Научная статья на тему 'КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРИЁМА ЦЕЛЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ'

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРИЁМА ЦЕЛЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
318
101
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ / КОНЦЕПЦИЯ / ЦЕЛЕВАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ПРИЁМНЫЙ КОМПЛЕКС / ПУНКТ ПРИЁМА ИНФОРМАЦИИ

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Ерешко М.В., Борисов А.В.

В статье рассмотрена задача взаимоувязанного развития наземной космической инфраструктуры и орбитальной группировки космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Ввиду значительного количества элементов космического и наземного сегментов космической системы ДЗЗ неоднородной структуры необходим механизм разработки её концепций с получением уточнённых исходных данных для определения мер по оптимизации конфигурации наземного сегмента ДЗЗ в географической составляющей с оснащением приёмных комплексов, предусматривающих приём целевой информации с высокопроизводительных космических аппаратов ДЗЗ. Приведены тенденции развития средств и технологий передачи целевой информации ДЗЗ, в частности - состояние магистральной сети высокоскоростной оптической линии связи в целях определения возможных мест размещения элементов наземного сегмента ДЗЗ. Введены показатели, системно характеризующие возможности распределённой сети пунктов приёма информации. На основе полученных данных выявлены системные закономерности в развитии наземного сегмента по приёму целевой информации ДЗЗ в зависимости от состояния орбитальной группировки ДЗЗ, определяющие дальнейшую выработку стратегии развития наземной космической инфраструктуры ДЗЗ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Ерешко М.В., Борисов А.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CONCEPTUAL SCENARIOS FOR DEVELOPMENT OF GROUND INFRASTRUCTURE FOR RECEIVING MISSION PAYLOAD DATA FROM A PERSPECTIVE EARTH REMOTE SENSING SATELLITE CONSTELLATION

In view of the considerable number of elements in space and ground segments of a heterogeneous space ERS system, a mechanism is required for developing its concepts with obtaining refined baseline data for determining measures to optimize the ERS ground segment configuration geography-wise and outfit receiving systems for receiving mission payload data from high-performance ERS satellites. The development trends for equipment and technologies for transmitting ERS mission payload data are given, in particular the status of the high data rate optical backbone network in order to determine possible locations for ground segment elements of a space ERS system. Indicators are introduced which systemically characterize the capabilities of a wide-area network of remote sensing data receiving stations. Based on the obtained data, system-level patterns were determined in the development of the ground segment for receiving the ERS mission payload data depending on the state of the ERS satellite constellation, driving further development of strategy for the ERS ground infrastructure.

Текст научной работы на тему «КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРИЁМА ЦЕЛЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ»

УДК 629.78.086

концептуальные сценарии развития наземной космической инфраструктуры

приёма целевой информации перспективной орбитальной группировки дистанционного зондирования земли

© 2021 г. Ерешко м.в., Борисов А.в.

АО «Российские космические системы» Ул. Авиамоторная, 53, г. Москва, Российская Федерация, 111250, e-mail: contact@spacecorp.ru

В статье рассмотрена задача взаимоувязанного развития наземной космической инфраструктуры и орбитальной группировки космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Ввиду значительного количества элементов космического и наземного сегментов космической системы ДЗЗ неоднородной структуры необходим механизм разработки её концепций с получением уточнённых исходных данных для определения мер по оптимизации конфигурации наземного сегмента ДЗЗ в географической составляющей с оснащением приёмных комплексов, предусматривающих приём целевой информации с высокопроизводительных космических аппаратов ДЗЗ.

Приведены тенденции развития средств и технологий передачи целевой информации ДЗЗ, в частности — состояние магистральной сети высокоскоростной оптической линии связи в целях определения возможных мест размещения элементов наземного сегмента ДЗЗ. Введены показатели, системно характеризующие возможности распределённой сети пунктов приёма информации. На основе полученных данных выявлены системные закономерности в развитии наземного сегмента по приёму целевой информации ДЗЗ в зависимости от состояния орбитальной группировки ДЗЗ, определяющие дальнейшую выработку стратегии развития наземной космической инфраструктуры ДЗЗ.

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, концепция, целевая информация, приёмный комплекс, пункт приёма информации.

DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2021-2-119-129

conceptual scenarios for development of ground infrastructure for receiving mission payload data from a perspective earth remote sensing satellite constellation

Ereshko M.V., Borisov A.V.

Joint Stock Company «Russian Space Systems» 53 Aviamotornaya str., Moscow, 111250, Russian Federation, e-mail: contact@spacecorp.ru

The article addresses the problem of cooperative development of ground infrastructure and constellation of Earth remote sensing (ERS) satellites.

ЕРЕШКО м.в. БОРИСОВ A.B.

