Vse o Starlinku - Nizki sateliti za manjše zakasnitve

S satelitskim internetom je bilo do vstopa podjetja SpaceX podobno kot z električnimi avtomobili. Saj so obstajali, a v svoji mikroniši in brez vidnosti v širši javnosti. Tehnološki napredek in povečano zanimanje zanje skupaj z dobrim marketingom pa so tehnologijo približali sleherniku. Prihodnje leto bojda tudi pri nas.

Satelit konstelacije Starlink. Slika: SpaceX

Popotovanje po urbanih predelih razvitih držav nas hitro zapelje v zmoto, da je širokopasovni internet dostopen povsod. Že v Sloveniji obstajajo bele lise, kjer komercialnega interesa za gradnjo širokopasovnih priključkov ni, v manj razvitih državah pa je situacija marsikod še slabša. Prizemna mobilna omrežja niso univerzalna rešitev, ker še vedno zahtevajo razvoj infrastrukture na tleh. Že v Sloveniji niso redka območja, kjer tudi 3G izgine ali pa signala sploh ni. Ena izmed mogočih rešitev je satelitski internet.

»Stari« satelitski internet omogočajo veliki in zmogljivi sateliti v visokih geostacionarnih orbitah, kar prinaša nekaj nevšečnosti. Že teoretična zakasnitev pri prenosu signala je vsaj 240 milisekund, zaradi obdelave podatkov in narave protokola (pošiljanje potrditev sem in tja) pa naraste na pol sekunde in več. Ker svetlobne hitrosti ni mogoče povečati, je rešitev le ena – satelite je treba premakniti niže.

Tudi fizike ni moč pretentati, zato tak premik nujno pomeni izdatno povečanje števila satelitov. Obhodni čas namreč ni poljuben, temveč je strogo odvisen od višine satelita. Od nje je odvisen tudi zorni kot, ki se s spuščanjem manjša. Vse to pomeni, da imamo pri zagotavljanju internetne povezave s sateliti v nizkih orbitah le eno možnost. Pokriti moramo ogromen kos Zemlje (odvisen od inklinacije tirnice), saj sateliti ne ostajajo na istem mestu relativno na površje, in potrebujemo jih res veliko. SpaceX je zato pred šestimi leti začel graditi veliko konstelacijo več (deset) tisoč satelitov, ki bodo pokrili skoraj celotno Zemljo (razen polarnih območij). Rodil se je Starlink, ki mu je kmalu sledila tudi konkurenca.

Sateliti

Starlink bo imel satelite v nizkih orbitah, to je na višinah 540–570 kilometrov, v drugi fazi pa vse do 330 kilometrov. Na višini 550 km sateliti krožijo s hitrostjo 7,6 km/s, torej bo satelit nad izbrano točko na površini dovolj visoko, da bo omogočal vzpostavitev povezave, 3–5 minut. Nižji sateliti bodo vidni še krajši čas.

To ima dve pomembni tehnološki posledici. Potrebovali jih bomo res veliko, in sicer v prvi fazi 22 v vsaki izmed 72 tirnic, v drugi fazi pa še skoraj dvakrat toliko. Hkrati mora biti celoten sistem prilagojen hitremu brezšivnemu preklapljanju med sateliti, ko ti prihajajo v vidno polje in odhajajo iz njega.

Manj izpostavljena tehnološka prednost tega sistema pa je celó manjša zakasnitev signala pri razdaljah, ki so večje od 2.500 kilometrov. Razlogi so tako fizikalni, saj po zraku signal potuje praktično s svetlobno hitrostjo, po optičnih vlaknih pa za tretjino počasneje, kot infrastrukturni, saj je vozlišč manj, protokol pa od IPv6 učinkovitejši P2P. Sateliti so lahki, tehtajo dobrih 230 kilogramov, in s predvideno življenjsko dobo šest let tudi redno menjani. Po tem času bodo preprosto padli nazaj na Zemljo in zgoreli v atmosferi.

Sateliti komunicirajo z zemeljskimi postajami v frekvenčnih pasovih Ku (12–18 GHz) in Ka (26,5–40 GHz), med seboj pa z optičnimi laserskimi povezavami. Izbira je logična. Radijski valovi dosti bolje prodirajo skozi motnje v atmosferi (vlaga, oblaki itd.), laserske povezave pa imajo bistveno boljšo prepustnost, zahtevajo manj energije in niso regulirane (ker je žarek v snopu). Šlo bo za infrardečo svetlobo s frekvencami nad 10.000 GHz, prek katere bo posamezen satelit lahko komuniciral s štirimi najbližjimi sosedi.

