L+
Проект«Глобалстар».
Практически все стороны жизни современного человека прочно
связаны сосредствами коммуникаций, Постоянновозрастающая миг-
рация населения иусловия жизни требуют возможности обеспечения
быстрой и надежной связи, которая сегодня устанавливается не
междугеографическими пунктами, а между людьми. Поэтому фир-
мы-производители систем дальней связи делают все возможное для
удовлетворениянепрерывно растущих потребностей в данной облас-
ти, расширяяинфраструктуру проводных, оптоволоконных, спутнико-
вых ирадиотелефонных сетей.
Однако до последнего времени не решеныпроблемы обеспечения
абонентовглобальной персональной телефонной связью, а также
проблемысовместимости сотовых систем подвижной связи различного
типа, что требует создания общедоступной иэкономичной глобаль-
ной сетисвязи. Проект«Глобалстар», инициированныйизвестными
фирмами в областикосмических систем и комплексных технологий
дальней связи«Loral» и «Qualcomm», предусматривает создание та-
кой сети,используя существующую наземную инфраструктуру провод-
ной ирадиотелефонной связи.
Система «Глобалстар» обеспечиваетабонентов сравнительно не-
дорогой и надежной телефонной связью, которую можно установить
между любыми(кроме полюсов) точками земного шара. Она состоит
из космического,наземного и абонентского узлов.
В космический узел войдет созвездие из 48 низкоорбитальных
спутников, каждый из которых представляет собой усилитель-рет-
рансляторвысокочастотных сигналов, выведенныйна высоту 1406
км. Средний проектный срок службы спутниковсоставляет 7,5 лет.
Спутникинаходятся на восьми орбитальных плоскостях, по шесть на
плоскость, что гарантирует охват практическивсей поверхности
планеты. Использование низкоорбитальных спутниковснижает мощ-
ностьрадиосигнала почти в 100 раз, сокращает задержку в получе-
нии сигнала иустраняет зхо, являющееся серьезной проблемой в
системах связи нагеостационарных спутниках. У каждогоспутника
имеется шестьсфокусированных лучей, определяющихэллиптические
зоны обслуживания абонентов, при этом каждый из них способен
обеспечить работукак минимум 2800 дуплексных речевых каналов и
каналов передачи данных. В радиоинтерфейсах между спутниками и
Землейиспользуется перспективная цифровая технология СДМА (мно-
гостанционныйдоступ с кодовым разделением каналов), имеющая це-
— 2 -
лый рядпреимуществ по сравнению с другими технологиями в части
помехозащищенности,меньшего уровня излучаемой мощности, большей
пропускнойспособности, предотвращения несанкционированного дос-
тупа в сеть ит.д. Каждый из спутников осуществляетсвязь как с
абонентами, так инапрямую с узловыми станциями. Для линий связи
«спутник - абонент» используется диапазон частот 1,61- 1,626
ГГц; для линий связи «спутник — узловая станция» используются
диапазоны 5,1995-5,216 ГГц (направление «вниз») и 6,525-6,5415
ГГц(направление«вверх»). Межспутниковый обмен информацией в
системеотсутствует.
Спутники для системы «Глобалстар»будут производиться фирмой
«SpaceSystems Loral», котораяпредставляет собой международный
конгломератнескольких фирм, совместно работающих над рядом про-
ектов в областикосмических исследований, а именно: «Alcater»,
«Aerospatiale»,«Alenia», «Deutche Aerospace».
Наземный узел системы «Глобалстар» состоит из узловых стан-
ций; систем слежения, телеметрии и передачи команд; систем уп-
равления полетомспутников и центра управления сетью. Каждая уз-
ловая станцияодновременно поддерживает связь с тремя спутниками
и, кроме того, обеспечивает интерфейс для связи сети системы
«Глобалстар»с АТС местной телефонной сети региона или с центра-
ми коммутациисотовых радиотелефонных сетей, преждевсего стан-
дартов AMPS иGSM. Оборудование системы«Глобалстар» не влияет
на работу наземных сотовых сетей, поскольку в ней используются
другиечастоты. Каждая страна будет осуществлять независимый
контроль надсвоими узловыми станциями и над доступом к телефон-
ной сетинаходящихся на ее территории абонентов. В функции сис-
темы входит такжеоперативное обнаружение абонента, посылающего
или принимающеговызов.
