В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
За 56 лет, прошедших со дня запуска в СССР первого спутника Земли, мировая космонавтика достигла значительных успехов в различных областях своей деятельности. Спутники связи и телерадиовещания, навигационно-координационные спутники, спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) приносят реальные доходы. Причем доходность этих видов космической деятельности продолжает расти из года в год. Космические исследования дальнего космоса многократно расширили наши представления об окружающем мире.
Важнейшие пионерские достижения в освоении космоса в первую очередь принадлежат нашей стране. Большой вклад в последние десятилетия внесен также такими странами, как США, Франция, Китай, Япония и др.
Однако современные реалии, сложившиеся в мире на грани веков, вынуждают несколько под другим углом рассмотреть планы дальнейшего развития космических технологий, особенно в России.
Космические программы должны максимально отвечать первоочередным потребностям населения и решать задачи, связанные с проблемами сегодняшнего и последующих поколений.
Предметом беспокойства на самом высоком уровне мировой общественности, а также ученых всего мира являются, например, такие глобальные проблемы, как:
К мировым проблемам зачастую относят глобальное потепление климата. Это явление скорее всего временное. Потепление может смениться последующим похолоданием, и вряд ли оно как-то связано с деятельностью человека. Аналогичные колебания температуры скорее всего происходили неоднократно в историческом прошлом Земли. Настораживает другое. За последние 130 лет в среднем температура Земли увеличилась на 1 градус. Из этого одного градуса, только за последние 10–12 лет, приращение составило 0,4 градуса. Такие темпы приращения температуры в ближайшие годы могут привести к катастрофическим последствиям, в первую очередь в северных районах Земного шара. Только в России 65% территории находится в зоне вечной мерзлоты. В этой зоне проживают десятки миллионов человек и сосредоточены основные источники углеводородов. Многие города построены с учетом вечной мерзлоты как подосновы. Создана разветвленная сеть трубопроводных транспортных артерий. Для предотвращения возможных тяжелых последствий необходим постоянный и детальный мониторинг областей с повышенным риском к катастрофам.
Несмотря на относительный оптимизм по поводу достаточного количества углеводородного топлива в недрах нашей Земли, все же следует отметить, что это количество измеряется конечным числом, а трудоемкость добычи может только возрастать и потребление – только увеличиваться. Ведется освоение альтернативных источников энергии. Это в первую очередь атомные электростанции, использование энергии ветра, приливов и отливов и др. В автомобилестроении вместо двигателей внутреннего сгорания внедряются электродвигатели. Проблема – длительная зарядка аккумуляторов большой емкости. Одним из направлений является замена бензина биотопливом. Однако этот путь нельзя признать перспективным. И не потому, что он не даст положительных результатов. Покушение на биоресурсы приведет к сокращению их оборота в сфере продуктов питания человека, а это усугубит положение в мире с недоеданием. Таким образом, мы стакиваемся со следующей проблемой – хронической нехваткой продовольствия для населения мира. Важнейшей проблемой является сбережение и правильное использование пресной воды. Пресная вода через некоторое время может стать биржевым товаром. Несмотря на интенсивные работы по технологии опреснения морской воды, проблема еще далека от своего решения ввиду пока еще высокой энергоемкости. Россия обладает большими запасами пресной воды. Однако частые загрязнения рек за счет выбросов вредных веществ промышленных предприятий стали уже недопустимыми. Поэтому необходимо решать задачу непрерывного контроля качества пресной воды, особенно вблизи крупных городов.
По числу метеоспутников и спутников ДЗЗ Россия существенно отстает от передовых космических держав и в основном вынуждена платить валютой за остро необходимые сведения.
Арктический регион мира, несмотря на свое ледяное безмолвие, играет существенную роль в жизнедеятельности по крайней мере трех континентов Земного шара. Кроме всего прочего, Арктический регион обладает огромными запасами углеводородов (около трети мировых запасов), и их утилизация становится ближайшей задачей. Воздушные трассы, проложенные над Северным Ледовитым океаном, позволяют сэкономить не только время, но и дорогостоящее авиационное топливо. Значительные территории Арктики принадлежат Российской Федерации.
Несмотря на всестороннюю значимость этого региона, он хуже всего обеспечен спутниковой связью, навигацией, метеонаблюдением и мониторингом. Для геостационарных спутников Арктика практически недоступна.
