Первые системы спутниковой связи

В. Н. Танетов

В этой статье, которую можно считать частью II [1], автор поставил перед собой скромную задачу: напомнить читателю в последовательности и в обобщенном виде историю создания первых отечественных и зарубежных, гражданских и военных систем спутниковой связи. История эта, как представляется автору, начинает забываться. Пути развития и совершенствования спутниковых систем описаны во многих изданиях, да и рассмотрение их не уместилось бы в объеме одной статьи.

Минувшие три десятилетия характеризуются значительным ростом объема передаваемой информации, увеличением скорости ее передачи. Появилось большое число новых услуг, значительно возросло количество пользователей ими. Эти явления тесно связаны друг с другом; налицо тот случай, когда спрос рождает предложение, и наоборот [2].

Создание систем спутниковой связи началось почти одновременно в СССР и США, в 1964 г. Деловые круги Америки, опираясь на широкие экономические возможности как своей страны, так и других заинтересованных в развитии систем связи развитых стран, 20 августа 1964 г. подписывают соглашение о создании Международного консорциума спутниковой связи - ИНТЕЛСАТ. Это соглашение подписали США, Англия, Франция, Германия, Япония, Канада, Бразилия, Италия и другие - всего 11 стран. Задачи Консорциума: разработка, проектирование, изготовление и эксплуатация системы глобальной коммерческой спутниковой связи [1].

Как известно, в Советском Союзе в начале 1965 г. была создана и введена в эксплуатацию система спутниковой связи "Молния-1", по названию спутника. Эта система позволила организовать связь Москвы (станции в Медвежьих Озерах и Щелково) с районами Дальнего Востока (станции в Уссурийске и Петропавловске-Камчатском), Сибири (станция в Улан-Удэ), Средней Азии (станция в районе озера Балхаш).

В системе "Молния-1" передавались программы телевизионного (ТВ) и радиовещания (РВ), полосы газет, а также осуществлялись телефонные и телеграфные связи с указанными районами [4]. К концу 1967 г. в стране были введены еще 20 станций, которые с имеющимися станциями образовали первую в мире систему распределения телевидения "Орбита" (главный конструктор Н. В. Талызин, НИИР). Система расширялась, количество станций росло, и с учетом разницы во времени по часовым поясам в дальнейшем была создана под руководством того же конструктора распределительная система телевизионного вещания "Москва", в которой использовались спутники "Горизонт", "Экран" и "Экспресс" [2].

Вернемся к начальному периоду создания системы "Молния-1". При ее разработке энергетика радиолинии была рассчитана с некоторым запасом, что позволило создать и параллельно ввести в эксплуатацию систему спутниковой связи "Корунд" и комплекс "Ручей". Эти средства использовались в интересах обороны страны для организации телефонных и телеграфных связей с войсками, расположенными в любом регионе, а также для передачи сигналов оповещения. Задействовались ретрансляторы тех же спутников "Молния-1" на основных и сопряженных витках, работа осуществлялась через один ствол одновременно, с частотным разносом.

Такого рационального использования средств наши главные соперники, американцы, достичь не могли, так как мощность ретрансляторов на их спутниках была всего 6...8 Вт, а на наших - 40 Вт. Это преимущество в энергетике радиолинии позволило конструкторам СССР снова удивить мир созданием в 1973 г. перевозимой и самолетной станций "Контакт" для телефонной связи во время визитов и перелетов руководства страны.

Характерен такой пример. Перед визитом Л. И. Брежнева в США в нашем посольстве в Америке была установлена первая станция "Контакт". Леониду Ильичу была предоставлена возможность переговорить с нашим послом в США А. Ф. Добрыниным. Связь была настолько хорошей, что он сказал Добрынину: "...я тебя так хорошо слышу, как из соседней комнаты. Вот давай теперь будем считать эту связь основной". С тех пор спутниковая связь стала не только основной для высшего руководства страны и Вооруженных Сил, но и получила импульс для дальнейшего развития в целом.

Советские инженеры, опередив американских специалистов, первыми в мире, в 1974 г., создали перевозимую станцию МАРС для передачи ТВ изображения и звука в реальном масштабе времени из районов, где не было стационарных станций спутниковой связи (конструктор С. В. Бородич, НИИР). Она использовалась для трансляции ТВ репортажей во время стартов космических кораблей или показа других важных событий, происходящих как в стране, так и за рубежом (в Индии, на Кубе, в Болгарии и др. ).

