Спутниковая связь в эпоху цифровой экономики

В поиске новых путей развития космической отрасли западные инвесторы решили делать ставку на запуск многоспутниковых группировок на низкие (LEO) и средние (MEO) орбиты. Россия разработала собственную программу по созданию Глобальной многофункциональной инфокоммуникационной спутниковой системы «Сфера». В отличие от западных проектов российская программа опирается на комплексный подход: программа «Сфера» предполагает не только работу с «низколетами», но и развитие аппаратов на геостационарной орбите, а также освоение высокого эллипса.

Системообразующим проектом новой системы «Сфера» наряду со спутниковой навигационной системой ГЛОНАСС, системой дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), спутниковой системой связи «Экспресс-РВ» и «Гонец», а также системой ретрансляции «Луч» станет новая глобальная система «Марафон», которая будет нацелена на работу на рынке Интернета вещей.

Однако было бы неправильно начинать разговор сразу о «Сфере», ничего не сказав о непосредственном предшественнике этой программы – весьма амбициозном проекте «Эфир», который разрабатывался в течение последних двух лет.

Проект «Эфир»

Осенью 2017 г. в СМИ просочились первые сведения о новой российской разработке – Глобальной многофункциональной инфокоммуникационной спутниковой системе (ГМИСС), которая позднее получила название «Эфир». Ее разработка была запланирована в рамках направления «Информационная инфраструктура» программы «Цифровая экономика», реализация которой рассчитана до 2024 г. включительно.

По планам уже в январе – марте 2018 г. Госкорпорация «Роскосмос» совместно с другими заинтересованными организациями должна была разработать концепцию системы «Эфир». Примерно тогда же планы по созданию ГМИСС должны были быть учтены в стратегии самого «Роскосмоса», а наблюдательный совет «Внешэкономбанка» должен был принять решение о финансировании проекта на основе представленного «Роскосмосом» инвестиционного проекта.

В марте – июне 2018 г. предусматривалось создание нового консорциума для реализации ГМИСС с участием «Роскосмоса», «Внешэкономбанка» и других организаций, а до конца 2020 г. должен был быть реализован первый этап опытно-конструкторских работ с разработкой и изготовлением опытных образцов компонентов ГМИСС.

Первоначально на реализацию проекта новой гибридной сети спутниковой и сотовой связи согласно расчетам до 2020 г. планировалось выделить 299 млрд руб. В декабре 2017 г. правительственная комиссия по использованию информационных технологий под руководством премьер-министра Дмитрия Медведева утвердила этот проект.

Весной 2018 г. «Российские космические системы» (РКС – входит в Госкорпорацию «Роскосмос») раскрыли для представителей СМИ некоторые детали проекта «Эфир». В частности, было заявлено, что система должна состоять из 288 спутников на орбите высотой 870 км, что обеспечит покрытие сигналом всей поверхности Земли.

Система «Эфир» должна была быть способна одновременно обеспечивать связью 10 тыс. подвижных объектов транспорта, 10 тыс. точек коллективного доступа в Интернет, 10 млн абонентов персональной связи и примерно 1 млрд транзакций в сутки по защищенным каналам с минимальными задержками сигнала от 5 до 15 мс.

Расчетная рентабельность проекта предполагалась при подключении 10 млн абонентов с их расходами по 100 долл. в год.

Важно отметить, что изначально планировалось предоставление не только традиционных услуг, но и оказание инновационных сервисов, связанных с быстро развивающейся сферой Интернета вещей, например, мониторинг движения транспорта и беспилотных аппаратов и т. д. Заинтересованность в этом проекте выразили добывающие и энергетические компании, ЖКХ, сельское хозяйство, транспорт, электронная коммерция, медицина и образование, а также индустрия развлечений. На тот момент предполагалось развернуть систему «Эфир» к 2025 г.

Для реализации проекта РКС намеревалась сформировать новый консорциум с участием ракетно-космической корпорации «Энергия» и представителей телекоминдустрии. При этом РКС выразила намерение создавать систему на основе российских решений. Уже в январе – марте 2018 г. наблюдательный совет «Внешэкономбанка» должен был принять решение о финансировании проекта «Эфир» на основе представленного «Роскосмосом» инвестиционного проекта. К сожалению, решение не было принято, поскольку у ВЭБа возникли серьезные сомнения в целесообразности финансирования создания системы.