ЕРЕШКО Максим Владимирович — инженер-программист АО «Российские космические системы», e-mail: maxereshko@mail.ru

ERESHKO Maksim Vladimirovich — Software engineer at Joint Stock Company «Russian Space Systems», e-mail: maxereshko@mail.ru

БОРИСОВ Андрей Владимирович — кандидат технических наук, заместитель начальника отдела АО «Российские космические системы», e-mail: borisov_av@rambler.ru

BORISOV Andrey Vladimirovich — Candidate of Science (Engineering), Deputy Head of Department at Joint Stock Company «Russian Space Systems», e-mail: borisov av@rambler.ru

In view of the considerable number of elements in space and ground segments of a heterogeneous space ERS system, a mechanism is required for developing its concepts with obtaining refined baseline data for determining measures to optimize the ERS ground segment configuration geography-wise and outfit receiving systems for receiving mission payload data from high-performance ERS satellites.

The development trends for equipment and technologies for transmitting ERS mission payload data are given, in particular the status of the high data rate optical backbone network in order to determine possible locations for ground segment elements of a space ERS system. Indicators are introduced which systemically characterize the capabilities of a wide-area network of remote sensing data receiving stations. Based on the obtained data, system-level patterns were determined in the development of the ground segment for receiving the ERS mission payload data depending on the state of the ERS satellite constellation, driving further development of strategy for the ERS ground infrastructure.

Key words: Earth remote sensing, concept, payload data, receiving system, data receiving station.

Введение

Решение практической задачи оценки вклада пунктов приёма информации (ППИ) в приём целевой информации является приоритетной задачей для определения облика перспективных средств наземного комплекса приёма в условиях роста перспективной орбитальной группировки (ОГ), состоящей из высокопроизводительных и разнотипных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Актуальность полноты приёма целевой информации во многом определяется растущими объёмами данных с российских и зарубежных КА ДЗЗ [1]. Усложнение целевой аппаратуры эквивалентно увеличению требований к пропускной способности высокоскоростных радиолиний, следовательно, и к наземному сегменту космической системы (КС) ДЗЗ по приёму целевой информации.

Цель исследования — оценка выполнения (полноты) приёма целевой информации с перспективной ОГ ДЗЗ в условиях

максимальной производительности для определения необходимого состава территориально распределённых ППИ с приёмными комплексами (ПК) оптимальной конфигурации для достижения и поддержания целевых показателей функционирования КС ДЗЗ. В процессе моделирования выявлены закономерности, которые определяют стратегию развития наземной космической инфраструктуры ДЗЗ. Концептуальный подход к моделированию обусловлен сложностью системы и необходимостью предварительной разработки концепции исследования, т. е. комплекса ключевых положений, которые определяют общую направленность и преемственность исследования в системном проектировании КС ДЗЗ. Для решения проблем моделирования сложных и больших систем применяется метод, основанный на использовании концептуальных моделей предметной области. Концептуальный подход позволяет осуществить переход от предметной формализованной модели к следующим этапам моделирования — формально-математическому и материально-функциональному моделированию. Расчёты проводились на аппаратно-программных средствах моделирующего стенда Оператора космических средств ДЗЗ (НЦ ОМЗ АО «Российские космические системы»).

тенденции развития средств и технологий передачи целевой информации дзз

В настоящее время и в перспективе намечается увеличение размерности ОГ КА ДЗЗ, состоящей из малых КА [2]. Общемировой тенденцией является рост информационной составляющей данных ДЗЗ вследствие увеличения количества элементов в светочувствительных матрицах линейного и полнокадрового типа в оптико-электронной аппаратуре КА ДЗЗ, что приводит к увеличению информационного тракта в единицу времени от целевой аппаратуры в подсистему высокоскоростной радиолинии (ВРЛ). Следовательно, накопление данных ДЗЗ происходит как по совокупному объёму, так и по скорости в единицу времени. Изыскиваются возможности использования оптической линии связи [3], несмотря на ряд технологических проблем [4], и организации межспутниковой связи кластеров малоразмерных КА [5].

В части управления — повышение эффективности функционирования целевой аппаратуры путём минимизации объёма технологических и служебных операций, а также времени простоя по техническим и организационным причинам. Определяющим вкладом в эффективность функционирования КС ДЗЗ является уровень автономности КА ДЗЗ, который зависит от того, какие функции управления КА способна решать целевая и бортовая аппаратура самостоятельно на некотором отрезке времени, а какие — нет. Самый низкий уровень автономности — командный, который в настоящее время в части управления целевой и бортовой аппаратур редко используется и характеризуется низким уровнем отдачи. Следующим уровнем является временной принцип управления [6], когда рассчитывается временной график функционирования целевой аппаратуры, и формируется массив для его записи на бортовое запоминающее устройство. Высшим уровнем автономности КА считается координатный метод управления [6]. На борт выдаются только исходные данные для программы работы целевой и бортовой аппаратуры, а КА сопоставляет свое текущее положение с заданным и включает в работу алгоритмы необходимого набора операций. Применительно к российским КА ДЗЗ можно говорить о координатно-временном принципе управления, при этом часть функций управления реализуется на уровне наземного сегмента, а часть — на борту КА. Данный принцип управления включает в себя технологический цикл управления (ТЦУ), описывающий формальные правила взаимодействия наземного комплекса управления и бортового комплекса управления КА на типовом интервале времени. В качестве одной из составляющих ТЦУ можно выделить закладку на борт рабочей программы, определяющей циклограмму работы целевой аппаратуры и сеансов сброса целевой информации на ППИ.

Известно, что между наземным и космическим сегментами существует разделение каналов (трактов) управления и передачи данных КА [7]. В данной статье рассмотрен один из них — передача целевой информации по ВРЛ

по мере прохождения КА зоны радиовидимости (ЗРВ) ППИ.

В настоящее время отмечается неуклонный рост пропускной способности тракта передачи по ВРЛ в российской КС ДЗЗ путём внедрения последних разработок в области кодирования радиоканала и модуляции сигналов. Активно внедряется вид модуляции, который обеспечивает скорость тракта более 1 Гбит/с в Х-диапазоне [8, 9]. Также обсуждается возможность реализации передачи целевой информации с динамически изменяемыми сигнально-кодовыми конструкциями [10], т. е. реализация динамического изменения скорости передачи в зависимости от угла места приёмного комплекса и, соответственно, от дальности ВРЛ.

Учитывая прорывные технологии и принципы управления КА ДЗЗ, к территориально распределённой сети ППИ предъявляются повышенные требования. Проблемные вопросы и основные принципы развития перспективной наземной инфраструктуры ДЗЗ сформулированы в работе [11]. Несмотря на внедрение современных технологий и методов оптимального распределения информационных потоков, ключевой проблемой системного проектирования сети ППИ является её неоднородность, т. е. часть её пунктов даёт крайне низкий вклад в принятый объём целевой информации. Развёртывание перспективной ОГ КА ДЗЗ требует соответствующего системного подхода к формированию конфигурации сети ППИ, обеспечивающей полноту приёма целевой информации.

Применение концептуального подхода в моделировании обусловлено тем, что ввиду географической распре-делённости сети ППИ в совокупности с ОГ КА ДЗЗ большой размерности и структурной неоднородности нецелесообразно проводить моделирование на временном отрезке, сопоставимом с временными отрезками типовых циклов ТЦУ и рабочих программ КА. Структурная неоднородность ОГ КА ДЗЗ означает наложение различных орбитальных циклов каждого КА ДЗЗ. Следовательно, из-за значительного количества элементов космического и наземного сегментов КС ДЗЗ неоднородной структуры необходимо ввести концептуальное моделирование, учитывающее ключевые

параметры, для получения предварительной (промежуточной) информации для последующего анализа, т. е. уточнение исходных данных для детализованного моделирования (приближенного к условиям функционирования элементов КС ДЗЗ) уровня разработки циклограмм и опорного плана съёмки.

Преобладающая часть КА ДЗЗ выводится на низкие орбиты для достижения требуемого пространственного разрешения целевой аппаратуры. Для обеспечения приемлемых условий съёмки, т. е. съёмки любого участка подстилающей поверхности Земли приблизительно в одно и то же местное солнечное время, эти КА выводятся на солнечно-синхронные орбиты. Следовательно, лучшие условия для приёма целевой информации имеются у ППИ, располагающихся в высоких широтах Земли. С другой стороны, информационный тракт между космическим и наземным сегментами является узким местом по ограниченному числу сеансов с короткими временными интервалами.

Размещение ППИ в высоких широтах Земли предполагает следующие технические и организационные трудности из-за географически удалённых территорий. Основная проблема заключается в том, что эти территории, как малонаселённые и со слабой социально-экономической активностью, в основном не обеспечены возможностями наземной связи и передачи в большом объёме по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Альтернативой наземной связи является спутниковая связь через КА ретрансляции (многофункциональная космическая система ретрансляции (МКСР) «Луч») [12], но их возможности ограничены как по информационным показателям и пропускной способности, так и по суммарному среднесуточному объёму передачи данных. Предполагалось использовать МКСР «Луч» и для оперативной ретрансляции целевой информации с ППИ, не имеющего наземных линий связи с Оператором космических средств ДЗЗ, и как дублирующую линию связи. Для ППИ «Прогресс» в Антарктиде канал передачи через МКСР «Луч» является основным [13].

К организационным трудностям можно отнести сложность и высокую стоимость транспортировки в заполярные районы крупногабаритных приёмных комплексов, дальнейшего их развёртывания, обслуживания и поддержания в работоспособном состоянии. На Крайнем Севере и в регионах Дальнего Востока России до наиболее крупных населённых пунктов проложены ВОЛС, входящие в крупнейшие магистральные сети ПАО «Ростелеком» [14], АО «Компания ТрансТелеКом» и других операторов связи. Наземные линии связи, помимо г. Мурманска, проложены до наиболее удалённых населённых пунктов: Архангельска, Нарьян-Мара, Салехарда, Воркуты, Норильска, Магадана и Петропавловска-Камчатского. По информации Минком-связи России (в настоящее время — Минцифры России) [15], прокладка ВОЛС до Анадыря завершится в конце 2022 года. Для размещения пунктов приёма информации с космических аппаратов дистанционного зондирования Земли за пределами России наиболее перспективным местом является арх. Шпицберген. Значительную, по арктическим меркам, хозяйственную деятельность на арх. Шпицберген, помимо Норвегии, согласно особому статусу архипелага (Шпицбергенский трактат, 1920 г.), осуществляет только Россия. На острове Западный Шпицберген Россия имеет населённый пункт — пос. Баренцбург, а также законсервированные пос. Пирамида и пос. Гру-мант. К Шпицбергену из Норвегии в 2004 г. проложена и введена в строй единственная линия связи [16] с потенциальной пропускной способностью 2 500 Гбит/с.

С учётом факторов, обуславливающих возможность дополнительного размещения ППИ в высоких широтах, помимо Мурманска рассматривается небольшой перечень почти равноудалённых и разнесённых по территории России дислокаций в высоких широтах, где имеется минимально необходимая инфраструктура: города Дудинка и Анадырь. Также рассматривается размещение пунктов приёма информации на арх. Шпицберген в районе пос. Баренцбург на базе станции Росгидромета.

распределённая сеть пунктов приёма информации наземной космической инфраструктуры дзз

Возможность приёма данных с КА на средства ППИ определяется следующими факторами:

• техническими характеристиками ПК (диапазон частот, диаметр отражающей поверхности антенны и др.);

• наличием доступного временного ресурса по приёму данных;

• наличием средств на эксплуатацию и модернизацию ПК.

В настоящее время ряд ППИ из состава Единой территориально-распре-делённой информационной системы (ЕТРИС) ДЗЗ выполняет приём данных не со всех КА — к примеру, на ППИ в г. Мурманск не принимается информация с КА типа «Канопус-В».

По критерию энергетического бюджета радиолиний для различных типов КА (запас энергетического потенциала радиолинии) ПК можно условно разделить на два типа. К первому типу (ПК-1) отнесены антенны 03...6 м (приём с КА типа «Ресурс-П», «Обзор-Р», «Кондор-ФКА»); ко второму (ПК-2) — 07.12 м (КА типа «Метеор-М», «Канопус-В» и перспективные высокопроизводительные КА) [17-19].

Постановка проблемных вопросов распределённой сети ППи

Объектом исследования являются космический и наземный сегменты КС ДЗЗ. К предмету исследования относится целевое применение космического и наземного сегментов КС ДЗЗ в части поиска оптимальных структур (или концепций). Для сложной и большой технической системы необходимо провести декомпозицию и стратификацию КС ДЗЗ как материального объекта, которая заключается в следующем. За топологическую структуру КС в части наземного сегмента принят ряд ППИ из состава ЕТРИС ДЗЗ, за технологическую структуру — техническая возможность ПК в составе ППИ по приёму целевой информации с соответствующих КА ДЗЗ. В части космического сегмента за топологическую структуру КС можно принять баллистическую структуру ОГ КА ДЗЗ, в соответствии

с предметом исследования за технологическую структуру — систему информационного тракта между космическим и наземными сегментами. При этом концептуальный подход должен отражать свойства и закономерности, одновременно принадлежащие всему множеству отдельных («простых») моделей, которые агрегируются в сложные модели.

В качестве показателя эффективности тракта приёма ППИ принят относительный среднесуточный объём принимаемой информации, определяемый как отношение среднесуточного объёма принимаемой ППИ информации к среднесуточному потенциальному объёму космической информации ОГ КА ДЗЗ, рассчитываемому по предельным техническим характеристикам целевых аппаратур КА и максимальной продолжительности их работы на каждом витке. Задача является краевой, т. е. оценивается устойчивость функционирования системы на граничных условиях, определяемых одной или несколькими предельными характеристиками системы.

Расчёт общего объёма космической информации, принятой ППИ, проводится на активном интервале моделирования (60 сут), превышающем кратность орбит КА моделируемых КС ДЗЗ.

Введём показатели, системно характеризующие возможности распределённой сети ППИ: потенциал сети ППИ и вклад отдельно взятого ППИ.

Потенциал сети ППИ — количественная характеристика (в процентах) возможности приёма всего объёма потоков целевой информации с ОГ КА ДЗЗ за отчётный (моделируемый) период.

Вклад отдельно взятого ППИ — количественная характеристика (в процентах) объёма принятой целевой информации отдельно взятым ППИ от общего объёма принятой информации за отчётный (моделируемый) период.

Показатель, по которому система не удовлетворяет поставленной задаче достижения целевых показателей функционирования КС ДЗЗ: потенциал распределённой сети ППИ по приёму целевой информации ОГ КА за условно отчётный период ниже, чем объём информации, производимой ОГ КА.

Зависимость потенциала распределённой сети ППИ от параметров системы: этот показатель зависит от конфигурации ППИ в географической составляющей (территориальное распределение ППИ по критерию максимизации покрытия ЗРВ с минимальной степенью перекрытия между этими зонами) с учётом особенности баллистического построения рабочих орбит КА ДЗЗ. Вторая составляющая — техническая оснащённость ППИ (количество ПК) и возможность приёма информации с конкретных КА определённого типа.

Разработка предложения по решению проблемных вопросов: корректировка конфигурации ППИ в географической составляющей (размещение ППИ в заполярной зоне России), техническое оснащение ПК, предусматривающих приём целевой информации высокопроизводительных КА ДЗЗ.

При моделировании сделано допущение — задействование канала связи «КА-ППИ» как основного и преобладающего канала передачи целевой информации, т. е. канал связи «КА-ППИ-ре-транслятор-ППИ» в настоящее время имеет ограниченный вклад в информационный тракт между космическим и наземным сегментами. Передача целевой информации по схеме «КА-ретран-слятор-ППИ» требует оснащения КА абонентской аппаратурой ретрансляции [7], что планируется для перспективных КА ДЗЗ. Технология межспутниковой связи по схеме «КА-КА-ППИ» находится на уровне технологической готовности, который предусматривает разработку и экспериментальную отработку этой технологии в космических условиях [5], возможность её практического применения требует дополнительных исследований.

Таким образом, сформулированы задачи:

• предусмотреть возможность размещения ППИ в высоких широтах Земли и оценить полноту приёма целевой информации, а также вклад каждого ППИ в приём целевой информации;

• определить условия возникновения точки бифуркации, при которой текущий вариант концептуальной стратегии развития наземной космической инфраструктуры ДЗЗ (а именно — увеличение количества территориально разнесённых ППИ на территории России) может исчерпать свой ресурс

и в последующем развитии не обеспечивать рост эффективности приёма целевой информации при увеличении численности ОГ КА ДЗЗ;

• показать, какими путями может быть реализована смена концептуальной стратегии развития наземной космической инфраструктуры приёма целевой информации перспективной ОГ КА ДЗЗ.

оценка вклада наземной космической инфраструктуры дзз в приём целевой информации до 2030 года

Оценка вклада ППИ в приём целевой информации проведена с использованием аппаратно-программных средств моделирующего стенда Оператора космических средств ДЗЗ на основе математического моделирования сеансов входа/выхода КА в зоны радиовидимости ППИ. Рассмотрены ОГ в составе 10 (вариант 1); 15 (вариант 2) и 20 КА (вариант 3) с потенциальными объёмами потоков целевой информации до 30, 70 и 120 Тбит/сут, соответственно.

В принятой конфигурации ППИ в составе ЕТРИС ДЗЗ приём с КА типа «Канопус-В», «Ресурс-П» и высокопроизводительных перспективных КА выполняется не в полном объёме по той причине, что все ПК, которые могут принимать целевую информацию с части КА (ПК 2-го типа с диаметром антенны 7. 12 м), размещены в средних широтах.

Предложения по оптимизации конфигурации наземной космической инфраструктуры дзз по приёму целевой информации

Результаты концептуального моделирования показали необходимость поисковых исследований по оптимизации конфигурации ППИ в составе ЕТРИС ДЗЗ в целях обеспечения выполнения (полноты) приёма целевой информации с перспективной ОГ, состоящей из высокопроизводительных КА ДЗЗ. Учитывая технические и организационные трудности размещения ПК 2-го типа с диаметром антенны 7. 12 м в ППИ из-за удалённости территорий, рассматривается небольшой перечень почти равноудалённых и разнесённых по территории России дислокаций в высоких

широтах, где имеется минимально необходимая инфраструктура: г. Дудинка и г. Анадырь. В западной части выделены два варианта размещения ПК 2-го типа (в Мурманске или на арх. Шпицберген в районе пос. Баренцбург). Из-за наличия частичного перекрытия областей ЗРВ наиболее предпочтительным вариантом является размещение ПК 2-го типа на арх. Шпицберген.

Включение в состав любого из рассматриваемых заполярных ППИ одного ПК 2-го типа приведёт к увеличению объёма принятой информации ОГ из 20 КА по сравнению с вариантом состава ППИ в среднеширотных региональных зонах примерно в полтора раза (рис. 1).

В обеспечение приёма информации от всех КА ОГ ДЗЗ на 2030 год в полном объёме предлагается до-оснастить заполярные ППИ тремя ПК 2-го типа, например, по одному ПК на арх. Шпицберген, г. Дудинка и г. Анадырь.

Оценим вклад каждого ППИ в приём целевой информации для третьего варианта конфигурации ППИ (рис. 1), состоящей из ПК 2-го типа — результаты приведены на круговой диаграмме (рис. 2). Данный анализ нужен для понимания картины эффективности работы отдельно взятого ППИ.

Проведённые расчёты показали, что ощутимую долю в эффективности приёма целевой информации вносят ППИ на архипелаге Шпицберген, в городах Дудинка, Анадырь и Хабаровск в части

ПК 2-го типа.

%

90

80 70

«0 50 40 30 20 10

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3

Рис. 1. Потенциал распределённой сети пунктов приёма информации по приёму целевой информации после оптимизации с дополнительными приёмными комплексами 2-го типа: — КА типа «Канопус-В»; — КА типа «Ресурс-П»; — перспективные КА

Рис. 2. Вклад каждого пункта приёма информации в приём целевой информации приёмными комплексами 2-го типа

выводы

По результатам моделирования можно сделать выводы об основных направлениях стратегического развития и перевооружения (как в географическом плане, так и в техническом) наземной космической инфраструктуры приёма в зависимости от информационных возможностей ОГ КА ДЗЗ. Стратегическое развитие и перевооружение наземной космической инфраструктуры заключается в наращивании, конфигурации и реконфигурации элементов наземного сегмента КС ДЗЗ в целях достижения необходимых показателей эффективности.

В обеспечение эффективности работы ОГ небольшой размерности рекомендуется распределить ППИ и, соответственно, ПК территориальным образом по критерию максимизации покрытий ЗРВ территории Земли с меньшей степенью их перекрытий, с предпочтительностью размещения ППИ в заполярных широтах России.

При этом для ОГ большой размерности (более 40-50 КА) целесообразен последующий переход к сосредоточению усилий в наращивании численности ПК в каждом существующем ППИ. В связи с этим имеется точка бифуркации, в которой дальнейшее увеличение числа географически разнесённых ППИ становится менее эффективным решением развития наземной инфраструктуры ДЗЗ, т. е. наступает фаза «насыщения». Оценка

количественной характеристики точки бифуркации требует дополнительных исследований.

Следовательно, решение предлагается реализовать в смене сценария развития путём увеличения числа ПК в уже существующих ППИ. Второй сценарий, состоящий в увеличении пропускной способности ВРЛ, позволит оптимизировать капитальные вложения в модернизацию существующих ПК и связанную с ними инфраструктуру.

Список литературы

1. Хайлов М.Н., Заичко В.А. Направления и пути развития российской системы ДЗЗ из космоса в современных условиях (развитие орбитальной группировки и наземной инфраструктуры) // Материалы XVI Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2018 г. М.: ИКИ РАН, 2018. С. 9.

2. Данилкин А.П., Козлов В.А. Мировые тенденции развития малых спутников // Экономические стратегии. 2016. № 6. С. 136-149.

3. Королёв Б.В. Технология работы космической оптической линии связи для повышения оперативности управления и получения информации потребителем в процессе функционирования космических средств // Космическая техника и технологии. 2014. № 1(4). С. 39-47.

4. Kaushal H., Kaddoum G. Optical Communication in Space: Challenges and Mitigation Techniques // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2017. V. 19. Issue 1. P. 57-96.

5. Потюпкин А.Ю., Данилин Н.С., Селиванов А.С. Кластеры малоразмерных космических аппаратов как новый тип космических объектов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2017. Т. 4. Вып. 4. С. 45-56.

6. Кирилин А.Н. Научно-технические исследования и практические разработки ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс»: науч. изд. Самара: Космическое аппарато-строение, 2011. 280 с.

7. Кисляков М.Ю., Логачев Н.С., Петушков А.М. Системно-технические аспекты развития НАКУ КА НСЭН и измерений до 2025 года // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Т. 3. Вып. 1. С. 62-71.

8. Ершов А.Н., Березкин В.В., Петров С.В., Петров А.В., Почивалин Д.А. Особенности расчёта и проектирования высокоскоростных радиолиний космических аппаратов ДЗЗ // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2018. Т. 5. Вып. 1. С. 52-57.

9. Березкин В.В., Ершов А.Н. Петров С.В., Петров А.В. От одного бита до гигабита (Краткий очерк истории развития пропускной способности цифровых радиолиний АО «Российские космические системы» и их внедрения) // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2019. Т. 6. Вып. 2. С. 98-101.

10. FleXLink: Multi-Gigabit Data Downlink End-to-End Chain. White Paper: Maximizing Throughput in Satellite to Ground Transmissions. Backnang, Germany and Tromso, Norway: Te sat-Space com and Kongsberg Spacetec, June 2017.

11. Борисов А.В., Гришанцева Л.А., Емельянов А.А. Проблемные вопросы построения наземной космической инфраструктуры ДЗЗ и комплексного целевого применения российских космических комплексов и систем ДЗЗ // Сборник трудов VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» (1-3 июня 2016 г.) /

Под ред. д.т.н., проф. А.А. Романова. М.: АО «РКС», 2016. С. 90-98.

12. Выгонский Ю.Г., Бессмертная Ю.С., Кузовников А.В. Современные тенденции развития ретрансляционного режима работы КА ДЗЗ // Наукоёмкие технологии. 2016. Т. 17. № 7. С. 29-33.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

13. Ромашкин В.В., Лошкарев П.А., Федоткин Д.И., Тохиян О.О., Арефьева Т.А., Мусиенко В.А. ЕТРИС ДЗЗ — современные решения в развитии отечественной наземной космической инфраструктуры дистанционного зондирования Земли из космоса // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 220-227.

14. Магистральная сеть связи ПАО «Ростелеком», построенная на основе ВОЛС. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.company. rt.ru/about/net/magistr/ (дата обращения 13.07.2020 г.).

15. Конкурс Минкомсвязи о присоединении Чукотского автономного округа к единой сети электросвязи (ВОЛС) Российской Федерации [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://digital. gov.ru/ru/events/39230/ (дата обращения 17.07.2020 г.).

16. Gjesteland E. Technical solution and implementation of the Svalbard fiber cable // Telektronikk. 2004. №3. P. 140-152.

17. Шевчук Р.Б. Комплексы приёма информации с российских спутников ДЗЗ // Геоматика. 2012. № 2. С. 66-76.

18. Космическая система «Метеор-3М» № 1. Справочные данные по бортовому информационному комплексу «Метеор-3М» № 1, технологии приёма, обработки и распространения данных дистанционного зондирования // Дистанционное зондирование Земли / Под ред. Полищука Г.М., Волкова А.М., Гусевой Н.Н., Салиховой Р.С. СПб: Гидрометеоиздат, 2001. 104 с.

19. Макриденко Л.А., Волков С.Н., Горбунов А.В., Салихов Р. С., Ходненко В.П. КА «Канопус-В» № 1 — первый российский малый космический аппарат высокодетального дистанционного зондирования Земли нового поколения // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2016. Т. 156. № 1. С. 10-20. Статья поступила в редакцию 14.09.2020 г. Окончательный вариант — 22.12.2020 г.

Reference

1. Khailov M.N., Zaichko V.A. Napravleniya i puti razvitiya rossiiskoi sistemy DZZ iz kosmosa v sovremennykh usloviyakh (razvitie orbital'noi gruppirovki i nazemnoi infrastruktury) [Areas and path of development of the Russian ERS from space under current conditions (development of the orbital constellation and ground infrastructure)]. Proceedings of the XVI Russian national open conference «Contemporary issues of remote sensing of the Earth from space», Moscow, IKI RAN, 12-16 November 2018. Moscow, IKI RANpubl., 2018. P. 9.

2. Danilkin A.P., Kozlov V.A. Mirovye tendentsii razvitiya malykh sputnikov [Worldwide trends in development of small satellites]. Ekonomicheskie strategii, 2016, no. 6, pp. 136-149.

3. Korolev B.V. Tekhnologiya raboty kosmicheskoi opticheskoi linii svyazi dlya povysheniya operativnosti upravleniya i polucheniya informatsii potrebitelem v protsesse funktsionirovaniya kosmicheskikh sredstv [Space optical communications line technology aimed at a more responsive control and prompter delivery of data to the end user during space operations]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2014, no. 1(4), pp. 39-47.

4. Kaushal H., Kaddoum G. Optical communication in space: challenges and mitigation techniques. IEEE Communications Surveys&Tutorials, 2017, vol. 19, issue 1, pp. 57-96.

5. Potyupkin A.Yu., Danilin N.S., Selivanov A.S. Klastery malorazmernykh kosmicheskikh apparatov kak novyi tip kosmicheskikh ob»ektov [Clusters of small spacecraft as a new type of space objects]. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy, 2017, vol. 4, issue 4, pp. 45-56.

6. Kirilin A.N. Nauchno-tekhnicheskie issledovaniya i prakticheskie razrabotki GNP RKTs «TsSKB-Progress»: nauch. izd. [Scientific and technical research and practical development of SSP RSC TsSKB-Progress: scientific publisher]. Samara, Kosmicheskoe apparatostroeniepubl., 2011. 280p.

7. Kislyakov M.Yu., Logachev N.S., Petushkov A.M. Sistemno-tekhnicheskie aspekty razvitiya NAKU KA NSEN i izmerenii do 2025 goda [Systemic engineering aspects of development of NAKU SC NSEN and measurements until 2025]. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy, 2016, vol. 3, issue 1, pp. 62-71.

8. Ershov A.N., Berezkin V.V., Petrov S.V., Petrov A.V., Pochivalin D.A. Osobennosti rascheta i proektirovaniya vysokoskorostnykh radiolinii kosmicheskikh apparatov DZZ [Specifics of calculation and design of ERS spacecraft high-speed radio lines]. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy, 2018, vol. 5, issue 1, pp. 52-57.

9. Berezkin V.V., Ershov A.N. Petrov S.V., Petrov A.V. Ot odnogo bita do gigabita (Kratkii ocherk istorii razvitiya propusknoi sposobnosti tsifrovykh radiolinii AO «Rossiiskie kosmicheskie sistemy» i ikh vnedreniya) [From one bit to gigabit (A brief overview of the history of capacity evolution of digital radio lines of JSC Russian Space Systems and their implementation)]. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy, 2019, vol. 6, issue 2, pp. 98-101.

10. FleXLink: Multi-Gigabit Data Downlink End-to-End Chain. White Paper: Maximizing Throughput in Satellite to Ground Transmissions. Backnang, Germany and Troms0, Norway: Tesat-Spacecom and Kongsberg Spacetec, June 2017.

11. Borisov A.V., Grishantseva L.A., Emel'yanov A.A. Problemnye voprosy postroeniya nazemnoi kosmicheskoi infrastruktury DZZ i kompleksnogo tselevogo primeneniya rossiiskikh kosmicheskikh kompleksov i sistem DZZ [Problematic issues of building ground infrastructure and integrated target application of Russian space complexes and remote sensing systems]. Sbornik trudov VIII Vserossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii «Aktual'nye problemy raketno-kosmicheskogo priborostroeniya i informatsionnykh tekhnologii» (1-3 June 2016). Ed. by prof. A.A. Romanov. Moscow, AO «RKS» publ., 2016. Pp. 90-98.

12. Vygonskii Yu.G, Bessmertnaya Yu.S., Kuzovnikov A.V. Sovremennye tendentsii razvitiya retranslyatsionnogo rezhima raboty KA DZZ [Modern trends in development of the rebroadcasting mode of ERS spacecraft]. Naukoemkie tekhnologii, 2016, vol. 17, no. 7,pp. 29-33.

13. Romashkin V.V., Loshkarev P.A., Fedotkin D.I., Tokhiyan O.O., Aref'eva T.A., Musienko V.A. ETRIS DZZ — sovremennye resheniya v razvitii otechestvennoi nazemnoi kosmicheskoi infrastruktury distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [ETRIS ERS — modern solutions in development of the country's ground-based space infrastructure for remote sensing of the Earth from space]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 2019, vol. 16, no. 3, pp. 220-227.

14. Magistral'naya set' svyazi PAO «Rostelekom», postroennaya na osnove VOLS [The backbone communication network of PJSC Rostelecom built based on FOCL]. Available at: https://www.company.rt.ru/about/net/magistr/ (accessed 13.07.2020).

15. Konkurs Minkomsvyazi o prisoedinenii Chukotskogo avtonomnogo okruga k edinoi seti elektrosvyazi (VOLS) Rossiiskoi Federatsii [Competition of the Ministry of Communications and Mass

Communications of the Russian Federation on joining the Chukotka Autonomous Okrug to the unified telecommunication network (FOCL) of the Russian Federation]. Available at: https://digital.gov.ru/ru/events/39230/ (accessed 17.07.2020).

16. Gjesteland E. Technical solution and implementation of the Svalbard fiber cable. Telektronikk, 2004, no. 3, pp. 140-152.

17. Shevchuk R.B. Kompleksy priema informatsii s rossiiskikh sputnikov DZZ [Complexes for receiving information from Russian remote sensing satellites]. Geomatika, 2012, no. 2, pp. 66-76.

18. Kosmicheskaya sistema «Meteor-3M» № 1. Spravochnye dannye po bortovomu informatsionnomu kompleksu «Meteor-3M» № 1, tekhnologii priema, obrabotki i rasprostraneniya dannykh distantsionnogo zondirovaniya [Space system Meteor-3M No.1. Reference data on the onboard information complex Meteor-3M No.1, technologies for receiving, processing and propagating remote sensing data]. Remote sensing of the Earth. Ed. by Polishchuk G.M., Volkov A.M., Guseva N.N., Salikhova R.S. Saint-Petersburg, Gidrometeoizdat publ., 2001. 104 p.

19. Makridenko L.A., Volkov S.N., Gorbunov A.V., Salikhov R.S., Khodnenko V.P. KA «Kanopus-V» № 1 -pervyi rossiiskii malyi kosmicheskii apparat vysokodetal'nogo distantsionnogo zondirovaniya Zemli novogo pokoleniya [SC Kanopus-V No.1 — the first Russian new generation small spacecraft for highly detailed remote sensing of the Earth]. Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM, 2016, vol. 156, no. 1,pp. 10-20.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.