stanici maličké (rozmer autobusu vs. rozmer futbalového ihriska), satelity vyzerajú len ako drobné, málo jasné hviezdičky. Prvá časť prvej fázy na orbite 550 km je pomerne dobre viditeľná, ako môžete vidieť na videu. Neskoršiu ďalšie várky na orbite 1000 km zbadáte kvôli malému jasu len mimo veľkého mesta. Satelity v druhej fáze s orbitou 322 km však budú takisto dobre viditeľné voľným okom.
VÝHODY VESMÍRNEHO INTERNETU
Výhodou satelitného internetového systému je nielen kompletné globálne pokrytie, ale aj rýchlosť. V podzemných a podmorských optických kábloch chrbticových sietí sa informácia v podobe svetelných pulzov šíri pri 30 až 50 % rýchlosti svetla. V kozmickom vzduchoprázdne sa vďaka absencii akéhokoľvek média a nosiča nespomaľuje a cestuje rýchlosťou svetla naozaj. Okrem toho, chrbticové siete na kontinentoch nasledujú hranice štátov a existujúcu infraštruktúru, čím narastá ich dĺžka a komplexnosť.
Kontinenty sú pritom spojené len hŕstkou podmorských káblov, nachádzajúcich sa na konkrétnych miestach, ku ktorým musí signál doraziť. Podobne ako keď chcete autom prejsť cez rieku, tak musíte docestovať najprv k nejakému mostu, tak aj internetový signál z Európy do Ameriky musí najprv dôjsť k nejakému premosťujúcemu medzikontinentálnemu káblu v konkrétnej lokalite, ktorá nemusí byť vôbec blízko k nemu ani k cieľu. Naproti tomu v prípade satelitného systému môže signál ísť prakticky vždy tou najkratšou cestou, vzdušnou čiarou ktorýmkoľvek smerom. Potenciálne tak môžeme internetovú komunikáciu značne zrýchliť a značne zmenšiť odozvu pri komunikácii so servermi na opačnom konci sveta.
Simulácia spojenia medzi Londýnom a New Yorkom (hore) a simulácia všetkých možných otvorených chrbticových spojení medzi Európou a Severnou Amerikou v prvej fáze projektu (dole)
V simulácii systému Starlink môžeme vidieť, že oneskorenie, respektíve odozva spojenia medzi Londýnom a New Yorkom sa skráti na 47 ms, v porovnaní s dnešnými 76 ms, ktoré dosahujeme na podzemných a podmorských optických chrbticových sieťach. Ako vzdialenosť narastá, rozdiel sa zväčšuje. Spojenie Londýn – San Francisco satelity Starlinku zvládnu prepojiť s odozvou 74 ms, čo je polovica dnešnej 146 ms odozvy. Podobne pri spojení Londýn – Singapur môžeme predpokladať ping na úrovni 89 ms, čo je takmer polovica času aktuálnej 159 ms odozvy sprostredkovanej optickými káblami.
V tejto súvislosti môže pôsobiť trochu mätúco, že ide o také veľké zlepšenie, pretože stávajúce systémy satelitného internetu sú okrem svojej masívnej ceny známe práve tým, že sú pomalé a spôsobujú veľké oneskorenie, respektíve odozvu. Je to z dôvodu, že aktuálne systémy tvorí len malé množstvo satelitov, zavesených na geostacionárnej orbite. Tá je typická tým, že satelity na nej z praktického hľadiska vlastne stoja a sú zavesené nad jedným konkrétnym miestom Zeme (v realite obiehajú okolo Zeme rýchlosťou, akou sa planéta sama otáča okolo svojej osi). Táto geostacionárna orbita sa nachádza vo výške 35 786 km nad povrchom Zeme.
Vytvorené spojenia Starlinku medzi Veľkou Britániou a Juhoafrickou republikou a Britániou a Singapurom
Už táto vzdialenosť sama o sebe je takmer na úrovni obvodu Zeme ako takej (40 075 km) a je teda totožná s cestou okolo sveta. Jeden satelit na tejto dráhe tak de facto vidí až tretinu zemského povrchu a môže fungovať ako trvalý spojovací bod medzi Európou a Amerikou. Problémom je, že táto obrovská vzdialenosť, ktorú signál musí prejsť 2-krát (k satelitu a späť), nevyhnutne vnesie do komunikácie oneskorenie. Najmenšia možná vzdialenosť, ktorú signál potrebuje prejsť je tak zhruba 72 000 km, a to aj v prípade, že body ktoré medzi sebou na Zemi spája, sú len 100 km od seba. Bežný ping geostacionárnych riešení sa pohybuje niekde medzi 600 až 1200 ms.
