Проект «Глобалстар».
Практически все стороныжизни современного человека прочно
связаны со средствамикоммуникаций, Постоянно возрастающая миг-
рация населения и условияжизни требуют возможности обеспечения
быстрой и надежной связи, которая сегодня устанавливается не
между географическимипунктами, а между людьми. Поэтому фир-
мы-производители систем дальней связи делают все возможное для
удовлетворения непрерывнорастущих потребностей в данной облас-
ти, расширяяинфраструктуру проводных, оптоволоконных, спутнико-
вых и радиотелефонныхсетей.
Однако до последнего времени не решены проблемы обеспечения
абонентов глобальнойперсональной телефонной связью, а также
проблемы совместимостисотовых систем подвижной связи различного
типа, что требуетсоздания общедоступной и экономичной глобаль-
ной сети связи. Проект«Глобалстар», инициированный известными
фирмами в областикосмических систем и комплексных технологий
дальней связи«Loral» и «Qualcomm», предусматривает создание та-
кой сети, используясуществующую наземную инфраструктуру провод-
ной и радиотелефоннойсвязи.
Система«Глобалстар» обеспечивает абонентов сравнительно не-
дорогой и надежнойтелефонной связью, которую можно установить
между любыми (кромеполюсов) точками земного шара. Она состоит
из космического, наземногои абонентского узлов.
В космический узелвойдет созвездие из 48 низкоорбитальных
спутников, каждый изкоторых представляет собой усилитель-рет-
ранслятор высокочастотныхсигналов, выведенный на высоту 1406
км. Средний проектныйсрок службы спутников составляет 7,5 лет.
Спутники находятся навосьми орбитальных плоскостях, по шесть на
плоскость, что гарантирует охват практически всей поверхности
планеты. Использованиенизкоорбитальных спутников снижает мощ-
ность радиосигнала почти в100 раз, сокращает задержку в получе-
нии сигнала и устраняетзхо, являющееся серьезной проблемой в
системах связи нагеостационарных спутниках. У каждого спутника
имеется шестьсфокусированных лучей, определяющих эллиптические
зоны обслуживания абонентов, при этом каждый из них способен
обеспечить работу какминимум 2800 дуплексных речевых каналов и
каналов передачи данных. В радиоинтерфейсах между спутниками и
Землей используетсяперспективная цифровая технология СДМА (мно-
гостанционный доступ скодовым разделением каналов), имеющая целый ряд преимуществ по сравнению сдругими технологиями в части
помехозащищенности,меньшего уровня излучаемой мощности, большей
пропускной способности,предотвращения несанкционированного дос-
тупа в сеть и т.д. Каждыйиз спутников осуществляет связь как с
абонентами, так и напрямуюс узловыми станциями. Для линий связи
«спутник – абонент» используется диапазон частот 1,61- 1,626
ГГц; для линий связи«спутник — узловая станция» используются
диапазоны 5,1995-5,216 ГГц (направление «вниз») и 6,525-6,5415
ГГц(направление«вверх»). Межспутниковый обмен информацией в
системе отсутствует.
Спутники для системы«Глобалстар» будут производиться фирмой
«Space SystemsLoral», которая представляет собой международный
конгломерат несколькихфирм, совместно работающих над рядом про-
ектов в области космическихисследований, а именно: «Alcater»,
«Aerospatiale»,«Alenia», «Deutche Aerospace».
Наземный узел системы «Глобалстар» состоит из узловых стан-
ций; систем слежения, телеметрии и передачи команд; систем уп-
равления полетом спутникови центра управления сетью. Каждая уз-
ловая станция одновременноподдерживает связь с тремя спутниками
и, кроме того, обеспечивает интерфейс для связи сети системы
«Глобалстар» сАТС местной телефонной сети региона или с центра-
ми коммутации сотовыхрадиотелефонных сетей, прежде всего стан-
дартов AMPS и GSM. Оборудование системы «Глобалстар» не влияет
на работу наземныхсотовых сетей, поскольку в ней используются
другие частоты. Каждаястрана будет осуществлять независимый
контроль над своимиузловыми станциями и над доступом к телефон-
ной сети находящихся на еетерритории абонентов. В функции сис-
темы входит такжеоперативное обнаружение абонента, посылающего
или принимающего вызов.
