Новые технологии спутниковой связи для удаленных районов и регионов России

Стремительное развитие спутниковых технологий для удаленных регионов России с каждым годом предоставляет все больше новых возможностей для космических исследований, развития коммуникаций, медиа и других отраслей. Однако проникновение спутниковых технологий неоднородно в географическом плане. Все ещё есть проблемы обеспечения стабильного соединения в малонаселённых и труднодоступных местностях. Решение этой проблемы — залог дальнейшего развития новых форм электронного общества, в рамках которого люди взаимодействуют с машинами и искусственным интеллектом.

Основным сдерживающим фактором распространения спутникового вещания в труднодоступных местах эксперты космической отрасли называют низкую экономическую отдачу от реализации проектов. Кроме того, оказывает негативное влияние и несовершенство, либо полное отсутствие инфраструктуры. На региональном уровне эту ситуацию не переломить. Поэтому в нашей стране поиски решения проблемы цифрового неравенства ведутся на уровне Правительства Российской Федерации, путём разработки и реализации целевых федеральных программ.

К проблематике обеспечения спутниковым сигналом отдаленных территорий относится дороговизна и большие габариты оборудования. Также значимое влияние имеет высокая вероятность несовместимости устройств разных производителей.

К техническим проблемам относятся:

1. Значительные показатели задержки распространения сигнала, которая может составлять до 400 мс.
2. Зависимость качества сигнала от солнечной интерференции.

Помимо этого, компании, работающие в сфере спутниковой телекоммуникации, зачастую с трудом получают разрешения на установку новых радиопередающих устройств. Это тормозит частные инициативы по обеспечению труднодоступных территорий услугами спутниковой связи.

Сегодня большинство отдалённых и малонаселённых регионов России в недостаточной мере охвачено телекоммуникационной инфраструктурой. Признаки этого — завышенная стоимость связи по сравнению с густонаселёнными территориями, постоянные перебои в работе телематических услуг и длительные сроки устранения аварий. Операторы связи зачастую не имеют возможности резервировать магистральные каналы под свои нужды, и вынуждены платить высокую арендную плату владельцам каналов. Это затрудняет развитие сетей.

Для решения описанных проблем необходимо изменение ситуации, в частности, с выдачей разрешительной документации, снижением стоимости оборудования. Положительное воздействие оказало бы и получение операторами компенсаций от государства.

Там, где недостаточно развиты или вовсе отсутствуют наземные и мобильные каналы, спутниковая связь в отдаленных районах России становится единственным вариантом передачи информации. С ее помощью удаленные территории получают:

• интернет,
• телефонию,
• прием радио- и телепрограмм,
• морскую, речную и сухопутную навигацию,
• корпоративную связь между филиалами предприятий и так далее.

Например, в северных регионах спутники обеспечивают связь группам представителей кочевых народов, артелям нефте- и горнодобывающих предприятий. В труднодоступных местах спутниковую связь используют для определения координат в геодезии.

Анализ находящейся в открытом доступе коммерческой информации операторов связи говорит о том, что при появлении технических возможностей (при расширении каналов связи с большой ёмкостью для передачи данных), пользователи в отдалённых регионах сразу же наращивают потребление трафика. В основном это происходит за счёт увеличивающихся просмотров видео в высоком качестве, а также обмена фотоматериалами, сделанными цифровыми гаджетами в высоком разрешении.

Спутники становятся единственным приемлемым вариантом для покрытия зон, где невозможна прокладка кабелей проводной связи. В труднодоступных местах от предприятий добывающей отрасли часто работают вахтовики. Спутники позволяют наладить корпоративную телефонию, дать интернет-доступ сотрудникам для решения производственных задач, а также для личного пользования.

Такие же услуги становятся доступными для среднего и малого бизнеса. Это повышает уровень жизни людей даже в малых населенных пунктах численностью до 250 человек.

Важность спутниковой связи для труднодоступных территорий объясняется тем, что там нет технической возможности проложить коммуникации для проводной связи. Кроме этого, подключение к спутнику обеспечивает связь в любой точке, даже при значительном удалении от крупных населённых пунктов, где действуют сети наземных операторов.