Уже в течение последних десятилетий разрабатываются различные проекты по созданию спутниковых и других систем для арктических регионов, однако ни один из них не получил практического воплощения. Принципиально задача может быть решена с помощью использования группировки высокоэллиптических спутников, либо группировки низкоорбитальных аппаратов. Одним из последних проектов, который поддерживается Российским космическим агентством, является проект “Арктика". Он построен из двух подсистем с разными орбитальными структурами: подсистемы радиолокационного мониторинга “Арктика-Р" и подсистемы гидрометеорологического наблюдения “Арктика-М". Однако реализация этого проекта довольно призрачна. Как правило, ни один из предложенных ранее проектов, обеспечивающих информационное освоение Арктического региона, не был реализован из-за отсутствия рентабельности или больших сроков окупаемости.
Как показано ниже, более целесообразным является создание глобальной системы спутниковой связи и мониторинга, которая охватывает Арктический регион, решая насущные и перспективные задачи.
Активно рассматривается проект “Российская трансарктическая кабельная система" (РОТАКС) по предложению ЗАО “Поларнет проект". Это линия, прокладываемая вдоль российского Северного побережья. Первоначальные сроки прокладки – 2013–2014 гг. Эти сроки уже перенесены на 2015 г.
На первом этапе предполагается проложить 6 пар волокон для соединения Англии, Японии, Китая и России. Кабельные станции намечено разместить в Бьюде (Англия), Мурманске, Владивостоке, Анадыре и Токио. Стоимость прокладки без ответвлений должна составить около $1 млрд. К рискам проекта относятся: надежность линии, трудности финансирования, конкуренция.
По предложению ряда российских предприятий рассматривается проект возрождения тропосферной радиорелейной системы “Север". Кстати, ликвидация этой системы была большой стратегической ошибкой. Теперь ее восстановить в прежнем виде невозможно. А если строить новую тропосферную линию, то это надо делать с учетом современных достижений в области тропосферной связи.
Перечисленные комплексные проблемы спутниковой связи и мониторинга лучше всего решаются с помощью низкоорбитальных спутников. Как показал опыт, низкоорбитальные системы связи имеют низкую рентабельность. В конце прошлого века было разработано около 20 различных проектов таких систем, в том числе в России – “Сигнал", “Ростелесат", “Гонец", “Коскон", “Коскон-Файсат", “Элекон-СТИР", “Урал". Однако беспрецедентный размах сотовой связи похоронил все эти проекты.
Действующие в настоящее время низкоорбитальные системы “Глобалстар" и “Иридиум" в сумме имеют менее 1 млн абонентов. Поэтому проектировать низкоорбитальную систему только для связи представляется в настоящее время экономически нецелесообразным.
Естественно возникает предложение о совместном использовании низкоорбитальных систем для связи и мониторинга.
Первым к практической реализации комбинированных низкоорбитальных спутниковых систем обратилась компания Iridium Satellite LLC. Модернизированный Iridium в версии Iridium-NEXT предполагает частичный мониторинг в интересах NASA, Национального управления по океанам и атмосфере США и Министерства обороны США. Вторичная нагрузка мониторинга атмосферы и космических объектов имеет массу 50 кг. Потребление бортовой аппаратуры мониторинга – 50 Вт (максимальная – 200 Вт), скорость передачи данных – 1 Мбит/с. Запуск Iridium NEXT намечен начиная с 2015 г.
Второй подобной системой может стать проект LEO SAT COURIER (LSC) германской фирмы SATCON GmbH. Разработку глобального, исключительно телекоммуникационного коммерческого проекта LEO SAT COURIER (LSC) германская фирма SATCON GmbH начала еще в конце 1990-х гг.
После подключения к работе над проектом российской компании “МАРС – Системы радиолокации" и других российских организаций возможности проекта LSC были расширены. Сейчас этот проект предполагает создание и коммерческую эксплуатацию глобальной телекоммуникационной спутниковой системы связи и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
Проект LSC предусматривает вывод и работу на низких (800 км) орбитах группировки из 80 космических аппаратов, несущих аппаратуру цифровой космической связи и дистанционного зондирования Земли. Орбитальное построение группировки будет обеспечивать полное и непрерывное поле обслуживания на всей поверхности Земли.