В функции центра сетевого управления входит регистрация и
проверка вызовов, определение длительности и тарификация разго-
вора и т.д., а такжеуправление базой данных о состоянии сети,
контроль и распределениесетевых ресурсов (каналов связи, час-
тот, спутников).
Контроль надэскадрильей спутников осуществляется с помощью
систем слежения, телеметрии и передачи команд. Данные контроля
орбитальной деятельностиспутников посылаются в центры контроля
над сетью, откуданаправляются в узловые станции для осуществле
ния сопровождения и другихфункций.
Из-за постоянного движения спутников и изменения территории
охвата время от временивозникает необходимость передачи обслу-
живания абонента от одногоспутника к другому. Для этой цели ис-
пользуются возможноститехнологии СДМА, позволяющие абонентскому
терминалу одновременно поддерживать связь с двумя или тремя
спутниками, улучшаякачество принимаемого суммарного сигнала, и
программными средствами,выбирая оптимальные каналы связи. Окон-
чательная передачаабонента (незаметная для него) на обслужива-
ние следующему спутнику происходит лишь тогда, когда абонент
прочно обосновался- на еготерритории. Абонентские терминалы ос-
нащены всенаправленнымиантеннами, что облегчает одновременную
связь с несколькимиспутниками и снимает необходимость постоянно
направлять антенну наспутник для поддержания связи.
На начальной стадии эксплуатации планируется использование
двух типов абонентскогооборудования, входящего в абонентский
узел системы«Глобалстар». Это портативные терминалы для переда-
чи речевых сигналов инавигации, а также передвижные и стацио-
нарные навигационныеаппараты. В качестве дополнительно оплачи-
ваемой услуги абонентможет обслуживаться как в одиночном режи-
ме, когда абонентскийтерминал позволяет выходить в сеть «Гло-
балстар». так и вдвойном режиме, когда абонент может выходить
дополнительно и в другуюназемную сотовую радиотелефонную сеть.
Благодаряиспользованию технологии СДМА уровень излучения
абонентского терминалабудет установлен ниже официально допусти-
мых пределов, принятых вразличных странах. Средняя мощность из-
лучения менее 200 МВт.
Каждому абонентскому терминалу системы присваивается индиви-
дуальный номер, который, вотличие от традиционных телефонов, не
зависит от местонахождения абонента (используемая реализация
технологии СДМАпредполагает наличие до 4,4 млрд. вариантов раз-
личных кодов).
Услуги сети«Глобалстар» направлены на обслуживание четырех
групп пользователей;
– проживающих в районах,не охваченных подвижной связью;
– работающих или проживающих в районах, охваченных подвижной
связью, но частовыезжаюших за пределы территории обслуживания;
– стационарныхабонентов, находящихся в районах, не охваченных телефонной связью;
– абонентов, нуждающихсяв индивидуальной или особой телефонной
связи.
К этим группампотенциальных потребителей относятся различные
государственные и частныеорганизации. в том числе: водители су-
хопутного и водноготранспорта, командированные, органы охраны
порядка, спасательныеотряды и бригады скорой помощи, поисковые
экспедиции, туристы.сельские отделения частных организаций. не
охваченные местнымипроводными и сотовыми телефонными сетями,
коммунальные службы,которым необходимо периодически снимать по-
казания счетчиков расходагаза, электроэнергии и воды, службы
охраны природных ресурсови т, д,
Помимо обычнойтелефонной связи система «Глобалстар» предос-
тавляет навигационныеуслуги. Одна из самых простых услуг — оп-
ределение местонахожденияабонента, когда тот с помощью своего
терминала рассчитывает свои координаты на основе контрольного
тонального сигнала,посылаемого системой.
