Кадр из фильма “Космическая одиссея 2001 года” (1968)

Представьте, что вам нужно пробросить песчинку через ушко иглы с расстояния 16 000 километров. Примерно тем же самым занимались ученые, отправив в 2004 году к комете Чурюмова-Герасименко межпланетную станцию «Розетта». В 2015 году станция и комета находились на расстоянии около 265,1 млн км от Земли. Однако надёжная связь позволила «Розетте» не только сесть на комету, но и получить ценнейшие научные данные.

Сегодня космическая связь - одно из самых сложных и перспективных направлений развития коммуникационных технологий. Орбитальные спутники уже дали нам GPS, ГЛОНАСС, глобальные точнейшие цифровые карты, интернет и голосовую связь в самых отдаленных районах Земли, но мы смотрим дальше. Как космическая связь работает сейчас и что нас ожидает в будущем?

Путь «Розетты»

Основой инфраструктуры наземных станций, используемых во время миссии «Розетты», стала компьютерная система Intermediate Frequency Modem System (IFMS) , разработанная BAE Systems. Помимо расшифровывания 350 гигабайт данных, переданных станцией, система позволила точно рассчитать положение космического корабля, действуя как GPS для Солнечной системы.

Система IFMS принимала и передавала сигналы в течение всей 10-летней миссии и сопровождала станцию около 800 миллионов километров. IFMS позволяет измерять скорость с точностью до долей миллиметра в секунду, а положение космического аппарата с точностью в пределах метра в любой точке Солнечной системы.

Модули IFMS размещаются на наземных станциях Европейского космического агентства (ЕКА), модернизированных более 20 лет назад для более совершенного получения радиосигналов с космических аппаратов. Вместо аналоговой обработки - настройки на сигнал, фильтрации и демодуляции - новая (на тот момент) технология позволила преобразовывать необработанный сигнал в цифровую форму, из которой программное обеспечение извлекало необходимую информацию.

После преобразования большая часть последующей обработки сигнала выполняется с помощью ППВМ-микрочипов (программируемая пользователем вентильная матрица, field-programmable gate array, FPGA). Они состоят из логических блоков, которые могут быть подключены параллельно для выполнения вычислений. Это позволило разработать сложные алгоритмы для поддержания высокого уровня шумоподавления и стабильности сигналов из космоса.

На Марс и обратно

Наземная сеть антенн Deep Space Network (DSN)

В основном спутники обеспечивают радиосвязь как ретрансляторы, однако для связи с межпланетными космическими аппаратами требуется более продвинутая система, состоящая из больших антенн, сверхмощных передатчиков и сверхчувствительных приемников.

Канал передачи данных на Землю очень узкий - например, параболическая антенна DSS (Deep Space Stations) недалеко от Мадрида принимает данные на скорости 720 Кб/сек. Конечно, марсоход передает всего 500-3200 бит в секунду по прямому каналу, однако основной канал проходит через орбитальный спутник Марса - получается около 31 Мб данных в сутки от марсохода, плюс еще данные, полученные от измерительных датчиков самого спутника.

Связь на расстоянии 55 миллионов километров поддерживает международная сеть радиотелескопов и средств связи Deep Space Network. DSN является частью NASA. В России же для связи с далекими космическими аппаратами используют знаменитый Восточный центр дальней космической связи, расположенный неподалеку от Уссурийска.

На сегодняшний день DSN объединяет три наземные базы, расположенные на трех континентах - в США, Испании и Австралии. Станции удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично перекрывать зоны действия друг друга.

Спутник Mars Odyssey - самый долго действующий космический аппарат из всех, когда-либо отправленных на Марс - обменивается данными с DSN с помощью антенны с высоким коэффициентом усиления на частоте 8406 МГц. Прием данных от марсоходов ведется на УВЧ-антенну.

«Роуминг» по Солнечной системе

DSS-63

Марс - далеко не единственное место во Вселенной, с которым нам нужно поддерживать связь. Например, межпланетные зонды отправлялись к Сатурну и Титану, а Вояджер-1 вообще улетел на 20 миллиардов километров от Земли.

