Российские низкоорбитальные системы

На территории России после  полного развертывания системы  предполагается размещение 6 базовых  станций (в Москве, Самаре, Екатеринбурге, Томске, Чите и Комсомольске-на-Амуре). Бортовая аппаратура КА Сигнал предназначена  для сопряжения с наземной телефонной связью общего назначения и для коммутации каналов различных коммерческих сетей. С системой «Сигнал» решаются следующие задачи:

1. Организация персонального радиовызова абонента
2. Организация устойчивой телефонной связи между парами абонентов
3. Обеспечение контроля связи между абонентами
4. Поддержание канала связи между абонентами с учетом динамики орбитальной группировки

 

Организация связи 

В системе «Сигнал» не исключается  межспутниковая связь, а связь между любыми абонентами организуется через КА и шлюзовые станции.

Этой системой обеспечивается асинхронный многостанционный доступ абонентов. При этом используется модификация частотно-кодового разделения каналов в пределах одного ствола и пространственное разделение стволов в БРТК спутника-ретранслятора. Для увеличения эффективности использования полосы частот применяется относительная четырехпозиционная фазовая манипуляция. Данный вид модуляции обеспечивает удовлетворение требований по электромагнитной совместимости (ЭМС) и уменьшение влияния узкополосных помех на качество передаваемой информации. Кроме того, применение широкополосных сигналов в системе «Сигнал» позволяет с высокой точностью проводить навигационные измерения, а также определять местоположение каждого абонента системы.

 

 

 

1.6 Российская низкоорбитальная система спутниковой связи "Гонец"

 

Низкоорбитальная система  спутниковой связи "Гонец" предназначена  для пакетной передачи данных. Разработчиком  платформы спутников является ОАО "ИСС им. М.Ф. Решетнева". Ретранслятор для КА поставляет ФГУП "НИИ ТП".

Первый пуск двух демонстрационных КА "Гонец-Д1" произведен в 1992 г. В 1996, 1997, 2000 и 2001 гг. были запущены четыре тройки спутников "Гонец-Д1". Пуск 2000 г. закончился аварией РН "Циклон-3", приведшей к утрате трех спутников. Поэтому система "Гонец-Д1" не была развернута в полном составе.

В рамках ФКП на 2001–2005 гг. были проведены работы по созданию системы на базе 12 КА "Гонец-Д1М" с пятилетним ГСАС. Первый спутник "Гонец-Д1М" был запущен в декабре 2005 г., но в состав системы связи введен не был из-за отказа ретранслятора. Согласно ФКП на 2006–2015 гг. система "Гонец-Д1М" должна включать 18 КА "Гонец-М" и 5–7 региональных станций и обеспечивать передачу данных для 200 000 потребителей. Запуски шести КА "Гонец-М" планировались  в 2009–2010 гг. с последующим доведением ОГ до 18 спутников к 2015 г. Однако сроки  запуска спутников не выдержаны. В 2010 г. запущен только один КА "Гонец-М  № 2" вместо трех по плану. Решением Роскосмоса создание системы "Гонец-Д1М" отодвинуто на 2015 г.

Обновление системы "Гонец" происходит с большим опозданием, что не способствует привлечению  потребителей и финансовому процветанию  проекта. Создание дееспособной системы  связи "Гонец-Д1М" возможно только на базе КА с ГСАС не менее 10 лет. Но с качеством отечественных КА в последнее 10 лет проблемы испытывает не только система "Гонец". Из 13 выведенных на орбиту спутников в настоящее  время в системе работает только КА "Гонец-М № 2". Система переживает нелегкие времена, число пользователей  за последние годы сократилось до нескольких десятков. Надежды на обслуживание 200 тысяч абонентов в 2010 г. и окупаемость  проекта не оправдались.

В целом проект потерпел рыночное фиаско, но продолжает поглощать  немалые бюджетные деньги без  какой-либо надежды на успех на рынке. Тем не менее менеджеры проекта  предлагают увеличить космический  сегмент системы "Гонец-Д1М" до 36 КА. Последнее вряд ли возможно, реальный САС КА "Гонец" не превышает 4 лет, поэтому для поддержания ОГ в  номинальном состоянии (36 КА) нужно  будет запускать не менее 9–10 КА ежегодно.

 «Гонец» находится  в стадии развертывания орбитальной  группировки космических аппаратов  второго поколения. Сегодня на  орбите высотой 1500 км и наклонением  82,5 град, функционируют семь спутников  первого поколения «Гонец-Д1»  и проходит летные испытания  КА второго поколения «Гонец-М». Система имеет наземную инфраструктуру с тремя региональными станциями в городах Москва, Красноярск и Южно-Сахалинск и широкую номенклатуру абонентского оборудования, как в стационарном, так и мобильном исполнении, используемого в различных климатических условиях.