В функции центра сетевого управления входит регистрация и
проверкавызовов, определение длительности итарификация разго-
вора и т.д., а также управление базой данных о состоянии сети,
контроль ираспределение сетевых ресурсов (каналов связи, час-
тот, спутников).
Контроль над эскадрильей спутниковосуществляется с помощью
системслежения, телеметрии и передачикоманд. Данные контроля
орбитальнойдеятельности спутников посылаются в центры контроля
над сетью, откуданаправляются в узловые станции для осуществле-
— 3 -
ния сопровожденияи других функций.
Из-за постоянного движения спутников и изменения территории
охвата время отвремени возникает необходимость передачи обслу-
живания абонентаот одного спутника к другому. Для этой цели ис-
пользуютсявозможности технологии СДМА, позволяющие абонентскому
терминалу одновременно поддерживать связь с двумя или тремя
спутниками, улучшая качество принимаемого суммарногосигнала, и
программнымисредствами, выбирая оптимальные каналы связи. Окон-
чательнаяпередача абонента (незаметная для него) на обслужива-
ние следующему спутнику происходит лишьтогда, когда абонент
прочнообосновался- на его территории. Абонентские терминалы ос-
нащены всенаправленными антеннами, что облегчает одновременную
связь снесколькими спутниками и снимает необходимость постоянно
направлятьантенну на спутник для поддержания связи.
На начальной стадии эксплуатации планируется использование
двух типов абонентского оборудования, входящего в абонентский
узел системы«Глобалстар». Это портативные терминалы для переда-
чи речевых сигналов и навигации, а также передвижные и стацио-
нарныенавигационные аппараты. В качестведополнительно оплачи-
ваемой услуги абонент может обслуживаться как водиночном режи-
ме, когда абонентский терминал позволяет выходитьв сеть «Гло-
балстар». так и в двойном режиме, когда абонент может выходить
дополнительно и вдругую наземную сотовую радиотелефонную сеть.
Благодаря использованию технологии СДМА уровень излучения
абонентскоготерминала будет установлен ниже официально допусти-
мых пределов,принятых в различных странах. Средняя мощность из-
лучения менее 200МВт.
Каждому абонентскому терминалу системы присваивается индиви-
дуальный номер,который, в отличие от традиционных телефонов, не
зависит от местонахождения абонента (используемая реализация
технологии СДМАпредполагает наличие до 4,4 млрд. вариантов раз-
личных кодов).
Услуги сети «Глобалстар»направлены на обслуживание четырех
групппользователей;
- проживающих в районах, не охваченныхподвижной связью;
- работающих или проживающих в районах, охваченных подвижной
связью, но частовыезжаюших за пределы территории обслуживания;
- стационарных абонентов, находящихся в районах, не охваченных
— 4 -
телефоннойсвязью;
- абонентов, нуждающихся в индивидуальной илиособой телефонной
связи.
К этим группам потенциальных потребителейотносятся различные
государственные ичастные организации. в том числе: водители су-
хопутного иводного транспорта, командированные, органы охраны
порядка, спасательные отряды и бригады скорой помощи,поисковые
экспедиции, туристы. сельские отделения частных организаций.не
охваченныеместными проводными и сотовыми телефонными сетями,
коммунальныеслужбы, которым необходимо периодически снимать по-
казания счетчиковрасхода газа, электроэнергии и воды, службы
охраны природныхресурсов и т, д,
Помимо обычной телефонной связи система«Глобалстар» предос-
тавляетнавигационные услуги. Одна из самыхпростых услуг — оп-
ределениеместонахождения абонента, когда тот спомощью своего
терминала рассчитывает свои координаты на основеконтрольного
тональногосигнала, посылаемого системой.
