У человека должна быть цель, он без цели не умеет, на то ему и разум дан.
Если цели у него нет, он ее придумывает…
Братья Стругацкие
Спутниковая индустрия развивается высокими темпами, и новые приложения на основе ее достижений появляются постоянно. Однако пока мировое сообщество, занимающееся спутниковой связью и вещанием, торжествовало по поводу невероятных успехов новых и перспективных проектов спутникового ШПД на геостационарных и низких орбитах с перманентным развитием спутникового радиочастотного ресурса от C до Ku и далее от Ku до Ka, выяснилось, что в очередной раз этого оказалось мало. А ведь мы совсем недавно так радовались освоению нового диапазона Ка…
Спутник может иметь множество применений: не только для радиосвязи и радиовещания, но и для картографии, метеорологии, наблюдения поверхности Земли, радиоастрономии и пр. Вся эта нагрузка в итоге приводит к серьезному дефициту доступной полосы пропускания на околоземных космических просторах.
И вот уже появляются инициативы по изучению возможности перехода на новые диапазоны крайне высоких частот (КВЧ): Q (33–40 ГГц) и V (40–75 ГГц). Уж такой у индустрии аппетит. Одним словом, пришло время оценить потенциал более высоких радиочастот, которые могут помочь удовлетворить растущий спрос на приложения, требующие высокой пропускной способности сегодня и в будущем. И спутниковый радиоспектр в диапазонах Q/V – следующий рубеж для быстрого развертывания телекоммуникационной инфраструктуры.
Зачем нужны новые правила для диапазонов C и V
Разрешение от Федеральной комиссии по связи США FCC (Federal Communications Commission) на использование спутников, работающих в V-диапазоне, уже получила одна из ведущих спутниковых компаний мира – Hughes Network Systems. В июне минувшего года SES стала второй компанией, получившей одобрение FCC для спутниковой связи V-диапазона (на шесть спутников). Другие западные компании, включая Boeing, Viasat, SpaceX, OneWeb, Theia Holdings и Telesat, имеют схожие планы и активно занимаются разрешениями на использование спутниковых систем V-диапазона.
Специалисты отмечают, что зарезервированный для спутниковых систем радиоспектр С-диапазона (4/6 ГГц) в течение многих лет подвергался регулярным атакам со стороны наземных беспроводных сетей, даже несмотря на то что Всемирная конференция по радиосвязи (ВКР-15) подтвердила регуляторное первенство спутников в большей части спектра C-диапазона, а на ожидаемой вскоре ВКР-19 планируется широкое освещение новых правил использования спектра в диапазонах C и V. В частности, Одри Л. Аллисон, старший директор компании Boeing по системам управления частотами, попросила сделать такой обзор на ВКР-19, поскольку существующие пределы мощности в спутниковых сетях в диапазонах C и V были установлены более десяти лет назад, когда планировалось создание перспективной высокоэллиптической орбитальной группировки. Планируемая сеть так и не была построена, но правила остались в силе.
Теперь у Boeing имеется свой проект низкоорбитальной сети, использующей диапазоны V и С, что, как считается, представляет меньшую угрозу для занимающих те же частоты геостационарных спутников, чем спутники с сильно эллиптической орбитой. В целом же Boeing разрабатывает концепцию глобальной широкополосной системы, которая будет предоставлять широкий спектр современных телекоммуникационных услуг для коммерческих и государственных пользователей.
Готова ли индустрия к переходу на новые диапазоны?
Специалисты надеются, что дальнейшее развитие использования КВЧ для космических аппаратов класса HTS (High Throughput Satellite – спутники связи с высокой пропускной способностью) позволит, в частности, разгрузить линии связи между спутниками и наземными хабами, перенеся их из диапазона Ka в диапазоны Q/V. Это высвободит радиочастотный ресурс в диапазоне Ка, уменьшит количество требуемых хабов, а также позволит снизить стоимость передачи одного бита. Поэтому сейчас изучаются потенциальные продукты и услуги как для военных, так и для коммерческих применений.
Разумеется, затухание в диапазонах Q/V будет больше, следовательно, предпочтительно использование низких орбит. Разрабатываются способы смягчения эффекта затухания в миллиметровых волнах, например AСM (Adaptive Coding and Modulation – адаптивное кодирование и модуляция).
