Развитие передовых спутниковых технологий имеет ключевое значение для России, учитывая её огромную территорию, разнообразие климатических условий, большое количество труднодоступных районов. Эти технологии позволяют решать естественные проблемы нашей страны в сфере связи и телекоммуникаций, наблюдения за земной поверхностью, обеспечения навигации.
Начало космической эры в России
Идея развертывания системы надёжной глобальной связи, построенной на базе геостационарных спутников Земли, была впервые выдвинута в 1945 году британским изобретателем и фантастом Артуром Кларком. Однако именно России, как правопреемнице СССР, принадлежит первенство в практическом воплощении этих и многих других идей по освоению космоса и его использованию.
Запуск первых спутников связи: Спутник-1 и Молния-1
Началом эры освоения космоса и официальным стартом истории становления спутниковой связи во всем мире можно считать 4 октября 1957 года. В этот день состоялся первый благополучный запуск в космос искусственного спутника Земли (ИСЗ), который получил, ставшее нарицательным, название «Спутник-1». Разработку этого аппарата и его запуск обеспечил коллектив учёных и инженеров, возглавляемый Сергеем Королёвым. Для обеспечения дистанционного контроля режима полёта аппарат был оснащён небольшим передатчиком радиосигнала, транслировавшим на Землю простые сигналы в частотном диапазоне 27 МГц. Благодаря этому, запуск аппарата стал также первой демонстрацией того, что в спутниковых системах заложен значительный технологический потенциал для развития сферы коммуникации и связи.
Успех «Спутника-1» стал только первым шагом, после которого советскими инженерами была начата разработка специализированных ИСЗ, предназначенных для связи. Вывод на околоземную орбиту первого ИСЗ, разработанного уже непосредственно для поддержания связи, и получившего название «Молния-1», состоялся в 1965 году. Аппараты этой серии были предназначены для ведения телетрансляции на труднодоступные и отдалённые регионы. Они имели орбиту значительной высоты. Это обеспечивало им возможность длительного нахождения над заданными районами земной поверхности для поддержания стабильной и качественной связи.
На базе «Молнии-1» было организовано телевещание в отдалённых регионах страны, расположенных за Уралом. Также было достигнуто существенное улучшение связи. Кроме того, благодаря выводу на орбиту этих аппаратов была повышена доступность качественной связи в малонаселённых регионах. Это позволило добиться более интенсивного развития региональной экономики и улучшения социальной обстановки.
Успех «Спутника-1» стал только первым шагом, после которого советскими инженерами была начата разработка специализированных ИСЗ, предназначенных для связи. Вывод на околоземную орбиту первого ИСЗ, разработанного уже непосредственно для поддержания связи, и получившего название «Молния-1», состоялся в 1965 году. Аппараты этой серии были предназначены для ведения телетрансляции на труднодоступные и отдалённые регионы. Они имели орбиту значительной высоты. Это обеспечивало им возможность длительного нахождения над заданными районами земной поверхности для поддержания стабильной и качественной связи.
На базе «Молнии-1» было организовано телевещание в отдалённых регионах страны, расположенных за Уралом. Также было достигнуто существенное улучшение связи. Кроме того, благодаря выводу на орбиту этих аппаратов была повышена доступность качественной связи в малонаселённых регионах. Это позволило добиться более интенсивного развития региональной экономики и улучшения социальной обстановки.
Развитие наземной инфраструктуры
Одновременно с производством космических аппаратов активно велась работа по созданию размещаемой на земле инфраструктуры, обеспечивающей эксплуатацию и управление аппаратами, находящимися на орбите. В рамках этой работы были построены первые наземные ЦУП (центры управления полетами). Также были оснащены станции наземного размещения, которые осуществляли обмен сигналами со спутниками. Эта инфраструктура стала основой для последующего развития перспективных технологий и систем обеспечения спутниковой связи.
В состав созданной инфраструктуры вошли антенны большого диаметра, используемые в системах ЦУП и радиотехнических комплексах. С их помощью обеспечивалось слежение за работой спутников и управление аппаратурой на орбите в круглосуточном режиме. Благодаря этому было достигнуто значительное повышение надёжности и эффективности связи.
В состав созданной инфраструктуры вошли антенны большого диаметра, используемые в системах ЦУП и радиотехнических комплексах. С их помощью обеспечивалось слежение за работой спутников и управление аппаратурой на орбите в круглосуточном режиме. Благодаря этому было достигнуто значительное повышение надёжности и эффективности связи.