В удаленных регионах благодаря спутниковому покрытию можно осуществлять:

1. связь с кочующим населением, геологическими и туристическими группами, рабочими-вахтовиками;
2. оповещения о чрезвычайных ситуациях и прогнозируемых неблагоприятных природных явлениях;
3. мониторинг движения спецтехники и связь с водителями;
4. получение телематической информации с водного транспорта и прочее.

Кроме того, посредством спутниковой связи можно организовывать оперативное отслеживание ситуации на удалённых объектах промышленности и экологии.

Белая книга — это обобщенный анализ развития высоких технологий в нашей стране и мире. Документ является официальной «дорожной картой» развития ключевых направлений в науке и экономике России. В Белой книге есть и стратегия трансформации космических систем.

Документ был презентован в марте 2022 года. Его составителями выступили эксперты:

• Министерства экономического развития России;
• Высшей школой экономики;
• Государственных корпораций;
• Коммерческих компаний, признанных лидерами высокотехнологичных отраслей.

Развитие перспективных космических систем в России обеспечит в долгосрочной перспективе возможность достижения стратегической конкурентоспособности на мировой арене. Покрытие спутниковой связью труднодоступных регионов даст толчок для развития разных секторов экономики. Это, в первую очередь, добыча полезных ископаемых, транспорт и логистика, образование, медицина, лесное хозяйство и так далее.

Зафиксированные Белой книгой стратегии предполагают обеспечение к 2030 году полного охвата услугами спутниковой связи всей территории Российской Федерации. В такой же срок отдаленные регионы должны получить услуги высокого качества в сфере:

• Цифрового вещания,
• Высокоскоростного Интернета,
• Сервисов Интернета вещей,
• Дистанционного зондирования территорий.

Среди конкретных мер, направленных на достижение вышеуказанных целей, прописано развитие существующих орбитальных группировок за счёт внедрения космических аппаратов нового поколения. Именно это должно обеспечить доступность спутниковой связи и передачу труднодоступным районам телевизионного вещания высокой чёткости.

В Белой книге особое внимание уделяется распространению сервисов Интернета вещей. Это станет толчком для повсеместного внедрения роботизированных и беспилотных систем в разных отраслях экономики, особенно агропромышленном комплексе и транспорте.

Цель — подключение на всей территории России к сети интернет максимального количества стационарных и подвижных объектов. Обеспечение спутниковыми системами доступа к высокоскоростному интернету на наземном, морском, речном и воздушном транспорте благоприятно скажется на реализации других проектов, запущенных в смежных отраслях.

Федеральное агентство связи (Россвязь) уделяет большое внимание обеспечению доступа к высокоскоростному интернету в малых населённых пунктах, численность жителей в которых составляет до 500 человек. Как правило, такие поселения находятся в труднодоступной местности, либо в удалённых районах.

Решение проблемы — в развитии спутниковой связи на местах, не имеющих магистральных волоконно-оптических линий связи. Для этого создаются ретрансляторы сети VSAT. Они формируются на основе уже функционирующих геостационарных спутников-ретрансляторов. Основные элементы:

• Центральная наземная станция,
• Спутник-ретранслятор,
• VSAT-терминалы абонентов.

Следует отметить, что пока система показывает невысокую пропускную способность. Ведётся работа по решению этой проблемы.

Обеспечение связи в удалённых регионах находится в зоне интересов Министерства обороны России. Особое внимание уделяется подвижной высокотехнологичной связи. Для этого подходят спутники, расположенные на высокоэллиптической орбите.

Например, в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ) Минобороны реализуется совместный с Минкомсвязью проект по выводу на высокоэллиптическую орбиту спутников «Экспресс-РВ». Число спутников составляет четыре единицы. Этого должно хватить для покрытия сигналом всей территории АЗРФ. На проект выделено 50 миллиардов рублей.