Американская фирма Planet Labs, начиная с 2013 г., развертывает низкоорбитальную систему Flock-1 из 28 наноспутников для ДЗЗ. Высота орбиты – 450 км. Система обеспечит пространственное разрешение – 3–5 м.
В поддержку этих направлений построения спутниковых систем в 2011 г. в США был сформирован так называемый альянс попутных полезных нагрузок (Hosted Payload Alliance, HPA). Этот альянс подразумевает в первую очередь установку на спутниках связи в качестве дополнительной полезной нагрузки средств ДЗЗ и мониторинга.
Настоящее предложение сводится к созданию системы ДЗЗ имониторинга как основной, а средства двухсторонней связи – как попутной полезной нагрузки.
Поскольку для двухсторонней телефонной связи требуется не менее 48 спутников, то естественно такая группировка должна содержать большое число спутников. Предлагается разместить на низких круговых орбитах высотой 600–800 км на восьми орбитальных позициях до 64–72 КА, включая резервные спутники.
Значительное число аппаратов, обеспечивающих решение задач дистанционного зондирования Земли, позволит расширить возможности контроля состояния природной среды, мониторинга чрезвычайных ситуаций, сохранения лесных и водных ресурсов, мониторинга Арктического региона и сократить срок получения неотлагательной информации за минуты и даже доли минут. Не исключен вопрос о создании в группировке отдельных аппаратов с повышенными возможностями.
С целью немедленной доставки информации от низкоорбитальных аппаратов (природные или техногенные катастрофы, чрезвычайные ситуации и др.) предусматривается использование геостационарных спутников-ретрансляторов (например, типа “Луч"). Таких спутников, равномерно распределенных по геостационарной орбите, для доведения срочной информации до любой точки Земного шара должно быть не менее трех.
Система должна строиться в соответствии с международными и отечественными нормами и обеспечивать гармоничное сочетание с действующими и планируемыми к запуску российскими спутниками ДЗЗ и метео (“Электро-Л", “Метеор-М", “Ресурс-ДК-1", “Ресурс-П", “Кондор-В", “Кондор-Э", “Смотр"). Наиболее интересным является рассмотрение тесного сопряжения с проектами "Кондор " и "Смотр". В данном случае большое внимание уделяется проблемам унификации, как при создании космического сегмента, так и построении земной инфраструктуры.
Такая система предполагается открытой для решения вновь возникающих задач и легко масштабируемой.
На реализацию проекта необходимо затратить около 40 млрд руб. Сроки реализации проекта – 4–4,5 года. Проект характерен тем, что вступает в эксплуатацию уже после запуска первого низкоорбитального спутника, то есть реализуется поэтапное развитие системы с выходом на глобальный уровень. На первом этапе решаются задачи ДЗЗ и частично передачи информации в режиме электронной почты с задержкой по времени доставки. По мере доведения количества спутников до штатного создаются условия для организации двухсторонней связи.
Передача информации в реальном масштабе времени для значительной части территории мира становится возможной после запуска первого геостационарного спутника. По мере вывода на орбиту последующих геостационарных спутников информация в реальном масштабе времени будет передаваться с любой точки земной поверхности. Такая стратегия построения орбитального комплекса и наземных средств позволяет развертывать систему поэтапно и формировать ее исходя из складывающихся финансовых возможностей при сохранении высокой коммерческой эффективности с первых шагов построения системы.
Технические средства проекта позволят на всей поверхности Земли создать непрерывное телекоммуникационное поле, обеспечивающее широкий спектр услуг цифровой связи большому количеству разнообразных пользователей. Наличие на каждом спутнике аппаратуры ДЗЗ впервые позволит потребителям любой страны мира на коммерческой основе получать данные оперативного наблюдения за земной поверхностью.
Проект также позволяет вести научное изучение Земли как целостной системы с целью прогнозирования нарушения экологического баланса и выявления закономерностей в глобальных изменениях ее природы. Проект на основе системного подхода рассчитан на долговременное существование и не противоречит действующим и перспективным планам развития космической отрасли и может реализовываться с учетом складывающихся финансовых возможностей. Темпы создания системы могут быть повышены при условии привлечения зарубежных участников.
Развертывание системы имеет большое политическое и экономическое значение для настоящего и будущего нашей страны. Это:
Для построения такой системы требуется политическое решение на уровне Президента или Правительства Российской Федерации.
Литература
Опубликовано: Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2014
Посещений: 5987
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