Еще один вид навигационных услуг — обеспечение двусторонней
связи с помощью обменакраткими сообщениями. Такой обмен может
использоваться вэкстренных случаях, когда абоненту необходимо
дать знать о своемместонахождении службам оперативной помощи
или семье (несчастныйслучай, поломка автомобиля и т.п.).
Третий виднавигационных услуг включает определение местона-
хождения абонента (расчет координат производится на узловой
станции) и передачукоординат определенному заранее кругу або-
нентов. Эти услуги найдутприменение в работе диспетчеров транс-
порта, при поискеукраденных автомобилей и т.д.
Структура сети системы«Глобалстар» показана на рисунке. Сис-
тема разработана такимобразом, чтобы наиболее эффективно осу-
ществлять качественнуюпередачу речи и предоставление других ин-
формационных услуг приотносительной простоте подключения новых
абонентов. Для еще болееполного охвата обслуживаемых территорий
могут быть выведены наорбиту дополнительные спутники. Запуск
спутников намечен на 1997г., ввод системы в эксплуатацию — на
1998 г.
Данный проект — неединственный в мире. однако только он ори-
ентирован на использованиетехнологии СДМА.
В последние годы вомногих странах, обладающих космическими
– 5 –
технологиями, ведутсяработы по созданию подобных систем с высо-
тами орбит космическихаппаратов от 700 до 2000 км. Наиболее из-
вестен аналогичный проект«Иридиум» (в реализации его принимает
участие НПЦ им. Хруничева), основанный на 66 спутниках, исполь-
зующий в радиоинтерфейсахтехнологию СДМА, близкую к стандарту
сотовой связи GMM, ипланируемый к реализации практически в те
же, что и«Глобалстар», сроки. Существуют также аналогичные рос-
сийские проекты, например, «Гонец» и «Сигнал». Однако на сроки
их реализации существенноевлияние оказывает дефицит финансиро-
вания.
Несмотря на сравнительнонебольшую (в масштабах планеты) про-
пускную способность систем глобальной персональной связи (в
предлагаемой начальнойконфигурации), они уже сейчас заочно на-
чинают конкурировать другс другом за рынки сбыта путем предва-
рительного сравненияспектра предлагаемых услуг их ориентировоч-
ной стоимости, перспективразвития, привлечения инвесторов и по-
тенциальных пользователей.
Предварительныйсравнительный анализ систем «Глобалстар» и
«Иридиум» былприведен в статье Л.Я. Кантора и И, С. Поволоцкого
«Системы персональной подвижной связи через низкоорбитальные
ИСЗ» («Вестниксвязи — N% 11, 1994 г.). Основные параметры сис-
тем приведены в таблице.
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Проект »Иридиум” «Глобалстар» │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Числоспутников 66 48 │
│Высотаорбиты 900 1400 │
│Емкостьсистемы, │
│тыс.каналов 56 65 │
│Срокслужбы, лет 5 7,5 │
│Стоимостьсистемы, млрд.USD 3,4 1,7 │
│Стоимостьтерми- │
│нала,USD 3000 750 │
│Предполагаемаяоплата │
│за1мин.разговора │
│(только спутниковыйсег- │
│мент), USD 3 0,3 │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
– 6 –
Как видно, «Глобалстар* обещает более выгодные условия для
абонента. Это связано стем. что принятая концепция построения
этой системы предполагаетпроизводить всю обработку сигнала на
Земле. опираясь набольшое число узловых станций. „Иридиум“ же
предполагает производитьподавляющее число соединений с исполь-
зованием межспутниковыхлиний связи, уменьшив до минимума число
наземных станций, чтоприводит к необходимости иметь сложные
(содержащие коммутационноеоборудование, дополнительные следящие
антенны, источникипитания и т.д.) и, соответственно, более тя-
желые и дорогиеспутники, требующие значительных затрат на их
запуск. Известно, чтоувеличение сложности всегда приводит к
уменьшению надежности. Более того, малое число наземных узловых
станций приведет кнеобходимости задействования при прохождении
вызова большого количества наземных телефонных сетей и каналов
межспутникового обмена,что вызовет дополнительные расходы.
