В рамках прошедшего 5–7 декабря 2019 г. в Санкт-Петербурге IX Международного форума «Арктика: настоящее и будущее» прозвучала информация об уже принятом решении на выделение для спутниковой составляющей системы «Экспресс-РВ» 43 млрд руб. из федерального бюджета. Остальное финансирование проекта планирует обеспечить госпредприятие «Космическая связь» – в основном из заемных средств. Таким образом, созданию спутниковой системы на ВЭО дан зеленый свет.
Возможность реализации проекта «Экспресс-РВ» рассматривается уже более десяти лет. В частности, приказ Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации № 116 «Об утверждении перечня мероприятий по обновлению и развитию гражданских спутниковых систем связи и вещания государственного назначения» от 16 октября 2007 г. предписывал запустить три спутника «Экспресс-РВ» в 2009–2010 гг. Однако вызывающая вопросы в этом проекте коммерческая составляющая препятствовала его своевременному осуществлению.
Госпредприятием ФГУП «Космическая связь» (ГП КС) – разработчиком системы спутниковой связи «Экспресс-РВ» – был подготовлен необходимый системный проект.
Основные задачи системы
В целях покрытия территории Российской Федерации при высоких углах места для системы «Экспресс-РВ» была выбрана типовая четырехспутниковая группировка с разносом орбитальных плоскостей на 90º.
Система спутниковой связи «Экспресс-РВ» с использованием космических аппаратов на высокой эллиптической орбите (ВЭО) должна решать следующие задачи:
- обеспечение подвижной связи для государственных потребителей на всей территории России, включая Арктическую зону;
- организация сетей широкополосного доступа (ШПД) на подвижных платформах (самолеты, суда, железнодорожный транспорт, автомобили) также на всей российской территории;
- предоставление услуг фиксированной связи в Арктической зоне, где не работают геостационарные сети.
Система позволяет обслуживать не только Россию, но и Канаду, США, Швецию, Исландию, Норвегию, Финляндию и Данию. Однако после известных событий 2014 г. зарубежные страны фактически отказались от совместного использования российской системы, что негативно сказалось на коммерческой составляющей всего проекта.
Выбор типа орбиты
Важным этапом разработки системы «Экспресс-РВ» стал выбор типа орбиты. Наиболее известны два типа ВЭО – «Молния» и «Тундра».
Орбита типа «Тундра» с периодом обращения 24 часа менее освоена, хотя известно об ее использовании американской системой непосредственного звукового вещания SiriusXM Radio: спутники Sirius FM-1/2/3 были запущены в 2000 г. на орбиту типа «Тундра» с помощью российской ракеты-носителя «Протон».
Преимуществами орбиты «Молния» можно считать лучшую освоенность, более высокую энергетику радиолинии (благодаря меньшей высоте апогейной области) и значительно меньшие энергетические затраты при выведении КА на орбиту.
Основным преимуществом, определившим выбор орбиты типа «Молния», является наличие сопряженного витка, что позволило значительно расширить зону покрытия и практически удвоить пропускную способность системы связи.
Известны группировки на орбите «Молния» в составе двух, трех и четырех спутников.
В четырехспутниковой группировке спутники располагаются в четырех орбитальных плоскостях, разнесенных на 90º, и проходят над одними и теми же наземными пунктами, т. е. имеют общую трассу. Подобная группировка называется изомаршрутной – она очень удобна именно для организации связи: в такой группировке длительность рабочего участка составляет 6 часов, высота точки входа/выхода – 30 тыс. км.
Система для людей
«Многофункциональная система спутниковой связи «Экспресс-РВ» позволит успешно решать задачи в области развития систем связи и обеспечения доступных сервисов на всей территории нашей страны, а также задачи цифровой трансформации России, которые определены Указом Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г., – отметил генеральный директор ГП КС Юрий Прохоров. – Кроме того, система «Экспресс-РВ» обеспечит услугами ШПД пользователей на северных территориях России и других стран Арктического совета, а также на Северном полюсе, включая международные научно-исследовательские экспедиции».
Согласно презентации руководства ГП КС, количество пассажиров, которые смогут ежегодно пользоваться ее услугами, составит:
для морских перевозок – до 1 млн человек;
для авиаперевозок – до 12 млн человек;
для поездов дальнего следования – до 13 млн человек;
для междугородных автобусов – до 25 млн человек.