В СССР государственная система спутниковой связи "Молния-1" работала в диапазоне 800...1000 МГц. Однако, в соответствии с Регламентом радиосвязи, принятым Международным союзом электросвязи на Всемирной конференции радиосвязи, этот диапазон не предназначался для спутниковой связи, а был отведен для фиксированной подвижной связи, для использования в радиовещательной и радиолокационной службах, а также для воздушной радионавигации. Поэтому государственную систему спутниковой связи надо было перевести в другой диапазон [6]. Для этого проведена очень большая работа. Были построены новые и переоборудованы новой аппаратурой действующие наземные станции, и все - без перерыва телевизионного и радиовещания, телефонной и телеграфной связи. Был создан новый ретранслятор, работающий в диапазоне 4/6 ГГц, и модернизирован спутник. Все это позволило расширить возможности спутниковой связи, создать на спутнике многоствольные ретрансляторы.

Перевод государственной системы спутниковой связи в новый диапазон начался в 1971 г., с выводом на высокоэллиптическую орбиту спутника "Молния-2" с двухствольным ретранслятором, работающим в диапазоне частот 4/6 ГГц, что можно считать началом создания в СССР новой государственной системы спутниковой связи, работающей в наиболее перспективном диапазоне частот.

В середине 1973 г. был введен в эксплуатацию трехствольный ретранслятор на спутнике "Молния-3", имеющий также высокоэллиптическую орбиту. Такие высокие орбиты (в апогее около 40 тыс. км) очень удобны для организации связи на территории нашей страны, так как зона радиовидимости с такого спутника охватывает всю территорию Советского Союза и всю северную полярную область Земли. Получить такую же зону радиовидимости со спутников, находящихся на геостационарной орбите в любых точках над экватором, невозможно.

Недостатком системы со спутниками на высокоэллиптических орбитах является необходимость перевода антенн земных станций с одного спутника на другой 4 раза в сутки, из-за чего возникают кратковременные перерывы связи (в среднем до 30 с).

С вводом в эксплуатацию многоствольного спутника "Горизонт", выведенного на геостационарную орбиту в 1975 г., завершилось создание новой системы спутниковой связи в нашей стране. Система была названа по имени спутника -

"Горизонт". Первые спутники системы были расположены в точках стояния над экватором 14° з. д.; 35° и 80° в. д. На каждом из них было по шесть стволов, работающих в диапазоне 4/6 ГГц, и один ствол в диапазоне 11/14 ГГц, ширина полосы частот каждого ствола - 36...40 МГц. Вскоре на спутнике "Горизонт" был введен ствол ретранслятора, работающий в диапазоне 1,5/1,6 ГГц, для организации связи с подвижными объектами или малыми станциями, а также между ними.

В 1976 г. был выведен на геостационарную орбиту спутник "Экран" с точкой стояния над экватором 99° в. д., который позволил создать зону непосредственного телевизионного вещания в районах Урала и Западной Сибири. Первоначально разработка ретранслятора этого спутника осуществлялась при непосредственном участии В. А. Шамшина (НИИР) [5].

Ретрансляторы на этих спутниках -гетеродинного типа, сигналы в них усиливаются в основном на промежуточной частоте (обычно 70...120 МГц). Через каждый ствол ретранслятора возможна передача одной ТВ программы со звуковым сопровождением или нескольких несущих для передачи телефонной или другой информации.

Одновременно стремительно развивались и совершенствовались государственные и ведомственные системы спутниковой связи в других странах, международные системы.

В 1965 г. начала действовать самая крупная международная организация спутниковой связи ИНТЕЛСАТ, в которую входят более ПО стран. С помощью этой системы в 1987 г. обеспечивалось около двух третей международных каналов спутниковой связи, а в настоящее время - около одной трети. В соответствии с разработанной схемой построения системы на геостационарной орбите размещаются девять рабочих спутников ИНТЕЛСАТ в следующих точках над экватором: 1°; 18,5°; 22°; 24,5° з. д. и 60°; 63°; 66°; 174°; 180° в. д. Вот некоторые данные одного из спутников - ИНТЕЛСАТ VI: масса - 3720 кг, габариты - 6,4х3, 6 м, пропускная способность - 80 тыс. телефонных каналов, мощность солнечных батарей - 2200 Вт, ширина полосы частот ретранслятора - 3520 МГц (суммарная), срок службы - 10 лет. Спутник имеет 50 отдельных ретрансляторов, работающих в диапазонах 4/6 и 11/14 ГГц, и используется для ретрансляции информации любого вида. В системе ТОМ А-120 ИНТЕЛСАТ скорость передачи информации составляет 120 Мбит/с (без кодирования) или 105 Мбит/с (с кодированием ГЧХ 7/8). В ретрансляторе с полосой 80 МГц (полезная полоса 72 МГц) достигается удельная скорость передачи 1,3125, или 1,5 бит/Гц [4].

В 1981 г. создается международная организация морской спутниковой связи ИНМАРСАТ. Эта система предназначена для осуществления связи морских судов с берегом, передачи оповещения и сведений о погоде, передачи с кораблей срочных сообщений и сигналов о помощи, а также для определения координат корабля.