РКС предполагала запустить первый этап проекта «Эфир» (формирование облика новой системы, проработка рынка) без дополнительного финансирования и, кроме того, планировала привлечь деньги частных инвесторов и фондов.

Увы, этому интересному проекту так и не удалось привлечь инвесторов, и «Роскосмос» решил исключить проект по созданию ГМИСС «Эфир» из паспорта Федерального проекта «Информационная инфраструктура» Национальной программы «Цифровая экономика».

С официальным предложением о закрытии проекта «Эфир» на заседании рабочей группы нацпрограммы, состоявшемся 20 сентября 2019 г., выступил представитель Госкорпорации «Роскосмос». Тогда же представитель вице-премьера Максима Акимова заявил о том, что с Правительством данное решение пока не согласовано, а в самом «Роскосмосе» уточнили, что от проекта «Эфир» там окончательно не отказываются – после доработки он будет рассмотрен на научно-техническом совете.

Спутниковая система связи «Сфера»

7 июня 2018 г. состоялась ежегодная телепередача, в ходе которой Президент Владимир Путин ответил на вопросы граждан России. В числе прочих поднималась и тема космических исследований. Президент сделал следующее заявление: «У нас есть своя программа… «Сфера», которая предполагает запуск на ближайшие несколько лет 600 с лишним спутников, которые будут заниматься и позиционированием, и зондированием Земли, и связью. Это будет вообще прорыв. Это еще одно направление, где мы можем осуществить прорыв, потому что качество связи будет такое, что сможет, по сути, заменить кабельную связь, и по качеству, и по охвату всей территории будет не хуже, но должна быть дешевле и доступнее. Это в целом может привести к абсолютной революции в сфере связи».

Таким образом, в июне 2018 г. стало известно, что Глобальная многофункциональная инфокоммуникационная спутниковая система получила свое новое название – «Сфера». В соответствии с новым проектом общее количество спутников связи в группировке было увеличено в более чем два раза – до 640 искусственных спутников связи и аппаратов ДЗЗ.

Примерно через месяц, 18 июля 2018 г., Президент Владимир Путин одобрил создание федеральной целевой программы (ФЦП) по развитию новейшей спутниковой системы «Сфера», призванной обеспечить комплексные услуги связи, навигации и дистанционного зондирования Земли. «Эта новая космическая группировка должна быть эффективно использована в сфере навигации, связи и дистанционном зондировании Земли. Интерес к этому проекту проявляют как отечественный бизнес, так и зарубежные партнеры, и его реализации нужно давать полный ход», – заявил Владимир Путин.

Формирование отдельной ФЦП по развитию данного проекта означало, что система «Сфера» будет реализовываться не только путем поиска телекоммуникационных компаний и частных инвесторов, но и за счет солидных бюджетных вливаний. Об этом по итогам закрытого совещания у Президента России рассказал гендиректор «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин, уточнив, что развертывание всей системы из 640 малых спутников планируется начать в 2022 г. при помощи тяжелых ракет «Ангара-А5» (кластерный запуск 25 ракет для всей группировки).

Таким образом, Дмитрий Рогозин одним выстрелом хотел убить двух зайцев: вывести на орбиту сотни спутников и создать такой увесистый портфель заказов, который обеспечит гарантированную многолетнюю загрузку омскому производственному объединению «Полет», где должны собираться универсальные ракетные модули для «Ангары», что позволило бы отойти от производства «Протонов» на площадке в Филях.

Руководитель Госкорпорации «Роскосмос» рассчитывал реализовать свой план по закрытию московского производства Акционерного общества «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева» к 2021 г., сконцентрировавшись на омской площадке. Все это должно было способствовать исправлению тяжелой финансовой проблемы ГКНПЦ.

Запуск группировки малых спутников связи, по замыслу разработчиков системы, должен быть произведен за шесть лет – с 2022 по 2028 г. Это позволит России конкурировать с зарубежными многоспутниковыми системами, такими как английский проект OneWeb и американский Starlink.

По сообщению агентства ТАСС, большая часть заинтересованных ведомств согласовала концепцию программы глобальной спутниковой системы «Сфера». «В настоящее время концепция программы разработана и представлена на согласование в заинтересованные министерства и ведомства – в первых числах апреля текущего года. На сегодняшний день большая часть ведомств уже согласовала концепцию, остальные находятся на финальной стадии согласования», – отметили в Госкорпорации «Роскосмос».

