De pandemie versnelt de ruimte-internetrace

In uitgestrekte delen van de Verenigde Staten en de wereld zijn er miljoenen mensen die geen betrouwbare internettoegang hebben. Deze mensen zonder verbinding bevinden zich niet alleen op afgelegen plaatsen zoals het platteland van Amerika, Nieuw-Zeeland of Afrika ten zuiden van de Sahara. Er zijn genoeg mensen die in dichtbevolkte stadscentra wonen met beperkte toegang tot betaalbare breedband. De Covid-19 pandemie heeft een nieuwe urgentie gegeven aan de uitdaging om iedereen verbonden te krijgen, en terwijl bedrijven als Google en Facebook verre ideeën hebben geopperd om het probleem op te lossen, is de internettechnologie die het meest veelbelovend is er ook een die zich al heeft bewezen: satellietbreedband.

In het begin van maart, slechts enkele dagen voordat steden in de VS werden afgesloten vanwege de pandemie, deelde Elon Musk de nieuwste details over zijn plan om een satellietbreedbanddienst te bouwen, Starlink genaamd. Tijdens een satellietconferentie in Washington DC beschreef Musk hoe een constellatie van Starlink-satellieten zal “knipperen” wanneer ze in een lage baan om de aarde komen. Zoals beschreven, klinken ze bijna als strepen van glitter aan de nachtelijke hemel, of magische banden van vliegende gadgets die internet naar beneden kunnen stralen naar iedereen op de planeet.

Gecombineerd met verbeteringen aan bestaande technologie zoals DSL, kabel en glasvezel – om nog maar te zwijgen van 4G en 5G cellulaire netwerken – futuristische satellietbreedband staat om de digitale kloof in de VS en elders te overbruggen. En omdat de pandemie heeft geleid tot een explosieve vraag naar betere, breder beschikbare internetconnectiviteit, lijkt snelle vooruitgang onvermijdelijker dan ooit.

Musk’s nieuwe satellieten zijn begin september online gegaan, waardoor bètatesters downloadsnelheden hebben die kunnen wedijveren met die van terrestrische breedband. SpaceX heeft nu 700 Starlink-satellieten in een baan om de aarde gebracht in de afgelopen 16 maanden en heeft plannen om in de komende paar jaar nog eens 30.000 satellieten te leveren. Meer satellieten betekenen meer bandbreedte en hogere snelheden, en uiteindelijk, zegt SpaceX, kunnen zijn satellietconstellaties in een lage baan om de aarde hogesnelheidsinternet leveren aan de hele VS. Amazon, Facebook en verschillende startups hebben de afgelopen jaren soortgelijke beloften gedaan.

Het concept van satellietgebaseerde internetdienst is eigenlijk tientallen jaren oud. De innovatieve satelliettechnologie in een lage baan om de aarde die door SpaceX en anderen wordt ontwikkeld, kan echter van essentieel belang zijn, zo niet transformatief, voor alles van telegeneeskunde tot leren op afstand op plaatsen die nog niet zijn aangesloten.

Satellietbreedband zou ook zeer winstgevend kunnen zijn voor welk bedrijf het als eerste uitvindt. Je zou je kunnen voorstellen dat Amazon satellietbreedband gebruikt om zijn Amazon Web Services (AWS)-activiteiten te stimuleren, of dat Facebook het gebruikt om ervoor te zorgen dat meer mensen op zijn platform komen. En als Musk zijn zin krijgt, zullen zijn Starlink-constellaties miljarden dollars aan winst genereren om zijn missie te financieren om Mars te koloniseren.

Dit klinkt allemaal futuristisch, maar satellietbreedband is al een heel reëel ding. In feite, als je ooit hebt aangesloten op wifi in een vliegtuig of cruiseschip, heb je waarschijnlijk gebruikt. Het basisidee is dat grondstations die met het internet zijn verbonden, gateways genaamd, gegevens naar een satelliet kunnen sturen die die gegevens vervolgens doorstuurt naar antennes ergens anders op de grond – of op een schip of een vliegtuig.

Het probleem met deze technologische prestatie is dat het allemaal erg duur is. Het kan honderden miljoenen dollars kosten om satellieten in de ruimte te lanceren, en dat is nog niet eens meegerekend wat er nodig is om over regelgevingshindernissen heen te komen. Veel bedrijven hebben de afgelopen 20 jaar geprobeerd het bedrijfsmodel te kraken, maar zijn daar niet in geslaagd. Maar vrij plotseling is het ruimte-internetspel veranderd.