Чем дальше от нас улетают межпланетные станции, тем сложнее уловить их радиосигналы. Мы пока не можем по всей Солнечной системе расставить орбитальные спутники, поэтому вынуждены строить огромные параболические антенны.

Возьмём, к примеру, Мадридский комплекс дальней космической связи. Главная параболическая антенна комплекса DSS-63 имеет зеркало диаметром более 70 метров и весом 3,5 тысячи тонн. Для отслеживания зондов антенна вращается на четырех шариковых подшипниках весом в одну тонну каждый.

Антенна не только принимает сигнал, но и передает. И хотя траектория движения и вращения Земли давно посчитана и пересчитана, найти маленький объект в космосе, чтобы точно направить на него огромную антенну, - задача очень сложная.

Для поиска отдаленных объектов используется радиотриангуляция. Две наземные станции сравнивают точный угол, под которым сигнал попадает на зеркало антенны в разные промежутки времени, и таким образом вычисляется расстояние до объекта и его местоположение.

Центры дальней космической связи

Разработка в 50-х гг. первой советской межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р-7, оснащенной радиоуправлением, поставила перед ее создателями сложную задачу – необходимо было построить большую сеть измерительных станций, которые могли бы определять скорость и корректировать полет ракеты.

Для поддержки запусков первых спутников оборудование, первоначально созданное для испытаний баллистической ракеты, было модернизировано и размещено в научно-измерительных пунктах (НИП). С них осуществлялась передача команд на космические аппараты.

В стране построили десятки НИП. Часть измерительного оборудования разместили на специальных кораблях Военно-морского флота. Корабли участвовали в испытаниях всех типов советских МБР, искусственных спутников и автоматических межпланетных станций, обеспечивали все отработочные и штатные околоземные и лунные полёты советских космических кораблей.

После развала СССР корабли измерительного комплекса за редким исключением были уничтожены. Однако сохранились другие важные для космической связи объекты. По географическим причинам наиболее важные командно-измерительные пункты создали в Крыму (16-й НИП – Западный Центр дальней космической связи) и в Приморском крае (15-й НИП – Восточный Центр дальней космической связи известный как объект «Уссурийск»).

Западный Центр в Евпатории принимал и обрабатывал информацию с первой автоматической станции «Луна», поддерживал связь с межпланетными станциями серий «Венера», «Марс», «Эхо», управлял аппаратами во множестве других проектах.

Главный объект Центра – антенна АДУ-1000 с 8 параболическими зеркалами диаметром 16 метров.

Объект «Уссурийск» был создан в 1965 году в результате перевода Радиоэлектронной части военно-космических сил в районе села Галёнки, в 30 км западнее города Уссурийск. В 1985 году здесь был построена одна из крупнейших в мире антенн – РТ-70 с диаметром зеркала 70 м (такая же антенна находится и в Крыму).

РТ-70 продолжает действовать и будет использоваться в самых перспективных разработках страны – в новой российской лунной программе, стартующей в 2019 году (проект «Луна-25»), и для единственного в мире проекта орбитальной рентгеновской астрономии на ближайшие 15 лет «Спектр-Рентген-Гамма».

Максимальные скорости

Работа устройства Deep Space Optical Communication.

Сейчас на земной орбите находится около 400 коммерческих спутников связи, но в ближайшем будущем их станет гораздо больше. Компания ViaSat объявила о совместном проекте с Boeing по запуску трех спутников нового поколения, пропускная способность которых будет более 1 Тбит/сек - это больше пропускной способности всех вместе взятых работающих спутников на 2017 год.

ViaSat планирует предоставлять доступ в интернет на скорости 100 Мбит/сек по всему миру на частоте 20 ГГц, используя фазированные антенные решетки, а также многопозиционные системы передачи данных.

Компания SpaceX планирует уже в 2019 году начать запускать на орбиту более 12 000 спутников связи (в 30 раз больше всех сегодня летающих!), которые будут работать на частотах 10,7-18 ГГц и 26,5-40 ГГц.

