В последние годы российская и мировая пресса очень много писала о перспективной британской системе глобальной спутниковой связи OneWeb и о системе глобальной спутниковой связи Starlink, создаваемой компанией SpaceX. Однако свои, не менее грандиозные планы в секторе многоспутниковых группировок на низких и средних орбитах есть и у России, которая намерена создать глобальную спутниковую систему «Сфера», подразумевающую запуск на низкую орбиту более 600 малых спутников связи и дистанционного зондирования Земли.
Споры о перспективных орбитах
Когда мы ведем речь о возможности создания многоспутниковых группировок на низких и средних орбитах, то прежде всего необходимо отметить, что эта идея не является чем-то принципиально новым. Более того, если говорить о группировках на средних орбитах, то они существуют, причем давно, и вполне успешно справляются со своими задачами. Так, на средних орбитах сегодня работают все навигационные системы: GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou. Есть примеры создания группировок спутников связи и на низких орбитах – та же российская система «Гонец».
Однако до сих пор никто еще не пытался создать на низкой орбите спутниковую систему, включающую в себя сотни космических аппаратов. Разумеется, эта идея появилась тоже не вчера. Споры о том, насколько эффективна будет подобная система, ведутся много лет, и противники многоспутниковых группировок на низких орбитах как в России, так и за ее пределами располагают достаточно внятной аргументацией.
Так, на VI конференции «Связь на Русском Севере», прошедшей 5–6 сентября 2018 г. в Москве в Конгресс-центре МТУСИ, состоялся круглый стол по спутниковым системам, на котором, в частности, выступил заместитель генерального директора ЗАО «ВИСАТ-ТЕЛ» Валентин Антигонов. Эксперт достаточно подробно проанализировал все те сложности, с которыми придется столкнуться создателям многоспутниковых группировок на низких орбитах, когда они от собственно орбитальных проблем перейдут к решению вопросов с наземной составляющей системы. Речь идет о том, что современные технологии пока не позволяют создавать пользовательские терминалы с фазированными решетками по экономически приемлемым расценкам. Но если невозможен запуск массового производства таких дешевых терминалов, то сама идея «бесплатного спутникового Интернета для всех жителей Земли» тут же теряет всю свою привлекательность.
По мнению директора ЦКС «Сколково» Александра Крылова, нельзя решить проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) с геостационарными спутниками, которые нужно будет от них или отворачивать, или просто отключать. Далее, когда «низколеты» летят к северу, они стягиваются в одной плоскости на синусоиде: в результате где-нибудь в одной точке (например, над Северным полюсом) аппараты будут мешать друг другу, поэтому придется их отключать.
Таким образом, проблема ЭМС непреодолима в принципе, а это значит, на орбите можно иметь только одну подобного рода систему в одном диапазоне – даже две такие системы в одном диапазоне становятся физически нерешаемой задачей.
В то же время сильные аргументы есть и у сторонников многоспутниковых группировок на низких и средних орбитах, которые вполне справедливо указывают на тот факт, что столь любимая всеми геостационарная орбита испытывает перегрузку радиочастотного спектра. В частности, на XXIII международной конференции SАTCOMRUS 2018, прошедшей 3 октября 2018 г. в Москве, генеральный директор ФГУП НИИР Валерий Бутенко заявил о том, что на геостационарной орбите находятся 543 космических аппарата, из которых в действие введены: 407 аппаратов – в диапазоне C; 524 – в диапазоне Ku; 220 – в диапазоне Ka. Подано заявок на координацию: в диапазоне C – 1115; в диапазоне Ku – 1208; в диапазоне Ka – 1512; в перспективном диапазоне V – 707.
Приведенные цифры однозначно указывают на колоссальнейшую перегрузку и невероятную востребованность радиочастотного спектра для спутников на геостационарной орбите. Безусловно, все эти заявки не могут быть реализованы. Традиционные диапазоны C и Ku освоены и заняты на 100%, в настоящее время происходит окончательная загрузка диапазона Ka, который приблизительно через десять лет будет полностью исчерпан. Западные операторы уже сейчас высокими темпами занимают диапазон V: в 2011 г. на него было подано всего 28 заявок на координацию, а сейчас их уже более 700.
Добавим сюда хорошо известные проблемы спутников на ГСО с большими задержками в распространении сигнала. Так, при высоте орбиты 35 786 км ход луча «Земля – спутник» требует около 0,12 с. Полная задержка при использовании спутниковой связи для приема и передачи данных составит почти полсекунды. С учетом задержки сигнала в аппаратуре ИСЗ, аппаратуре и кабельных системах передач наземных служб общая задержка сигнала на маршруте «источник сигнала – спутник – приемник» может достигать 2–4 с. Такая задержка исключает возможность применения спутниковой связи в различных сервисах реального времени, которые сегодня активно развиваются в секторе IIoT. Не говоря уже о том, что геостационарная орбита не видна с высоких широт (примерно от 81° до полюсов), а на широтах выше 75° наблюдается очень низко над горизонтом, так что в высокоширотных районах Крайнего Севера (Арктики) и Антарктиды невозможны связь и телетрансляция с использованием ГСО.