В настоящее время проекты „Глобалстар и “Иридиум» получили
положительную оценкуМинистерства связи РФ для проведения подго-
товительной работы погрядущему их использованию в России, где
благодаря необъятнымпросторам достаточно «белых» пятен в теле-
коммуникационномобслуживании. По ориентировочным оценкам к 2005
г. в России можно ожидатьдо 1 млн. пользователей таких систем
связи.
Геодезическиеспутники (ERS-1,ERS-2).
Летом 1991 годатогдашнее советское правительство дало фран-
цузскому судну «Астролаб» разрешение пройти через закрытое с
1922 года для западногофлота Баренцево море на севере Советско-
го Союза. Северовосточныйпроход через Баренцево море, Карские
Ворота и море Лаптевых кБерингову проливу сокращает путь из Ев-
ропы в Японию на 20 днейпо сравнению с торговым путем через Су-
эцкий канал. Расстояниеот Новой Земли до Берингова пролива,
равное примерно 5.600 километрам, можнопреодолеть только в лет-
нее время, да и то лишьпри помощи ледоколов, причем даже летом
суда нередко на целыемесяцы вмерзают в паковый лед. Северовос-
точный проход тоже искалиоколо 300 лет: в 1878-79 годах он был
впервые покорен А. Э.Норденшельдом.
«Ледоваявахта» судна «Астролаб» располагалась не как при
Амундсене, на мачте в такназываемом «вороньем гнезде», и не на
капитанском мостике, авысоко в небе.
Всего лишь за десятьдней до того, то есть 17 июня 1991 года,
был выведен на орбитугеодезический спутник ERS-1. Главной зада-
чей спутников, сконструированных по заказу Европейского косми-
ческого агентства (ESA) иучастников консорциума под руководс-
твом фирмы Дорниер,дочернего предприятия DASA (Deutsche Aerona-
utics and SpaceAdministration), должны были стать наблюдения за
океанами и покрытыми льдомчастями суши, чтобы представить кли-
матологам, океанографам иорганизациям по охране окружающей сре-
ды данные об этихмалоисследованных регионах. Спутник был осна-
щен самой современноймикроволновой аппаратурой, благодаря кото-
рой он готов к любойпогоде: «глаза» его радиолокационных прибо-
ров проникают сквозь тумани облака и дают ясное изображение по-
верхности Земли, черезводу, через сушу, — и через лед. Теоре-
тически он должен былпредставить идеальную карту ледовой обста-
новки. А передвижениесудна «Астролаб» должно было перепроверить
ее в суровых условияхполярного моря.
Основным инструментом спутника является Synthetic Aperture
Radar SAR, который ведетнаблюдения по полосе шириной в 100 ки-
лометров паралельно земнойорбите. SAR посылает микроволновые им-
пульсы на Землю. Поотраженным эхо-сигналам можно судить о типе
и структуре, а также и остепени удаленности земной поверхности.
По данным, которые спутникERS-1 посылает во время своего полета
над полярным морем наЗемлю, ESA и норвежским NERSC (Nansen En-
vironmental andRemote Sensing Center) были составлены карты ле-
довой обстановки. Черезспутники связи Inmarsat эти карты были
отправлены на«Астролаб» по факсу. На них можно различить чистые
воды и ледовуюповерхность, а кроме того, карты дают сведения о
возрасте и толщине льда.Это важно для определения курса, потому
что свежий лед легчерасколоть, чем многолетний, а тонкий — лег-
че, чем толстый. Судно«Астролаб» и его сопровождающие искали
пути по этим картам.