Еще один вид навигационных услуг — обеспечение двусторонней
связи с помощьюобмена краткими сообщениями. Такойобмен может
использоваться в экстренных случаях, когда абоненту необходимо
дать знать о своемместонахождении службам оперативной помощи
или семье(несчастный случай, поломка автомобиля и т.п.).
Третий вид навигационных услуг включаетопределение местона-
хождения абонента (расчет координат производится на узловой
станции) и передачукоординат определенному заранее кругу або-
нентов. Этиуслуги найдут применение в работе диспетчеров транс-
порта, при поискеукраденных автомобилей и т.д.
Структура сети системы«Глобалстар» показана на рисунке. Сис-
тема разработанатаким образом, чтобы наиболееэффективно осу-
ществлятькачественную передачу речи и предоставление других ин-
формационныхуслуг при относительной простоте подключения новых
абонентов. Дляеще более полного охвата обслуживаемых территорий
могут быть выведенына орбиту дополнительные спутники. Запуск
спутников намечен на 1997 г., ввод системы в эксплуатацию — на
1998 г.
Данный проект — не единственный в мире.однако только он ори-
ентирован наиспользование технологии СДМА.
В последние годы во многих странах, обладающих космическими
— 5 -
технологиями,ведутся работы по созданию подобных систем с высо-
тами орбиткосмических аппаратов от 700 до 2000 км. Наиболее из-
вестенаналогичный проект «Иридиум» (в реализации его принимает
участие НПЦим. Хруничева), основанный на 66спутниках, исполь-
зующий врадиоинтерфейсах технологию СДМА, близкую к стандарту
сотовой связи GMM, и планируемый к реализации практически в те
же, что и«Глобалстар», сроки. Существуют также аналогичные рос-
сийскиепроекты, например, «Гонец» и «Сигнал».Однако на сроки
их реализациисущественное влияние оказывает дефицит финансиро-
вания.
Несмотря на сравнительно небольшую (вмасштабах планеты) про-
пускную способность систем глобальной персональной связи (в
предлагаемойначальной конфигурации), они уже сейчасзаочно на-
чинают конкурировать друг с другом за рынки сбытапутем предва-
рительногосравнения спектра предлагаемых услуг их ориентировоч-
ной стоимости,перспектив развития, привлечения инвесторов и по-
тенциальныхпользователей.
Предварительный сравнительный анализ систем «Глобалстар» и
«Иридиум»был приведен в статье Л.Я. Кантора иИ, С. Поволоцкого
«Системы персональной подвижной связи через низкоорбитальные
ИСЗ»(«Вестник связи — N% 11, 1994 г.).Основные параметры сис-
тем приведены втаблице.
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Проект »Иридиум" «Глобалстар» │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Числоспутников 66 48 │
│Высотаорбиты 900 1400 │
│Емкостьсистемы, │
│тыс.каналов 56 65 │
│Срокслужбы, лет 5 7,5 │
│Стоимостьсистемы, млрд.USD 3,4 1,7 │
│Стоимостьтерми- │
│нала,USD 3000 750 │
│Предполагаемаяоплата │
│за1мин.разговора │
│(толькоспутниковый сег- │
│мент),USD 3 0,3 │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
— 6 -
Как видно, «Глобалстар* обещает более выгодные условия для
абонента. Это связано с тем. что принятая концепция построения
этой системыпредполагает производить всю обработку сигнала на
Земле. опираясь на большое число узловыхстанций. „Иридиум“ же
предполагаетпроизводить подавляющее число соединений с исполь-
зованиеммежспутниковых линий связи, уменьшив доминимума число
наземных станций, что приводит к необходимости иметь сложные
(содержащиекоммутационное оборудование, дополнительные следящие
антенны, источники питания и т.д.) и, соответственно,более тя-
желые и дорогие спутники, требующиезначительных затрат на их
запуск. Известно, что увеличение сложности всегда приводит к
уменьшениюнадежности. Более того, малое числоназемных узловых
станций приведетк необходимости задействования при прохождении
вызова большого количества наземных телефонных сетей и каналов
межспутниковогообмена, что вызовет дополнительные расходы.