Проект «Эфир»
Российские специалисты в отличие от своих зарубежных коллег не торопились с принятием решения по разработке многоспутниковых систем – долгое время они лишь присматривались к проектам OneWeb и Starlink. Безусловно, это был правильный подход: гораздо удобнее учиться на чужих ошибках и приступать к проекту, когда кто-то другой уже успел набить себе все шишки и совершил все мыслимые и немыслимые ошибки.
И только осенью 2017 г. в прессу впервые просочились 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 по 2024 г. включительно.
По планам Госкорпорация «Роскосмос» совместно с заинтересованными организациями должна была в январе – марте 2018 г. разработать концепцию системы. Примерно в этот же период 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. До конца 2020 г. должен был быть реализован первый этап опытно-конструкторских работ с разработкой и изготовлением опытных образцов компонентов ГМИСС. На реализацию проекта новой гибридной сети спутниковой и сотовой связи по расчетам до 2020 г. планировалось выделить 299 млрд руб.
Стоит напомнить, что в ноябре 2017 г. глава одного из российских операторов AltegroSky Сергей Пехтерев выступил с критикой идеи ГМИСС. В частности, в интервью РБК он назвал ГМИСС «полным клоном OneWeb» и высказал сомнения по поводу окупаемости этого проекта: «Российская система сможет продавать услуги дружественным нам странам – Белоруссии, Венесуэле, возможно, странам Евразийского экономического союза, Кубе, но еще большой вопрос, найдется ли в них достаточное количество платежеспособных пользователей, чтобы окупить затраты на подобную глобальную систему».
В декабре 2017 г. правительственная комиссия по использованию информационных технологий под руководством премьер-министра Дмитрия Медведева утвердила проект.
Весной 2018 г. «Российские космические системы» (РКС – входит в Госкорпорацию «Роскосмос») раскрыли для представителей СМИ некоторые детали проекта «Эфир». 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 обеспечивать 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.
Пользователям «Эфира» будут доступны услуги телефонной связи и доступа в Интернет. Важно отметить, что изначально планировалось предоставление не только традиционных услуг, но и оказание инновационных сервисов, связанных с быстро развивающейся сферой Интернета вещей (мониторинг движения транспорта и беспилотных аппаратов и т. д.). Поскольку, в отличие от зарубежных проектов типа OneWeb и Starlink, наш российский «Эфир» был развернут в сторону крупного бизнеса, заинтересованность в проекте выразили добывающие и энергетические компании, ЖКХ, сельское хозяйство, транспорт, электронная коммерция, медицина, образование и индустрия развлечений. На тот момент предполагалось развернуть систему «Эфир» к 2025 г.
Для реализации проекта РКС намеревалась сформировать консорциум с участием ракетно-космической корпорации «Энергия» и представителей телеком-индустрии. При этом РКС выразила намерения создавать систему на основе российских решений и компонентов, что выглядело вполне разумным решением на волне все усиливающихся антироссийских санкций.
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 принято не было, поскольку у ВЭБ возникли серьезные сомнения в целесообразности финансирования создания этой системы.
РКС предполагала запустить первый этап проекта «Эфир» (формирование облика системы, проработка рынка) без дополнительного финансирования. Кроме того, РКС планировала привлечь деньги частных инвесторов и фондов. Касательно последней идеи экспертами российской космической отрасли высказывались обоснованные опасения. Так, директор конструкторской компании «Космокурс» Павел Пушкин назвал проект рискованным и предположил, что средства на развитие «Эфира» разумнее будет искать у крупных представителей телеком-отрасли России.
Спутниковая система связи «Сфера»
7 июня 2018 г. состоялась ежегодная телепередача, в ходе которой Президент Российской Федерации Владимир Путин ответил на вопросы граждан России. В числе прочих поднималась и тематика 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 (дистанционного зондирования Земли).
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, ДЗЗ (дистанционного зондирования Земли). Интерес к этому проекту проявляют как отечественный бизнес, так и зарубежные партнеры, и его реализации нужно давать полный ход», – заявил Владимир Путин.
Здесь очень важно отметить, что формирование отдельной ФЦП по развитию данного проекта означает, что система «Сфера» будет реализовываться не только за счет 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 системы из 640 малых спутников планируется начать в 2022 г. при помощи «тяжелых» ракет «Ангара-А5» (кластерный запуск 25 ракет для всей группировки).