Федеральной космической  программой России 2006 - 2015 гг. предусмотрено  наращивание орбитальной группировки  системы «Гонец» второго этапа  до 18 космических аппаратов. В результате через несколько лет общая  орбитальная группировка составит 24 КА, что, безусловно, отразится на ее потребительских характеристиках  и повысит привлекательность  системы для потенциальных пользователей. Как и Orbcomm, система «Гонец» обеспечивает передачу данных в цифровом пакетном режиме и может быть использована для организации связи в районах с неразвитой инфраструктурой связи в чрезвычайных ситуациях, для создания выделенных сетей связи (ведомственных, корпоративных и т. п.), а также для контроля местоположения и состояния транспортных средств, сбора информации от стационарных датчиков (например, для экологического и промышленного мониторинга, сбора геодезических, гидрологических или сейсмических данных). В качестве конкурентного преимущества системы «Гонец» второго этапа можно назвать более высокие скорости передачи информации 9,6 и 64 кбит/с, большую пропускную способность одного КА (400 - 600 Мбит/сут.), отсутствие потерь в передаваемых сообщениях и конфиденциальность каналов связи.

Среди пользователей системы  «Гонец» - федеральные ведомства  в сфере обороны и безопасности государства (подразделения МВД, Пограничных  войск, Военно-морского флота), ведомственные  предприятия и организации Росатома, Росгидромета и т. д. Спутниковую систему «Гонец» предполагается использовать в межведомственной интегрированной, защищенной системе информационного обеспечения морских поисковых и спасательных операций подводных лодок, кораблей, судов всех типов и летательных аппаратов Минобороны России, ФСБ и МВД России.

 

Рисунок 1 Схема работы системы

 

Назначение системы

Низкоорбитальная система  связи "Гонец" обеспечивает персональной связью пользователей, которые могут  находиться практически в любой  точке земного шара. Система состоит  из космического и наземного сегментов  и ориентирована как на предоставление услуг связи индивидуальным пользователям, так и на создание корпоративных  систем.

Основные области применения и возможности системы связи "Гонец":

1. создание выделенных ведомственных (банковских, медицинских, административных) сетей cвязи;
2. обеспечение связи с удаленными территориями Росиии со слаборазвитой инфраструктурой (Крайний Север, Сибирь, Дальний Восток и др.);
3. контроль состояния и местоположения транспортных средств, определение координат с помощью систем (GPS/Глонасс) с точностью до 100 м;
4. контроль грузоперевозок c передачей трассы движения в диспетчерский центр, дистанционный мониторинг;
5. экологический и промышленный мониторинг, сбор научной информации (геодезической, гидрологической, от сейсмодатчиков и др.);
6. передача/прием текстовых или файловых сообщений произвольного формата (до 200 кбайт);
7. передача информации от датчиков, расположенных на удаленных объектах, в автономном режиме или по групповым опросам диспетчерского центра;
8. сопряжение с почтовыми службами корпоративной сети или сети Internet.

 

Состав системы

Система связи "Гонец " состоит из четырех основных элементов:

1. космического сегмента;
2. наземных терминалов различных модификаций, обеспечивающих персональную связь;
3. региональных станций, позволяющих осуществлять связь между абонентами системы "Гонец " и абонентами сетей общего пользования, а также выполняющих функции управления связью в регионе;
4. центра управления системой, обеспечивающего управление системой связи "Гонец " и орбитальной группировкой спутников.

Как отмечалось выше, предусматривается  поэтапная реализация программы "Гонец": "Гонец-Д1", "Гонец-Д1М", "Гонец", согласованная с ростом числа  потребителей и улучшением качества предоставляемых услуг. Все этапы  отличаются в основном структурой космического сегмента.

 

Космический сегмент

Космический сегмент (рис.2) системы состоит из спутников, имеющих околокруговые полярные орбиты с высотой 1300-1500 км. Спутники расположены в различных плоскостях, которые равномерно разнесены друг относительно друга по долготе восходящего узла.

Проектирование спутников  системы "Гонец" проводилось на основе 30 - летнего опыта создания и эксплуатации низкоорбитальных систем связи в России. Эго позволило  создать легкий спутник с весом 225 кг.

Связь между наземными  терминалами устанавливается через  спутник, когда он находится в  зоне радиовидимости терминала. Так как спутник над заданной точкой земной поверхности может появляться несколько раз в день со средним временем 8 мин., то при использовании одного спутника время ожидания сеанса связи составляет несколько часов. Для уменьшения времени ожидания сеанса связи необходимо увеличивать число спутников в системе и число орбитальных плоскостей.