Väčšina satelitov systému Starlink sa naproti tomu bude nachádzať len 300 km nad Zemou, čo je skoro podobné, akoby boli priamo na povrchu. Na to aby pokryli signálom celú Zem je ich síce potrebných niekoľko tisíc, ale signál si môžu preposlať najkratšou možnou cestou. Vzhľadom na 40 000 km obvod Zeme teda signál nikdy nepotrebuje prejsť vzdialenosť väčšiu, ako cca 20 000 km. V prípade, že sú dve miesta na Zemi vzdialené jedným smerom 21 000 km, je už výhodnejšie vydať sa opačnou stranou a do cieľa doraziť za 19 000 km.
AKÉ PROBLÉMY V SÚVISLOSTI S PROJEKTOM HROZIA?
Aj keď projekt dostal zelenú a začalo sa s jeho stavbou, automaticky to neznamená, že všetko pôjde bez problémov a presne podľa plánu. Hrozia odklady a odhalenie slabín systému a konkrétnych satelitov, ktoré bude treba prepracovať a vypustiť na orbitu znova. Komunikácia týmto spôsobom nie je ľahká. Celý systém sa neprestajne hýbe obrovskou rýchlosťou a keďže satelity sa nad konkrétnymi lokalitami rýchlo striedajú, koncový komunikačný kanál so Zemou bude vytvárať stále nový a nový satelit, čo vyžaduje aby si komunikáciu bleskovo podávali smerom dozadu (proti smeru letu) ako pochodeň.
Z hľadiska postupného nárastu používania je projekt naplánovaný tak, aby svoje komunikačné možnosti stále zväčšoval. S narastajúcim počtom satelitov bude možné vytvárať čoraz viac spojení medzi dvoma lokalitami, čo môžete vidieť znázornené na obrázku, kde sú aktivované všetky možné rýchle spojenia medzi Amerikou a Európou (v prvej fáze). Ak Starlink v budúcnosti naozaj preberie na svoje bedrá väčšinu internetovej prevádzky, bude ich potrebných stále viac a nasledujúca várka viac ako 7000 ďalších satelitov to zabezpečí.
Google investoval do SpaceX jednu miliardu dolárov a šušká sa, že s ním zdieľa niekoľko svojich patentov a komunikačných technológií. Najlogickejším by bol práve vysokovýkonný samozameriavací laserový sieťový systém, ktorý Google vyvinul pre svoj balónový projekt Loon
Ak ale nárast používania bude rýchlejší ako rozširovanie systému, ľahko môže nastať situácia, že nad husto obývanými oblasťami sa niektoré satelity výrazne preťažia, čo zhorší kvalitu služby. Otázkou je takisto to, nakoľko zhorší kvalitu signálu extrémne počasie v cieľovej lokalite (napríklad husté sneženie) a či bude zhoršenie služby v takýchto podmienkach citeľné, alebo nie.
Vznik otvorenej satelitnej internetovej siete môže priniesť aj geopolitické napätie. Niektoré krajiny, ako hlavne Čína a Rusko, čoraz viac uťahujú nad využívaním internetu opraty a snažia sa svoju internetovú prevádzku v krajine silno kontrolovať a maximálne monitorovať a filtrovať. So systémom Starlink sa ale potenciálne môže spojiť napr. každý Číňan s vhodnou anténou na záhrade či streche, čím bude mať prístup k neregulovaného internetu, mimo štátnej kontroly a veľkého čínskeho firewallu.
Vyhol by sa tak štátnej cenzúre a vládou kontrolovaným lokálnym operátorom. Môžeme preto očakávať, že niektoré krajiny môžu na svojom území vysielacie pásma Starlinku krátkodobo alebo dlhodobo rušiť, zabraňujúc tak svojim občanom v pripojení. SpaceX plánuje s vládami jednotlivých štátov spolupracovať, pre čo možno najmenej problémové používanie konkrétnych frekvencií. Je ale jasné, že v totalitných a autoritárskych štátoch narazí na problémy a obmedzenia, takže bude zaujímavé sledovať, či podľahne nátlaku alebo nie. Pre každú komerčnú firmu je 1,4-miliardový čínsky trh veľmi lákavý a firmy obvykle radšej pristúpia na obmedzenia, než by sa mali stať obeťou zákazu. Komplikované celonárodné rušenie signálu vládou nemusí byť jediná forma zákazu. Alternatívou sú kruté tresty pre používateľov, ktoré by ich od používania odradili. To poznáme aj z histórie bývalého komunistického Československa, kde platil napr. zákaz počúvania západných rozhlasových staníc a prebiehalo ich rušenie.
MASÍVNA SIEŤ SATELITOV A OBAVA Z PREPLNENIA ORBITY
Pri prvom pohľade na systém zložený z 12 000 satelitov, neustále obiehajúcich vysokou rýchlosťou okolo Zeme, vám možno napadne nepríjemné a nebezpečné preplnenie obežnej dráhy. Inštitút pre kozmické záležitosti Organizácie spojených národov (UNOOSA) dnes eviduje na obežnej dráhe dohromady 4 857 satelitov, z čoho je len 1980 v prevádzke. Ďalšie veľké množstvo objektov tvoria napríklad stupne rakiet či iné prvky z kozmických letov, čo vedie k vytváraniu kozmického smetiska, rotujúceho okolo našej planéty.