Система ИНМАРСАТ была доработана с целью расширения возможностей организации связи и навигации не только в интересах морских судов, но и самолетов. Она может обеспечить глобальную связь с судами и самолетами (за исключением находящихся в полярных областях) с высокой степенью надежности. С 1985 г. система оснащена спутниками второго поколения типа "Мареке" и ИНМАРСАТ-2 на геостационарной орбите в семи точках над экватором: 18,5° или 21,5°; 26°; 177,5° з. д. и 60°; 63°; 66°; 179° в. д. Через спутник ИНМАРСАТ-2 можно вести одновременно 125 телефонных разговоров в направлении берег - корабль и до 250 разговоров в обратном направлении. Применение техники частичного подавления несущей в разговорных паузах может удвоить число телефонных каналов в направлении берег - корабль благодаря снижению потребления мощности от источника энергии спутника.

Основные данные спутника ИНМАРСАТ-2: масса на орбите - 690 кг; габаритные размеры - 1,5x1, 48x1, 59 м; размах солнечных батарей - 15,33 м; диапазон рабочих частот - 4/6 и 1,56/1,6 ГГц; мощность источника питания - 1,13 кВт; срок службы - 10 лет.

Связь в направлении берег - спутник - корабль осуществляется следующим образом: прием сигналов на спутнике ведется в диапазоне 6 ГГц, передача со спутника - в диапазоне 1, 56 ГГц; в обратном направлении прием на спутнике ведется в диапазоне 1, 6 ГГц, передача - в диапазоне 4 ГГц [4].

Услугами системы спутниковой связи ИНМАРСАТ, как и других международных систем, может воспользоваться любая организация, купившая приемно-передающее оборудование станции.

Международная организация ИНМАРСАТ с 1 апреля 1999 г. реорганизована: она разделилась на акционерную компанию и межправительственный орган, который будет следить за тем, чтобы ИНМАРСАТ продолжила выполнять свои уставные обязательства перед обществом, в частности, обеспечивать функционирование глобальной системы морской безопасности [8].

Европейская спутниковая система ЕВТЕЛСАТ начала регулярную работу с января 1984 г., после вступления в силу Конвенции и Эксплуатационного соглашения. В состав организации входят более 23 европейских государств. Система работала через три спутника типа ECS на геостационарной орбите, расположенных в точках над экватором: 5° з. д., 7° и 13° в. д., и обеспечивала передачу данных, факсимильных сообщений, конференц-связь, а также передачу ТВ программ. Один спутник серии ECS осуществлял ретрансляцию до 12000 телефонных разговоров и четырех телевизионных программ. Телефонные каналы формируются в цифровой форме с интерполяцией речевых сигналов. Система работает с временным разделением каналов.

К настоящему времени система ЕВТЕЛСАТ значительно расширилась, имеет спутники типа Eutelsat в 10 точках над экватором, которые постепенно заменяются спутниками связи типа W и шведскими Sinus. Подробнее о системе ЕВТЕЛСАТ можно прочитать в журнале "Новости космонавтики" [8].

Наибольшее распространение получила спутниковая связь в США, где действуют около 30 государственных и частных систем, в том числе военные: DSCS III и MILSTAR (ВВС), FLEET-SATCOM и LEASAT (ВМС). С 1982 г. действует система военной связи стран НАТО (НАТОСАТ III).

Свои национальные системы спутниковой связи имеют Австралия - AUSSAT; Бразилия - SBTA; Канада - ANIK С; Индия - INSAT; Индонезия - PALAРАВ; Колумбия - SATCOL; Мексика - ILHUICAHUA; Италия - ITALSAT I; Великобритания - UNISAT, L-SAT и военная SKYNETS; Франция - TELECOM I и TDF-1; Германия - DFS и TV-SAT; Швеция - TELE-X; Япония - CS-3 и BS-3; КНР - STW-2 и др.

В нашей стране осуществляется телевизионное и звуковое вещание в пяти вещательных зонах с учетом разницы во времени в часовых поясах. Действует многоканальная связь Москвы со всеми регионами страны, а также между отдельными областными центрами, передаются изображения газетных полос и метеокарт. Международная спутниковая связь реализуется системами ИНТЕРСПУТНИК, ИНТЕЛСАТ, ИНМАРСАТ. В национальной системе спутниковой связи используются отечественные спутники типа "Горизонт", "Экспресс", которые расположены в 10 точках геостационарной орбиты, и спутник "Экран" в точке стояния над экватором 99° в. д.