“De Covid-19-crisis heeft de aandacht voor en investeringen in satelliettechnologie aanzienlijk versneld,” vertelde Babak Beheshti, decaan van het College of Engineering and Computing Sciences aan het New York Institute of Technology, aan Recode. Beheshti voegde eraan toe dat het aantal lanceringen was vertienvoudigd van vorig jaar naar dit jaar. “Waarom? Omdat scholen, lokale overheden en anderen plotseling breedbandinternettoegang nodig hadden in gebieden waar er echt geen infrastructuur was.”

Dit klinkt misschien als een bewijs dat satellietbreedband eindelijk op weg is om de digitale kloof op te lossen, maar de situatie blijft wankel. Terwijl SpaceX zijn Starlink-satellieten begon af te vuren, kreeg Amazon in juli toestemming van de Federal Communications Commission (FCC) om 3.236 satellieten in een lage baan om de aarde te lanceren voor een eigen constellatie genaamd Project Kuiper. Intussen kunnen leiders in de satellietbreedbandindustrie, zoals Viasat, niet snel genoeg nieuwe satellieten de lucht in krijgen om aan de vraag te voldoen. En onderweg belooft de federale regering miljarden dollars aan subsidies aan bedrijven die breedband naar het platteland van Amerika brengen.

In sommige opzichten is de droom om iedereen op aarde aan te sluiten nog nooit zo dichtbij geweest. In andere opzichten is het moeilijk te zeggen of de nieuwste innovatieve ideeën dezelfde valkuilen zullen lopen als die van de afgelopen jaren.

Satellietbreedband, kort uitgelegd

Satellietbreedband is precies wat het klinkt: breedbandinternettoegang geleverd via satelliet. Het basisidee is niet veel veranderd sinds de hoogtijdagen van satelliet-tv in de late jaren ’90, toen bedrijven internetconnectiviteit zouden stralen naar dezelfde schotel die uw HBO-signaal ontving met snelheden die sneller waren dan dial-up, maar nog steeds langzamer dan de breedband van vandaag.

In 2020 zijn er twee belangrijke manieren waarop bedrijven satellietbreedband leveren. Het belangrijkste verschil tussen hen is hoe hoog de satellieten in een baan om de aarde draaien. Geosynchrone satellieten, die ongeveer 22.000 mijl boven een vaste plaats op het aardoppervlak draaien, is een oudere technologie die bedrijven zoals Viasat gebruiken voor breedbandverbindingen. Je hebt deze technologie waarschijnlijk gebruikt voor wifi in het vliegtuig.

Dan zijn er low-Earth orbit constellaties, die bestaan uit honderden, zo niet duizenden, kleinere satellieten die tussen 300 en 1.200 mijl boven de aarde draaien. Dit is de aanpak die de laatste tijd alle buzz krijgt, en degene die SpaceX en Amazon nemen.

Geosynchrone satellieten zijn de meer volwassen, meer bewezen technologie. Viasat en een bedrijf genaamd Hughes, dat het voormalige moederbedrijf van DirecTV is, bestaan al tientallen jaren. (DirecTV gebruikte eigenlijk zijn schotels en infrastructuur om een satellietinternetdienst aan te bieden genaamd DirecPC terug in de late jaren ’90.)

Viasat en Hughes zijn ook de twee bedrijven die waarschijnlijk satellietbreedband aanbieden in afgelegen delen van de VS op dit moment. Als je iemand bent die in de wildernis van New Hampshire woont, waar geen terrestrische breedbandopties zijn, kun je een versie van DSL krijgen, die werkt op bestaande koperen telefoonlijnen, die in wezen net zo traag is als dial-up. Of u kunt zich aanmelden voor geosynchrone satellietbreedband via Viasat of Hughes en snelheden krijgen die vergelijkbaar zijn met basisbreedband: ongeveer 25 megabits per seconde. Plannen beginnen bij $40 tot $50 per maand en worden duurder als u meer bandbreedte wilt.

