В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Московский физико-технический институт (Россия) при поддержке Института инженеров электротехники и электроники IEEE (США), Университета Цинхуа (Китай), Ченстоховского политехнического университета (Польша), Польского общества нейронных сетей (Польша), Индийского института информационных технологий (Индия) и Физтех-Союза (Россия) провел 15–16 ноября 2018 г. V международную конференцию “Инжиниринг&Телекоммуникации – En&T 2018”. В рамках конференции состоялся круглый стол “Тенденции развития систем спутниковой связи”. Основные темы докладов и обсуждений на круглом столе были направлены на объективный анализ перспектив развития спутникового ШПД на основе спутников HTS; анализ проектов LEO/MEO/HEO-HTS и научно-технических задач, от решения которых зависит их успешная реализация; проблемы научно-технического и технико-экономического характера реализации спутниковых систем M2M/IoT и путей их решения.
Цели и задачи круглого стола в своем вступительном слове обозначил проректор МФТИ по исследованиям и разработкам, д.т.н., профессор Гаричев. В качестве модераторов круглого стола выступали первый заместитель генерального директора Госкорпорации “Роскосмос”, д.т.н., профессор Ю.М. Урличич и заместитель генерального директора АО “ВИСАТ-ТЕЛ”, к.т.н., доцент В.Р. Анпилогов. Число участников составило более ста специалистов из различных компаний и организаций, прямо или косвенно связанных со спутниковой индустрией. Соответственно, название “круглый стол” условное, скорее, это можно назвать расширенной тематической секцией конференции.
Первый доклад был посвящен проекту программы комплексного развития космических информационных систем связи, ДЗЗ и навигации под названием “Сфера” (докладчик Ю.М. Урличич [1]). Цель этой программы – развитие космической информационной инфраструктуры до 2030 г. Напомним, что об этой программе на “Прямой линии” 7 июня 2018 г. впервые сообщил президент России В.В. Путин: “Новая программа “Сфера”, которая предполагает запуск на ближайшие несколько лет шестисот с лишним спутников, которые будут заниматься и позиционированием, и зондированием Земли, и связью. Это будет вообще прорыв”.
В своем докладе Ю.М. Урличич представил проект концепции программы “Сфера”, которая предполагает использование существующих и создание новых взаимоувязанных на уровне сервисов космических информационных систем для обеспечения цифровой трансформации и развития экспортного потенциала экономики России (рис. 1).
Причем предполагается принципиальное расширение привлекаемых компаний в область космической индустрии на основе государственно-частного партнерства (рис.2).
В качестве системообразующих новых проектов в области спутниковой связи в программе “Сфера” (рис. 3) делается акцент на высокоэллиптическую систему широкополосного доступа для северных регионов “Экспресс-РВ” и новый проект, предполагающий создание низкоорбитальной многоспутниковой системы “Марафон IoT” на основе микроспутников с целевой функцией – предоставление услуг спутниковой связи для организации сервисов Интернета вещей в глобальном масштабе.
В качестве основы для навигационного сегмента программы принята система ГЛОНАСС, которая, как предполагает программа, будет дополнена новым космическим сегментом на высокоэллиптических орбитах с целью повышения точности и доступности сигналов спутниковой навигации (рис. 4) на территории России.
Геоинформационные услуги в программе “Сфера” планируется развивать за счет новых спутниковых систем ДЗЗ как с высоким пространственным разрешением, так и со среднем разрешением на основе группировки микроспутников (рис. 5). В данном обзоре нет возможности остановиться на всех системах и аспектах программы “Сфера”. В докладе отмечено, что программа должна быть гибкой и оперативно реагировать на новые вызовы и технологии.
Отмечается, что сегодня наметился тренд создания многоспутниковых группировок в области связи и ДЗЗ с использованием микро- и даже наноспутников. Это, в свою очередь, требует новых подходов при проектировании и производстве космических аппаратов, основанных на принципах серийного производства продукции. В заключение отмечено, что программа “Сфера” должна дать новый импульс развития космической индустрии России, в том числе в направлении ее коммерциализации, расширения экспортного потенциала и решения задач цифровой трансформации экономики России.