В настоящее время проекты „Глобалстар и “Иридиум»получили
положительнуюоценку Министерства связи РФ для проведения подго-
товительной работы по грядущему их использованию вРоссии, где
благодарянеобъятным просторам достаточно «белых» пятен в теле-
коммуникационномобслуживании. По ориентировочным оценкам к 2005
г. в России можно ожидать до 1 млн. пользователей таких систем
связи.
Геодезические спутники (ERS-1,ERS-2).
Летом 1991 года тогдашнее советскоеправительство дало фран-
цузскому судну «Астролаб» разрешение пройти через закрытоес
1922 года длязападного флота Баренцево море на севере Советско-
го Союза. Северовосточный проход через Баренцевоморе, Карские
Ворота и мореЛаптевых к Берингову проливу сокращает путь из Ев-
ропы в Японию на20 дней по сравнению с торговым путем через Су-
эцкий канал. Расстояние от Новой Земли до Берингова пролива,
равное примерно 5.600 километрам, можно преодолетьтолько в лет-
— 7 -
нее время, да и то лишь при помощи ледоколов, причемдаже летом
суда нередко нацелые месяцы вмерзают в паковый лед. Северовос-
точный проходтоже искали около 300 лет: в 1878-79 годахон был
впервые покоренА. Э. Норденшельдом.
«Ледовая вахта» судна«Астролаб» располагалась не как при
Амундсене, на мачте в так называемом «вороньемгнезде», и не на
капитанскоммостике, а высоко в небе.
Всего лишь за десять дней до того, то есть17 июня 1991 года,
был выведен наорбиту геодезический спутник ERS-1. Главной зада-
чей спутников, сконструированных по заказу Европейского косми-
ческого агентства(ESA) и участников консорциума под руководс-
твом фирмыДорниер, дочернего предприятия DASA (Deutsche Aerona-
utics and SpaceAdministration), должны были стать наблюдения за
океанами ипокрытыми льдом частями суши, чтобыпредставить кли-
матологам,океанографам и организациям по охране окружающей сре-
ды данные об этихмалоисследованных регионах. Спутник былосна-
щен самойсовременной микроволновой аппаратурой, благодаря кото-
рой он готов клюбой погоде: «глаза» его радиолокационных прибо-
ров проникаютсквозь туман и облака и дают ясное изображение по-
верхностиЗемли, через воду, через сушу, — и через лед. Теоре-
тически он долженбыл представить идеальную карту ледовой обста-
новки. Апередвижение судна «Астролаб» должно было перепроверить
ее в суровыхусловиях полярного моря.
Основным инструментом спутника является Synthetic Aperture
Radar SAR, который ведет наблюдения по полосе шириной в100 ки-
лометровпаралельно земной орбите. SAR посылает микроволновые им-
пульсы наЗемлю. По отраженным эхо-сигналам можносудить о типе
и структуре, атакже и о степени удаленности земной поверхности.
По данным,которые спутник ERS-1 посылает во время своего полета
над полярнымморем на Землю, ESA и норвежским NERSC(Nansen En-
vironmental andRemote Sensing Center) были составлены карты ле-
довой обстановки. Через спутники связи Inmarsat эти карты были
отправлены на«Астролаб» по факсу. На них можно различить чистые
воды и ледовуюповерхность, а кроме того, карты даютсведения о
возрасте итолщине льда. Это важно для определения курса, потому
что свежий ледлегче расколоть, чем многолетний, а тонкий — лег-
че, чем толстый. Судно «Астролаб» и его сопровождающие искали
пути по этимкартам.