Как вы можете себе представить, нужно обеспечить управление всей орбитальной группировкой спутников таким образом, чтобы не допустить столкновений аппаратов. Кроме того, рассматриваются проекты создания каналов связи со всеми искусственными объектами Солнечной системы. Все эти требования вынуждают инженеров ускорить развертывание новых каналов.

Межпланетные телекоммуникации в радиочастотном спектре с 1960 года увеличились на восемь порядков в пропускной способности, однако нам по-прежнему не хватает скорости для передачи изображений и видео высокой четкости, не говоря уже о коммуникации с тысячами объектов одновременно. Один из перспективных способов решения проблемы - лазерная связь.

Впервые космическая лазерная связь была испытана российскими учеными на МКС 25 января 2013 г. В том же году на аппарате Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer испытывалась система двусторонней лазерной связи между Луной и Землей. Удалось достичь скорости передачи данных 622 Мбит/сек с аппарата на наземную станцию, и 20 Мбит/сек с наземной станции на аппарат, находившийся на расстоянии 385 000 км от Земли.

Проект Laser Communications (LASERCOM) в будущем сможет решить вопрос связи в околоземном пространстве, Солнечной системе и, возможно, в межзвездных миссиях.

Лазерная связь в глубоком космосе будет проверена в ходе миссии «Психея». Зонд стартует в 2022 году, а в 2026 году достигнет металлического астероида 16 Psyche. На борту зонда будет установлено специальное оборудование Deep Space Optical Communications (DSOC) для передачи большего количества данных. DSOC должно повысить производительность и эффективность связи космических аппаратов в 10-100 раз по сравнению с обычными средствами, без увеличения массы, объема, мощности и спектра.

Ожидается, что использование лазерной связи приведет к революционным изменениям в будущих космических миссиях.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта

Сегодня уже никого не удивляет множество спутниковых тарелок на крышах жилых домов. Космическая связь прочно вошла в жизнь обычного обывателя. Даже в отдаленных районах теперь есть возможность смотреть телепередачи и пользоваться услугами интернета, при этом имея высокий уровень сигнала. Но все это стало возможным благодаря работе центров космической связи, о которых и пойдет речь в данной статье.

Всемирная сеть

В современном мире сеть опоясывает весь мир. В России возможность принимать качественные телевизионные сигналы обеспечивает Федеральное государственное унитарное предприятие «Космическая связь». Это одно из десяти самых крупных спутниковых операторов в мире, с собственным центром компрессии телепрограмм. Кроме того, оно обеспечивает мультиплексирование цифровых потоков, формирует пакеты федеральных программ теле- и радиовещания.

Космическая составляющая

Предприятие состоит из орбитальной группировки из 12 спутников всех диапазонов. Зоной обслуживания спутников является вся территория России, СНГ, Европы, Африки и Ближнего Востока, Австралия, Северная и Южная Америки, а также Азиатско-Тихоокеанского региона. Орбитальное расположение на дуге орбиты - от 14° западной долготы до 145° восточной долготы.

Земная компонента

Инфраструктура, которая находится на земле, - это пять центров космической связи. Расположены они по всей территории России. В своей деятельности предприятие руководствуется Федеральной целевой программой развития телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2018 годы. Спектр предоставляемых услуг очень широк:

Системы космической связи

Передача информации по каналу Земля - космический спутник и обратно осуществляется различными способами. В космосе используются телеметрические, телефонные, телеграфные, телевизионные системы. Наиболее популярна система радиосвязи. Основные отличительные черты космической связи с летательными космическими объектами следующие:

• постоянно меняющееся положение космических летательных аппаратов;
• непрерывное изменение частоты сигнала на приеме;
• ограниченные зоны прямой видимости с наземными пунктами связи;
• ограничения мощности передатчиков, расположенных на космических летательных аппаратах;
• огромная дальность связи.

Развитие космической связи

Всем известно, что первая связь с человеком в космосе осуществилась 1961 года. Космонавтом был Юрий Гагарин, на протяжении всего его полета поддерживалась устойчивая двусторонняя Земли и космического корабля «Восток» в диапазоне метровых и декаметровых волн.