Ранее председатель Научно-технического совета «Роскосмоса» Юрий Коптев сообщил о том, что проект по созданию ракеты-носителя сверхтяжелого класса, проект «Сфера» и российские лунные миссии будут объединены в одну государственную программу под названием «Космическая деятельность России на период до 2030 года» – предложения по ней должны были быть представлены до 1 августа.

МСПСС «Гонец»

Когда речь заходит о спутниковых группировках связи на низких орбитах, обычно все сразу же вспоминают о системах OneWeb, Starlink и «Сфера», но почему-то забывают о существовании российской многофункциональной системы персональной спутниковой связи (МСПСС) «Гонец», которая в отличие от зарубежных проектов является действующей и постоянно развивающейся спутниковой группировкой.

Назначением этой системы является оказание услуг связи в глобальном масштабе. Система разрабатывается по заказу Федерального космического агентства России: головным разработчиком является АО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнева», оператором системы и эксплуатирующей организацией – АО «Спутниковая система «Гонец».

При 12 спутниках, расположенных на высоте до 1500 км, система «Гонец» способна обеспечить передачу данных в режиме реального времени в северных широтах. В средних широтах связь является фактически беспрерывной, в то время как на экваторе перерывы в передаче сигнала составляют около 15 минут. При полной реализации системы связь будет доступна онлайн в любой точке земного шара.

В настоящее время в стадии опытной эксплуатации находится система «Гонец-Д1М». Космический сегмент системы представляет собой группировку из 13 низкоорбитальных космических аппаратов: один спутник первого поколения «Гонец-Д1» и 12 спутников связи второго поколения «Гонец-М». Состав наземной инфраструктуры МСПСС «Гонец-Д1М»: Центр управления системой (город Москва), Центр управления связным комплексом (Москва), Центральная (Москва) и региональные станции (город Железногорск Красноярского края, Южно-Сахалинск, пос. Тикси (планируемая)), Центр управления полетом (Железногорск), Баллистический центр (Железногорск).

В настоящее время на базе системы реализованы следующие услуги: обмен сообщениями между абонентами в глобальном масштабе; передача данных о местоположении объектов, полученных с использованием системы ГЛОНАСС или других навигационных систем; обмен сообщениями между абонентами системы «Гонец» и абонентами стандартной электронной почты как в персональном, так и в групповом режимах, по стандартным почтовым протоколам Х.400 и SMTP/IMAP, с возможностью отправки прикрепленных файлов небольших размеров; обмен сообщениями между абонентами системы «Гонец» и абонентами мобильных сетей связи в глобальном масштабе; циркулярная передача сообщений группе пользователей; передача телеметрической (датчиковой) информации контролируемых объектов в центры мониторинга; построение ведомственных подсистем.

Космические аппараты нового поколения «Гонец-М1» предназначены для обеспечения помехозащищенной спутниковой связи с возможностью выхода в ТСОП (сети общего пользования) и Интернет в режиме, максимально близком к реальному времени. Кроме того, в задачи этих спутников входят радиотелефонная связь между подвижными и стационарными пользователями в зоне радиовидимости космических аппаратов, сбор и передача данных о состоянии подвижных объектов и местоположении абонентов.

По заявлению агентства «РИА Новости» от 28 июня 2018 г., неназванный источник в ракетно-космической отрасли заявил о том, что новое поколение спутников «Гонец-М1» станет основой всего проекта «Сфера», при этом оператором системы планируется сделать компанию «Гонец» – головного оператора «Роскосмоса» в области спутниковых систем связи.

Высокоэллиптическая система «Экспресс-РВ»

В настоящее время на орбите высокого эллипса находится всего 37 спутников: 19 из них принадлежат Соединенным Штатам, семь – России, шесть – Франции и пять – Японии. При этом 27 аппаратов гражданские, 14 – военные. Большинство гражданских спутников на ВЭО являются научными, лишь у Японии есть три навигационных спутника на такой орбите, а военные аппараты распределяются на связные (четыре – у России и три – у США) и разведывательные (два – у РФ и пять – у США).

Российскому проекту «Экспресс-РВ» уже более десяти лет. В свое время приказ Мининформсвязи № 116 от 16 октября 2007 г. «Об утверждении перечня мероприятий по обновлению и развитию гражданских спутниковых систем связи и вещания государственного назначения» предписывал запустить три спутника «Экспресс-РВ» в 2009–2010 гг. Однако отсутствие в этом проекте явно выраженной коммерческой составляющей постоянно сдвигало сроки его реализации.