Hoewel ze betrouwbaar zijn, hebben deze geosynchrone satellietsystemen enkele problemen. De belangrijkste is latentie. De satellieten bevinden zich duizenden kilometers boven het aardoppervlak, dus het kost tijd voor de gegevens om te reizen – en dat kan betekenen een kleine vertraging tussen verzenden en ontvangen. Dit is geen probleem als je gewoon op het web surft. Het is een groot probleem als je videospelletjes probeert te streamen of videogesprekken probeert te voeren, iets wat we allemaal meer dan ooit tevoren doen. Denk maar aan tv-nieuwscorrespondenten op afstand die een halve tel moeten wachten tussen het moment dat de presentator in de studio de vraag stelt en het moment dat ze die in hun oortje horen, omdat het signaal omhoog gaat naar een communicatiesatelliet en dan weer naar beneden naar de oppervlakte.

Low-Earth orbit constellations, zoals die SpaceX en Amazon aan het bouwen zijn, beloven het latency-probleem op te lossen. Omdat de satellieten dichter bij de grond zijn, hoeven de gegevens niet zo ver te reizen. Musk zegt dat dit betekent dat SpaceX’s Starlink satellieten, die in een baan van ongeveer 340 mijl boven de grond zullen draaien, een lage latency zullen bieden, waardoor het risico van vertraging wordt verminderd. De latentiekwestie is overigens van groot belang voor de FCC en haar beslissing om miljarden dollars aan subsidies uit te delen. Het agentschap zegt dat het prioriteit zal geven aan netwerken die een lage latency bieden bij het uitdelen van financiering.

Toch zijn er andere onbeantwoorde vragen over hoe snel en betrouwbaar nieuw ontworpen constellaties in een lage baan om de aarde zullen zijn. In tegenstelling tot geosynchrone satellieten, die boven één plek worden gefixeerd, cirkelen satellieten in een lage omloopbaan elke 90 tot 120 minuten rond de planeet. Ze zijn ontworpen om verbonden te blijven met het grondstation en met de eindgebruiker door met elkaar in verbinding te blijven, maar als deze keten wordt verbroken, zou dat de verbinding verstoren. Deze constellaties bestaan ook uit duizenden relatief kleine satellieten – Starlink-satellieten wegen minder dan 600 pond – wat betekent dat ze meerdere lanceringen vereisen, die duur zijn.

“Naarmate er meer satellieten omhoog gaan, optimaliseren ze de netwerkarchitectuur,” legde Manny Shar, hoofd van de analytics bij Bryce Space and Technology, uit. “In de komende paar jaar zouden we behoorlijke verbeteringen moeten zien in landelijke gebieden waar de capaciteit echt beperkt is, en er is beperkte concurrentie om dat te verbeteren. Dus op zijn minst zal er een alternatieve optie zijn waar die plattelandsgebruikers van kunnen profiteren.”

Shar’s punt over beperkte concurrentie is een belangrijk punt. Veel delen van de Verenigde Staten, bijvoorbeeld, hebben toegang tot langzamere DSL-verbindingen dankzij telefoonlijnen, maar omdat het upgraden van die infrastructuur zo duur is, hebben de telecombedrijven die deze gebieden bedienen vaak weinig stimulans om dit te doen. Dat laat bewoners afhankelijk van een mix van slechte bekabelde verbindingen en vaak vlekkerige cellulaire netwerken.

Nieuwe technologie zoals 5G zou ogenschijnlijk snellere cellulaire snelheden naar afgelegen gebieden kunnen brengen, maar nogmaals, het bouwen van die infrastructuur kost tijd en geld. Satellietbreedband kan ondertussen snelle, betrouwbare en potentieel betaalbare internettoegang naar bijna elke plek op aarde stralen. Dit vereist ook tijd en geld, maar wat we in 2020 zien, is dat de pandemie allerlei investeringen in de technologie aantrekt, wat betekent dat er meer satellieten worden gelanceerd.

Zowel geosynchrone als lage-aardebaan satellietbreedbandsystemen hebben voor- en nadelen. De eerste is al levensvatbaar, zij het niet perfect. De tweede is veelbelovend, zij het nog onvervuld. Maar om dat doel van het aansluiten van meer mensen te bereiken, zal het allemaal neerkomen op geld.

De langzame mars van de vooruitgang

De toekomst van satelliet-gebaseerde breedband hangt grotendeels af van wie de meeste bandbreedte in de ruimte kan krijgen voor de minste hoeveelheid geld. Elke individuele satelliet kan per definitie een beperkte hoeveelheid bandbreedte bieden, dus maken bedrijven ofwel een heleboel satellieten om tegelijk te lanceren – zoals SpaceX doet – of investeren ze in technologische verbeteringen en lanceren ze om de paar jaar nieuwe satellieten. Dit is de strategie van Viasat, en het bedrijf is van plan om volgend jaar een nieuwe satelliet te lanceren, Viasat 3 genaamd, die naar verwachting zijn netwerk enorm zal verbeteren. Deze satelliet en andere zoals deze wegen tienduizenden kilo’s, dus deze lanceringen zijn duur.

Men zou de aantrekkingskracht van het lanceren van veel kleinere satellieten in de tijd kunnen zien, vooral als je een bedrijf als SpaceX bent en je eigen raketten bezit. Amazon en zijn Project Kuiper hebben het voordeel dat ze eigendom zijn van Jeff Bezos, die ook eigenaar is van de raketbouwer Blue Origin. Het is echter onduidelijk hoe Blue Origin een rol zou kunnen spelen in Project Kuiper. In feite heeft Amazon heel weinig over het project onthuld, behalve dat het van plan is om betaalbare hogesnelheids-, low-latency internetdienst aan te bieden via satellieten in een lage baan om de aarde.

“Er zijn nog steeds te veel plaatsen waar breedbandtoegang onbetrouwbaar is of waar het helemaal niet bestaat,” zei Dave Limp, senior vice-president van Amazon, in een verklaring na de goedkeuring van de FCC voor de eerste lancering van Project Kuiper. “Onze investering van $ 10 miljard zal banen en infrastructuur creëren in de hele Verenigde Staten die ons zullen helpen deze kloof te dichten.”

De verkoop van betaalbare satellietbreedband aan individuele klanten in plattelandsgebieden zal niet genoeg inkomsten genereren om de benodigde satellieten naar de ruimte te sturen. Nogmaals, elke lancering kost honderden miljoenen dollars, en de verkoop van diensten voor $ 40 per maand aan individuele huishoudens kan de opstartkosten niet dekken. En zelfs dan kan niet iedereen die internettoegang nodig heeft zich dat veroorloven. Deze economische uitdaging is een deel van de reden waarom de droom van het aanbieden van satellietgebaseerd internet aan iedereen op aarde – of enige andere vorm van betrouwbaar, snel internet – zo ongrijpbaar is geweest.

Dit is ook de reden waarom bedrijven die succesvol zijn geweest in het bouwen van satellietbreedbandnetwerken de uitdaging vanuit verschillende invalshoeken hebben benaderd. Viasat, bijvoorbeeld, jarenlang bezig geweest met het opbouwen van een enterprise business, de verkoop van bandbreedte aan het leger en overheden, niet te vergeten het helpen van je wifi te krijgen in vliegtuigen. Nu zegt het bedrijf dat de vraag vanuit de consumentenmarkt is gestegen en gewoon is geëxplodeerd sinds de pandemie toesloeg. En die vraag komt niet noodzakelijkerwijs uit de meest afgelegen gebieden.

“Het blijkt dat veel van de vraag de neiging heeft om rond de grote metrogebieden te zijn,” zei Viasat CEO Mark Dankberg. “In de hoogste vraag markten – in het Midwesten, in het Zuidoosten – we hebben al twee jaar geen bandbreedte meer. Dus we kunnen niet zo veel meer klanten hebben totdat we onze volgende satelliet hebben.” Dankberg voegde eraan toe dat Viasat technologie ontwikkelt waarbij zijn bestaande geosynchrone satellieten zouden worden verbonden met zijn eigen satellieten in een lage baan om de aarde, evenals cellulaire netwerken, voor snellere verbindingen met een lagere latency.

Zoals Recode’s Emily Stewart onlangs uitlegde, is breedbandtoegang niet alleen een probleem op het platteland van Montana. Zelfs in stadscentra en voorsteden bestaat de infrastructuur om hogesnelheidsinternettoegang te bieden niet of is deze voor veel mensen te duur om te betalen. Dit betekent dat nieuwe opties, met inbegrip van ruimte-internet, miljoenen Amerikanen sneller zouden kunnen aansluiten dan het zou kosten om de bestaande terrestrische infrastructuur uit te breiden.

