Сколько нужно ИСЗ для 500000 абонентов или о чем не должны знать инвесторы в StarLink Илона Маска
Начнем с банальностей, которые ПРОСТО НУЖНО ЗНАТЬ КАК ОТЧЕ НАШ, перед тем как обсуждать эту тему.
Площадь земного шара 509 млн кв. км или на ней 1 262 112 ячеек
Площадь части сферы (Земли) обрезанной по 53 паралели, 300 млн кв. км. Или 757267 ячеек
Площадь территории Континентальных США 7,66 млн кв.км или 19 346 ячеек
Это у нас Арифметика с Географией .
Теперь демография. Территория сельскохозяйственного назначения в США занимает 4,06 млн кв.км (остальное город, национальные парки , полигоны и прочее ) Вне городов живет 57,23 млн человек, т.е. плотность сельского населения 14,1 чел/кв.км. Средняя семья в США 2,53 человека. Итого имеем 5,6 домовладений на 1 кв.км,. То есть в одной ячейке в среднем 2200 Домов. (или потенциальных абонентов)
А Теперь сложно , начинается радиофизика и ITU с FCC
Спутнику Старлинк по решению ФСС доступно 2000 МГц в 2 поляризациях из которых сейчас для существующих терминалов Старлинк задействована только одна (причина видимо практическая невозможность быстрой смены поляризации в антеннах с фазированной решеткой) .
Сразу отвечу на вопрос о возможности переиспользования частот . Невозможно ибо те же 2000 МГц имеются для каналов Гейтвей - ИСЗ . То есть система симметрична и хорошо сбалансирована по линиям вниз и вверх.
Ширина луча с которой работает терминал 240 МГц к терминалу и 60 МГц от терминала на спутник.
При тех значения отношения сигнал/шум, что мы видим у терминала СтарЛинк, а именно 9 дБ, возможна модуляция не выше 8PSK а это максимум 3 бит/Гц , то есть имеем из 240 МГц не более 720 МГц (реально не более 600 Мбит, ибо рекордная скорость была показана в Германии первыми абонентами там в пустой ячейке и была равна 542 Мбит. Лучшего результата я больше не видел). Поэтому примем , что максимальная полезная скорость для абонентов это 600 Мбит с одного луча .
Поэтому каждый ИСЗ может работать одновременно 8 лучами с 8 ячейками.
Но тогда для полного покрытия территории континентальных США нам нужно 2418 ИСЗ.
А сколько у нас есть сейчас?? При развернутой группировке первого этапа в 72 плоскости по 22 ИСЗ мы имеем над территорией США 58..62 ИСЗ.
Как я посчитал ?? доля территории США 7,66/300 = 2,66%, но так как ИСЗ видны и из за ближайшей границы и их плотность в районе 53 параллели очень высока , я просто беру с запасом на 50% больше. Итого пусть 3,8% или 61 ИСЗ , которые могут "достать" до ячеек в США. ( да, это Вам не Геостационарная орбита)..
Итак, у нас есть 61 спутник, 488 лучей и соответственно 488 рабочих ячеек при режиме 1 луч на 1 ячейку.
Однако, как Вы понимаете , в таком режиме нужно будет иметь в 40 раз больше спутников чем сейчас , что мягко говоря нереально..поэтому мне видится, что Луч обслуживает попеременно несколько ячеек, ибо время переключения ФАР 5-10 микросекунд, а перерывы до 25 миллисекунд (джиттер) для передачи на базе IP протоколов у нас допустимы.
Но надо понимать, что луч то у нас один и если он обслуживает три ячейки в цикле, каждая реально получает 1/3 его пропускной способности или по 200 Мбит.
Еще одно вычисление. Шотвелл сказала , что у СтарЛинк сейчас 100000 абонентов. (в 16 странах). Предположим, что 90% в США. Тогда мы имеем с 60 рабочими ИСЗ в среднем 1500 абонентов , обслуживаемых одним ИСЗ или 180 обслуживаемых одним лучом . Это ситуация на сейчас.
Чего им нужно.. и тут достаточно сложный ответ. С одной стороны среднее потребление интернета в США 2 года назад было 290 Гб в месяц на абонента ..(это в среднем). И оно непрерывно растет
Но похоже, что за СтарЛинком рвутся фанаты и гики, судя по такой переписке:
Мда, "30 Гб в час.". "только 70 Мбит в секунду"… .
Бедный СтарЛинк и СпейсХ..
А у нас всего максимум 600 мбит на всю ячейку . Понятно, что таких отморозков немного, но они очень перегружают систему. . Примем нормальное потребление 316 Гб в месяц. (Да это похоже меньше , чем есть сейчас реально в сети, но всегда можно потом пересчитать) .
316 Гб в месяц это 1 мбит в режиме 24 часа х30 дней ) , при этом предположим, что 50% трафика потребляется в течение 4 часов вечера (игры и кино самые нагруженные приложения). Тогда мы имеем , что абонент создает нагрузку в 3 мбит. Если примем что вечерняя нагрузка это 66%, то в среднем каждый абонент съедает уже 4 Мбит. (если потребление в месяц более 316 Гб надо увеличивать эту расчетную нагрузку на абонента). Напомню, что по программе RDOF СпейсХ обещал дать до 2 террабайт на 1 абонента.
Итого, в варианте 1 луч обслуживает одну ячейку в ней может быть 150..200 абонентов, (один спутник с 8 лучами 1200..1600 абонентов).
а если луч обслуживает не одну, а 3 ячейки, и на каждую придется 200 Мбит, то можем подключить 50..66 абонентов в каждой из них.
По мере добавления в ячейку новых абонентов, первые и внимательные начинают что то замечать:
I'm worried the same will happen to Starlink as more people sign on. I already notice a wide variance in throughput. 300-400mbps in the middle of the night, 50-100 during the day, occasionally 25-50 tops during peak hours like the Olympics.
и когда эти "расчетные" абоненты набраны, то их соседи, желающие подключиться видят уже такое: 
Но это в чистой теории, ибо при системе с переключениями , обязательно есть перерывы времени на восстановление связи , обмена служебными пакетами и т.д.
Итак, при указанных выше средних скоростях в час пик , мы имеем 150..200 абонентов на один луч или 1200..1600 абонентов на один спутник. То есть для 500 000 абонентов на территории США нужно будет запустить на орбиту 8200..11000 спутников (это при потреблении 316 Гб на 1 одного абонента (семью!!!) , если оно будет больше, то пропорционально надо увеличить число ИСЗ). ..
И еще , я не учел в расчетах выше "непроизводственные потери на":
время, которое теряется при переключении ИСЗ с одного на другой
время, которое будет теряться при изменении орбиты ИСЗ для обхода космического мусора
время, для ремонтных или регламентныхх работ на ИСЗ
время, когда ИСЗ должен отключаться для избежания интерференции с сигналом от спутника на Геостационаре или другом ИСЗ (Куйпер и\или OneWEB)
то есть набежит еще 3..5..10% потери общей пропускной способности системы...
Еще вариант отказаться от Безлимита и ввести DataCap , обрезая скорость гикам и трафикожорам..Но это так себе идея..
Так же большему числу абонентов послужит растягивание часов пик или снижение реальной скорости для абонентов в эти часы, но это в принципе снижает качество услуги. Хотя они могут перейти на ночную закачку фильмов/обновления ПО ..
Или поменять дизайн ИСЗ, смотри Generation 2 и слова Шотвелл в Денвере, чтобы разместить на них больше антенн и больше лучей , организовав переиспользование частот.
Итого - Надеюсь, что потенциальные инвесторы в СпейсХ никогда не прочитают этот пост.. :-)
Вниманию прочитавших : Замечание и выявление ошибок в моих расчетах и фактах всячески приветствуется..