Спутниковые системы связи

Под спутниковыми технологиями понимается создание и эксплуатация спутниковых систем связи (ССС), спутниковых радионавигационных систем (СРНС) и диспетчерских систем коммерческого управления транспортом (ДСКУТ), прежде всего автомобильным, основанных на использовании ССС и/или СРНС.

Выше было показано, что осуществление управления потоками товаров сопровождается передачей очень больших потоков информации. Эту задачу в общем случае могут обеспечить как традиционные наземные системы связи, так и спутниковые системы связи. В условиях больших расстояний и малой плотности населения, столь характерных для нашей страны, особое значение с точки зрения эффективной логистики приобретают спутниковые системы связи.

Современные спутниковые радионавигационные системы позволяют получать объективные данные о положении в пространстве и времени как любых транспортных единиц, включая автомашины, суда, самолеты, поезда, контейнеры, товары, так людей и животных.

Приемники сигналов СРНС получили широчайшее гражданское применение. Они сегодня используются в автомобилях всех классов, сотовых телефонах, карманных приборах, на повестке дня установка их в наручные часы. Американская компания AVID Identification Systems разработала идентификационный GPS-микрочип размером с рисовое зернышко, который вживляется собаке в холку. Каждому микрочипу присваивается уникальный номер. С помощью такого микрочипа можно быстро найти потерявшуюся собаку. Рынок этих приборов в мире стремительно растет и в 2005 г. достиг объема 30 млрд долл., число пользователей в ближайшие годы превысит 1 млрд чел.

В 2003 г. началась реализация проекта по внедрению услуг спутниковой навигации в рамках комплексной программы правительства Москвы "Система навигации и телематики (СНТ) для городского управления и населения". Сегодня средства координатно-временного обеспечения определяют уровень развития экономики государства, активно внедряются как в логистику, так и в повседневную жизнь.

Спутниковые системы коммерческого управления транспортом, прежде всего автомобильным, приобрели особое значение в условиях обострения конкуренции среди грузоперевозчиков, нарастания общих объемов перемещаемых товаров, ужесточения требований к точности соблюдения времени доставки, увеличению неопределенности в пропускной способности транспортных коммуникаций как внутри страны, так и на границах. Они являются проверенным средством повышения эффективности логистики.

ДСКУТ (другое название - автоматизированные системы мониторинга транспортных средств, диспетчерские системы), Fleet Management Systems (FMS) - это комплекс радиоэлектронного оборудования и программного обеспечения, предназначенный для оперативного контроля и управления удаленными транспортными средствами. Система предназначена для управления транспортными средствами различных служб города, района, области и отдельных транспортных предприятий. Среди них можно выделить специализированные интегральные спутниковые системы, которые предоставляют как услуги связи, так услуги по определению места, и системы, которые используют ССС и/или СРНС для решения задач управления транспортом.

Многие логистические компании оснащают свои транспортные средства GPS-приемниками. Таким образом, они сами, будучи за тысячи километров, могут контролировать перемещение грузов их клиентов по земному шару и предоставлять клиентам такую возможность, например, па веб-сайте в режиме реального времени.

Спутниковые системы связи (ССС) состоят из двух основных компонентов (сегментов): космического и наземного.

Космический сегмент ССС включает искусственные спутники Земли (ИСЗ), выведенные на определенные орбиты, в наземный сегмент ССС входит центр управления системой связи (ЦУСС), земные станции (ЗС), размещенные в регионах (региональные станции - PC), и абонентские терминалы (AT) различных модификаций.

Развертывание и поддержание ССС в работоспособном состоянии - сложная задача, которую решают не только средства самой системы связи, но и ракетно-космический комплекс. В состав этого комплекса входят космодромы со стартовыми площадками для запуска ракет-носителей, а также радиотехнические командно-измерительные комплексы (КИК), осуществляющие наблюдение за движением ИСЗ, контроль и коррекцию параметров их орбит.

ССС можно классифицировать по таким признакам, как статус системы, тип орбит ИСЗ и принадлежность системы к определенной радиослужбе.

Статус системы зависит от се назначения, обслуживаемой территории, размещения и принадлежности земных станций.

В зависимости от статуса ССС можно разделить на международные (глобальные и региональные), национальные и ведомственные.

По типу орбит различают системы с ИСЗ на геостационарной орбите (GEO), на эллиптических (НЕО - High Earth Orbit), низкоорбитальных (LEO - Low Earth Orbit) и средневысотных (MEO - Mean Earth Orbit).

В соответствии с Регламентом радиосвязи ССС могут принадлежать к одной из трех основных радиослужб - фиксированная спутниковая служба (ФСС), подвижная спутниковая служба (ПСС) и радиовещательная спутниковая служба (РСС).