Už len prvá fáza Starlinku, pridávajúca na orbitu 4425 satelitov, tak počet objektov na obežnej dráhe Zeme zdvojnásobí a kompletný systém s 12 000 satelitmi ich počet zvýši takmer štvornásobne. Vzhľadom na to, že sa počíta s ich životnosťou na úrovni 5 rokov a ich náhradou ďalšími, možno vám napadne, či sa vôbec na orbite budeme môcť pohnúť. Okrem toho, čím viac objektov na orbite je, tým je zrážka dvoch z nich fatálnejšia, pretože môže spustiť nekontrolovanú deštruktívnu reťazovú reakciu. Tento jav sa nazýva Kesslerov syndróm, pričom hovorí o tom, že zrážka dvoch či viacerých satelitov a iných vesmírnych objektov vyvolá vznik obrovského množstva rýchlo letiacich trosiek a akonáhle je sieť satelitov príliš hustá, trosky neprestajne narážajú do ďalších satelitov, čím reťazovo tvoria ďalšie a ďalšie trosky (čo ste možno videli vizuálne pekne predvedené vo filme Gravitácia).
Raketa Falcon 9 a jej príprava na transport na štartovaciu rampu /Foto: SpaceX/
Tento stav je však v realite značne málo pravdepodobný (nie však nemožný). Mnoho ľudí videlo obrázky alebo animácie satelitnej prevádzky, pri ktorých satelity a vesmírne trosky okolo Zeme krúžia husto ako obrovský roj včiel, pričom planétu takmer už ani nie je vidieť. Tieto animácie však situáciu komicky skresľujú z dôvodu použitej mierky. Zem je obrovská a satelity a trosky vskutku miniatúrne. Celý systém Starlink pozostáva z takmer 12 000 satelitov, veľkých ako doska stola (so solárnym panelom veľkým ako autobus), rovnomerne rozmiestnených nad povrchom.
Predstavte si sieť rovnomerne rozmiestnených 12 000 automobilov, jazdiacich po celom svete, a to nielen na kontinentoch, ale aj na všetkých oceánoch. Možnosť ich zrážky vám už nebude pripadať taká akútna, keď si uvedomíte, že v tomto príklade by ich rozstupy znamenali, že na celom Slovensku by bolo len jedno auto. Z toho príkladu je pekne vidieť, že od roja včiel, cez ktorý nie je ani vidieť, to má značne ďaleko. Okrem toho, čím ďalej od Zeme ste, tým je orbitálna planina väčšia. Povrch Zeme má zhruba 510 miliónov km2, pričom vo výške 300 km je orbitálna planina o 50 miliónov km2 väčšia a vo výške 1000 km nad zemou o 170 miliónov km2 väčšia. Rozstupy kozmickej siete objektov sú tak ešte väčšie.
AKÝ JE ČASOVÝ RÁMEC STAVBY STARLINKU?
V súčasnosti SpaceX rieši vývoj komunikačnej infraštruktúry, softvéru, sériovej výroby satelitov a ďalších záležitostí, pričom sa pripravuje na májový štart prvej várky. Pri všetkom môžu nastať neočakávané zdržania, pričom ako prirovnanie sa ponúka druhá spoločnosť Elona Muska, v podobe automobilovej firmy Tesla, ktorá pri masovej sériovej výrobe elektrických vozidiel v podobe Modelu 3 narazila na veľký sklz.
Prvým dôležitým míľnikom Starlinku bude tento rok vypustenie úvodnej várky (neexperimentálnych) satelitov. Už to sa môže oneskoriť, alebo sa môže naraziť na problémy po ich vypustení, čo môže zdržať štart ďalších satelitov o dlhé mesiace či roky.
Fabrika SpaceX na výrobu rakiet /Foto: SpaceX/
Podľa aktuálneho rozvrhu plánuje SpaceX vypustiť prvých 800 satelitov do roku 2022, kedy spustí prvú komerčnú prevádzku systému. Prvú fázu v podobe 4425 satelitov na orbite plánuje dokončiť v rokoch 2024 až 2029. Základným limitom sú voľné frekvencie, ktoré pre systém drží Federálna telekomunikačná komisia. Frekvenčné pásma sú pre Starlink držané pod podmienkou, že SpaceX dokončí polovicu prvej fázy (2213 satelitov) do marca roku 2024 a kompletnú prvú fázu (4425 satelitov) do marca roku 2027.
Veľkosť tohto projektu vyráža dych a budeme ho s napätím sledovať. Starlink má v pláne stať sa v dohľadnej budúcnosti hlavnou chrbticovou sieťou internetu na celej Zemi a vo vzdialenejšej budúcnosti takisto bránou na šírenie internetu pre kolonizáciu Mesiaca a Marsu. Držíme mu palce.