— 8 -
Чтобы данные можно было использоватьдля определения курса,
они должны быть актуальными. Ученым помоглото, что полярная
траектория ведетспутники через полюс на небольшом расстоянии:
им удавалось за несколько часов обработатьпредставляемые ERS-1
данные и нанестиих на карты. Этот спутник вкачестве «ледовой
вахты» былновым, неиспытанным. Так что команда судна «Астролаб»
сверяла данные накартах ледовой обстановки с тем, что было вид-
но при помощибортового оборудования, — а видно было совсем нем-
ного. Потому чтовидимость на море, нередко покрытом завесой ту-
мана, составляла порой не более 200 метров. Зато спутниковые
данные — занемногими исключениями — оказывались точными. ERS-1,
едва стартовав, доказал свою способность нести ледовую вахту и
выполнять важныезадания.
В торговом судоходстве вдали от полярныхрегионов наблюдения
геодезическихспутников тоже находят полезное применение. Спут-
ник ERS-1 припомощи своих микроволновых сенсорных устройств за-
меряетнаправление и скорость ветра на поверхности воды; метеос-
путникам(таким, как Meteosat) удавалось сделать эти замеры
только на верхней кромке облаков. Радары-высотомеры и SAR ре-
гистрируютвысоту, длину и направление волн. И, наконец, ERS мо-
жет определить температуру на поверхностиводы. До сих пор все
эти результатыизмерений давали только буи, суда и оптические
спутниковыесистемы. Но буи и суда могут проводить только точеч-
ные пробы,которые к тому же из-за разных методов измерений надо
сравнивать, аоптическим спутниковым системам часто препятствуют
образующиеся надповерхностью воды облака и туман. Впротивопо-
ложность этомуERS может за сравнительно короткое врамя охватить
с помощью растроввсю поверхность океана. Все эти данныеучиты-
ваются в системе оптимизации судоходных маршрутов, разработка
которой вкачестве пилотного проекта началась на предприятии
Дорниер летом1993 года. На первой стадии было разработано прог-
раммноеобеспечение, которое с октября 1994 годавыверяется на
практике намаршрутах Северной Атлантики.
Партнерами фирмы Дорниер в этом проекте являются Институт
МаксаПланка, Морская метеослужба в Гамбурге,Метеорологическая
службаГермании, Федеральное ведомствоморского судоходства и
гидрографии,Исследовательский центр Geesthacht и фирма AnschGtz
в Киле, в навигационной управляющей системе которой(Nopsy) ис-
— 9 -
пользуется иновое программное обеспечение. Системаобрабатыва-
ет, с одной стороны, данные метеослужб и данные геодезических
спутников относительно волнения моря, направлении и скорости
ветра, а с другой- соответствующие характеристики судна (разме-
ры, загрузка, статика и т.д.). На основе этихсведений разраба-
тываетсяскорейший и, соответственно самый выгодный с точки зре-
ния расходов маршрут. Потому что в судоходстве кратчайший путь
между портомотплытия и портом назначения вовсе не всегда оказы-
вается и самымскорым, в чем на своем печальном опытеубедились
еще полярныемореплаватели.
Уже сегодня торговые суда получают указания по поводу курса,
в частности, от морской службы погоды, которая разрабатывает
центральный план маршрутов и рассылает на суда по факсу. План
должен помочь имобойти штормовые зоны и придерживаться надежно-
го и скорого курса. Новая система допускает децентрализованное
планирование засчет компьютера и приемной станции на борту того
или иного корабля, и благодаря этому быстрее предоставляются
данные, которые опять-таки быстрее могут быть актуализированы.
Это — большоепреимущество, особенно для долгогоплавания и при
полученномзаранее прогнозе. С помощью новойсистемы судоходных
маршрутов капитан может проверять на бортовомкомпьютере путь
следования своегосудна каждый раз, когда поступает новыйпрог-
ноз о волнении наморе. Кроме того, благодаря данным, полученным
через ERS, сообщения о волнах и ветре отличаются большей точ-
ностью, чемраньше.