Выбор параметров орбиты ИСЗ зависит от назначения, необходимой области обслуживания связью и некоторых других факторов.

Геостационарные орбиты (GEO). Спутники на этой орбите, двигаясь в направлении вращения Земли с одинаковой с ней скоростью, остаются неподвижными относительно подспутниковой точки на экваторе. Три ИСЗ, равномерно размещенные на орбите, обеспечивают непрерывную связь практически на всей территории Земли за исключением полярных зон (выше 76,50° с. т. и ю. ш.).

Недостаток ретрансляции радиосигнала мере;! ИСЗ, находящийся на удалении в 36 тыс. км, - задержка сигнала. Для систем радио- и телевизионного вещания задержка в 250 мс в каждом направлении не сказывается на качестве сигналов. Системы радиотелефонной связи более чувствительны к задержкам, и при суммарной задержке, с учетом времени обработки и коммутации в наземных сетях, превышающей 600 мс, высокое качество связи не обеспечивается. Тем более недопустим в этих системах так называемый "двойной" скачок, когда канал связи предусматривает два спутниковых участка.

Количество ИСЗ, которое можно разместить на геостационарной орбите, ограничено допустимым угловым орбитальным разносом между соседними спутниками. Минимальный угловой разнос определяется пространственной избирательностью бортовых и наземных антенн, а также точностью удержания ИСЗ на орбите. По Международным нормам он должен быть 1-3°. Следовательно, на геостационарной орбите можно разместить не более 360 ИСЗ. Под воздействием ряда геофизических факторов ИСЗ дрейфует - орбита его искажается, поэтому возникает необходимость ее коррекции.

Эллиптические орбиты (НЕО), на которые выводятся ИСЗ, подбираются так, чтобы длительность суток была кратна периоду обращения спутника. Для ИСС используются синхронные эллиптические орбиты. Так как скорость спутника в апогее эллиптической орбиты значительно меньше, чем в перигее, то по сравнению с круговой орбитой время нахождения ИСС в зоне видимости увеличивается. Например, отечественный связной спутник "Молния", выведенный на орбиту с параметрами: апогей 40 тыс. км, перигей 460 км, наклонение 63,5°, обеспечивает сеансы связи продолжительностью 8-10 ч и орбитальная группировка (ОТ) из трех спутников поддерживает круглосуточную связь па территории нашей страны.

Средневысокие орбиты (MEO) позволяют охватывать связью меньшую зону, чем геостационарная. Продолжительность пребывания ИСЗ в зоне радиовидимости земных станций 1,5-2 ч. Поэтому для обеспечения связью наиболее населенных районов земного шара и судоходных акваторий необходимо создавать ОГ из 8-12 спутников. При выборе средневысоких орбит необходимо учитывать воздействия радиационных поясов Ван-Аллена, располагающихся в плоскости экватора. Первый устойчивый пояс высокой радиации начинается примерно на высоте 1,5 тыс. км и простирается до нескольких тысяч километров, по ширине он простирается примерно на 300 км но обе стороны от экватора. Второй пояс Ван-Аллена располагается на высотах от 13 до 19 тыс. км, охватывая около 500 км по обе стороны от экватора. Поэтому средневысокие орбиты должны проходить между первым и вторым поясами Ван-Аллена, т.е. на высоте от 5 до 15 тыс. км.

Суммарная задержка сигнала при связи через ИСЗ на средневысотных орбитах составляет не более 130 мс, что позволяет использовать их для качественной радиотелефонной связи. Примером ССС на средневысотных орбитах могут служить системы ICO, Spaceway NGSO, "Ростелесат", в которых ОГ создастся примерно на одной и той же высоте (10352-10355 км) со сходными параметрами орбит.

Низкие круговые орбиты (LEO) в зависимости от величины наклонения плоскости орбиты относительно плоскости экватора делятся на низкие экваториальные (наклонение 0°, высота 2000 км), полярные (90°, 700-1500 км) и наклонные (700 1500 км) орбиты. По виду предоставляемых услуг системы связи на низких орбитах (LEO) подразделяются на системы передачи данных (little LEO), радиотелефонные системы (big LEO) и системы широкополосной связи (mega LEO, иногда используется обозначение Super LEO).

ИСЗ на этих орбитах чаще всего применяются для организации мобильной и персональной связи. Период обращения спутника на низких орбитах составляет от 90 мин до 2 ч, время пребывания ИСЗ в зоне радиовидимости не превышает 10-15 мин, зона связи ИСЗ на этих орбитах мала, поэтому для обеспечения непрерывной связи необходимо, чтобы в ОГ входило не менее 48 ИСЗ.