Появление спутниковой связи для военных нужд на удалённых территориях благотворно скажется и на развитии гражданского общества. Это объясняется тем, что при построении общегражданских систем связи в малозаселённых регионах России зачастую отсутствует системный подход.

В связи с тем, что военные проекты имеют приоритетное бюджетное финансирование, именно они выступают драйвером развития систем связи в отдаленных районах нашей страны.

Эффективное функционирование военизированных формирований в удалённых районах зависит от своевременного поступления информации через средства спутниковой связи. Для решения многочисленных технических проблем в этой области проводятся исследовательские работы в Центральном научно-исследовательском институте Минобороны РФ.

Также к основным задачам оборонного значения, для решения которых привлекаются космические средства, относится обеспечение:

• Связи,
• Разведки,
• Навигации,
• Гидрометеорологических исследований.

Силовые структуры России используют Единую систему спутниковой связи 2го этапа. В систему входят космические аппараты «Радуга-1М» («Глобус-1М»), которые двигаются на геостационарной орбите, а также космические аппараты «Меридиан», вращающиеся вокруг планеты на высокоэллиптических орбитах.

Единая система спутниковой связи 2го этапа морально устарела. Возможности по улучшению её характеристик исчерпаны. Основная проблема — недостаточная для текущих нужд Минобороны пропускная способность. Выход из ситуации видится в переходе к системе нового поколения.

Сейчас ведется опытно-конструкторская работа по формированию Единой системы спутниковой связи 3го этапа. Она включает комплексы:

1. Космических аппаратов «Сфера-С» на геостационарной орбите,
2. Космических аппаратов «Сфера-В» на высокоэллиптической орбите,
3. Земных средств спутниковой связи.

Введение в строй такой системы обеспечит России превосходство над системами связи сухопутных войск иностранных государств за счёт предоставления руководящему составу каналов связи с высоким уровнем защиты от помех, а войсковым подразделениям — устойчивой спутниковой связи.

Кроме того, по сравнению с Единой системой спутниковой связи 2го этапа новая система имеет значительно более высокие показатели пропускной способности и энергопотенциала, а новое оборудование будет более компактным.

В удаленных регионах, где экономически невыгодно прокладывать оптоволоконные линии, обеспечить сравнительно недорогую спутниковую связь может низкоорбитальная спутниковая группировка. Работа в этом направлении имеет большое значение для развития экономики страны в будущем. Например, для обеспечения автономного судовождения или интеграции беспилотных систем в сельское хозяйство.

С 2025 года российские структуры планируют ежегодно запускать на низкую орбиту в космос до 12 ракет. Это должно обеспечить к 2027 году повсеместное внедрение спутникового широкополосного доступа в сеть интернет. К 2035 году в планах развернуть свыше 900 низкоорбитальных спутников российского производства.

Проект «Сфера» реализуется на той же технической базе, что и уже используемая в рамках глобальной навигации система «ГЛОНАСС». Проект предполагает создание многоспутниковой системы для предоставления услуг подвижной связи. «Сфера» должна поспособствовать дальнейшему развитию информатизации общества.

В январе 2023 года были получены первые результаты в рамках проекта «Сфера». Космический аппарат «Скиф-Д» начал защищать орбитально-частотный ресурс Российской Федерации. Сейчас продолжаются лётные испытания указанного аппарата в различных режимах. Итоги испытаний подведут в ноябре текущего года.

Проект «Сфера» предполагает развертывание до 2026 года не менее 10% от заявленной группировки космических аппаратов «Скиф-Д.

Известно, что российской стороне уже поступили предложения о координации частот от представителей компании, владеющей глобальной спутниковой системой Starlink, и специализирующейся на предоставлении широкополосного доступа в интернет в труднодоступных регионах телекоммуникационной компании OneWeb. Пока разрешение использовать принадлежащие иностранным компаниям спутниковые системы на территории Российской Федерации не дано.

Демонстрационный спутник «Скиф-Д» используется для отработки технологий, которые затем будут применяться на штатных космических аппаратах. «Скиф-Д» предназначен для экспериментальных исследований. Одно из важных направлений — изучение влияния радиации на работоспособность аппаратуры.