Эволюция спутниковой связи в эпоху СССР
После первых шагов по разработке искусственных земных спутников и создания необходимой для их эксплуатации инфраструктуры на земле, работа по развитию технологий спутникового вещания в СССР активно продолжилась.
Разработки учёных Научно-исследовательского института радио
Главным разработчиком систем связи в советской спутниковой программе стал Научно-исследовательский институт радио (НИИР). Его научными сотрудниками и инженерами создавались и внедрялись передовые системы связи, теле- и радиовещания через спутники. Часть наработок института используются и сегодня.
В 1960 году в структуре НИИР была создана специализированная лаборатория спутниковой связи, руководителем которой стал ученый Н. И. Калашников. Она была преобразована в полноценный отдел в 1965 году. Через некоторое время Н. И. Калашникова после его перехода к преподавательской деятельности на посту руководителя сменил Л. Я. Кантор. Он свыше 30 лет возглавлял спутниковое направление в структуре НИИР.
В круг основных функций отдела входили следующие задачи:
Специалистами института были созданы и введены в промышленную эксплуатацию системы, обеспечивающие связь и вещание, которые зачастую до сих пор остаются в активной работе. Также они занимались разработкой аппаратуры бортового и наземного размещения для приёма и передачи сигнала. Ещё одно направление работы отдела ― создание передовых методик, на базе которых осуществлялось проектирование спутниковых систем и велась разработка проектов отдельных единиц оборудования.
В 1960 году в структуре НИИР была создана специализированная лаборатория спутниковой связи, руководителем которой стал ученый Н. И. Калашников. Она была преобразована в полноценный отдел в 1965 году. Через некоторое время Н. И. Калашникова после его перехода к преподавательской деятельности на посту руководителя сменил Л. Я. Кантор. Он свыше 30 лет возглавлял спутниковое направление в структуре НИИР.
В круг основных функций отдела входили следующие задачи:
- Создание передовых мощных ретрансляторов для поддержания связи и телевещания для спутников;
- Разработка проектов вещательных систем, работающих на ИСЗ;
- Разработка модуляторов,
- Создание демодуляторов ЧМ сигналов;
- Разработка передающих устройств и приёмников, других видов аппаратуры наземных станций;
- Комплексное оснащение станций наземного размещения;
- Создание теории следящих демодуляторов ЧМ сигналов, обладающих уменьшенным порогом шумов;
- Разработка способов модуляции, создание и внедрение методов многостанционного доступа;
- Создание способов кодирования сигнала с повышенной устойчивостью к помехам;
- Разработка систем, обеспечивающих дистанционное и автоматизированное управление и контроль работы ИСЗ.
Специалистами института были созданы и введены в промышленную эксплуатацию системы, обеспечивающие связь и вещание, которые зачастую до сих пор остаются в активной работе. Также они занимались разработкой аппаратуры бортового и наземного размещения для приёма и передачи сигнала. Ещё одно направление работы отдела ― создание передовых методик, на базе которых осуществлялось проектирование спутниковых систем и велась разработка проектов отдельных единиц оборудования.
Развертывание спутников серии Горизонт
К развертыванию на орбите новых ИСЗ серии «Горизонт», предназначенных для поддержания теле- и радиосвязи с покрытием всей территории страны, в СССР приступили в 70-х годах прошлого века. В том числе, эти аппараты обслуживали самые труднодоступные районы, в которых наладить связь традиционными методами было практически невозможно. Спутники «Горизонт» оборачивались на геостационарной орбите. Благодаря этому, десятилетиями обеспечивалось поддержание связи с высокой степенью стабильности и надёжности.
Аппараты линейки «Горизонт» заложили базу для внедрения первой национальной системы спутниковой связи и спутникового телевещания. На их основе была выстроена единая комплексная информационная сеть, обеспечивающая полноценный охват территории Советского Союза.
Аппараты линейки «Горизонт» заложили базу для внедрения первой национальной системы спутниковой связи и спутникового телевещания. На их основе была выстроена единая комплексная информационная сеть, обеспечивающая полноценный охват территории Советского Союза.
Спутники Экспресс
Создание линейки космических аппаратов «Экспресс» началось в 90-х годах. В этот период, с изменением политико-экономического положения, потребовались спутники, обладающие повышенной мощностью. Также требовалась их более высокая универсальность. Разработка моделей этой линейки велась с учётом этих требований и с применением современных на тот период технологий. Их более высокая ёмкость и увеличенная мощность дали возможность повысить качество связи и число подключённых абонентов. Эти спутники сыграли значительную роль в развитии коммерческой связи в России и обеспечивали качественную государственную связь.