Dat maakt het verschaffen van toegang tot die in verafgelegen regio’s niet minder een prioriteit, en overheidssubsidieprogramma’s helpen om dit te laten gebeuren, zij het traag. Toevallig, net toen de pandemie het land in lockdown duwde, lanceerde de FCC zijn Rural Digital Opportunity Fund, dat tot $ 16 miljard zal verstrekken aan telecombedrijven die internettoegang in plattelandsgebieden uitbreiden. SpaceX heeft financiering aangevraagd, hoewel het moet bewijzen dat zijn dienst de lage latency en hoge snelheden biedt die door het agentschap worden vereist om het geld te krijgen. Viasat ontving vorig jaar $ 87,1 miljoen aan financiering uit een soortgelijk FCC-programma.

Opnieuw, bij gebrek aan overheidsfinanciering, bevinden bedrijven als SpaceX en Amazon zich in een unieke positie om de leiding te nemen in de satellietbreedbandindustrie, omdat het bouwen van een dergelijke infrastructuur om andere redenen van pas zal komen. SpaceX bevindt zich in een leidende positie om zijn satellieten in een lage baan om de aarde te brengen. Het voordeel van een eigen satellietbreedbandnetwerk van Amazon lijkt ook duidelijk. Wanneer het online gaat, zou Project Kuiper een onmiddellijke zegen kunnen zijn voor de AWS-activiteiten van het bedrijf.

“Amazon gaat in wezen, effectief zijn eigen grootste klant zijn om echt de pomp voor de inkomstenstroom op gang te brengen,” zei Beheshti, die ook een senior lid is van het Institute of Electrical and Electronics Engineers. “En dan, natuurlijk, zouden de extra inkomstenstromen komen van de residentiële individuele consumenten.”

De voordelen van satelliet-gebaseerde internetdiensten zijn al jaren duidelijk. Echter, voor jaren, bedrijven hebben geworsteld om deze ambities werkelijkheid te maken. Het is niet bij gebrek aan proberen – en het proberen van creatieve benaderingen, ook. Alphabet blijft werken aan een project met de naam Loon, dat ongeveer 10 jaar geleden begon als een experiment van Google. Loon maakt gebruik van hooggelegen ballonnen die internettoegang naar plattelandsgebieden sturen. Na te zijn ingezet in Puerto Rico na orkaan Maria, begon een vloot van Loon-ballonnen in juli met het leveren van service aan miljoenen mensen in Kenia, wat de eerste commerciële toepassing van de technologie markeert.

Ondertussen heeft Facebook zijn eigen vergezochte plannen gehad. Zijn initiatief genaamd Internet.org dat tot doel heeft de hele planeet te verbinden, leed een grote tegenslag in 2016 toen een SpaceX-raket met een satelliet die bedoeld was om internettoegang te leveren aan Afrika ten zuiden van de Sahara op het lanceerplatform ontplofte. Er was ook Project Aquila, dat inhield dat drones op zonne-energie 60.000 voet de atmosfeer in werden gestuurd om plattelandsgebieden te verbinden. Het bedrijf verliet het project in 2018.

Grote internetbedrijven zoals Facebook en Google hebben ook te maken gehad met backlash voor hun verheven connectiviteitsprojecten. Hoewel projecten zoals Loon en Internet.org worden gefactureerd als liefdadigheidsinitiatieven om het algemeen belang te dienen, zeggen critici dat ze de principes van netneutraliteit schenden en de belangen van de bedrijven dienen in plaats van die van het publiek. Immers, een gratis of goedkope internetdienst van Facebook of Google zou eenvoudigweg miljarden mensen naar de producten en diensten van Facebook en Google kunnen sturen, waardoor het internet zoals we het kennen wordt gebalkaniseerd.

Met al deze inspanningen zijn er zeker meer mislukkingen, en mogelijk meer verzet, in de toekomst. Elon Musk’s doel om hogesnelheidsbreedband aan te bieden aan iedereen op aarde is verheven. We weten dat zoiets technisch mogelijk is. Het is duur, en veel slimme mensen zijn aan het uitzoeken hoe ze het kunnen betalen, terwijl andere veelbelovende technologie, zoals 5G, zich blijft ontwikkelen. Maar als er iets is dat zo’n enorme verstoring in de internetdienstensector zou kunnen veroorzaken, dan is het wel de pandemie. Nooit eerder zijn we zo afhankelijk geweest van connectiviteit. Misschien moeten we gewoon de planeet Aarde verlaten om het te krijgen.