Второй доклад – “Обзор проектов негеостационарных систем широкополосного доступа: конфликт в радиочастотном спектре” – (докладчик генеральный директор ИКЦ “Северная корона”, к.т.н. А.А. Гриценко, [2]) был посвящен возможностям моделирования многоспутниковых негеостационарных систем широкополосного доступа, в частности для оценки их электромагнитной совместимости. Отмечено, что сегодня известно (заявлено) более десятка таких многоспутниковых систем на низких, средних и высоких орбитах. Если сложить все спутники, которые предполагают эти проекты, то суммарное значение составит уже десятки тысяч. Как правило, все заявленные многоспутниковые системы широкополосного доступа претендуют на использование диапазонов ФСС Ku, Ka, Q/V. Некоторые из них предполагают использовать одни и те же диапазоны и полосы радиочастот.
В докладе представлен краткий обзор ряда систем, в том числе систем типа HEO-HTS “Экспресс-РВ” (орбиты типа “Молния”) и “Росинфоком” (орбиты типа “Тундра”). В докладе отмечено, что на основе разработанных программных комплексов “Альбатрос” и “Спутниковые технологии” можно провести анализ основных свойств баллистического построения спутниковых группировок и получить оценки электромагнитной совместимости негеостационарных спутниковых систем между собой. Ряд результатов такого анализа представлен для систем “Экспресс-РВ” и OneWeb в Ku-диапазоне (более подробно см. статью В.Р. Анпилогова, А.А. Гриценко, Ю.Н. Чекушкина, И.В. Зимина в данном выпуске).
Показано, что абонентские терминалы “Экспресс-РВ” будут подвержены действию помех на значительных временных интервалах.
Анализ общей ситуации, обусловленной желанием многих компаний создать многоспутниковые группировки широкополосного доступа, показывает, что их неконтролируемый доступ к околоземному космическому пространству может привести к коллапсу (рис. 6).
Третий доклад – “Проблемные вопросы антенной техники при реализации абонентских терминалов негеостационарных систем широкополосного доступа” (докладчики к.т.н. А.В. Шишлов, к.т.н. В.Р. Анпилогов, [3]) – был посвящен одной из ключевых проблем всех негеостационарных систем, которая, как правило, остается вне активного обсуждения, а именно проблеме реализации дешевой сканирующей антенной решетки абонентского терминала. В докладе отмечено, что уже много лет можно слышать рекламные заявления о создании дешевых сканирующих антенных решеток в Ku- и Ka-диапазонах. Надеялись на их появление и инвесторы многоспутниковых систем широкополосного доступа. Но по состоянию на 2018 г. проблема не решена. В докладе представлены простые обобщенные граничные соотношения, которые позволяют оценить требуемое число управляемых каналов в фазированной решетке любого типа (рис. 7). Соответственно, каждый может самостоятельно оценить стоимость сканирующей решетки, приняв разумную стоимость элементов канала управления (как минимум фазовращатели и усилительные элементы для активной решетки).
Как следует из представленных граничных соотношений, все зависит от требуемого угла сканирования и ширины ДН (усиления) антенны. Соответственно, можно увеличивать число спутников на низких орбитах, и требуемый угол сканирования уменьшается (рис. 8).
Но требуемое число управляемых абонентов остается высоким даже при наличии тысяч низкоорбитальных спутников (рис. 9). Единственным решением в рамках негеостационарных систем является переход к квазигеостационарным системам типа “Экспресс-РВ”. В этом случае сканирование может быть исключено для фиксированных абонентов или существенно уменьшен угол сканирования для подвижных абонентов по сравнению с системами LEO/MEO.
В докладе отмечено, что большие надежды в период 2012–2017 гг. возлагались на новое техническое решение реализации пассивных сканирующих решеток, предложенное компанией Kymeta, но результат оказался существенно хуже ожидаемого как по техническим параметрам, так и по стоимости (рис. 10).
В докладе представлен анализ высказываний руководителей ведущих зарубежных компаний о возможности достижения приемлемых цен для массового рынка. Единства в оценке перспективности достижения низких ценовых показателей для сканирующих решеток нет и в самом сообществе компаний, которые их разрабатывают. В выводах доклада отмечено, что рискованно проектировать системы широкополосного доступа, предполагая наличие сканирующих антенных решеток (рис. 10).
Четвертый доклад – “Глобальные спутниковые системы M2M/IoT: новые проекты и новый рынок” (докладчик к.т.н. В.Р. Анпилогов, [4]) – был посвящен новому сегменту на рынке спутниковой связи – спутниковому M2M/IoT. В докладе отмечено, что существующие системы ПСС (Iridium, Globalstar и т.п.) неперспективны для решения задач Интернета вещей в силу неприемлемых для рынка IoT ценовых показателей абонентских устройств и их технических показателей (рис. 12).