Аппараты «Экспресс» поддерживали трансляцию телевизионных и радиовещательных программ. Также они обеспечивали работу телефонии и осуществляли эффективную передачу данных. Внедрение этой серии не только обеспечило развитие в нашей стране передовой телекоммуникационной инфраструктуры, но и позволило интегрировать Россию в общемировое инфопространство.
Аппараты «Экспресс» поддерживали трансляцию телевизионных и радиовещательных программ. Также они обеспечивали работу телефонии и осуществляли эффективную передачу данных. Внедрение этой серии не только обеспечило развитие в нашей стране передовой телекоммуникационной инфраструктуры, но и позволило интегрировать Россию в общемировое инфопространство.
Система Орбита и начало спутникового телевидения
Во временной период с 1965 по 1967 год в восточных регионах СССР были созданы и введены в строй 20 наземных станций «Орбита». Также была построена центральная станция «Резерв» для передачи и приёма сигналов. На этих объектах базировалась единая комплексная система «Орбита». Её создание стало первым в мире опытом построения системы спутникового телевидения.
Особое внимание при разработке этой системы уделялось выбору локаций для строительства наземных станций. Они размещались на максимальном приближении к телевизионным центрам, чтобы исключить помехи, действующие со стороны работающих в аналогичном частотном диапазоне тропосферных линий. К числу ключевых решений, применённых при создании «Орбиты», стало использование параболических антенн со сравнительно небольшим диаметром зеркала, составлявшим всего 12 м. Для сравнения, в интернациональной системе «Интелсат» применялись крупные антенны, зеркала которых имели зеркала 25−32 м.
Создание этой системы стало большим достижением в телекоммуникационной сфере. Она позволила обеспечить удалённые регионы страны стабильным централизованным телевещанием.
Особое внимание при разработке этой системы уделялось выбору локаций для строительства наземных станций. Они размещались на максимальном приближении к телевизионным центрам, чтобы исключить помехи, действующие со стороны работающих в аналогичном частотном диапазоне тропосферных линий. К числу ключевых решений, применённых при создании «Орбиты», стало использование параболических антенн со сравнительно небольшим диаметром зеркала, составлявшим всего 12 м. Для сравнения, в интернациональной системе «Интелсат» применялись крупные антенны, зеркала которых имели зеркала 25−32 м.
Создание этой системы стало большим достижением в телекоммуникационной сфере. Она позволила обеспечить удалённые регионы страны стабильным централизованным телевещанием.
Первая в мире система спутникового телевизионного вещания Экран
По мере развития технологий, в конце 70-х годов возникла необходимость внедрения более экономичных решений. Это было связано с тем, что установка станций «Орбита» из-за их высокой стоимости оказалась неоправданной для населённых пунктов с численностью населения до 100−200 тысяч человек.
В качестве альтернативы была разработана передовая система «Экран». Её работа строится в частотном диапазоне до 1 ГГц. Особенность этой системы состоит в высокой мощности размещённого на космическом аппарате бортового ретранслятора. Для неё был специально разработан специальный ретранслятор, мощностью которого достигала значения до 300 Вт. Задача её развёртывания заключалась в обеспечении стабильного телевещания в регионах с малой плотностью населения. В том числе, она работала на территории Крайнего Севера, Сибири, а также частично покрывала территорию Дальнего Востока.
Вывод на орбиту первого аппарата из состава «Экрана» состоялся 26 октября 1976 года. Система и сейчас находится в активном использовании, обеспечивая покрытие территории Сибири.
В качестве альтернативы была разработана передовая система «Экран». Её работа строится в частотном диапазоне до 1 ГГц. Особенность этой системы состоит в высокой мощности размещённого на космическом аппарате бортового ретранслятора. Для неё был специально разработан специальный ретранслятор, мощностью которого достигала значения до 300 Вт. Задача её развёртывания заключалась в обеспечении стабильного телевещания в регионах с малой плотностью населения. В том числе, она работала на территории Крайнего Севера, Сибири, а также частично покрывала территорию Дальнего Востока.
Вывод на орбиту первого аппарата из состава «Экрана» состоялся 26 октября 1976 года. Система и сейчас находится в активном использовании, обеспечивая покрытие территории Сибири.