Новый импульс проекту придало его вхождение в глобальную спутниковую систему «Сфера», которую Президент России Владимир Путин представил во время прямой линии в июне 2018 г.

Создание группировки «Экспресс-РВ» потребует инвестиций в размере 105,4 млрд руб., из которых 58,8 млрд руб. должен вложить федеральный бюджет. Необходимый объем инвестиций на конференции SАTCOMRUS 2018 озвучил генеральный директор ГП КС Юрий Прохоров. Средства федерального бюджета потребуются для строительства пяти космических аппаратов (один из которых будет находиться на Земле в качестве резерва), покупки ракеты-носителя и оплаты пусковой услуги, а также на страхование запуска и первого года нахождения четырех спутников на орбите. Оставшуюся часть суммы для реализации проекта (46,6 млрд руб.) планируется привлечь из внебюджетных источников: 16,6 млрд руб. готово выделить само ФГУП «Космическая связь» (на создание наземного сегмента и эксплуатационные расходы), а 30 млрд руб. должны поступить от частных инвесторов (на создание абонентских устройств, новых услуг связи и передачи данных).

Первоначально речь шла об использовании орбиты «Тундра» с периодом обращения 24 часа. Ее главным преимуществом является возможность обеспечения 15-летнего срока САС (активного существования) КА, поскольку вся орбита находится выше радиационных поясов Земли. Однако вопросы баллистической устойчивости группировки на орбите «Тундра» изучены недостаточно, и не вполне понятно, как себя поведет группировка при длительных сроках эксплуатации. Поэтому в новом облике проекта спутники было решено вывести на четыре разные высокоэллиптические орбиты типа «Молния», на каждом космическом аппарате будет 12 перенацеливаемых лучей.

Глобальная IoT-система «Марафон»

«Роскосмос» еще в ноябре 2018 г. заявил о том, что планирует для работы на рынке Интернета вещей создать новую спутниковую систему «Марафон», которая станет составной частью проекта «Сфера».

Проект «Марафон» предусматривает поэтапное наращивание спутниковой группировки, создание глобально распределенной сети с прямым доступом к датчикам IoT, применение технологии наземных сетей LoRaWAN и типовых абонентских устройств массового производства, использование многолучевых антенн на спутнике связи (планируется демонстрационный вариант с четырьмя лучами) и технологии COTS (Commercial Orbital Transportation Services).

Планируемые диапазоны радиочастот для услуг IoT: 868/915 МГц и S-диапазон на основе SDR. Высота орбиты – 750 км; количество плоскостей – 12; количество спутников в одной плоскости – 21 + один резерв; масса спутника при запуске – 45 кг; мощность СЭС – 70 Вт; точность ориентации – 3º; срок активного существования спутника – четыре-пять лет; количество станций сопряжения – 40; зона обслуживания станции сопряжения – 15 млн км2; количество станций управления и контроля – две; абонентские устройства – LoRaWAN IoT, АЗН-В (автоматическое зависимое наблюдение-вещание), ГЛОНАСС/GPS.

Объем глобального рынка спутникового IoT оценивается сейчас в 330 млн подключений, потенциал дохода от услуг – 8,4 млрд долл. в год, при ценовых параметрах, соизмеримых с параметрами в сотовых сетях.

Спутники дистанционного зондирования

Согласно Федеральной космической программе России на 2016–2025 гг. (утверждена Постановлением Правительства РФ от 23 марта 2016 г. № 230), к 2025 г. планируется увеличить орбитальную группировку с восьми космических аппаратов (в 2015 г.) до 23 КА. Группировка ДЗЗ позволит значительно снизить зависимость России от использования зарубежной космической информации и одновременно выполнить международные обязательства в области глобального гидрометеорологического наблюдения.

Примерами результатов расширения возможностей орбитальной группировки ДЗЗ, представляющих интерес для самого широкого круга потребителей (обычных граждан), могут служить такие области, как повышение достоверности краткосрочных прогнозов погоды в регионе и повышение периодичности получаемых данных о состоянии застроек окрестных площадей дачных участков и сельских поселений, строительстве дорог, состоянии близлежащих лесных массивов (гари, вырубки и т. д.).