Стартовая масса спутника составляет 148 килограммов. Размеры аппарата с разложенной солнечной батареей: 82×320×88 сантиметров. Конструкция спутника рассчитана на три года активного использования.

На реализацию всего проекта многоспутниковой орбитальной группировки «Сфера» требуется порядка 180 миллиардов рублей. Из них в 2023 и 2024 годах на космические работы выделяется по 7 миллиардов рублей.

Проект предполагает выведение на орбиту до 380 спутников. В их числе аппараты:

• «Экспресс»,
• «Экспресс-РВ»,
• «Скиф»,
• «Марафон»,
• «Ямал»,
• «Смотр»,
• «Беркут-О»,
• «Беркут-X»,
• «Беркут-XLP»,
• «Беркут-ВД».

Каждый вид спутников будет отвечать за свой участок «работы» в виде предоставления пользователям широкополосного доступа в интернет и к Интернету вещей, ведения радиолокационного и оптического наблюдения, и так далее.

Развертывание всех группировок назначено на 2025 год.

Одним из ключевых разделов проекта «Сфера» является подпроект «Марафон IoT». Считается, что развитие космического Интернета вещей улучшит темпы социально-экономического прогресса России.

Сейчас идёт «обкатка» технологических процессов в космосе. В 2026 году планируется развёртывание первой очереди системы «Марафон IoT». В неё войдут 137 космических аппаратов. Всего в составе орбитальной группировки должно находиться 264 спутника, обеспечивающих Интернет вещей.

Для снижения себестоимости подпроекта ведутся исследования по вычислению оптимальных орбит для космических аппаратов. Например, изучаются возможности запуска спутников для IoT двумя эшелонами — на наклонных и солнечно-синхронных орбитах.

Для создания глобальной системы «Марафон IоT» нужно порядка 30 миллиардов рублей. Эту сумму разработчики рассчитывают окупить за шесть лет.

Для обеспечения удалённых регионов доступом к сети интернет специалисты Научно-исследовательского института радио запустили проект тропосферных станций. Задумка — создать инфраструктуру, способную обеспечить скорость передачи данных на уровне не менее 46 Мбит/с.

Практическая реализация проекта стартовала в 2021 году. К настоящему моменту учёные добились результатов, при которых тропосферная станция способна ретранслировать сигнал на сотни километров. Пропускная способность ретрансляторов — до 46 Мбит/с.

Особенность проекта в том, что сама станция является наземным объектом. Среди её элементов есть параболическая антенна и усилительный модуль сигнала. Сеть станций функционирует в режиме ретрансляции. Это позволяет одной станции транслировать на расстояние не менее 170 километров, что решает проблему передачи сигнала в труднодоступные места.

Сейчас проект тропосферных станций наиболее интересен северным регионам страны, где пока слабо развиты спутниковые группировки. Ведётся подготовительная работа к массовому производству станций. К изготовлению тропосферного оборудования собирается подключиться «Ростех». Эта организация уже заявила о готовности производить ежегодно до 120 станций.

Сложная геополитическая обстановка остро ставит перед научно-исследовательскими и космическими структурами России вопрос импортозамещения. Яркий пример самодостаточности — функционирование космической отрасли СССР, когда абсолютно все узлы и комплектующие производились силами отечественных производственных объединений.

С 1990-х годов на несколько десятилетий был взят курс на глобализацию производственных процессов. Это привело к зависимости российской космической отрасли от поставок оборудования из-за рубежа.

Вопросом восстановления самодостаточности отечественной промышленности страны начали заниматься с 2014 года, когда в отношении России стали вводиться санкции.

Конкретно на космической группировке это отразилось завышенными расходами на закупку дополнительных аппаратов для поддержания структуры уже существующей спутниковой «сети». До тех пор, пока российская промышленность не наладит выпуск комплектующих для космической сферы, переход на Единую систему спутниковой связи 3го этапа выглядит затруднительным.