Ученые, которые разрабатывают новоепрограммное обеспечение,
в своих размышлениях идут уже на шаг вперед: в компьютерные
программы можетбыть введена информация о морских портах и воз-
можностяхпогрузки и разгрузки судов. Можно контролировать, нап-
ример, контейнер с помощью спутников связи, проследить и доку-
ментировать егопуть от отправителя до адресата. Дело в том, что
сегодня помировому океану плавают многие тысячи контейнеров, о
которых уже вовсенеизвестно, куда они были направлены. Планиро-
вание маршрутовпри правильной его организации с использованием
геодезических спутников и спутников связи может вырасти врегу-
лярную системууправления торговым судоходством.
При всем том, разработка судоходныхмаршрутов это, говоря об-
разным языком,только верхушка айсберга, если только вспомнить о
- 10 -
расшифровкеданных ERS об океанах и покрытых льдом пространствах
Земли. Нам известны тревожные прогнозы общегопотепления Земли.
которые приведутк тому, что растают полярные шапки иповысится
уровень моря. Затоплены будут все прибрежные зоны, пострадают
миллионы людей.
Но нам неизвестно, насколько правильны этипредсказания. Про-
должительныенаблюдения за полярными областями при помощи ERS-1
и последовавшего за ним в конце осени 1994 года спутника ERS-2
представляютданные, на основании которых можносделать выводы
об этихтенденциях. Они создают систему«раннего обнаружения» в
деле о таяниильдов.
Благодаря снимкам, которые спутник ERS-1передал на Землю, мы
знаем, что дно океана с его горами и долинами как бы«отпечаты-
вается» наповерхности вод. Так ученые могут составить представ-
ление о том, является ли расстояние от спутника доморской по-
верхности (с точностью до десяти сантиметров измеренноеспутни-
ковыми радарнымивысотомерами) указанием на повышение уровня мо-
ря, или же это«отпечаток» горы на дне.
Хотя первоначально спутник ERS-1 былразработан для наблюде-
ний за океаном ильдами, он очень быстро доказал своюмногосто-
ронность и поотношению к суше. В сельском и лесном хозяйстве, в
рыболовстве, геологии и картографии специалисты работают сдан-
ными, представляемыми спутником. Поскольку ERS-1после трех лет
выполнения своеймиссии он все еще работоспособен, ученыеимеют
шансэксплуатировать его вместе с ERS-2 для общих заданий, как
тандем. И они собираются получать новыесведения о топографии
земнойповерхности и оказывать помощь, например, в предупрежде-
нии о возможныхземлетрясениях.
Спутник ERS-2 оснащен, кроме того, измерительным прибором
Global Ozone Monitoring Experiment Gome которыйучитывает объем
и распределениеозона и других газов в атмосфере Земли. С по-
мощью этого прибора можно наблюдать за опаснойозоновой дырой и
происходящимиизменениями. Одновременно по данным ERS-2 можно
отводить близкоек земле UV-B излучение.
На фоне множества общих для всего мира проблем окружающей
среды, дляразрешения которых должны предоставлять основополага-
ющую информацию иERS-1, и ERS-2, планирование судоходныхмарш-
рутов кажется сравнительно незначительнымитогом работы этого
— 11 -
нового поколенияспутников. Но это одна из тех сфер, в которой
возможности коммерческого использования спутниковых данных ис-
пользуютсяособенно интенсивно. Это помогает прифинансировании
других важных заданий. И это имеет в области охраны окружающей
среды эффект,который трудно переоценить: скорые судоходные пути
требуют меньшегорасхода энергии. Или вспомним о нефтяных танке-
рах, которые в шторм садились на мель илиразбивались и тонули,
теряя свойопасный для окружающей среды груз. Надежное планиро-
вание маршрутовпомогает избежать таких катастроф.