В дальнейшем космическая связь с землей усовершенствовалась, и уже в августе 1961 года во время полета космонавта Г.С. Титова появилось с уменьшенным до 10 кадров в секунду телевизионное изображение. Сегодня применяются телевизионные системы обычного стандарта, а дальность связи достигает 350 миллионов километров (при полетах на Марс).

Технологическая и экономическая составляющая

Срок службы спутника на орбите составляет около 15 лет. За это время происходит развитие новых технологий связи. Один спутник с выводом на орбиту стоит до 230 миллионов долларов и задача владельца - это запустить и эффективно использовать его как объект аренды. В России всего две крупные корпорации, которые могут себе позволить иметь спутник на геостационарной орбите - ФГУП «Космическая связь» и ОАО «Газпром космические системы».

Проблемы коротких волн

Радиосвязь с и самолетами, находящимися на расстояниях более 1 000 километров, ведется в коротковолновом диапазоне. Но в современном мире этого диапазона уже не хватает. Причины такого положения следующие:

• в коротковолновом диапазоне без значительных помех могут работать порядка тысячи радиостанций, а их сегодня работает в разы больше.
• Все возрастающий уровень помех требует использования более мощных передатчиков.
• Принципиальный дефект такого диапазона - многолучевое распространение волн и эффект замирания сигнала в точке приема. Это делает практически невозможной связь в этом диапазоне не очень больших расстояниях.

Ультракороткий волновой диапазон менее загружен, но прием осуществляется только в зоне видимости.

Выход - спутники

Именно наличие ретранслятора сигнала в космосе, а именно на спутниках, дает перспективы и открывает новые возможности для развития космической связи. Она сможет обеспечить надежную связь с удаленными объектами в космосе и покрыть поверхность планеты надежной радио- и телевизионной магистральной сеткой. На спутниках могут быть установлены активные и пассивные ретрансляторы сигнала, а сами спутники могут быть как стационарные (неподвижные относительно Земли), так и летающие на низких орбитах.

Эту статью мы хотим посвятить российскому оператору спутниковой связи. Многим интересна как специфика его деятельности, так и местоположение, возможность трудоустройства. Речь идет о "Космической связи" (ГПКС). "Пятьдесят лет на орбите" - каково это? Давайте поближе познакомимся с учреждением.

(ГПКС) - что это?

Что скрывается за "Космической связью"? Это:

• Услуги вещания и связи с глобальным покрытием на территории 52 стран.
• Высококлассная наземная инфраструктура: московский технический центр и пять отделений от столичного региона до Хабаровского края.
• Современный спутниковый комплекс - 12 космоаппаратов на геостационарной орбите.
• 5 телепортов.
• Информационная структура, охватывающая всю территорию РФ.

ФГУП (ГПКС) - национальный представитель услуг спутниковой связи. Организация подведомственна "Россвязи" (федеральному российскому агентству связи). Генеральный директор сегодня - Прохоров Ю. В.

Организация была основана в 1967 году. За временной путь до наших дней он сменила несколько названий:

• Союзный узел радиосвязи и радиовещания №9.
• "Космическая связь" - ГПКС.

Деятельность компании можно разделить на три вектора:

• Услуги связи.
• Цифровое радио- и телевещание.
• Управление спутниками и контроль за их работой.

Расположение компании

Адрес "Космической связи" (ГПКС): Москва, Первый Гончарный переулок, 8, строение 6. С местоположением вы можете подробно ознакомиться на карте ниже.