Системы распределения ТВ-вещания
Последующим развитием технологий телевизионного вещания через ИСЗ в СССР стало внедрение системы «Москва». Для неё были разработаны специальные малые земные станции, заменившие старые станции, ранее используемые в составе «Орбиты». Они имели меньший диаметр используемых антенн, что обеспечивало не только компактность, но и меньшее энергопотребление.
Для эксплуатации этой системы на ИСЗ «Горизонт» предусматривались стволы увеличенной мощности. Они работали в частотном диапазоне 4 ГГц, обеспечивая трансляцию на узконаправленную антенну. Благодаря подбору энергетических соотношений, в составе системы удалось использовать параболические антенны без автонаведения диаметром 2,5 м.
«Москва» была внедрена в эксплуатацию в 1979 году. Простота, компактность и экономичность оборудования обеспечили ей широкое применение. Всего в её составе было внедрено порядка 10 тысяч наземных станций.
В период с 1986 по 1988 год была подготовлена и внедрена система «Москва Глобальная». Она также имела земные станции малого размера, но была предназначена для трансляции телевизионных программ в советские зарубежные представительства. «Москва Глобальная» была разработана для трансляции сравнительно малых объёмов дискретных данных.
Обе системы остаются в активной работе до сих пор.
Для эксплуатации этой системы на ИСЗ «Горизонт» предусматривались стволы увеличенной мощности. Они работали в частотном диапазоне 4 ГГц, обеспечивая трансляцию на узконаправленную антенну. Благодаря подбору энергетических соотношений, в составе системы удалось использовать параболические антенны без автонаведения диаметром 2,5 м.
«Москва» была внедрена в эксплуатацию в 1979 году. Простота, компактность и экономичность оборудования обеспечили ей широкое применение. Всего в её составе было внедрено порядка 10 тысяч наземных станций.
В период с 1986 по 1988 год была подготовлена и внедрена система «Москва Глобальная». Она также имела земные станции малого размера, но была предназначена для трансляции телевизионных программ в советские зарубежные представительства. «Москва Глобальная» была разработана для трансляции сравнительно малых объёмов дискретных данных.
Обе системы остаются в активной работе до сих пор.
Запуск системы Интерспутник
В рамках интернационального сотрудничества государств соцлагеря в 1967 году началась работа над развёртыванием и введением в эксплуатацию международной вещательной системы «Интерспутник». Участниками проекта стали СССР, Венгрия, Болгария, ГДР, Польша, Румыния, Монголия, Чехословакия. Её основным назначением стало обеспечение телевещания. Также система поддерживала телефонию, осуществляла передачу данных. Она стала второй в мире, после «Интелсат», интернациональной системой связи, работающей на ИСЗ.
Создание прямой спутниковой линии межправительственной связи
А рамках подписанного в 1972 году между СССР и США межгосударственного соглашения, предусматривалось создание прямой линии экстренной правительственной связи. Эта линия выполняла функцию срочного канала коммуникации между главами двух государств. Основная цель системы ― предотвращение военных конфликтов в чрезвычайных случаях.
Работа линии на территории СССР обеспечивалась двумя земными станциями. Одна из станций расположена в Дубне. Она реализована на базе параболической антенны, диаметр которой составляет 12 м, взаимодействующей с ИСЗ линейки «Молния-3». Вторая станция во Львовской области имела антенну размером 25 м. Обмен в этой станции осуществлялся через аппараты «Интелсат».
Межгосударственная спутниковая ЛПС была запущена в работу в 1975 году. Система до сих пор работает через наземную станцию, размещенную в Дубне.
Работа линии на территории СССР обеспечивалась двумя земными станциями. Одна из станций расположена в Дубне. Она реализована на базе параболической антенны, диаметр которой составляет 12 м, взаимодействующей с ИСЗ линейки «Молния-3». Вторая станция во Львовской области имела антенну размером 25 м. Обмен в этой станции осуществлялся через аппараты «Интелсат».
Межгосударственная спутниковая ЛПС была запущена в работу в 1975 году. Система до сих пор работает через наземную станцию, размещенную в Дубне.
Современные спутниковые технологии в России
В постсоветский период, в связи с экономическими проблемами, развитие спутниковых технологий в России временно замедлилось. Однако по мере преодоления этих проблем, они снова стали интенсивно развиваться.