По оценкам Европейского космического агентства, к 2020 г. в арктических регионах общая потребность систем спутниковой связи может достигнуть 400 Мбит/с для широт выше 75º с. ш. и 4 Гбит/с для территорий за полярным кругом, причем 40–45% составляет емкость для российских задач.
Основные характеристики системы
Система будет состоять из четырех спутников на ВЭО и наземного сегмента, в ее зону обслуживания будут входить вся территория России и Арктический регион. Для работы спутниковой системы необходимы частоты в С-, Кu- и L-диапазонах – для оказания услуг широкополосного доступа в Интернет.
Общая емкость сети составит 4,4 Гбит/с. Абоненты будут пользоваться услугами передачи данных на скоростях до 80 Мбит/с. Помимо стационарных объектов оборудование системы «Экспресс-РВ» сможет работать и на движущихся объектах, включая транспорт, проходящий вдоль Северного морского пути.
Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) в начале 2019 г. выделила госпредприятию ФГУП «Космическая связь» – разработчику системы спутниковой связи «Экспресс-РВ» – необходимые частоты для ее создания. Однако Госкорпорация «Роскосмос» выразила опасения, что «Экспресс-РВ» создаст проблемы для работы принадлежащих ей спутниковых систем «Луч» и «Гонец».
Зона покрытия в Ku-диапазоне предусматривается многолучевой и должна будет включать всю территорию Российской Федерации и арктического бассейна.
Количество одновременно работающих лучей – 24 (с учетом работы на сопряженном витке), причем на каждом аппарате планируется наличие 12 лучей по уровню –3 дБ с индивидуальным перенацеливанием.
Количество каналов связи в Ku-диапазоне (прямые каналы, обратные каналы) – 18×54 МГц (с повторным использованием частот), 18×36 МГц (с повторным использованием частот).
Уровень эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ) ствола Ku-диапазона составляет 54 дБВт. Добротность ствола Ku-диапазона – 6,3 дБ/К.
Абонентское оборудование
Для системы «Экспресс-РВ» планируется разработать номенклатуру отечественного абонентского оборудования: антенные решетки со сканированием луча и абонентские терминалы, в том числе совместимые с зарубежными образцами модемов.
Технология LTE будет адаптирована для космического применения, включая адаптацию ПО для повышенных задержек в спутниковой сети и абонентских устройствах спутниковой сети на основе абонентских устройств в сетях LTE.
Антенны, следящие за спутником, давно применяются в системах подвижной связи, чаще военного назначения. В качестве таковых используются малогабаритные зеркальные антенны с механическим приводом, причем для уменьшения высоты конструкции вырезка из параболы делается не круговой, а вытянутой в горизонтальном направлении.
В последние годы вместо параболического зеркала начинают применять фазированные антенные решетки (ФАР), устанавливая антенное полотно прямоугольной формы на такой же механический двухкоординатный привод.
Главным недостатком антенн с механическим приводом является их невысокая надежность: наработка на отказ не превышает нескольких тысяч часов. Относительно велика и стоимость таких антенн – от 8–10 тыс. долл. до нескольких десятков тысяч долларов. Эти факторы препятствуют широкому коммерческому использованию антенн указанного типа.
В качестве альтернативы рассматриваются антенны с электронным управлением лучом, не содержащие механических подвижных частей.
Основные требования, предъявляемые к антенне с электронным сканированием луча: угол сканирования, достаточный для слежения за спутником; усиление, обеспечивающее требуемый бюджет радиолинии; низкая цена; низкий профиль; высокая надежность и удобство эксплуатации.
К сожалению, массовое использование подобных антенн также упирается в их высокую стоимость. Даже в случае уменьшения цены в будущем она все равно не станет ниже 1000 долл.
Связь для Арктики
Объем инвестиций, необходимых для создания этой группировки спутников, первоначально составлял 90 млрд руб. Однако руководитель Федерального агентства связи («Россвязь») Олег Духовницкий обозначил другие суммы: «Объем необходимого финансирования всей программы «Экспресс-РВ» составляет 132,08 млрд руб., из которых 75,76 млрд руб. приходятся на бюджетные средства».
Принято считать, что в случае реализации система «Экспресс-РВ», как и новый проект трансарктического океанического оптоволоконного кабеля «Арктик Коннект» (Arctic Connect), разработчиками которого являются российская компания «МегаФон» и финский инфраструктурный оператор Cinia Oy, а также британская спутниковая система на низкой орбите OneWeb, смогут развиваться параллельно, и каждый найдет своего потребителя, даже в Арктике.