Рисунок 2 Космический сегмент

 

Принципы организации  связи в системе

Связь внутри региона, диаметр  которого меньше 5000 км (пятно радиовидимости одного спутника), осуществляется в масштабе времени, близком к реальному. При этом внутри региона абоненты системы "Гонец" устанавливают связь между собой непосредственно через спутник, а с абонентами сетей общего пользования дополнительно используется региональная станция.

Если абоненты находятся  в разных регионах, то цифровая информация передается в режиме "электронная  почта". Переданное на спутник сообщение  запоминается и передается получателю, когда он появится в зоне радиовидимости этого спутника. Время доставки информации в этом случае составляет несколько часов.

Уменьшение времени доставки информации в системе "Гонец" нецелесообразно, так как установлено, что примерно 80% трафика находится внутри региона. Установление связи между абонентами различных регионов в масштабе времени  близком к реальному возможно с привлечением дополнительно средств  других систем.

 

Таблица 2

Технические характеристики космического сегмента

Характеристики космического сегмента	КА "Гонец-Д1"	КА"Гонец-Д1М"
Тип КА	Низкоорбитальный, ориентированный  на центр Земли, коррекция вдоль  орбиты
Орбита	Круговая
Высота, км	1500
Наклонение, град	82,5
Баллистическое построение орбитальной группировки	9 КА в 2-х плоскостях	12 КА в 4-х плоскостях
Энерговооруженность, Вт	100	300
Диапазон частот, МГц	200/300	200/300 300/400
Кол-во каналов на одном  КА:   "вверх"  "вниз"	1  1	14  2
Скорость передачи информации одного канала, Кбит/с	2,4	2,4; 4,8; 9,6 "вверх"  9,6; 32; 64 "вниз"
Пропускная способность, Мбит/сутки	16,5	270
Масса, кг	225	275
Срок активного существования, год	1,5	5-7
Способ выведения (групповой)	"Циклон" по 3-6 КА	"Рокот" по 3 КА

Средства выведения на орбиту спутников системы:

• «Русь» - групповой запуск по 9 спутников;
• «Циклон» - групповой запуск по 6 спутников;
• «Рокот» - групповой запуск по 3 спутника;
• «Космос» - одиночный запуск.

 

Наземные терминалы

Так как низкоорбитальные спутники "Гонца" расположены  гораздо ближе к Земле, чем  геостационарные, то для обеспечения  связи требуются меньшие энергетические характеристики. Это позволяет использовать портативные, дешевые наземные терминалы  не сложнее обычных полицейских  радиостанций подвижной связи. Терминалы  могут питаться от солнечных и  аккумуляторных батарей и не требуют  квалифицированного обслуживания.

Наземные терминалы "Гонца" обеспечивают прямой доступ к спутниковым  каналам, т.е. непосредственно общаются со спутниками, находящимися в зоне радиовидимости. Связь со спутником устанавливается автоматически без участия оператора. Наземные терминалы имеют ряд модификаций, спроектированных на общих принципах. Это портативные, переносные устройства, обладающие всеми качествами современных устройств передачи сообщений.

 

Абонентское оборудование (терминалы) различных модификаций:

Переносной терминал. Портативный терминал универсального применения, работающий с ПК или внешней клавиатурой с дисплеем (рис.3). Обеспечивает передачу данных со скоростью до 9,6 Кбит/с, в том числе обмен факсимильными сообщениями со скоростью 2,4 Кбит/с.

Приемный терминал. Спутниковый буквенно-цифровой пейджер с штыревой антенной и дисплеем. Объем передаваемых цифровых и буквенно-цифровых пейджинговых сообщений - до 125 знаков (1 Кбит).

Стационарный терминал. Устанавливается непосредственно у персонального или коллективного пользователя и может быть подключен к локальной сети типа Ethernet. Тип антенны - турникетная или плоская. В комплект входит антенный кабель с элементами крепления для установки снаружи помещения. Электропитание - от сети 220 В, 50 Гц.

Мобильный терминал. Терминал с устройством определения местоположения, предназначенный для установки на автомобили и другие подвижные объекты. Электропитание - от аккумуляторной батареи напряжением 12 В. Работает в обслуживаемом и необслуживаемом режимах.

Автономный терминал. Приемопередатчик, предназначенный для установки в неотапливаемые контейнеры, на нефте- и газопроводах, пунктах контроля экологической обстановки. Программирование режимов работы автономного терминала и ввод/вывод данных от датчиковых средств осуществляется через последовательный порт RS-232C.