Zemeljski del

Uporabniki pa s sateliti komunicirajo malce drugače. Neposredno s satelitom je povezana terminalna postaja s satelitskim krožnikom, ki v premeru meri 48 centimetrov. Postavimo jo lahko kamorkoli, od koder ima neoviran pogled v nebo. Mehanizem s kombinacijo mehanskega vrtenja na grobo in finega električnega krmiljenja skrbi, da antena sledi satelitom. Komunikacija poteka na frekvencah 11,83 GHz in 14,25 GHz s sateliti, ki so dovolj visoko nad obzorjem. To je vsaj 25°, sčasoma pa se bo kót povečal, saj bo satelitov dovolj. Ta postaja je potem povezana z brezžičnim usmerjevalnikom, ki povezavo deli z ostalimi odjemalci.

Vsebina paketa za končnega uporabnika. Slika: SpaceX

Drugi bistveni del zemeljskega omrežja pa je seveda povezava Starlinka z internetom. Prehod (gateway) predstavljajo velike zemeljske postaje, ki s sateliti komunicirajo prek antenskih skupin (phased array). V takšni skupini je več sto manjših anten, ki jih usklajeno krmilimo, s čimer lahko nadziramo in usmerjamo snop proti satelitom, ne da bi morali fizično premikati antenski sklop. Trenutno predvidevajo 43 Zemeljskih postaj in bodo v Severni Ameriki, Kanadi in Avstraliji.

Uporaba

Starlink je že moč uporabljati, če sodelujemo v beta programu v ZDA in Kanadi. Povedno se imenuje Better Than Nothing Beta in ima že okrog 10.000 uporabnikov. Začetni paket stane 500 dolarjev, mesečna naročnina je 100 dolarjev, za kar obljubljajo hitrosti od 50 do 150 Mb/s z zakasnitvami 20–40 milisekund, kar je v skladu s teoretičnimi pričakovanji. Ključna razlika v primerjavi z večino drugih satelitskih programov je odsotnost količinskih omejitev. Sicer v pogojih uporabe svarijo, da se lahko primerijo tudi krajša obdobja nedosegljivosti, a obljubljajo še boljše hitrosti in manjše zakasnitve, ko bo satelitov še več.

Paket, ki ga prejme končni uporabnika. Slika: Tom's Hardware.

Tudi uporaba je preprosta. 15-kilogramski paket vsebuje uporabniški terminal (satelitski krožnik z imenom Dishy McFlatface), trinožno stojalo, brezžični usmerjevalnik (Wi-Fi) in napajanje. Uporabniki iz ZDA poročajo, da je krožnik dobre izdelave, medtem ko imajo na Wi-Fi precej pripomb zaradi stabilnosti in dosega. To se da popraviti z uporabo drugega usmerjevalnika, ki ga lahko priključimo neposredno na anteno. Kabel je fiksno pritrjen na antenski del, saj se poleg podatkov po njem prenaša tudi električna energija (power over ethernet), in ga ne moremo zamenjati, zato je včasih lahko 30 metrov kabla premalo (ali pa preveč).

Satelitski internet že imamo

Čeprav Starlinkovega omrežja v Sloveniji še ne moremo uporabljati, dasi so prednaročila že mogoča, pa satelitski internet v Sloveniji že obstaja. Telekom Slovenije ponuja dostop prek Eutelsatovega omrežja za območja, kjer ni klasičnih rešitev ali stabilnega mobilnega signala. Cena, hitrost in omejitve količine prenesenih podatkov dajejo vedeti, da je to slabša rešitev od žičnih. Oprema stane 320 evrov, vključitev priključka in vzpostavitev še 145 evrov, mesečne naročnine pa se začnejo pri 25 evrih za 10 GB podatkov mesečno z 15/3 Mb/s. To pa so že cene, s katerimi je Starlink primerljiv, če ni celo cenejši.

Namestitev antene s fizičnega vidika, torej pritrjevanje, ni preveč zahtevno, odvisno od uporabnikovih izkušenj. Ni pa se treba ukvarjati z iskanjem optimalne orientacije, saj zadostuje že, da ima prost pogled v nebo. Starlink ima celó mobilno aplikacijo, ki uporabniku pomaga izbrati ustrezno smer, kjer je vidni kot kar največji. Fino regulacijo pa naredi krožnik kar sam.

SpaceX je dejal, da povprečne hitrosti uporabnikov presegajo 100 Mb/s navzdol in 20 Mb/s v obratni smer z zakasnitvami do 31 ms. Občasne prekinitve so se pojavljale zlasti lani in v začetku tega leta, ko je bilo satelitov še manj. Ponavadi so bile krajše od minute, nekateri uporabniki pa so poročali tudi o 10-minutnih luknjah. A te niso nenapovedane, saj aplikacija pokaže, koliko časa bodo prekinitve še trajale – sateliti imajo pač predvidljive tirnice. Težav zaradi vremena ni, vendar pa hitrost nekoliko upade med močnimi padavinami. Krožnik ima tudi ogrevanje, ki prepreči nabiranje snega, ne da bi ga bilo treba čistiti.