Чтобы данные можно былоиспользовать для определения курса,
они должны бытьактуальными. Ученым помогло то, что полярная
траектория ведет спутникичерез полюс на небольшом расстоянии:
им удавалось за несколькочасов обработать представляемые ERS-1
данные и нанести их накарты. Этот спутник в качестве «ледовой
вахты» был новым,неиспытанным. Так что команда судна «Астролаб»
сверяла данные на картахледовой обстановки с тем, что было вид-
но при помощи бортовогооборудования, — а видно было совсем нем-
ного. Потому что видимостьна море, нередко покрытом завесой ту-
мана, составляла порой не более 200 метров. Зато спутниковые
данные — за немногимиисключениями — оказывались точными. ERS-1,
едва стартовав, доказалсвою способность нести ледовую вахту и
выполнять важные задания.
В торговом судоходствевдали от полярных регионов наблюдения
геодезических спутниковтоже находят полезное применение. Спут-
ник ERS-1 при помощи своихмикроволновых сенсорных устройств за-
меряет направление искорость ветра на поверхности воды; метеос-
путникам (таким, какMeteosat) удавалось сделать эти замеры
только на верхней кромкеоблаков. Радары-высотомеры и SAR ре-
гистрируют высоту, длину инаправление волн. И, наконец, ERS мо-
жет определитьтемпературу на поверхности воды. До сих пор все
эти результаты измеренийдавали только буи, суда и оптические
спутниковые системы. Нобуи и суда могут проводить только точеч-
ные пробы, которые к томуже из-за разных методов измерений надо
сравнивать, а оптическимспутниковым системам часто препятствуют
образующиеся надповерхностью воды облака и туман. В противопо-
ложность этому ERS можетза сравнительно короткое врамя охватить
с помощью растров всюповерхность океана. Все эти данные учиты-
ваются в системеоптимизации судоходных маршрутов, разработка
которой в качествепилотного проекта началась на предприятии
Дорниер летом 1993 года.На первой стадии было разработано прог-
раммное обеспечение, которое с октября 1994 года выверяется на
практике на маршрутахСеверной Атлантики.
Партнерами фирмыДорниер в этом проекте являются Институт
Макса Планка, Морскаяметеослужба в Гамбурге, Метеорологическая
служба Германии, Федеральное ведомство морского судоходства и
гидрографии,Исследовательский центр Geesthacht и фирма AnschGtz
в Киле, в навигационнойуправляющей системе которой (Nopsy) ис-
пользуется и новоепрограммное обеспечение. Система обрабатыва-
ет, с одной стороны, данные метеослужб и данные геодезических
спутников относительно волнения моря, направлении и скорости
ветра, а с другой — соответствующие характеристики судна (разме-
ры, загрузка, статика ит.д.). На основе этих сведений разраба-
тывается скорейший и,соответственно самый выгодный с точки зре-
ния расходов маршрут. Потому что в судоходстве кратчайший путь
между портом отплытия ипортом назначения вовсе не всегда оказы-
вается и самым скорым, вчем на своем печальном опыте убедились
еще полярныемореплаватели.
Уже сегодня торговыесуда получают указания по поводу курса,
в частности, от морскойслужбы погоды, которая разрабатывает
центральный план маршрутов и рассылает на суда по факсу. План
должен помочь им обойтиштормовые зоны и придерживаться надежно-
го и скорого курса. Новая система допускает децентрализованное
планирование за счеткомпьютера и приемной станции на борту того
или иного корабля, и благодаря этому быстрее предоставляются
данные, которые опять-такибыстрее могут быть актуализированы.
Это — большоепреимущество, особенно для долгого плавания и при
полученном заранеепрогнозе. С помощью новой системы судоходных
маршрутов капитан может проверять на бортовом компьютере путь
следования своего суднакаждый раз, когда поступает новый прог-
ноз о волнении на море.Кроме того, благодаря данным, полученным
через ERS, сообщения оволнах и ветре отличаются большей точ-
ностью, чем раньше.