Итак, можно сказать, что спутниковые системы связи широко используются как в международных, так и в национальных сетях связи. В последние годы наиболее интенсивное развитие идет именно в национальных сетях. Принятый в большинстве стран мира переход к передаче различной информации в единой цифровой форме позволил создать интегральные цифровые сети связи. При построении таких сетей особенно заметны преимущества спутниковой связи. Большая пропускная способность, высокая экономичность, быстрота развертывания земного комплекса делают спутниковую связь весьма перспективной [2].

В новых системах используются спутники на геостационарной, эллиптической и низкой круговой орбитах. Ретрансляторы на спутниках обеспечивают высокое качество каналов. Применяются новейшие методы кодирования с исправлением ошибок, свертывание и обработка сигналов на борту, частотное и временное разделение каналов. Значительно повысилась мощность ретрансляторов, что позволяет при передаче телевизионного и радиовещания, газетных полос, метеоинформации и др. принимать ее на малые наземные антенны и упрощенные приемники, а также расширять сеть потребителей этой информации. Повышение энергетики линий спутниковой связи обеспечивается также благодаря применению на борту узконаправленных антенн.

Все большее развитие получают сети деловой связи для фирм и предприятий. Часто они организуются по принципу конференц-связи с использованием на периферии малых станций, в том числе подвижных (на самолетах, морских судах, в поездах и автомобилях). Возникает также потребность в прямых связях между малыми станциями, в том числе подвижными. Использование в системах стандартных цифровых каналов позволяет осуществлять передачу информации из сети одной системы в сеть другой с хорошим качеством.

Применение каналов спутниковой связи, совместно с наземными каналами, для организации сотовых сетей приобретает все большее значение. Это позволяет значительно повысить надежность связей и расширить охватываемые ими регионы.

Принято считать, что увеличение объема передаваемой информации и скорости обмена ею между потребителями способствует росту уровня развития людей, их знаний, и - как следствие - дальнейшему росту производства, экономики страны, а в итоге росту благосостояния людей, уровня их жизни. Во всем мире происходит постепенное увеличение информационных потоков между странами, предприятиями, учреждениями, людьми.

Спутниковая связь и ракетно-космическая отрасль промышленности в нашей стране переживают большие трудности. Упразднен единый государственный заказчик и хозяин космических средств - Военно-Космические Силы, сокращено финансирование в этой области по гражданской линии - в 5 раз, по военной - в 10 раз. Такое положение привело к тому, что 60 % действующих спутников связи типа "Горизонт" и "Экспресс" выработали свой ресурс и требуют замены. Все это затрудняет нормальную деятельность российских систем связи и вещания [7].

На основе анализа материалов научно-технического семинара "О состоянии и перспективах спутниковой связи, радио и телевещания", состоявшегося 17 апреля 1998 г. в ИКИ РАН, а также XXIII научных чтений по космонавтике, проведенных РАН, Российским космическим агентством и комиссией РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства (Москва, 26-29 января 1999 г.), можно сделать вывод, что отечественная наука в этой области не утратила своих передовых позиций и вселяет надежду на то, что Россия может восстановить передовые позиции в области спутниковой связи. Об этом говорят разработанные проекты: "Тройка", представленный головным российским производителем спутников связи НПО ПМ (Красноярск) в кооперации с французскими компаниями Aerospetiale и Alcatel Espace, а также проект "Ямал", который берутся выполнить РКК "Энергия", ОАО "Газком", РАО "Газпром" и Газпромбанк. Интересны разработки низкоорбитальных спутниковых систем "Гонец", "Ростелесат" и другие. Подробнее об этих разработках можно прочитать в журнале "Новости космонавтики" [9, 10].

Литература

1. Танетов В. Н. От "внеземной ретрансляции" к первым спутникам связи // Электросвязь. - 1998. - №11.
2. Минсвязи РФ, ГКЭС. Под ред. A. M. Конькова. Основные положения по развитию системы спутниковой связи и вещания. - М.: Информсвязь, 1994.
3. Черток Б. Е. Ракеты и люди. Кн. 2 и 3. -М.: Машиностроение, 1996 и 1997.
4. Танетов В. Н. Спутниковая связь за рубежом. Обзор. - М.: РТИ АН, 1987 и 1988.
5. Системы и средства связи. Отчет № 11616/030. - М.: РТИ АН СССР, 1985.
6. Международный союз электросвязи. Регламент радиосвязи. Т. 1. - М.: Радио и связь, 1985.
7. Сиробаба Я. Я. "Экспресс" в тупике. / Газета "Советская Россия" № 16 от 11 февраля 1999.
8. Новости космонавтики. № 21/22. с. 35. РКА (Российское космическое агентство). - М., 1998.
9. Новости космонавтики. № 1. - с. 18-20. РКА. - М., 1998.
10. Новости космонавтики. № 11. с. 27. РКА. - М., 1998.

Статья опубликована в журнале "Электросвязь" №1, 2000 г., стр. 34.
Перепечатывается с разрешения редакции.