В результате сегодня появляются новые проекты с целевой функцией M2M/IoT (рис. 13), в том числе и в России предложен проект системы “Марафон IoT” (рис. 14). Эта система может стать интегрирующим звеном для развития сервисов на основе сигналов системы ГЛОНАСС, для организации службы контроля и подачи команд для беспилотных и роботизированных объектов, а также для трансляции сигналов АЗН-В воздушных судов.
Абонентские устройства являются идентичными обычным, используемым массово в наземных сетях LPWAN, стоимость которых сегодня находится в пределах $5–15. Естественно, что эта система может быть исключительно международной, но на первом этапе может быть ориентирована на обслуживание российской территории и в последующем наращиваться для глобального обслуживания.
В докладе отмечено, что принципиальная особенность системы “Марафон IoT” заключается в том, что она предполагает глобальнораспределенную структуру, которая ориентирована на многополярный мир. Краткие итоги доклада представлены на рис.15.
Вторая часть круглого стола была посвящена дискуссии по представленным докладам. Естественно, что по программе “Сфера” были вопросы о том, как это соотносится с системой “Эфир”. Путаницу вносят СМИ, называя программу “Сфера” системой. Достаточно четко было обозначено, что “Эфир” – это проект системы, предлагаемый АО РКС, который наравне с иными проектами рассматривается в рамках программы “Сфера”. Дискуссия по докладу о конфликтной ситуации в радиочастотном спектре выявила и еще один аспект, который был отражен в кратких материалах, представленных компанией Hughes Network Systems (рис. 16, [5]), а именно необходимость быстрого переключения сканирующего луча абонентского терминала и быстрое изменение частот приема и передачи.
Обзор проектов негеостационарных систем дополняют и материалы, представленные ООО “Телеком-проект 5”, где наглядно показано стремление к принципиальному снижению себестоимости передачи информации в системах LEO/MEO/HEO-HTS (рис. 17, [7]), причем основой будущих спутников таких систем предполагаются гибкие полезные нагрузки на базе бортовых АФАР с цифровыми методами формирования множества лучей.
Наиболее активно обсуждалась возможность достижения низких ценовых параметров сканирующих антенных решеток абонентских терминалов. Некоторые участники все же были уверены, что в перспективе массовость рынка сделает свое дело в направлении снижения стоимости сканирующих антенн. Но участники, специализация которых связана с разработкой конкретных приборов и систем и тем более связанные с антенной техникой, с такими оптимистическими прогнозами были не согласны. Некоторые участники обсуждения отмечали, что развитие сетей 5G – “наше все”. Но нашлись и критики этих общепризнанных лозунгов 5G. Аргументация их понятна: использование в сетях 5G миллиметрового диапазона предполагает рабочую зону базовой станции радиусом не более 100 м. То есть 5G будет там, где очень высокая плотность абонентов и спутниковые технологии не могут в этом случае иметь существенного значения. Кроме того, задержка в протоколах сетей 5G обозначена от 10 мс до 1 мс в перспективе, соответственно применение спутниковых каналов ограничено, например, задачами распределения видеоконтента и отчасти, возможно, в сегменте управления. Естественно, нет оснований полагать, что сети 5G могут охватить территории с низкой плотностью населения, как это предполагается в системе “Экспресс-РВ” при обслуживании северных регионов, что очевидно из иллюстраций, представленных ФГУП “Космическая связь” (рис. 18, [6]).
Создание систем спутникового M2M/IoT, по мнению многих участников, является действительно одним из новых направлений в спутниковой индустрии. В частности, предлагаемая система “Марафон IoT” может стать действительно прорывной системой для российской космической индустрии. Но, конечно, были высказаны и сомнения в возможности реализации столь амбициозного проекта исключительно в рамках российской космической промышленности. По мнению большинства участников дискуссии, такая система нужна, но ее статус должен быть непременно международным, с привлечением зарубежных участников проекта.
В заключение были высказаны пожелания к молодежи об активном участии в развитии спутниковой индустрии в России и благодарность организаторам конференции от признанного авторитетного специалиста в этой области д.т.н., профессора К.И. Кукка.
Литература:
Опубликовано: Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2019
Посещений: 1138
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