Ученые, которыеразрабатывают новое программное обеспечение,
в своих размышлениях идут уже на шаг вперед: в компьютерные
программы может бытьвведена информация о морских портах и воз-
можностях погрузки иразгрузки судов. Можно контролировать, нап-
ример, контейнер спомощью спутников связи, проследить и доку-
ментировать его путь ототправителя до адресата. Дело в том, что
сегодня по мировому океануплавают многие тысячи контейнеров, о
которых уже вовсенеизвестно, куда они были направлены. Планиро-
вание маршрутов приправильной его организации с использованием
геодезических спутников испутников связи может вырасти в регу-
лярную систему управленияторговым судоходством.
При всем том,разработка судоходных маршрутов это, говоря об-
разным языком, тольковерхушка айсберга, если только вспомнить о
расшифровке данных ERS обокеанах и покрытых льдом пространствах
Земли. Нам известнытревожные прогнозы общего потепления Земли.
которые приведут к тому, что растают полярные шапки и повысится
уровень моря. Затопленыбудут все прибрежные зоны, пострадают
миллионы людей.
Но нам неизвестно,насколько правильны эти предсказания. Про-
должительные наблюдения заполярными областями при помощи ERS-1
и последовавшего за нимв конце осени 1994 года спутника ERS-2
представляют данные, наосновании которых можно сделать выводы
об этих тенденциях. Онисоздают систему «раннего обнаружения» в
деле о таянии льдов.
Благодаря снимкам,которые спутник ERS-1 передал на Землю, мы
знаем, что дно океана сего горами и долинами как бы «отпечаты-
вается» на поверхностивод. Так ученые могут составить представ-
ление о том, является лирасстояние от спутника до морской по-
верхности (с точностью додесяти сантиметров измеренное спутни-
ковыми радарнымивысотомерами) указанием на повышение уровня мо-
ря, или же это«отпечаток» горы на дне.
Хотя первоначальноспутник ERS-1 был разработан для наблюде-
ний за океаном и льдами, он очень быстро доказал свою многосто-
ронность и по отношению ксуше. В сельском и лесном хозяйстве, в
рыболовстве, геологии икартографии специалисты работают с дан-
ными, представляемымиспутником. Поскольку ERS-1 после трех лет
выполнения своей миссии онвсе еще работоспособен, ученые имеют
шанс эксплуатировать еговместе с ERS-2 для общих заданий, как
тандем. И они собираются получать новые сведения о топографии
земной поверхности иоказывать помощь, например, в предупрежде-
нии о возможныхземлетрясениях.
Спутник ERS-2 оснащен, кроме того, измерительным прибором
Global OzoneMonitoring Experiment Gome который учитывает объем
и распределение озона идругих газов в атмосфере Земли. С по-
мощью этого прибора можнонаблюдать за опасной озоновой дырой и
происходящимиизменениями. Одновременно по данным ERS-2 можно
отводить близкое к землеUV-B излучение.
На фоне множества общихдля всего мира проблем окружающей
среды, для разрешениякоторых должны предоставлять основополага-
ющую информацию и ERS-1, и ERS-2, планирование судоходных марш-
рутов кажется сравнительно незначительным итогом работы этого
нового поколенияспутников. Но это одна из тех сфер, в которой
возможности коммерческого использования спутниковых данных ис-
пользуются особенноинтенсивно. Это помогает при финансировании
других важных заданий. Иэто имеет в области охраны окружающей
среды эффект, которыйтрудно переоценить: скорые судоходные пути
требуют меньшего расходаэнергии. Или вспомним о нефтяных танке-
рах, которые в штормсадились на мель или разбивались и тонули,
теряя свой опасный дляокружающей среды груз. Надежное планиро-
вание маршрутов помогаетизбежать таких катастроф.