Seveda bi si želeli preizkusiti Starlink v Sloveniji, a to še ni mogoče. Na spletni strani lahko že rezerviramo svoj paket, za kar je treba odšteti 100 dolarjev. Obljubljajo, da bo storitev na voljo sredi prihodnjega leta. Upajmo, da res, saj v ZDA z njim dosegajo že 200 Mb/s!

Perspektiva

Starlink bo omogočal dostop do interneta povsod, ne bo pa ga še prinesel povsod. Bistvena razlika v primerjavi s prizemnimi mobilnimi omrežji (4G, 5G) je v enostavnosti uporabe. Medtem ko mobilni internet lahko uporabljamo povsod, kjer je signal, če le imamo ustrezno mobilno napravo, je s Starlinkom drugače. Potrebujemo odjemni paket, ki vključuje tudi satelitski krožnik, ta pa potem ustvarja Wi-Fi, s katerim se povezujejo naprave za dostop do interneta. V tem pogledu je Starlink podoben fiksnim povezavam, saj ga uporabljamo tam, kjer smo ga namestili.

Starlink že lahko prednaročimo.

SpaceX želi Starlink razširiti tudi na ladje, letala, tovornjake in podobna večja prevozna sredstva. To dokazuje vloga pri Zvezni komisiji za telekomunikacije (FCC), v kateri prosijo za dovoljenje za uporabo na premičnih odjemnih mestih (Earth stations in motion), kamor sodijo vozila, plovila in letala. Osebni avtomobili pa za zdaj Starlinka ne bodo imeli, niti Tesla ne, je povedal Elon Musk. Trenutni odjemni terminal je prevelik, da bi bilo to mogoče. Satelitskega krožnika na avto pač ne moremo natakniti, na tovornjak pa laže.

Pričakujemo tudi širše vplive na družbo. Starlink bo nudil dostop do interneta, ki ne bo odvisen od lokalne infrastrukture, nad katero ima nadzor lokalni ponudnik dostopa do interneta, in posredno oblasti. S tem bodo padle cenzure in zidovi, kot je, na primer, kitajski. Hkrati pa to nadzor koncentrira drugje. Zasebno podjetje bo obvladovalo dostop do globalnega interneta, kar prinaša pomisleke o nevtralnosti interneta in cenzure korporacij.

Aplikacija za upravljanje s povezavo Starlink.

Več kot 4.000 satelitov bo korenito napolnilo orbite, kar predstavlja problem danes in v prihodnosti. Pa to sta le prvi fazi, ki zagotovo bosta, SpaceX pa načrtuje še več satelitov. Današnji problem zadeva zlasti astronome, ki se čedalje glasneje pritožujejo nad velikim številom svetlečih pikic, ki po sončnem zahodu in pred vzhodom kot v rafalih letijo po nebu. SpaceX je najprej satelite prebarval na črno, a so se preveč segrevali, zdaj pa preizkuša senčnike. Jutrišnji problem pa so vesoljski odpadki, ki so v orbiti močno problematični, saj bi v skrajnem primeru preveč smetja lahko celo onemogočilo izstrelitve. SpaceX je problem rešil tako, da so sateliti v zelo nizkih orbitah, od koder bodo zaradi ostankov atmosfere po prenehanju delovanja (šest let) slej ko prej padli na Zemljo in zgoreli. Ni ravno trajnostno, a pri hitrem razvoju tehnologije drugače ne gre. Dokler satelite potrebujejo, uporabljajo ionske potisnike na Hallov pojav, da vzdržujejo orbito.

Zemeljska postaja za povezavo satelitov z internetom v kraju Prosser v zvezni državi Washington. Slika Maptologist/reddit

Kot kaže, SpaceX ne bo edini ponudnik nizkoorbitnega satelitskega interneta. Za petami mu je OneWeb, lonček želi pristaviti tudi Amazon s Kuiperjem. ViaSat že ima pet geostacionarnih satelitov, v naslednjih petih letih jih želi v nizko orbito poslati še 288. Geostacionarne satelite ima še Telesat, ki prav tako snuje konstelacijo v nizkih orbitah. Eutelsat pa ima 39 geostacionarnih satelitov, nove konstelacije za internet pa ne načrtujejo. Morda pa je prav ta pisana druščina ponudnikov odgovor na strahove o monopolizaciji in nevtralnosti interneta.

Nadaljnje branje

Andrejc Žiga, Batagelj Boštjan. Vrednotenje tehničnih lastnosti komunikacijskega omrežja majhnih satelitov Starlink. Elektrotehniški vestnik 88(1–2): 1–7, 2021.