Заметим попутно, что Дмитрий Рогозин таким образом одним выстрелом убивает двух зайцев: выводит на орбиту сотни спутников и создает такой увесистый портфель заказов, который обеспечит гарантированную многолетнюю загрузку омскому производственному объединению «Полет», где должны собираться универсальные ракетные модули для «Ангары», что позволит скорее отойти от производства «Протонов» на площадке в Филях. Рогозин рассчитывает реализовать свой план по закрытию московского производства ГКНПЦ имени Хруничева уже к 2021 г., сконцентрировавшись на омской площадке. Это должно способствовать решению сложной финансовой проблемы ГКНПЦ.
Запуск всей группировки малых спутников связи, по замыслу разработчиков системы, должен быть осуществлен за шесть лет – с 2022 по 2028 г. Это позволит России конкурировать с зарубежными многоспутниковыми системами типа OneWeb и Starlink.
По сообщению агентства ТАСС, большая часть заинтересованных ведомств уже согласовала концепцию программы глобальной спутниковой системы «Сфера»: «В настоящее время концепция программы «Сфера» 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, что проекты по созданию ракеты-носителя сверхтяжелого класса, проект «Сфера» и российские «лунные миссии» будут объединены в одну госпрограмму под названием «Космическая деятельность России на период до 2030 г.» – предложения по ней должны 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.
Подчеркнем, что назначение этой системы – 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. Решетнёва», оператором и эксплуатирующей организацией – АО «Спутниковая система «Гонец».
При 12 спутниках, расположенных на орбите 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, на экваторе перерывы в передаче сигнала составляют около 15 минут. При полной реализации системы связь будет доступна онлайн в любой точке земного шара.
Сегодня 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 режиме, 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 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.
Работа по двум направлениям
Хотя данный материал посвящен российским проектам, не стоит упускать из виду одно важное обстоятельство: для работы на российском рынке OneWeb создала совместное с «Роскосмосом» предприятие «Уанвеб», где 60% принадлежит OneWeb, а 40% – системе спутниковой связи «Гонец», которую контролирует «Роскосмос». Кроме того, отметим, что реализация проекта OneWeb во многом зависит от российских партнеров: так, в 2015 г. OneWeb подписала соглашение с французской Arianspace и структурами «Роскосмоса» на запуск нескольких сотен спутников связи. Они должны быть выведены на околоземную орбиту с помощью 21 ракеты-носителя «Союз» с космодромов Куру и Байконур. В конце 2018 г. появилась информация от агентства Reuters со ссылкой на «источники в Кремле» о том, что представители OneWeb предложили российскому Правительству возможность приобрести 12,5% акций компании в обмен на одобрение ее запроса о выделении полосы частот для работы системы в РФ. Если Россия купит миноритарную долю в компании OneWeb, то российские представители смогут войти в совет директоров, а специалисты – получить доступ к технической документации всего проекта.
9 июля 2019 г. представители компании OneWeb заявили на своей странице в Twitter (https://twitter.com/OneWeb/status/1148368853434544131), что спутники успешно испытаны. «Результаты теста хорошие. Спутники работают лучше, чем ожидалось», – говорится в сообщении.
Как видим, Россия ведет работу сразу по двум направлениям: разрабатывает собственную многоспутниковую группировку на низких орбитах и фактически контролирует ход работ по системе OneWeb. Причем российская система «Сфера» в отличие от зарубежных аналогов обладает неоспоримыми преимуществами:
- «Сфера» является частью мощной государственной программы, следовательно, эта система будет располагать устойчивым финансированием, которое не будет зависеть от перепадов настроений акционеров, биржевых спекуляций и пр.;
- основой системы связи «Сфера» станут космические аппараты «Гонец-М1», которые прошли необходимый этап отработки технологий и могут стать надежной основой, в то время как спутники систем OneWeb и Starlink являются принципиально новыми КА (кстати, три из 60 запущенных в мае 2019 г. спутников проекта Starlink перестали отвечать на запросы наземных станций управления. Сейчас они остаются на первоначальной орбите, но будут медленно снижаться под воздействием гравитации, до тех пор пока не сгорят в плотных слоях атмосферы);
- российский проект хорошо продуман именно в отношении работы с государственными ведомствами и крупными корпорациями: «Сфера» предлагает свои услуги прежде всего крупному бизнесу, который в состоянии оплатить спутниковые услуги связи, тогда как зарубежные системы рассчитывают в основном на физических лиц по всему миру.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что российский проект многоспутниковой группировки на низкой орбите будет успешно реализован в запланированные сроки.