Структура ГПКС

Система ФГУП "Космическая связь" следующая:

Наземная инфраструктура

ФГУП "Космическая связь" (ГПКС) имеет следующие наземные отделения:

История развития

Проследим за этапами истории развития ГПКС (фото "Космической связи" также представлены в статье):

Цифровое теле- и радиовещание

Услуга "цифровое телерадиовещание" представлена в четырех направлениях:

Услуги связи

Тут выделяются следующие векторы:

Связь между земными пунктами и космическими аппаратами (КА); между двумя или несколькими земными объектами через ретрансляторы, установленные на космическом аппарате, или искусственные образования (пояс иголок, облако ионизированных частиц и т.п.); между двумя или несколькими космическими аппаратами. Основные особенности космической связи : ввиду непрерывного и быстрого изменения положения космических аппаратов необходимо знать их текущие координаты и наводить приёмные и передающие антенны земного пункта связи на заданный космический аппарат; из-за эффекта Доплера непрерывно изменяются частоты принимаемых сигналов; зоны взаимной видимости земного пункта и космического аппарата ограничены и изменяются во времени; бортовые радиопередатчики космических аппаратов имеют ограниченную мощность; большая дальность связи обусловливает очень малые уровни принимаемых радиосигналов. Надёжность функционирования космической связи определяется главным образом безотказностью работы спутников-ретрансляторов.
Космическая связь между земными пунктами и космическими аппаратами обеспечивает передачу и приём команд управления, проведение траекторных и телеметрии, измерений, телефонную связь с космонавтами, передачу телевизионных изображений. Осуществляется по симплексным радиолиниям: «Земля - борт космического аппарата» и «борт космического аппарата - Земля». По обеим радиолиниям может передаваться значительный объём информации.
Использование для обмена информацией искусственных спутников-ретрансляторов позволяет решить проблему глобальной связи между отдалёнными районами, странами и континентами, а также задачу управления расположенными там войсками (силами). Основными элементами спутниковой связи (СС) являются: спутники связи на орбитах, оснащённые ретрансляционной аппаратурой и аппаратурой обеспечения их нормального функционирования (источниками энергопитания, аппаратурой для ориентации, управления и т.д.); земные станции, оснащённые приёмо-передающей аппаратурой и предназначенные для образования спутниковых каналов связи; центр управления спутниками связи - ретрансляторами с командно-измерительными средствами, обеспечивающий организацию спутниковых каналов связи между различными абонентами. Спутниковая связь может рассматриваться как составная часть единой системы связи государства или группы государств (система дальней телефонно-телеграфной связи «Молния-1», международные системы «Интерспутник», «Интелсат» и др.) либо как составная часть системы связи вооруженных сил государства или военного блока (система «DSCS» в США, «НАТО-2» и др.). Военное командование США в 1965-73 во время войны во Вьетнаме использовало спутниковую связь для обеспечения двусторонней радиотелефонной и радиотелетайпной связи в интересах управления войсками (силами), а также для передачи фотоснимков районов, подвергшихся бомбардировке. В зависимости от способа ретрансляции сигналов, принимаемых на борту спутника связи, различают спутниковую связь с задержкой (переносом) ретранслируемой информации и спутниковую связь с прямой ретрансляцией. В первом случае принятые сигналы накапливаются в запоминающих устройствах, а затем по команде или программе передаются корреспонденту, в зону видимости которого входит спутник связи. Наибольшее распространение получила спутниковая связь с прямой ретрансляцией (системы типа «Молния», «Интелсат» и др.).
Космическая связь между космическими аппаратами обеспечивает обмен информацией между экипажами пилотируемых космических кораблей (например, при их стыковке), между автоматическими космическими аппаратами с целью ретрансляции сигналов, проведения траекторных измерений, управления движением. Связь между пилотируемыми космическими аппаратами осуществляется, как правило, на небольших расстояниях в КВ-диапазоне или длинноволновой части УКВ-диапазона; между автоматическими космическими аппаратами дальность связи достигает десятков тысяч километров.
Литература: Основы технического проектирования аппаратуры систем свили с помощью ИСЗ. М., 1972; Энергетические характеристики космических радиолиний. М., 1972; Калашников Н.И., Быков В.Л., Крапотин О.С. Радиосвязь с помощью искусственных спутников Земли. М., 1964; Спутники связи. Пер. с англ. M., 196B; Системы связи с использованием искусственных спутников Земли. Сборник статей. Пер. с англ. М., 1964.
Н.К.Сергеев.