Вопрос: насколько готова спутниковая индустрия к переходу на новые диапазоны? Разумеется, как в свое время с Ka-диапазоном, будут возникать и технические, и нормативные проблемы. Сегодня возникают инициативы для тестирования различных видов радиосвязи в диапазонах Q/V. В марте 2016 г. Eutelsat стал одним из первых коммерческих операторов, который протестировал связь в диапазоне 40–50 ГГц на своем спутнике Eutelsat 65 West A.
Еще раньше для проведения тестовых испытаний Итальянское космическое агентство ASI (Agenzia Spaziale Italiana) в сотрудничестве с Австрийским космическим агентством ASA (Austrian Space Agency) разработало и реализовало на базе спутниковой сети Alphasat полезную нагрузку (созданную Thales Alenia Space и названную в честь покойного итальянского ученого Aldo Paraboni), которая работала в Q/V диапазонах частот и формировала три луча: два – на территории Италии и один – на территории Австрии.
В частности, Aldo Paraboni впервые протестировал алгоритмы выбора режима АСР, использующие спецификации вещательного стандарта DVB-S2 в спутниковом канале диапазона Q/V. При этом имелись в виду долгосрочные научные цели:
- статистика нарушений в распространении миллиметровых волн;
- координация измерений с европейских наземных терминалов;
- план синергетического использования прогноза погоды ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) и наблюдений поверхности Земли;
- параллельные измерения связи и распространения радиоволн;
- новые данные для разработки будущей техники смягчения последствий затухания и др.
Говорят, что проведенные исследования имели весьма обнадеживающие результаты для будущего развертывания перспективных телекоммуникационных сетей.
Планы Boeing и OneWeb
Что касается Boeing, то компания хочет, чтобы США и международные регуляторные органы ослабили ограничения в отношении низкоорбитальных спутниковых группировок широкополосной связи с использованием диапазонов C и V и специально запросили лицензию на запуск и эксплуатацию сети из 1396–2956 спутников V-диапазона.
Сеть V-диапазона Boeing будет работать на высоте 1200 км на той же орбите, что и спутниковая сеть OneWeb, работающая в Ku- и Ka-диапазонах. В своем обращении от 22 июня 2016 г. в FCC компания Boeing заявила, что сможет сосуществовать с OneWeb. Компания Boeing говорила также об особенностях своей сети в целях уменьшения объема орбитального мусора: во-первых, спутники будут сконструированы таким образом, чтобы противостоять воздействию мусора, во-вторых, они будут выведены с орбиты при «выходе на пенсию».
Boeing не оценивает, насколько большими или дорогими будут спутники, но говорит, что у них будет бортовая резервная копия для всех уязвимых или критических спутниковых систем, а также защитные экраны и чехлы для защиты от мусора. Компания заявляет, что спутники будут иметь только один топливный бак и 90% ракетного топлива будет зарезервировано для понижения орбиты спутников до высоты менее 500 км. Оттуда их орбита, естественно, будет снижаться, и они войдут в атмосферу задолго до 25-летнего ограничения, поощряемого международными рекомендациями.
Поскольку операторы геостационарных телекоммуникационных спутников Ku-диапазона выражали недовольство OneWeb, Тони Азарелли, вице-президент OneWeb по вопросам регулирования и политики, заявил, что компания будет следовать всем процедурам МСЭ для защиты сигналов от работающих в диапазоне Ku геостационарных спутников. Эта проблема особенно актуальна для экватора, где OneWeb даже взято обязательство отключить некоторые лучи своих космических аппаратов во избежание возможных помех сигналам геостационарных спутников. Кстати, компания Boeing не указала, какие меры она предпримет, чтобы в ее сети в C-диапазоне не возникло той же проблемы.
В целом же с освоением новых диапазонов по-прежнему связаны надежды на развитие систем сотовой связи пятого поколения (стандарта 5G). В частности, Boeing считает, что технологический прогресс обеспечивает возможность эффективного совместного использования спектра для предоставления глобальных услуг связи, включая приложения 5G, доставляемые через спутник. Остается немного подождать – до проведения ВКР-19.
Конечно, все перечисленное потребует немало дополнительных инвестиций и совершенно новых разработок. Свидетельство того, что такие разработки ведутся, – постоянный рост количества заявок на работу спутников в Q/V-диапазонах во всем мире. Правда, по имеющейся информации, таких заявок от отечественных субъектов пока нет, но мы-то знаем – еще не вечер…