Новейшие спутниковые системы
В настоящее время в РФ активно развиваются новые системы. К основным современным спутникам можно отнести аппараты серий:
Они обеспечивают выполнения комплекса функций, включая телевещание, интернет, зондирование земной поверхности в дистанционном режиме, навигацию. Внедрение новых материалов и технических решений обеспечило повышенную надёжность и ресурс эксплуатации современных спутников в экстремальных космических условиях.
- «Луч»;
- «Ямал»;
- «Ресурс-П» и другие.
Они обеспечивают выполнения комплекса функций, включая телевещание, интернет, зондирование земной поверхности в дистанционном режиме, навигацию. Внедрение новых материалов и технических решений обеспечило повышенную надёжность и ресурс эксплуатации современных спутников в экстремальных космических условиях.
Развитие спутникового интернета
В 21 веке одним из основных направлений применения технологий спутниковой связи в нашей стране, как и в остальном мире, стал спутниковый интернет. В число лидеров этого направления вошли такие организации как ИИС им. Решетнева и компания «Газпром космические системы». Современный уровень развития систем позволяет предоставлять выход во всемирную сеть населению и предприятиям в отдалённых районах, в которых из-за затруднённого доступа и отсутствия инфраструктуры предоставление выхода в сеть с использование традиционных способов оказывается невозможным или нецелесообразным.
Навигационная система ГЛОНАСС
Важным этапом развития прикладных спутниковых технологий в России стало создание Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС). Она была предложена в качестве альтернативы GPS и обеспечила технологический суверенитет в области навигации. ГЛОНАСС обеспечивает точное определение местоположения по всей планете. Сегодня эта система широко применяется в военной и гражданской сферах. В том числе, она обеспечивает навигацию на всех видах транспорта (морской, авиационный, автотранспорт, железная дорога), в логистике, геодезии.
Система ГЛОНАСС отличается высокой степенью точности определения местоположения и значительной надёжностью.
Система ГЛОНАСС отличается высокой степенью точности определения местоположения и значительной надёжностью.
Спутники дистанционного зондирования Земли
Системы дистанционного зондирования земной поверхности строятся на таких спутниках, как «Ресурс-П» и «Канопус-В». Они комплектуются передовыми камерами, позволяющими получать качественные снимки поверхности Земли с высокой степенью детализации и в максимальном разрешении. Эти системы применяются в сельском, лесном хозяйстве, обеспечивают мониторинг экологической обстановки, используются для прогнозирования и устранения последствий стихийных бедствий, техногенных и других катастроф.
Перспективы развития российских систем спутниковой связи
Сегодня можно выделить три основных направления развития космической отрасли:
- разработка и строительство новых спутников;
- проведение исследований космоса в составе международных миссий;
- развитие спутникового интернета вещей IoT.
Разработка и запуск новых спутников
В условиях постоянно растущего спроса государственных, коммерческих и частных потребителей на услуги спутниковой связи одновременно происходит совершенствование технологий. Это требует значительных инвестиций для разработки новых спутников и их вывода на орбиту. Сегодня в России ведётся разработка многофункциональных спутников увеличенной мощности, способных предоставлять широкий спектр услуг для большого числа пользователей.
При разработке широко применяются передовые технологические решения, включая атомные часы, солнечные панели повышенной производительности, усовершенствованные терморегулирующие системы. Это повышает эффективность и надёжность перспективных спутников.
При разработке широко применяются передовые технологические решения, включая атомные часы, солнечные панели повышенной производительности, усовершенствованные терморегулирующие системы. Это повышает эффективность и надёжность перспективных спутников.
Исследование космоса в составе международных миссий
Россия — активный участник ряда международных проектов, нацеленных на сотрудничество в рамках исследования космического пространства и организации спутниковой связи. Это сотрудничество обеспечивает обмен технологиями и практическим опытом, помогает развивать отрасль и укрепляет российские позиции на мировом рынке.
В том числе, Россия активно сотрудничает с ведущими космическими агентствами, такими как NASA и Европейское космическое агентство.
В том числе, Россия активно сотрудничает с ведущими космическими агентствами, такими как NASA и Европейское космическое агентство.
Развитие спутникового интернета вещей IoT
Интернет вещей (IoT) представляется одним из перспективных приложений спутниковых технологий. Он открывает широкие возможности по построению систем умных городов, внедрению автоматизации в сельском хозяйстве, энергетике, других отраслях. Внедрение спутникового IoT становится возможным, благодаря разработке и запуску новых космических аппаратов, обеспечивающих повышенную пропускную способность и значительную скорость передачи данных, улучшенное покрытие.