Кроме того, космические комплексы ДЗЗ способны обеспечивать создание кадастров природных ресурсов, определение мест и масштабов чрезвычайных ситуаций, контроль ледовой обстановки в Арктике.

На новые космические аппараты гидрометеорологического обеспечения «Метеор-М» запланирована установка целевой аппаратуры КОСПАС-САРСАТ – международной спутниковой поисково-спасательной системы, разработанной для оповещения о бедствии и местоположении персональных радиобуев и радиобуев, установленных на судах и самолетах в случае аварийных ситуаций.

Основные характеристики создаваемых в рамках программы спутников будут заметно превышать характеристики космических аппаратов, созданных в предыдущий период, и не будут уступать аналогичным показателям зарубежных спутников.

Многофункциональная космическая система ретрансляции «Луч»

МКСР «Луч» представляет собой спутниковую систему ретрансляции для обеспечения связи с движущимися объектами вне зон видимости с российской территории. Система построена с использованием геостационарных спутников-ретрансляторов «Луч-5А», «Луч-5Б» и «Луч-5В», которые пришли на смену первому поколению аппаратов ретрансляции «Луч».

Ретрансляторы системы МКСР способны работать с низколетящими спутниками с высотой орбит до 2000 км над поверхностью Земли, например, пилотируемыми космическими комплексами, космическими кораблями, а также ракетами-носителями, разгонными блоками и др. Аппараты «Луч» могут принимать от них информацию, как телеметрическую, так и целевую, на участках полета, находящихся вне зон видимости с территории России, и ретранслировать ее в режиме реального времени на российские земные станции. В то же время обеспечена возможность передачи команд управления на эти спутники.

Как и космические аппараты предыдущей системы, все спутники МКСР «Луч» будут построены ОАО ИСС им. академика М.Ф. Решетнева. Оператором МКСР «Луч» является ОАО «Спутниковая система Гонец». 18 декабря 2015 г. завершились летные испытания системы «Луч», и государственная комиссия приняла решение о вводе ее в эксплуатацию.

В 2024–2025 гг. Россия обновит группировку, запустив на орбиту модернизированные спутники, а затем приступит к созданию аппаратов ДЗЗ нового поколения. Восполнение орбитальной группировки и модернизация системы будут проводиться в два этапа: на первом этапе на базе спутника «Луч-5В» будут изготовлены два аппарата «Луч-5ВМ» со сроками запуска в 2024 и 2025 г. На втором этапе планируется разработка нового поколения аппаратов на более мощной и современной спутниковой платформе, с новыми функциональными возможностями и техническими характеристиками.

Эволюция вместо революции

Как видим, отличительной особенностью российской программы «Сфера» является ее комплексный характер. Однако это было не первоначальное решение, а плод довольно длительного развития. Вначале, как мы помним, все вертелось вокруг проекта «Эфир», который, если говорить честно, был своего рода калькой с западных систем OneWeb и Starlink. Неудивительно, что «Эфир» продвигался с большим напряжением и в конечном счете «вышел в отставку».

Зато другие проекты, такие как «Экспресс-РВ», наоборот, получили свою прописку в Национальной программе «Цифровая экономика», поскольку за ними стояли не просто какие-то «космические фантазии» Илона Маска о «глобальном бесплатном Интернете», а вполне конкретные потребности жителей северных территорий и экономики России. В качестве положительного момента отметим и то, что разработчики российской программы «Сфера» не стали изобретать велосипед, а решили использовать для реализации новых космических проектов хорошо отработанную платформу спутников «Гонец», что позволит нам сэкономить ресурсы.

При этом в программе «Сфера» нашлось место и инновационным технологиям, таким как спутниковый Интернет вещей. Как нам представляется, глобальная система «Марафон» позволит России закрепиться на новом перспективном рынке услуг спутникового IoT.

Таким образом, в проекте «Сфера» наряду со спутниковыми системами связи «Экспресс-РВ» и «Гонец» появится новая глобальная система «Марафон», которая будет нацелена на рынок Интернета вещей.

Соединение здорового консерватизма с новыми технологиями должно обеспечить российскому проекту «Сфера» успешное развитие на ближайшие годы.

Дмитрий Шульгин, Connect

Поделиться:
Спецпроект

ИТАПК – впервые в режиме онлайн

Подробнее
Спецпроект

Форум «ИТОПК-2020» оценил потенциал господдержки

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку