CC BY
1001Обзорная статья УДК 621.396(048.8)
doi:10.24151/1561-5405-2022-27-1-120-149
Обзор современного состояния орбитальных группировок космических аппаратов дистанционного зондирования Земли
и космических ретрансляторов
12 1 Д. Г. Пантенков1, Н. В. Гусаков2, А. А. Ломакин1
1 АО «Кронштадт», г. Москва, Россия
2
АО «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий», г. Смоленск, Россия
Аннотация. В настоящее время в США и странах Западной Европы существует большое количество космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли в целях получения данных радиомониторинга с очень высоким разрешением с различных видов целевых нагрузок: оптико-электронного наблюдения, радиолокационного наблюдения, радио- и радиотехнической разведки. В работе рассмотрены современные зарубежные КА оптико-электронного наблюдения, характеризующиеся наилучшим разрешением на местности: WorldView, QuickBird, GeoEye, KeyHole Pleiades, Spot, Eros, Cartosat; радиолокационного наблюдения: RadarSat, SAR-Lupe, Lacrosse, ERS, Terrasar, Envisa, IGS; радио- и радиотехнической разведки: TacSat, Jumpseat, Orion, Vortex, Mentor, Magnum, Mercury, Intruder. Также рассмотрены современные космические системы ретрансляции информации на высоких орбитах: TDRSS, SDS, EDRS, DRTS, CTDRSS, обеспечивающие возможность мгновенной передачи информации ее получателям с учетом характеристик транспондеров и используемых частотных диапазонов. Проанализированы, обобщены и систематизированы основные технические характеристики КА дистанционного зондирования Земли и КА-ретрансляторов, через которые осуществляется сброс целевой информации на удаленные пункты приема и обработки информации. Систематизированный обзор позволит специалистам в авиационной и ракетно-космической промышленности, занимающимся вопросами радиоконтроля и радиомониторинга излучаемых радиосигналов, оценить оперативность получения целевой информации с требуемым качеством по результатам радиомониторинга в реальном масштабе времени.
Ключевые слова: космический аппарат, земная станция, дистанционное зондирование Земли, радиомониторинг, оптико-электронная система, радиолокационная система, космический ретранслятор, диапазон частот, скорость передачи информации
Для цитирования: Пантенков Д. Г., Гусаков Н. В., Ломакин А. А. Обзор современного состояния орбитальных группировок космических аппаратов дистанционного зондирования Земли и космических ретрансляторов. Обзорная статья // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 1. С. 120-149. doi: https://doi.org/ 10.24151/1561-5405-2022-27-1-120-149
© Д. Г. Пантенков, Н. В. Гусаков, А. А. Ломакин, 2022
Review article
Review of the current state of the orbital groups of remote sensing spacecraft and information relay spacecraft
1 2 * 1 D. G. Pantenkov , N. V. Gusakov , A. A. Lomakin
1JSC "Kronstadt", Moscow, Russia
2 ((
JSC "Scientific Research Institute of Modern Telecommunication Technologies", Smolensk, Russia
Abstract. Currently in the USA and Western European countries there are many spacecrafts for Earth remote sensing in the interests of obtaining very highresolution radio monitoring data with various types of target load: optoelectronic surveillance, radar surveillance, radio- and radio engineering reconnaissance. In this review article, most modern foreign optoelectronic surveillance spacecrafts are considered, including the families with the best resolution on the ground: Worldview, QuickBird, GeoEye, Keyhole, Pleiades, Spot, Eros, Cartosat; radar surveillance: Radarsat, SAR-Lupe, Lacrosse, ERS, Terrasar, Envisat, IGS; radio- and radio engineering reconnaissance: TacSat, Jumpseat, Orion, Vortex, Mentor, Magnum, Mercury, and Intruder. The article also discusses modern space systems for relaying information in high orbits: TDRSS, SDS, EDRS, DRTS, CTDRSS, which provide the possibility of instantaneous transmission of information to its recipients, with account for the characteristics of transponders and the frequency ranges used. The main technical characteristics of remote sensing spacecraft and satellite repeaters, through which the target information is reset to remote information reception and processing points, have been analyzed, summarized, and systematized. This structured review will eventually allow specialists in the aviation and rocket and space industry, dealing with issues of radio monitoring of radiated radio signals, to assess the efficiency of obtaining target information with the required quality based on the results of real-time radio monitoring.
Keywords: spacecraft, ground station, Earth remote sensing, radio monitoring, optoelectronic system, radar system, space repeater, frequency range, information transmission rate
For citation: Pantenkov D. G., Gusakov N. V., Lomakin A. A. Review of the current state of the orbital groups of remote sensing spacecraft and information relay spacecraft. Review article. Proc. Univ. Electronics, 2022, vol. 27, no. 1, pp. 120-149. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-1-120-149
Введение. Активное использование космического пространства в целях безопасности от возникновения разного рода угроз позволяет [1, 2]:
- обеспечивать контроль над использованием другими странами космического пространства, акваторий океанов и морей;
- получать исчерпывающую и достоверную информацию о возникающей нештатной ситуации в реальном масштабе времени с последующим оперативным ее доведением до всех структур управления;
- обеспечивать защиту от применения оружия различного назначения;
- решать специальные задачи при возникновении конфликтов малой интенсивности с наименьшими потерями и незначительным ущербом для окружающей среды и гражданского населения.
Космические системы радиомониторинга используются в целях контроля за гражданскими объектами социально-экономического назначения, слежения за постоянным функционированием и зонами сосредоточения техники и вооруженных сил зарубежных стран, определения и уточнения технических характеристик инфраструктурных объектов, мониторинга их состояния и особенностей функционирования, обнаружения факта применения радиоэлектронных средств. Космические системы радиомониторинга - основа обеспечения информацией гражданских и силовых структур [1, 2].
В работах [1-30] представлено современное состояние и баллистическое построение орбитальных группировок космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) - оптико-электронного наблюдения, радиолокационного наблюдения, радиотехнической разведки, достигнутых параметров целевых нагрузок в части разрешающей способности на местности, а также скоростей сброса информации на земную станцию управления и приема целевой информации и ее ретрансляции через КА на высоких орбитах (геостационарной (ГСО) и высокоэллиптической).
В работах [1-5] представлены некоторые характеристики КА-ретрансляторов на высоких орбитах, через которые КА ДЗЗ способны сбрасывать целевую информацию по высокоскоростному радиоканалу на удаленные земные станции в реальном масштабе времени.
Цель настоящей работы - обзор, анализ, обобщение и систематизация технических характеристик КА ДЗЗ и КА-ретрансляторов для последующего использования специалистами в данной предметной области при оценке оперативного получения информации о результатах радиоконтроля и радиомониторинга передаваемой информации с требуемым качеством.
Техническое описание и основные характеристики известных КА ДЗЗ и КА-ретрансляторов на ГСО. Основные характеристики КА оптико-электронного наблюдения. На сегодняшний день все современные КА ДЗЗ имеют строго коммерческую направленность. В конце ХХ в. был выведен на орбиту новый оптико-электронный КА ДЗЗ для коммерческого использования с высоким разрешением IKONOS-2 (США). Потребители в любой точке мира получили возможность доступа к цифровым изображениям подстилающей земной поверхности с пространственным разрешением 1 м и мультиспектральным изображением с разрешением 4 м [1-5]. Данный КА успешно отработал в течение всего срока активного существования (САС) - 15 лет.
В XXI в. появились более совершенные гражданские КА ДЗЗ, в частности: «Ресурс-П» №1, «Ресурс-П» №2, «Ресурс-П» №3, «Ресурс-ДК1» (Россия); KompSat-2, KompSat-3, KompSat-3A (Корея); Pleiades-^, Pleiades-1B, Spot-6, Spot-7 (Франция); Cartosat-1, Cartosat-2, Cartosat-2A, Cartosat-2B (Индия); QuickBird-2, WorldView-1, GeoEye-1, WorldView-2, WorldView-3, WorldView-4 (США); EROS-A, EROS-B (Израиль).
В табл. 1 приведены технические характеристики основных известных КА ДЗЗ, в табл. 2 - параметры оптико-электронных систем, имеющих высокие характеристики.
В техническом плане повышение разрешающей способности реализуется либо увеличением диаметра и фокусного расстояния используемой оптической системы, либо уменьшением размера пикселов фотоприемных матриц, используемых в аппаратуре, либо уменьшением высоты рабочей орбиты. На практике используются все три способа, иногда одновременно.
Таблица 1
Характеристики КА ДЗЗ высокого и сверхвысокого разрешения
Table 1
Characteristics of high- and ultra-high-resolution remote sensing satellites
Год запуска Разрешение, м Полоса захвата, км Высота орбиты, км
КА ПАН МС
Pleiades-IA (Франция) 2011 0,7 2,8 20,0 694
Pleiades-IB (Франция) 2012 0,7 2,8 20,0 694
KompSat-3 (Корея) 2012 0,7 2,8 16,8 685
«Ресурс-П» №1 (Россия) 2013 0,7 2,1 38,6 475
DubaiSat-2 (ОЭА) 2013 1,0 4,0 12,2 600
Skysat-1 (США) 2013 0,9 2,0 8,0 600
EgypSat-2 (Египет) 2014 1,0 4,0 12,6 720
KazEOSat-1 (Казахстан) 2014 1,0 4,0 20,0 740
Deimos-2 (ОАЭ) 2014 1,0 4,0 12,0 620
SkySat-2 (США) 2014 0,9 2,0 8,0 640
WorldView-3 (США) 2014 0,31 1,24 13,1 617
Gaofen-2 (Китай) 2014 0,8 3,2 45,0 (две камеры) 630
ASNARO-1 (Япония) 2014 0,5 2,0 10,0 520
«Ресурс-П» №2 (Россия) 2014 0,7 2,1 38,6 475
KompSat-3A (Корея) 2015 0,55 2,2 13,0 530
DMC-3A, DMC-3B, DMC-3C (Китай) 2015 1,0 4,0 23,4 650
Jilin-1 (Китай) 2015 0,72 2,88 11,6 670
Cartosat-2C (Индия) 2016 0,65 2,0 11,0 510
«Ресурс-П» №3 (Россия) 2016 0,7 2,1 38,6 475
SkySat-C1, SkySat-C2, SkySat-C3, SkySat-C4, SkySat-C5 (США) 2016 0,7 1,56 6,25 500
WorldView-4 (США) 2016 0,31 1,24 13,1 617
SuperView-01, SuperView-02 (Китай) 2016 2,0 12,0 12,0 500
SkySat-C6-C11 (США) 2017 1,56 6,25 6,25 500
Примечание. ПАН - панхроматический режим; МС - мультиспектральный режим.
С момента существования коммерческих систем ДЗЗ имели место два подхода к используемым орбитам наблюдения. Первый подход ориентирован на создание наиболее «сложных» и полнофункциональных спутников, предназначенных для работы на орбитах 700-800 км и, как правило, имеющих крупногабаритную оптическую систему. Такие спутники за счет большой высоты орбиты имеют широкую полосу обзора и хорошую оперативность наблюдения объектов на поверхности Земли. Второй подход основан на использовании менее габаритных оптических систем и самих спутников. При меньшей полосе обзора и оперативности обеспечивалось достижение примерно тех же параметров по разрешению с круговых орбит меньшей высоты. Развитие этих тенденций по мере появления новых оптико-электронных спутников ДЗЗ показано на рис. 1, а. На рисунке четко выделяются две группы спутников. Для обоих подходов
Таблица 2
Значения параметры бортовой съемочной аппаратуры и выходных параметров КА для спутников, имеющих высокие характеристики
Table 2
Values of the parameters of the onboard survey equipment and the output parameters of the spacecraft for high-performance satellites
КА W, Вт ТКА, мин САС, лет Параметры
оптико-электронной камеры запоминающего устройства и системы передачи информации космической системы (выходные)
f м d, см Емкость, Гбит Скорость, Мбит/с Захват, км Разрешение, м
ПАН МС
IKONOS-2 600 98,3 5-7 10,0 70 80 320 11,0 1,0 4,0
QuickBird-2 563 93,4 5-7 8,8 60 128 320 16,5 0,6 2,4
OrbView-3 625 92,6 5 3,0 45 32 150 8,0 1,0 4,0
EROS-B 800 94,8 10 5,0 50 2x120 450 7,0 0,7 -
«Ресурс-ДК» - 94,0 3 4,0 50 768 300 28,3 1,0 3,0
KompSat-2 955 98,5 5 - - 64 и 96 320 15,0 1,0 4,0
Cartosat-2 900 97,4 7 5,6 70 64 105 9,6 0,8 -
WorldView-1 3200 93,0 7,25 8,8 60 2200 800 16,4 0,5 -
Cartosat-2A 900 97,4 7 5,6 70 64 105 9,6 0,8 -
GeoEye-1 3862 98,0 7 13,3 110 1200 740 15,2 0,41 1,64
WorldView-2 3200 100,0 7,25 13,3 110 2200 800 16,4 0,46 1,8
WorldView-3 3100 97,0 7,25 13,3 110 2200 1200 13,1 0,31 1,24
Примечание. W - мощность системы электропитания f - фокусное расстояния; d - диаметр телескопа.
■СА; ТКА - период обращения КА;
наблюдается тенденция к сближению характерной высоты орбиты. За время развития систем ДЗЗ типичная высота орбиты спутников первой группы снизилась приблизительно на 100 км, а второй, наоборот, повысилась на 50 км. Высота рабочих орбит у спутников последнего поколения WorldView-3 и WorldView-4 снизилась с 681 и 770 км до 617 км у GeoEye-1 и WorldView-2 соответственно. Это позволило довести разрешение до 31 см. Аналогично высота рабочей орбиты КА KompSat-3A, запущенного в 2015 г., снижена до 530 км по сравнению с высотой 685 км у KompSat-3, работающего на орбите с 2012 г. Это позволило довести разрешение с 0,7 до 0,55 м. При этом полоса захвата соответственно уменьшилась с 16,8 до 13 км, так как использованы те же детекторы без изменений, и длина строки фотоприемников осталась такой же -24 000 пикселей. Ромбиками на рис. 1, а показаны спутники, созданные по заказу других стран. Их размещение на более высоких орбитах, скорее всего, объясняется стремлением государств-разработчиков таких аппаратов не допустить серьезной конкуренции своим собственным группировкам и спутникам, так как при однотипных решениях разрешение аппаратуры с более высокой орбиты будет несколько хуже. Эта версия находит подтверждение и в других важных характеристиках, например точности координатной привязки информации.
Рис. 1. Типичная высота орбиты (а) и два подхода к изменению диаметра апертуры телескопа (б) оптико-электронных спутников ДЗЗ высокого и сверхвысокого разрешений [3] Fig. 1. Typical orbit height (a) and two trends in the aperture diameter of the telescope (b) of high- and ultra-high-resolution optical-electronic remote sensing satellites [3]
Результаты статистического анализа параметров телескопов, используемых в оптико-электронных системах космического наблюдения высокого и сверхвысокого разрешения, показывают, что имеют место две тенденции изменения диаметра (апертуры) инструмента (см. рис. 1, б). Одна направлена на увеличение диаметра апертуры, а вторая, наоборот, на снижение. У обеих тенденций одни и те же физические основы и при-
чины: тяготение к двум указанным группам орбит; ориентация на разный уровень пространственного разрешения 0,2-0,3 м или 0,5-1,0 м; уменьшение размера пикселов используемых фотоприемников.
В результате предъявляемые к используемой оптике требования разные. Так, разрешение около 30 см спутников WorldView-3, WorldView-4 и GeoEye-1, имеющих высокую оперативность, могло быть обеспечено только с высокой орбиты при диаметре оптики не менее 1 м. Соответственно, при переходе от КА IKONOS-2 и QuickBird-2 к новому поколению аппаратуры наблюдения параметры используемых оптических телескопов увеличились.
На рис. 2 представлен внешний вид оптико-электронных спутников GeoEye-1, ОеоЕуе-2, 0шскБЫ-2 и WorldView-2.
в г
Рис. 2. Общий вид оптико-электронных спутников GeoEye-1 (а), GeoEye-2 (б), QuickBird-2 (в)
и WorldView-2 (г) [24] Fig. 2. General view of optoelectronic satellites GeoEye-1 (a), GeoEye-2 (b), QuickBird-2 (c)
and WorldView-2 (d) [24]
Диаметр апертуры составляет 1,1 м против 0,6-0,7 м, а фокусное расстояние выросло до 13-16 м. Отметим, что если в начальный период своего развития в космических системах для получения разрешения 1 м использовалась оптика диаметром 0,5-0,7 м, то в настоящее время те же значения реализуются при диаметрах 35-45 см (SkySat,
БиЬа18а1-2, Бе1шо8-2). Более того, создаются системы с заявленным разрешением 1 м при диаметре оптики 24 см. Одна из таких систем - это группировка BlackSkyGlob, первые несколько спутников которой выведены на орбиту в 2018 г.
Одни из лучших рассмотренных КА - ОеоБуе-1 и WorldView-3, обеспечивающие съемку с пространственным разрешением 0,31-0,41 м.
Основные характеристики КА радиолокационного наблюдения. Подавляющее большинство систем ДЗЗ, эксплуатируемых на сегодняшний день в мире, относятся к системам оптико-электронного наблюдения. Однако ведущие космические державы стремятся ввести в состав национальных космических группировок спутники, оснащенные радиолокаторами с синтезированной апертурой (РСА). Это связано с тем, что радиолокационные системы наблюдения по сравнению с оптическими средствами имеют неоспоримые преимущества:
- независимость от погодных условий и времени суток;
- сочетание широкой полосы обзора на больших дальностях и высокой разрешающей способности;
- многорежимность и гибкость управления работой РСА, позволяющие быстро менять положение и размеры зоны обзора, разрешающую способность и формы представления информации;
- высокая оперативность получения данных зондирования вплоть до реального масштаба времени.
Радиолокационная информация незаменима при экстренной съемке в чрезвычайных ситуациях, решении задач ледовой разведки в полярных районах, в картографии, лесоводстве, поиске нефти и пр.
Анализ зарубежных программ позволяет выделить общие черты перспективных спутников с РСА:
- применение радиолокаторов, работающих в одном из трех наиболее распространенных диапазонов частот ^, C и X) со сверхширокополосными сигналами (ширина спектра до 300 МГц) и высоким пространственным разрешением (до 0,5 м);
- повышение частоты и оперативности съемки путем создания многоспутниковых систем (из двух - пяти КА) и обеспечения возможности съемки по обе стороны от трассы полета КА (за счет разворота антенны или всего спутника);
- использование активных фазированных антенных решеток (АФАР) и новых технологий высокоинформативной съемки в поляриметрическом режиме, в режимах селекции движущихся целей, интерферометрическом и стереоскопическом режимах для построения цифровых моделей рельефа местности.
Появившиеся в последние годы новые технологии обработки радиолокационных изображений позволяют осуществлять обнаружение сантиметровых подвижек грунта (например, проседание почвы в районах подземного строительства или водозабора, последствия землетрясений и оползней); обнаружение движущихся целей и наложение их на детальное изображение местности; построение цифровых трехмерных моделей рельефа местности; автоматическое обнаружение изменений на объектах и др.
В табл. 3 представлены характеристики некоторых из реализованных КА радиолокационного наблюдения с РСА. Как следует из таблицы, первые радиолокационные космические системы Radarsat-1, БЯ8-2 и Envisat-1 обеспечивали разрешение на местности не более 8 м. Современные космические системы имеют сверхвысокое разрешение от 0,5 до 1 м [6-10].
Таблица 3
Характеристики КА радиолокационного наблюдения
Table 3
Characteristics of the radar surveillance spacecraft
КА Год запуска Диапазон Масса, т
Разрешение, м частот
Radarsat-1 (Канада) 1995 8-100 C 2,7
ERS-2 (Европейское космическое агентство) 1995 25-30 C 2,5
Envisat-1 (Европейское космическое агентство) 2002 30-150 C 8,2
Lacrosse / Onyx (США) 1991-2000 <1 - 16,0
IGS-1R (Япония) 2003 1-3 - 1,2
SAR-Lupe (Германия) 2006 0,5 X 0,72
TerraSar-X (Германия) 2007 1,0 X 1,3
COSMO-Skymed (Италия) 2007-2008 1,0 X 1,7
Radarsat-2 (Канада) 2007 3-100 C 2,2
Tecsar (Израиль) 2008 0,1 X 0,26
«Кондор» (Россия) 2013 1-2 S 1,15
Радиолокационные изображения дополняют изображения, полученные в видимом и ИК-диапазонах, позволяя повысить объем информации и ее достоверность. С выходом радарных космических систем на тот же порядок пространственного разрешения, что и у систем видимого диапазона, возможности дистанционного зондирования Земли из космоса многократно возрастают. Появление орбитальных группировок из нескольких спутников, таких как SAR-Lupe и CPSMO-Skymed, способствует значительному повышению оперативности съемки.
Радарные снимки - удобный и эффективный источник получения детальной, точной, всеобъемлющей информации о рельефе местности, намного более мощный, оперативный, достоверный и экономичный, чем использование, например, космических стереопар или аэрофотоснимков.
Специальные технологии интерферометрической съемки позволяют определять незначительные подвижки грунта. Эти данные могут быть использованы для контроля состояния трубопроводов, обнаружения нелегальных врезок в нефтегазопроводы и оценки сейсмоопасности. Интерферометрия комбинирует комплексные изображения, зафиксированные антеннами под различными углами наблюдения или в разное время. По результатам сравнения двух снимков одного и того же участка местности получают интерферограмму, представляющую собой сеть цветных полос, ширина которых соответствует разности фаз по обеим экспозициям. Благодаря высокой частоте излучения подвижки регистрируются с точностью до сантиметров. Все данные съемок представляются в цифровом виде, что обеспечивает также однозначность интерпретации. Интерферометрия - это альтернатива традиционной стереографической технике для создания топографических карт с высоким разрешением вне зависимости от погодных условий.
Самый простой способ оценки смещений и временных изменений - использование пары спутниковых изображений, сделанных с некоторым интервалом времени. Две ин-терферограммы позволяют увидеть любые изменения, которые произошли на поверхности Земли. Дифференциальная интерферометрия дает возможность определять на малых масштабах смещение земной поверхности (оползни и предвестники землетрясе-
ний), а также отслеживать изменение характеристик радиосигналов из-за смены влажности почвы (проблемы подтопления).
Для получения достоверных результатов необходимо выполнение некоторых условий, таких как выведение спутника для повторной экспозиции в область космического пространства, близкую к первому снимку, один сезон съемки (даже в разные годы) для соблюдения схожего состояния отражающей поверхности (растительный покров, гидрогеологические условия). Эти проблемы в большей мере решаются с помощью специальной системы «Тандем» на базе двух спутников, работающих по одним и тем же орбитам с интервалом полета ровно 24 ч. Примером такой системы является система из современных радиолокационных КА - немецких спутников с радаром с синтезированной апертурой TerraSAR-X и TanDEM-X [6, 7, 9]. КА TerraSAR-X массой 1,3 т обращается по солнечно-синхронной сумеречно-рассветной полярной орбите высотой 514 км и наклонением 97,44°. Это означает, что КА будет двигаться по границе дня и ночи и всегда будет обращен к Солнцу одной и той же стороной. Таким образом достигается оптимальная засветка панелей солнечных батарей. В процессе полета вокруг Земли спутник может снимать все регионы в режиме с фиксированным углом обзора. Через каждые 11 суток КА возвращается на исходную позицию и начинает новый цикл. Расчетный САС КА составляет около 5 лет. РСА выполняет съемку земной поверхности в Х-диапазоне длин волн (3,1 см) с изменяемой поляризацией излучения в диапазоне съемочных углов от 20 до 55°. Радар выполняет съемку в четырех режимах [6, 7]:
- сверхвысокое разрешение с разрешающей способностью 1 м на участке размером 5 х 10 км;
- высокое разрешение (2 м, 10 х 10 км);
- широкополосное высокое разрешение (3 м, 30 х 50 км);
- среднее разрешение (16 м, 100 х 150 км).
Радиометрическое разрешение изображений составляет 8 бит, скорость формирования данных (с учетом сжатия) - от 340 до 680 Мбит/с, скорость передачи данных на Землю - 300 Мбит/с. Емкость бортового ЗУ равна 320 Гбит.
Данные ДЗЗ, полученные КА TerraSAR-X, обеспечивают:
- круглосуточное всепогодное наблюдение за любыми объектами на земной поверхности;
- получение высокоточных цифровых моделей рельефа с помощью интерферомет-рических методов;
- мониторинг самых незначительных подвижек (до 1 мм) на поверхности Земли;
- высокую оперативность выполнения заказов (от 1 до 6 суток).
В 2010 г. в целях оперативной интерферо-метрической съемки с высокой точностью для группового полета совместно с КА TerraSAR-X Германским космическим агентством запущен КА TanDEM-X (рис. 3), имеющий массу 1,3 т и выполненный в виде шестигранной призмы длиной 5 м и диаметром 2,4 м. Длина антенны РСА 5 м. Оба спутника впервые составили систему, способную создать трехмерную модель рельефа всей поверхности земного шара с вертикальным разрешением 2 м и горизон-
Рис. 3. КА TerraSAR-X и TanDEM-X [10] Fig. 3. Spacecrafts TerraSAR-X and TanDEM-X [10]
тальным - 12 м. Для составления рельефа всего земного шара потребовалось три года их совместной работы.
Другим примером построения системы из нескольких КА ДЗЗ с РСА является немецкая система, состоящая из четырех КА SAR-Lupe. Масса каждого КА составляет примерно 720 кг, габаритные размеры равны 4 х 3 х 2 м. Предполагаемый САС 10 лет при доступности в течение 97 % времени в году. Средняя потребляемая мощность 250 Вт. КА SAR-Lupe размещаются на трех околополярных орбитах высотой около 500 км. РСА оснащен параболической антенной диаметром 3 м, работающей в Х-диапазоне частот. Объем бортового ЗУ для хранения информации наблюдения составляет 128 Гбайт. Сброс информации на Землю осуществляется по прямому радиоканалу Х-диапазона частот.
Слово «lupe» («лупа») в названии КА означает возможность снимать определенные цели с существенно большим разрешением. По данным разработчика спутников SAR-Lupe, мировых аналогов такой технологии не существует, что объясняется комбинированием методики синтезированной синтетической апертуры (одновременно с двумя или тремя спутниками) и маневром наблюдения за точкой в сочетании с алгоритмами обработки изображений. В режиме «лупы» движение наблюдаемого объекта ухудшает разрешающую способность метода, поэтому предпочтительнее применять этот метод для съемки неподвижных объектов. В режиме «лупы» максимальное разрешение составляет менее 1 м. По данным разработчика спутников SAR-Lupe, это выше, чем у аналогичных американских и российских систем. Полоса захвата имеет размеры 5,5 х 5,5 км при наивысшем разрешении менее 1 м и 60 х 8 км при высоком разрешении.
На рис. 4 показан канадский Radarsat-2, оснащенный РСА с АФАР размером 15 х 1,5 м. РСА работает на частотах С-диапазона (5,4 ГГц) и осуществляет наблюдение с разрешением 3-100 м в полосе захвата 20-500 км. Бортовое ЗУ емкостью 384 Гбит обеспечивает накопление данных за 28 мин на каждом витке. К А выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой около 800 км и наклонением 98,6°. Масса РСА составляет 750 кг [6, 7].
В России первый КА ДЗЗ с РСА «Кондор» запущен в июне 2013 г. на орбиту высотой около 500 км и наклонением 74,9°. Масса спутника 1150 кг, САС 5 лет. РСА ^-диапазона частот (3,1 ГГц), оснащенный параболической антенной диаметром 6 м (рис. 5), работает в двух режимах: детальный режим обеспечивает разрешение 1-2 м в полосе захвата 10 х 10 км; панорамный режим обеспечивает разрешение 2-20 м в полосе захвата 20-160 км. Масса РСА 250 кг, в том числе масса антенны 95 кг, энергопо-
Puc. 4. KA A33 Radarsat-2 [10] Fig. 4. Satellite for remote sensing of the Earth Radarsat-2 [10]
Рис. 5. КА ДЗЗ «Кондор» [10] Fig. 5. Satellite for remote sensing of the Earth Condor f101
требление не более 1700 Вт. Скорость передачи (сброса) информации наблюдения на Землю 350 Мбит/с [6, 7].
В настоящее время в России в соответствии с Федеральной космической программой ведется создание крупногабаритного КА «Аркон-2» с трехдиапазонным РСА со следующими характеристиками:
Высота орбиты............................................................................................550-650 км
Наклонение.......................................................................................97,6 или 81,4 град
Полоса обзора.................................................................................................до 500 км
Размеры района съемки
детальный режим................................................................................10 х 10 км
обзорный режим.......................................................................................450 км
Длина маршрутной съемки......................................................................400-4000 км
Периодичность наблюдения.........................................................................1-2 суток
Диапазоны радиолокационной съемки.............................................................Х, Ь, Р
Разрешение (в зависимости от режимов).........................................................1-50 м
Масса КА............................................................................................................4000 кг
в том числе масса полезной нагрузки...............................................до 1300 кг
Размеры антенных устройств
Р-диапазон (антенная решетка).............................................................12 х 4 м
Ь-диапазон (АФАР с облучателем).......................................................12 х 3 м
Х-диапазон (АФАР)...............................................................................6 х 1,5 м
За рубежом высокая информативность многодиапазонных РСА продемонстрирована с помощью американского комплекса SIR-C. Несмотря на небольшую продолжительность трех полетов, совершенных комплексом на борту шаттлов в 1990-х гг., полученная съемочная информация обрабатывалась в течение многих месяцев. Комплекс имел большие размеры: общая масса 11-13 т, в том числе масса антенной системы более 3,3 т; длина 12 м.
Вероятно, ввиду высокой стоимости и сложности за рубежом не удалось создать гражданские спутники с многочастотными РСА. Так, германо-британский радиолокационный проект КА TerraSAR, задуманный первоначально как двухчастотный (в X- и Z-диапазонах), в дальнейшем был разделен на два отдельных спутника TerraSAR-X и TerraSAR-L для тандемного полета.
Для реализации программы GMES под руководством Европейского космического агентства ведется разработка пяти типов КА Sentinel, каждый из которых будет осуществлять определенную миссию, связанную с мониторингом Земли. Миссия включает в себя группировку из двух КА для обеспечения наилучшего охвата территории и ускорения повторных съемок, что позволит улучшить надежность и полноту данных для GMES.
Миссия Sentinel-1 будет представлять собой группировку из двух КА радиолокационного наблюдения на полярной орбите, оснащенных РСА для съемок в С-диапазоне частот. Предназначенная специально для программы GMES миссия Sentinel-1 продолжит радиолокационные съемки С-диапазона частот, начатые КА ERS-1, ERS-2, Envisat, Radarsat-1 и Radarsat-2. Группировка Sentinel-1, как предполагается, будет обеспечивать съемками всю территорию Европы, Канады, а также основные морские судоходные пути каждые 1-3 суток. Благодаря использованию спутников-ретрансляторов системы EDRS радиолокационные наблюдения будут поставляться в течение 1 ч после проведения съемки - это большой шаг вперед по сравнению с существующими радарными спутниковыми системами.
Запуск КА Sentinel-1 состоялся в апреле 2014 г. КА массой 2240 кг выводятся на полярную солнечно-синхронную орбиту высотой 693 км. Расчетный САС составляет 7 лет. Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Sentinel-1 приведены в табл. 4.
Таблица 4
Основные технические характеристики съемочной аппаратуры
КА Sentinel-1
Table 4
Main technical characteristics of the surveying instrument of the Sentinel-1 spacecraft
Спектральный диапазон С-диапазон
Номинальное пространственное разрешение, м
Режим Ширина полосы Поляризация
съемки, км
Interferometric Wide Swath 5 x 20 250 Двойная (по выбору -НН/УУ или УУ/УН)
Extra Wide Swath 20 x 40 400
Stripmap 5 x 5 80
Wave 20 x 5 20 x 20 Одинарная (по выбору -УУ или НН)
Примечание. Периодичность съемки 1-3 суток.
Спутники Sentinel-2 регулярно поставляют космические снимки высокого разрешения всей Земли, обеспечивая непрерывность получения данных с характеристиками, аналогичными программам SPOT и Landsat. КА Sentinel-2 оснащен оптико-электронным мультиспектральным сенсором для съемок с разрешением 10-60 м в видимой, ближней ИК- (VNIR) и коротковолновой ИК-зонах (SWIR) спектра, включающих в себя 13 спектральных каналов, что гарантирует отображение различий в состоянии растительности, в том числе и временные изменения, а также сводит к минимуму влияние атмосферы на качество съемки. Солнечно-синхронная орбита высотой в среднем 785 км, наличие в миссии двух КА позволяют проводить повторные съемки каждые 5 суток на экваторе и каждые 2-3 суток в средних широтах. Увеличение ширины полосы обзора наряду с высокой повторяемостью съемок дает возможность отслеживать быстро изменяющиеся процессы, например характер растительности в течение вегетационного периода. Уникальность миссии Sentinel-2 обусловлена сочетанием большого территориального охвата, частых повторных съемок и, как следствие, систематическим получением полного покрытия всей Земли мультиспектральной съемкой высокого разрешения. Масса КА 1100 кг, расчетный САС 7 лет. Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Sentinel-2 приведены в табл. 5.
Первый КА Sentinel-2А выведен на орбиту в июне 2015 г. Основная цель миссии Sentinel-3 - наблюдение за топографией поверхности океана, температурой поверхности моря и суши, цветом океана и суши с высокой степенью точности и надежности для прогнозирования состояния океана, а также для мониторинга окружающей среды и климата. Миссии Sentinel-4 и Sentinel-5 - обеспечение данными о составе атмосферы соответствующих служб GMES. Обе миссии реализованы на платформе метеорологических КА европейской организации спутниковой метеорологии EUMETSAT.
Таблица 5
Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Sentinel-2 (ширина полосы съемки 290 км; периодичность съемки от 5 на экваторе до 2-3 суток
в средних широтах)
Table 5
The main technical characteristics of the surveying instruments of the Sentinel-2 spacecraft (the width of the survey swath is 290 km; the revisit rate is from 5 at the equator
to 2-3 days in midlatitudes)
Параметр VNIR-режим SWIR-режим
1 2 3 4 С! 5 хектра 6 шьные 7 канал 8 1ы 8а 9 10 11 12
Спектральный диапазон, мкм 0,44 0,49 0,56 0,66 0,70 0,78 0,78 0,84 0,86 0,94 1,38 1,61 2,19
Пространственное разрешение (в надире), м 60 10 10 10 20 20 20 10 20 60 60 20 20
Описание КА радиотехнического наблюдения. КА радиотехнического наблюдения предназначены для регистрации из космоса излучений наземных радиотехнических средств в широком диапазоне частот. В России для решения задач радиотехнического наблюдения первоначально созданы комплексы первого поколения с КА «Целина-О» обзорной и «Целина-Д» детальной радиотехнической разведки. Опыт их эксплуатации продемонстрировал высокую эффективность выполнения целевых задач, обусловленную принятыми техническими решениями, что позволило установить потенциальные возможности дальнейшего совершенствования комплексов радиотехнического наблюдения.
Испытания системы радиотехнической разведки «Целина» первого поколения показали, что, кроме обнаружения радиоизлучающих средств и определения их координат, «Целина» точно устанавливает их назначение, характеристики и режимы работы. Основные объекты наблюдения первых КА типа «Целина» - зарубежные радиолокационные станции систем противовоздушной обороны и систем предупреждения ракетного нападения. По информации, получаемой с КА, определяли не только их местоположение, но и дальность действия, чувствительность, охватываемый объем. По предоставляемым данным можно разрабатывать способы преодоления противовоздушной и противоракетной обороны противника. Наблюдения с КА «Целина» за радиопередающей аппаратурой штабов и подразделений иностранных войск позволяли обнаруживать проведение подготовки к различным операциям. Прежде чем поступала информация с КА фоторазведки, спутники радиотехнической разведки первыми предоставляли сообщение - предупреждение, основанное на изменении интенсивности и характера радиообмена.
По результатам анализа функционирования системы «Целина» и перспектив развития бортовой специальной и обеспечивающей аппаратуры определены основополагающие технические решения применительно к КА следующего поколения «Целина-2»:
- совмещение в одном КА функций обзорного и детального наблюдения;
- расширение частотного диапазона;
- расширение полосы обзора детального наблюдения;
- улучшение характеристик периодичности и оперативности наблюдения (в частности, предусмотрена передача специальной информации на Землю через спутник-ретранслятор «Гейзер»);
- квазисинхронная орбита высотой 870 км и наклонением 71°, обеспечивающая повышение эффективности контроля за изменением радиотехнической обстановки;
- состав и функции бортового комплекса управления с учетом использования в его структуре автоматизированной системы управления КА;
- увеличение времени активного существования КА с шести месяцев до одного года.
Комплекс «Целина-2» (рис. 6) включает в себя три КА, каждый из которых имеет массу 3200 кг, массу аппаратуры бортового специального комплекса 1120 кг. Габариты комплекса КА 1,2 х 1,4 х 4,46 м. При наличии трех КА в системе периодичность наблюдения составляет 1,5 ч, а время доставки информации на наземный пункт приема - от 5 до 50 мин. Точность определения координат радиолокационных станций составляет до 20 км [9].
Космические системы ретрансляции целевой информации на удаленные земные станции. Основные характеристики КА-ретрансляторов типа TDRS. TDRSS (Data Relay and Tracking Satellite System) - система двойного назначения, способная обслуживать не только космические объекты Национального аэрокосмического агентства США (NASA), но и специальных ведомств [1, 3, 31]. Общая организационная структура системы TDRSS представлена на рис. 7.
Орбитальная группировка TDRSS включает в себя «западный» и «восточный» спутниковые ретрансляторы (СР), располагающиеся на ГСО в точках стояния 171 и
41° з. д. Центральная земная станция (ЦЗС) системы располагается в штате Нью-Мексико, рядом с испытательным ракетным полигоном NASA в Уайт-Сэндс, т. е. она находится одновременно в зонах радиовидимости «западного» и «восточного» СР. ЦЗС, в свою очередь, связана с центрами управления полетами КА NASA и специальных ведомств с помощью наземных линий связи, а также через спутники систем региональной космической связи. От центров управления NASA на ЦЗС поступают технологическая информа-Рис. 7. Общая ^гангоацшншя структура ж- ц^ и программы работ, необходимых для темы TDRSS [3] ТГ . „ г
Fig. 7. General organizational structure of the организации управления КА. В обратном на-TDRSS [3] правлении передаются информация, приня-
тая от КА, и результаты измерений параметров движения. В целом система TDRSS предназначена для передачи на низкоорбитальные КА (НКА) через СР команд управления и речевых сообщений для пилотируемых объектов.
От НКА на ЦЗС в цифровом виде поступает телеметрическая и специальная информации, а от пилотируемых объектов - речевые сообщения. Помимо передачи указанной цифровой информации по каналам системы при необходимости можно передавать информацию в аналоговом виде и сигналы телевидения. Дополнительно к указанным функциям аппаратура ЦЗС позволяет измерять параметры движения (дальность, т.е. протяженность трассы ЦЗС - СР - НКА, и радиальную скорость перемещения НКА относительно СР). Дальность измеряется запросным методом, радиальная скорость - как запросным, так и беззапросным методом. В системе одновременно функционируют прямые (ЦЗС - СР - НКА) и обратные (НКА - СР - ЦЗС) каналы ретрансляции, разделенные по частоте и поляризации [3, 9, 10, 31]. Во всех каналах для передачи информации и измерения дальности используется четырехпозиционная фазовая манипуляция [3] со сдвигом несущей частоты по закону псевдослучайных последовательностей (ПСП), причем ПСП, с помощью которых осуществляется передача информации, поступают на синфазный канал I фазоманипулированного сигнала (информационный канал), а ПСП, с помощью которых осуществляется измерение дальности, передаются по квадратурному каналу Q фазоманипулированного сигнала (измерительный канал). По структуре ПСП информационного и измерительного каналов отличаются друг от друга, т. е. имеет место совмещение информационного и измерительного каналов с использованием разделения каналов по форме (кодовое). Если, например, при информационном обмене с определенным НКА измерение дальности не проводится, то измерительный канал фазоманипулированного сигнала также используется для передачи информации.
В целях повышения помехоустойчивости передаваемая по каналам информация, представленная в двоичном коде, преобразуется с помощью определенных, принятых в США, методов кодирования двоичных единиц и нулей (различные модификации кодирования без возвращения к нулю - КК2-кодирования или др.). Кроме того, в обратных каналах используется помехоустойчивое кодирование сверточными кодами. Для засекречивания передаваемой информации полученные таким образом кодовые последовательности синхронно суммируются по модулю 2 с ПСП информационного канала [3, 31]. Дальность до НКА измеряется по временной задержке между передаваемой и принимаемой последовательностями квадратурного канала фазоманипулированного сигнала, радиальная скорость - по доплеровскому смещению частоты. Информационный обмен между ЦЗС и НКА через каждый СР осуществляется одновременно в двух режимах: индивидуальный доступ (ИД) и множественный доступ (МД). Необходимость информационного обмена с определенным НКА в том или ином режиме зависит от информативности НКА. Например, с высокоинформативными НКА (пилотируемыми КА и орбитальными станциями, КА ДЗЗ) информационный обмен осуществляется в режиме ИД.
В прямой линии связи через каждый СР одновременно может передаваться информация для двух НКА по четырем отдельным каналам и для одного НКА по каналу в режиме МД [3, 31]. Как в прямой, так и в обратной линии связи на участке ЦЗС - СР используются частотное и кодовое разделения каналов. Кроме того, в обратной линии связи на указанном участке один из каналов отделяется от остальных методом разделения по поляризации. При этом используются несущие частоты в Хм-диапазоне частот (12,5-18,0 ГГц). На участке СР - НКА как в прямой, так и в обратной линии связи при
информационном обмене в режимах ИД и МД используются частотное и кодовое разделения каналов. Дополнительно применяются и методы пространственного и поляризационного разделения каналов. Пространственное разделение реализуется с помощью антенн с узкими диаграммами направленности для каналов ИД и фазированной антенной решетки (ФАР) для каналов МД. На указанном участке линий связи при информационном обмене с отдельными НКА (режим ИД) используются одновременно частотные и Хм-диапазоны. Следует отметить, что если НКА оборудован аппаратурой, функционирующей на частотах обоих диапазонов, то информационный обмен с таким НКА может осуществляться одновременно в двух диапазонах частот. Во всех других случаях информационный обмен организуется на частотах либо 5-диапазона, либо Хм-диапазона.
Информационный обмен с НКА в режиме МД осуществляется в 5-диапазоне частот. В прямом канале СР - НКА используется одна и та же несущая частота для всех НКА. В этом случае применяется МД с временным разделением каналов в сочетании с кодовым разделением. В обратном канале (НКА - СР) информация передается одновременно от 20 НКА на одной и той же несущей и используются кодовое и пространственное разделения каналов [3, 9, 20]. Приведем характеристики СР TDRS первого по-
коления:
Габаритные размеры..................................................................................17,42 х 12,98 м
Масса на орбите.................................................................................................1088,63 кг
Мощность системы электропитания в конце САС.............................................1700 Вт
Стабилизация.................................................................................................по трем осям
Точность наведения перенацеливаемых антенн .......................................................0,2°
Число ретрансляционных стволов....................два дуплексных в ^-диапазоне частот,
два дуплексных в Хм-диапазоне частот, один ответный в ^-диапазоне частот с МД, один запросный в ^-диапазоне частот
Используемая орбита...........................геостационарная, удержание в пределах ±0,1°
САС............................................................................................................................10 лет
Формирование приемных лучей ФАР осуществляется в аппаратуре ЦЗС посредством определения весовых коэффициентов для каждого из 30 парциальных сигналов ФАР выбранного СР. В основе расчета весовых коэффициентов - результаты прогноза текущего положения линии визирования СР - НКА, получаемые исходя из знания эфемерид движения СР и НКА, и известная геометрия расположения излучающих элементов ФАР СР. При программном управлении лучом ФАР для компенсации углового перемещения КА-абонентов относительно СР TDRS расчет новых весовых коэффициентов фазового распределения для каждого ответного абонентского канала должен проводиться каждые 20 с. Для управления приемными лучами ФАР необходимо знать распределение амплитуды и фазы каждого принимаемого абонентского сигнала в рас-крыве ФАР, а также амплитудные и фазовые характеристики сигналов НКА на входе устройств формирования лучей ЦЗС. Кроме управления приемными лучами ФАР, ЦЗС для любого абонентского канала должна обеспечивать в заданном направлении на Землю формирование нулевого провала в диаграмме направленности [9-11, 20-22].
Информационный обмен между СР и ЦЗС осуществляется в Хм-диапазоне частот с помощью параболической антенны диаметром 2 м, закрепленной на карданном подвесе с двумя степенями свободы. При приеме сигналов от ЦЗС ширина диаграммы направленности по уровню -3 дБ составляет порядка 0,68°, коэффициент усиления 44,5 дБ, поляризация линейная (вертикальная). При передаче сигналов в направлении ЦЗС ши-
рина диаграммы направленности составляет порядка 0,7°, коэффициент усиления 44 дБ, поляризация линейная (горизонтальная). Кроме того, для передачи на Землю информации с высокой скоростью организуется дополнительный канал с вертикальной поляризацией. По командам, передаваемым с Земли, возможно наведение антенны в пределах пространства, ограниченного конической поверхностью с углом при вершине 60°.
Во всех ответных радиолиниях информационного обмена с НКА обеспечивается вероятность ошибки на бит передаваемой информации не более 10-5. Каждый СР системы TDRSS способен одновременно обслуживать до 22 НКА: 20 - в режиме МД и 2 - в режиме ИД. Характеристики ретрансляционной аппаратуры СР TDRS представлены в табл. 6 [1-3]. 30 июня 2000 г. осуществлен запуск усовершенствованного СР для этой системы - TDRS-H, дополнительно обеспечивающего индивидуальный доступ в Ха-диапазоне частот.
Таблица 6
Характеристики ретрансляционной аппаратуры СР TDRS в разных режимах
Table 6
Characteristics of the TDRS satellite repeater relay equipment in different modes
МД в ^-диапазоне частот ИД в S-диапазоне частот ИД в Хи-диапазоне частот
НКА - СР СР - НКА НКА - СР СР - НКА НКА - СР СР - НКА
Число каналов
20 1 2 2 2 2
Эквивалентная изотропно излучаемая мощность, дБВт
- 34 - 46,4 - 49,4
G/T, дБ/К
-14,7 - 8,9 - 24,4 -
Максимальная скорость передачи, Мбит/с
0,05 0,01 12 0,3 300 25
Полоса пропускания ретранслятора, МГц
5 6 10 20 225 50
Несущая частота абонентских радиолиний, МГц
2287,5 2106,4 2202,5-2297,5 2030-2113,5 15 008,5 13 775
С вводом в эксплуатацию спутников-ретрансляторов нового поколения TDRS-H, I, I система предоставляет пользователям следующие виды обслуживания: многопользовательский доступ в 8-диапазоне частот; индивидуальный доступ в 8-, Ки- и Ка-диапа-зонах частот. Для обслуживания космических абонентов в режиме ИД на борту СР TDRS-H, I, J установлены две большие параболические антенны диаметром 4,57 м, каждая из которых может обеспечить работу в 8-, Ки- и Ка-диапазонах частот. Для обслуживания в режиме МД на борту каждого СР установлена 30-элементная ФАР [1-3]. Гарантированный САС спутника TDRS-H и других космических аппаратов новой серии составляет 11 лет при расчетном сроке 15 лет. Масса спутника на рабочей орбите около 1780 кг.
Главным различием TDRS-H и двух последующих спутников (ТВЯ8-1, ТОРБ!) серии являются две перенацеливаемые зонтичные антенны с сеткой из графитового волокна. За счет использования новых материалов масса таких антенн существенно меньше при той же отражающей поверхности, что и у обычных. Кроме того, оригинальная конструкция позволяет легко складывать антенны для размещения под обтека-
телем носителя, после вывода спутника на орбиту они также легко раскрываются и принимают правильную форму.
Использование на СР TDRS-H аппаратуры Ka-диапазона частот (27,5/22,5 ГГц) позволяет увеличить скорость приема информации от НКА до 800 Мбит/с. Кроме того, использование Ka-диапазона частот дает возможность избежать интерференции с сигналами спутников и земных станций других операторов во все более загруженном радиоспектре, а также обеспечивает совместимость с европейской и японской системами ретрансляции научной информации. Претерпела изменения и аппаратура множественного доступа. Благодаря увеличенным размерам ФАР стал возможным прием информации от НКА со скоростью до 3 Мбит/с, однако число одновременно действующих каналов приема уменьшено до 5.
В январе 2013 г. запущен СР TDRS-K, в январе 2014 г. - СР TDRS-L. Масса СР TDRS-K вместе с запасом топлива составляет 3454 кг. Система электропитания спутника обеспечивает мощность от 2850 до 3200 Вт. Расчетный САС спутника не менее 15 лет. На СР TDRS-K установлены ретрансляторы S-, Ku- и Ka-диапазонов частот. Так же как и СР предыдущего поколения, TDRS-K может одновременно обслуживать до пяти НКА в режиме МД и два в режиме ИД.
Спутниковая система передачи данных SDS (США). Другая американская космическая система ретрансляции (КСР) - система SDS (Satellite Data System - спутниковая система передачи данных), которая на сегодняшний день является единственной системой, построенной на базе СР на высокоэллиптической орбите со следующими параметрами: апогей, расположенный над Северным полюсом, свыше 39 000 км; перигей 250 - 500 км; наклонение 63,0 - 63,8°; период обращения около 11,7 ч.
Система первого поколения SDS-1 состояла из двух действующих спутников, обеспечивающих связь в реальном масштабе времени между НКА разведки [1, 3, 13, 21, 22], в частности KeyHole-11 (KH-11), и наземными станциями управления, что являлось важной составляющей спутниковой системы связи военно-воздушных сил США AFSATCOM. Помимо информационного обмена с НКА, система SDS-1 обеспечивала связь между Центром управления спутниками ВВС в Саннивейле (штат Калифорния) и отдаленными станциями слежения, расположенными в том числе в высоких широтах. Система SDS-1 также обеспечивала в полярных районах почти непрерывную двустороннюю связь, контроль и управление в УВЧ-диапазоне в интересах командования стратегической авиацией. Таким образом, система охватывала районы, не доступные для геостационарных спутников.
Спутники системы SDS-1 имели форму цилиндра диаметром около 3 м и длиной 4 м. Внешний цилиндр, имевший силиконовую оболочку с нанесенными на нее элементами солнечной батареи, приводился во вращение для равномерного распределения тепловой нагрузки. Масса спутников составляла около 630 кг, а общая длина вместе с установленной на торце спутника главной зонтичной передающей антенной диаметром 3 м равнялась 7,5 м. Мощность системы электропитания спутников 980 Вт. Кроме главной антенны, спутники системы SDS-1 оснащены двумя антеннами меньшего диаметра (до 1 м) и, возможно, другими антеннами. Для поддержания орбитальной группировки системы SDS-1 с 1976 по 1987 г. запущено 7 спутников, САС которых составлял от 2 до 8 лет. Последний спутник этой серии завершил работу в 1995 г.
Впоследствии ВВС США заменили систему SDS-1 на систему нового поколения SDS-2, спутники которой также запускались почти на полусуточную высокоэллиптическую орбиту. Облик спутника этой системы определялся габаритами грузового отсека Space Shuttle, с помощью которого осуществлялось его выведение на орбиту.
В отличие от спутников предыдущего поколения спутник для системы SDS-2 оснащен 4,5-метровыми параболическими антеннами, по конструкции аналогичными используемым на СР TDRS. Для связи с Землей установлена антенна диаметром около 2 м, также имеются и другие антенны. Как и у спутников SDS-1, одна из главных задач СР SDS-2 - ретрансляция информации наблюдения с КА фоторазведки КН-11. Первый запуск SDS-2 осуществлен в августе 1989 г. Параметры спутника системы
8Б8-2 [1, 2, 13, 17]:
Диаметр корпуса (спутник имеет форму цилиндра)................................4,2 м
Длина...............................................................................................................3 м
Масса спутника с топливом....................................................................2336 кг
Мощность системы электропитания..................................................... 1238 Вт
САС...............................................................................................................7 лет
В настоящее время в системе SDS функционируют спутники третьего поколения -SDS-3, которые выводятся не только на полусуточные орбиты типа «Молния», но и на ГСО. Начиная с 1998 г. запущены три КА на высокоэллиптическую орбиту и четыре КА на ГСО. Три из последних геостационарных КА, запущенных в 2011, 2012 и 2014 гг., уже относятся к спутникам четвертого поколения [3, 21, 22].
Европейская система ретрансляции данных EDRS. Потребность в европейской системе ретрансляции данных (European Data Relay System, EDRS), позволяющей обеспечивать оперативную передачу больших объемов информации с низкоорбитальных спутников на Землю, возникла в начале 1980-х гг. при появлении долгосрочного плана Европейского космического агентства на последнее десятилетие века и дальнейший период. Необходимость в такой системе обусловлена, главным образом, намерением Европы начать претенциозную программу развития европейской космической инфраструктуры. Система EDRS призвана обеспечивать независимость Европы и отвечать потребностям европейских пользователей. В 1987 г. была начата предварительная программа разработки этой системы с целью детальных технических проработок, а также установления критичных элементов в процессе ее создания. Характерным отличием EDRS, например, от американской системы TDRSS по замыслу разработчиков должен быть децентрализованный метод распределения данных на Земле, допускающий прямой доступ к системе (хотя и с некоторыми ограничениями на линии «вверх»).
Необходимо отметить, что при сохранении европейской независимости разработчики системы стремились к интеграции и взаимодействию с другими существующими или разрабатываемыми КСР, прежде всего американской и японской DRTSS. С этой целью для СР системы EDRS первоначально выбраны точки стояния 44° з. д. и 59° в. д. По замыслу разработчиков при одновременном функционировании европейской, американской и японской систем на ГСО образовались бы три пары близко расположенных СР:
1) первая пара - «восточный» СР TDRS в точке 41° з. д. и «западный» СР системы EDRS в точке 41° з. д.;
2) вторая пара - «восточный» европейский СР в точке 59° в. д. и «западный» японский СР системы EDRS в точке 90° з. д.;
3) третья пара - «восточный» японский и «западный» американский спутники в точке 171 ° з. д.
Данное расположение СР дает возможность обеспечить определенную степень резервирования для каждого спутника из указанных пар друг другом в случае отказа одного из них. Однако на сегодняшний день в составе японской КСР имеется всего лишь
один спутник-ретранслятор, а европейская система, по всей вероятности, будет базироваться на СР в других точках стояния. Следует отметить способность этих трех систем совместно обеспечивать при необходимости глобальный охват области возможных положений НКА (каждая из систем в отдельности полную глобальность охвата не обеспечивает). Предпосылкой к этому является использование всеми системами одинаковых полос частот S- и Xa-диапазонов, выделенных для информационного обмена с НКА. Единственная проблема в этом случае - различный характер доведения данных до конечных пользователей: централизованный в США и Японии и децентрализованный в Европе, что может сделать процесс взаимодействия или дорогостоящим, или непрактичным [3, 21, 22].
В обеспечение создания EDRS в июле 2001 г. состоялся запуск технологического СР ARTEMIS (Advanced Relay and Technology Mission Satellite - спутник для отработки передовых технологий и ретрансляции данных). Однако ввиду нерасчетной работы второй ступени ракеты-носителя пуск оказался неудачным. Вследствие этого спутник сначала был размещен на круговой орбите высотой 31 000 км, и только в январе 2003 г. его удалось перевести на ГСО в точку стояния 24,8° в. д. (расчетная точка, в которой спутник находится в настоящее время, - 21,5° в. д.) [1-3].
СР ARTEMIS по всем параметрам - уникальный спутник. Он создан для отработки новейших технологий, в первую очередь мобильной связи, телекоммуникации, ретрансляции данных с НКА, в том числе в оптическом диапазоне волн, а также высокоточной навигации. Стартовая масса спутника 3105 кг, мощность бортовой системы электропитания 4 кВт, САС составляет 10 лет. СР оснащен двумя антеннами диаметром 2,85 м, одна из которых обеспечивает информационный обмен с НКА в международных S- и Xa-диапазонах частот, другая - связь с наземными подвижными объектами в Z-диапазоне частот (1,6/1,5 ГГц). Кроме того, на борту СР ARTEMIS имеется аппаратура для информационного обмена с КА в оптическом диапазоне длин волн.
Оптическая линия реализована на базе аппаратуры, разработанной по программе SILEX (Semiconductor Laser Inter-Satellite Link Experiment - эксперимент по межспутниковой связи с участием полупроводникового лазера). С помощью этой аппаратуры 21 ноября 2002 г. впервые в мире осуществлен сеанс передачи данных с европейского КА дистанционного зондирования Земли SPOT-4 (высота орбиты 832 км) со скоростью 50 Мбит/с на дальностях до 45 000 км [1-10]. Эксперимент проведен в период нахождения СР ARTEMIS на нештатной круговой орбите. Впоследствии после достижения ГСО с использованием той же аппаратуры успешно проведены эксперименты по связи с японским КА OICETS и наземной станцией на острове Тенерифе.
В марте 2003 г. с помощью СР ARTEMIS получены первые снимки с КА ДЗЗ Envisat, оснащенного радаром с синтезированной апертурой. Примененная впервые в Европе аппаратура Xa-диапазона частот для ретрансляции данных между этими спутниками и для ее передачи от СР на Землю подтвердила свои параметры и продемонстрировала успешную работу сложного программного обеспечения как в наземных, так и в космических сегментах испытуемого канала связи [1-5]. Помимо того, что СР ARTEMIS является прообразом спутника-ретранслятора для штатной системы EDRS, он также рассматривается как первый шаг к построению новой европейской глобальной навигационной спутниковой системы Galileo. После развертывания ее орбитальной группировки, состоящей из 30 КА, Европа должна стать полностью независимой в этой сфере от других спутниковых систем.
За период экспериментальной отработки СР ARTEMIS концепция построения системы EDRS претерпела значительные изменения. Несмотря на то что, как и прежде,
система будет базироваться на орбитальной группировке из двух геостационарных СР, средства, используемые для решения главной целевой задачи, становятся несколько иными. Если в соответствии с первоначальным замыслом система EDRS должна включать в себя специализированные СР с одинаковым составом полезной нагрузки, то на сегодняшний день предусматривается использование двух разных СР с условными обозначениями EDRS-A и EDRS-С. Их различие заключается в том, что в качестве СР EDRS-A для данной системы используется спутник Eutelsat-9B, несущий кроме основной еще и полезную нагрузку для системы EDRS. С помощью полезной нагрузки организованы каналы информационного обмена с НКА в Ка- и оптическом диапазонах частот. СР EDRS-C - специализированный спутник, решающий исключительно задачи системы EDRS и только с использованием каналов оптического диапазона. Основными пользователями системы EDRS станут европейские КА ДЗЗ класса Sentinel, также предполагается обслуживание беспилотных летательных аппаратов [ 17-22].
Лазерные терминалы, устанавливаемые на СР EDRS-A и EDRS-C, способны осуществлять съем информации с указанных КА со скоростью 600 Мбит/с. Потенциальные возможности лазерных терминалов позволят производить информационный обмен с перспективными КА ДЗЗ со скоростью до 1,8 Гбит/с. Что касается радиолиний Ка-диапазона частот, то возможна передача информации с НКА со скоростью 300 Мбит/с.
Развертывание штатной системы EDRS началось в 2016 г. запуском спутника Eutelsat-9B. Его масса на орбите 5,3 т, мощность энергетической установки 12 кВт, САС 15 лет. Спутник обеспечивает из точки стояния 9° в. д. связь европейских потребителей с помощью 66 ретрансляторов Ки-диапазона частот. В дополнение к указанной полезной нагрузке на КА Eutelsat-9B установлена аппаратура для работы в системе EDRS. Общий вид КА Eutelsat-9B представлен на рис. 8, а.
а б
Рис. 8. КА Eutelsat-9B (а) и Alphasat-I-XL (б) [10] Fig. 8. Spacecrafts Eutelsat-9B (а) and Alphasat-I-XL (b) [10]
Поскольку СР EDRS-C должен нести только полезную нагрузку для обеспечения связи с НКА в оптическом диапазоне частот, он создан на базе относительно малой космической платформы, на которой может быть размещена полезная нагрузка массой до 360 кг с энергопотреблением 3 кВт. САС спутника 15 лет. С вводом в систему обоих СР максимальная пропускная способность системы составит 10,8 Тбит в сутки при работе с перспективными КА ДЗЗ [1-4].
Перед тем как создать систему EDRS, с помощью лазерных терминалов, установленных на НКА Sentinel-1A (высота круговой орбиты 700 км, наклонение 98,2°) и на ранее запущенном геостационарном КА Alphasat-I-XL (см. рис. 8, б), проведена экспе-
риментальная проверка функционирования оптической линии межспутниковой связи. Передача изображений с НКА осуществлялась на длине волны 1,064 мкм со скоростью 1,8 Гбит/с при максимальной дальности связи 48 000 км.
Один из сложнейших КА связи - спутник Alphasat-I-XL (второе название Inmarsat-I-4A-F4) (см. рис. 8, б) со стартовой массой 6650 кг - выведен на ГСО в июле 2013 г. в точку стояния 24,8° в. д. Основное назначение спутника - обеспечение подвижной связи в Z-диапазоне частот, в связи с чем он оборудован приемопередающей антенной диаметром 12 м и усовершенствованной ретрансляционной аппаратурой, включающей в себя восемь цифровых сигнальных процессоров нового поколения, которые способны эффективно управлять несколькими коммутационными процессами с максимальной гибкостью как в плане применяемых частот, так и в распределении мощности в антенных лучах. Alphasat-I-XL несет четыре полезные нагрузки с демонстрационными технологиями, в числе которых лазерный терминал для информационного обмена с НКА и ретрансляционная аппаратура для связи с Землей на частотах Q- и F-диапазонов частот [1-10].
Японский спутник-ретранслятор DRTS. В сентябре 2002 г. на ГСО в точку стояния 90° в. д. выведен японский спутник-ретранслятор DRTS (Data Relay and Tracking
Satellite), получивший название Kodama («Эхо»). Он предназначался для проведения экспериментов по информационному обмену с НКА на орбите высотой от 300 до 1000 км. Внешний вид DRTS приведен на рис. 9.
СР DRTS - один из самых легких зарубежных КА данного класса: его масса на орбите составила около 1500 кг. Для связи с НКА в S- и Ka-диапазонах частот спутник оснащен двухдиапазонной антенной диаметром 3,6 м, для связи с Землей используется антенна диаметром 1,8 м. Это обеспечивает возможность приема информации от НКА со скоростью 240 Мбит/с. Используемая на спутнике двухдиапазонная антенна обеспечивает следующие характеристики бортовой аппаратуры СР в абонентском направлении. Эквивалентная изотропно излучаемая мощность в максимуме луча: S-диапазон - 47 дБВт; Ka-диапазон - 62 дБВт; Параметр добротности на прием (G/T) в максимуме луча: S-диапазон - 8 дБ/К; Ka-диапазон - 27 дБ/К.
В феврале 2003 г. успешно проведен первый эксперимент по ретрансляции данных со спутника ADEOS-II. СР DRTS успешно проводил сеансы связи с шестью различными НКА, в том числе с японским экспериментальным модулем МКС Kibo. При совместной работе с КА ДЗЗ DAICHI осуществлена ретрансляция подавляющего большинства (95 %) из полученных этим спутником 6,54 млн снимков. В качестве других абонентов СР DRTS выступают низкоорбитальные КА ALOS, OICETS, метеорологические спутники Shizuku (второе название GCOM-W1), ракеты-носители Н-П, Н-ПА.
Китайская система CTDRSS. В последнее время в Китае отмечается существенный прорыв в космосе в связи с запуском множества спутников самого различного назначения, в том числе пилотируемых космических кораблей. С целью обеспечения их полета и связи с ними вне видимости с национальной территории в Китае придается большое значение созданию собственных средств космической ретрансляции - систем CTDRSS (China Tracking and Data Relay Satellite System). Реализация программы нача-
Рис. 9. Внешний вид СР DRTS [3] Fig. 9. Appearance of the DRTS satellite repeater [3]
лась с запуска в апреле 2008 г. первого СР «Тяньлянь-1-01» (рис. 10). Для связи с НКА СР оборудован совмещенной следящей параболической антенной i- и Ки-диапазонов частот диаметром 3,05 м. Линии связи с наземными пунктами работают в Ка-диапазоне частот. СР «Тяньлянь-1-01» занимает орбитальную позицию 77° в. д. [9].
В июле 2011 г. в Китае запущен второй СР системы «Тяньлянь-1-02», установленный в орбитальную позицию 176,8° в. д., а в августе 2012 г. - третий СР («Тяньлянь-1-03») для работы в орбитальной позиции 16,7° в. д. Китайские космические аппараты основаны на базе платформы массой 2100 кг, предназначенной для создания среднеразмерных спутников связи. На этой платформе может размещаться полезная нагрузка массой до 220 кг [1, 3, 9, 11].
Результаты анализа современного состояния и тенденций развития коммерческих космических систем ретрансляции информации. В табл. 7 приведены сравнительные характеристики рассмотренных существующих зарубежных спутниковых систем ретрансляции в части реализуемых в них скоростей передачи информации. Основная отличительная особенность зарубежных космических систем ретрансляции -использование общих международных частотных i- и Ка-диапазонов частот, что обеспечивает их взаимозаменяемость и взаимодополняемость [31].
Таблица 7
Каналы ретрансляции и скорости передачи информации в зарубежных СР
Table 7
Retransmission channels and information transmission rates in foreign satellite repeaters
ARTEMIS (Европа) /
Канал TDRS (США) Alphasat-I-XL (Европа) / DRTS (Япония)
EDRS
S-диапазон (ИД)
НКА - СР 100 бит/с - 6 Мбит/с До 3 Мбит/с До 5 Мбит/с
СР - НКА 0,1-300 кбит/с До 1 Мбит/с До 300 кбит/с
S-диапазон (МД)
НКА - СР 0,1-50 кбит/с
СР - НКА 0,1-10 кбит/с
Ku-диапазон
НКА - СР 1-300 Мбит/с
СР - НКА 1-25 Мбит/с
Ka-диапазон (ИД)
НКА - СР До 800 Мбит/с До 150 Мбит/с До 240 Мбит/с
СР - НКА До 50 Мбит/с До 25 Мбит/с До 50 Мбит/с
Оптический диапазон
НКА - СР 50 Мбит/с / 1,8 Гбит/с
СР - НКА 2,048 Мбит/с
Рис. 10. Спутник-ретранслятор CTDRSS «Тяньлянь-1-01» [10]
Fig. 10. Satellite repeater CTDRSS «Tianlian-1-01» [10]
На спутниках-ретрансляторах зарубежных КСР обслуживание НКА осуществляется узконаправленными параболическими антеннами большого диаметра (3-5 м), способными работать в нескольких частотных диапазонах: в S- и Ka-диапазонах частот для европейского, китайского и японского спутников и в S-, Ku- и Ka-диапазонах частот для американского спутника (начиная с TDRS-H). При соответствующем построении бортового ретранслятора это позволяет одной такой антенной одновременно обслуживать два НКА, если они находятся приблизительно на одной линии визирования со стороны СР (например, при стыковке двух НКА) и оказываются таким образом в зонах обслуживания двух лучей разных частотных диапазонов, например в S- и Ka-диапазонах.
Радиолинии S-диапазона частот используются в основном для управления посредством обмена низкоскоростной информацией (в том числе командно-программной) с космическими объектами с низкой энерговооруженностью, к числу которых относятся ракеты-носители и разгонные блоки. Радиолинии Ka-диапазона частот в силу широкой полосы частот применяются для передачи высокоскоростной информации. НКА при этом оснащаются направленными следящими антеннами, что и обусловливает высокий энергопотенциал таких радиолиний.
Спутники-ретрансляторы системы TDRSS оснащены аппаратурой многостанционного доступа, позволяющей НКА выходить на связь с СР в произвольные моменты времени. На спутниках нового поколения TDRS-H установлена многолучевая ФАР с большей апертурой, чем у предыдущих СР, что позволяет повысить максимальную скорость приема информации от НКА с 50 кбит/с до 3 Мбит/с. В европейской и японской системах данный вид обслуживания не применяется, что, скорее всего, объясняется достаточностью для решения поставленных задач имеющегося количества каналов индивидуального доступа S- и Ka-диапазонов частот.
Ключевая особенность СР ARTEMIS - наличие оптического канала ретрансляции с пропускной способностью до 50 Мбит/с на прием и до 2,048 Мбит/с на передачу, значительно увеличенной (до 1,8 Гбит/с) с запуском КА Alphasat-I-XL. Оптическая связь в настоящее время признана одним из перспективных направлений спутниковой связи, поскольку прогрессирующими темпами развиваются потребности общества в передаче больших потоков информации в гражданской и в военной сферах.
Интерес к оптическим линиям связи обусловлен принципиальными преимуществами этих систем: высокая скорость передачи информации при габаритах и массе системы меньше соответствующих параметров систем радиодиапазона; скрытность и защищенность от несанкционированного доступа, что, наряду с известными методами кодирования, обусловлено узкой диаграммой направленности излучения; помехоустойчивость и электромагнитная совместимость.
Успешно проведенные эксперименты по оптической связи с применением СР ARTEMIS и Alphasat-I-XL, а также успехи в области разработки и создания лазерных терминалов позволили разработчикам европейской КСР коренным образом пересмотреть первоначальную концепцию построения системы в пользу преимущественного использования оптических линий связи с НКА с одновременным отказом от размещения на борту СР аппаратуры относительно низкоскоростных линий связи S-диапазона. Реализация на борту НКА и СР аппаратуры оптической связи является не самоцелью, а следствием постоянно возрастающих требований к пропускной способности линий информационного обмена с КА ДЗЗ, связанных с увеличением разрешающей способности последних и затруднением хранения на борту и с последующим сбросом на Землю значительных объемов информации.
Таким образом, ключевыми техническими решениями, которые внедрены или внедряются в КСР, являются унифицированные для всех КСР линии связи 8- и Ха-диапазонов частот; многодиапазонные антенны для связи с НКА, включая КА ДЗЗ; линии связи оптического диапазона. Ведущие индустриальные державы мира и европейское сообщество, обладающие развитой низкоорбитальной инфраструктурой, состоящей из космических объектов различного назначения (ракет-носителей, разгонных блоков, автоматических и пилотируемых космических аппаратов), развернули в настоящее время собственные КСР для информационного обмена с космическими объектами. Для информационного обмена с объектами ракетно-космической техники в основном используются обеспечивающие взаимодействие между системами международные каналы ретрансляции 8-диапазона частот с пропускной способностью до единиц мегабит в секунду и Ха-диапазона частот с пропускной способностью в сотни мегабит в секунду. В европейской системе также проходят экспериментальную отработку каналы ретрансляции оптического диапазона с пропускной способностью до единиц гигабит в секунду.
Заключение. Анализ современного состояния орбитальных группировок КА ДЗЗ различного целевого назначения - основных технических характеристик, в частности используемых частотных диапазонов, типов и габаритов антенно-фидерных систем, скоростей передачи (сброса) целевой информации от полезных нагрузок КА ДЗЗ, - показал следующее. Рассмотренные КА отличаются достаточно высокой разрешающей способностью бортовой аппаратуры, наличием различных режимов съемки, возможностью всепогодного их применения, а также крайне высокой оперативностью доведения целевой информации до конечного потребителя за счет использования межспутниковых радиолиний связи и ретрансляции информации на удаленные земные станции через КА-ретрансляторы на высоких орбитах [31].
Согласно проведенному сравнительному анализу КА-ретрансляторов, достигнуты хорошие результаты в разработке высоких пропускных способностей каналов сброса и ретрансляции целевой информации с КА ДЗЗ на удаленные земные станции, составляющих до нескольких сот мегабит в секунду. Это позволяет получать информацию в реальном масштабе времени.
Использование оптических радиолиний связи - перспективное направление. Такие радиолинии качественно дополняют существующие радиотехнические средства передачи данных в части скрытности передачи информации, защиты от несанкционированного доступа, высокой помехоустойчивости и электромагнитной совместимости, чрезвычайно высоких скоростей передачи информации, достигающих единиц гигабит в секунду.
Литература
1. Макаренко С. И., Иванов М. С. Сетецентрическая война - принципы, технологии, примеры и перспективы: монография. СПб.: Наукоемкие технологии, 2018. 898 с.
2. Макаренко С. И. Информационное противоборство и радиоэлектронная борьба в сетецентриче-ских войнах начала XXI века: монография. СПб.: Наукоемкие технологии, 2017. 546 с.
3. Космические системы ретрансляции: монография / Н. А. Тестоедов, В. Е. Косенко, Ю. Г. Выгонский и др. М.: Радиотехника, 2017. 448 с.
4. Шовенгердт Р. А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений / пер. с англ. А. В. Кирюшина, А. И. Демьяникова. М.: Техносфера, 2010. 560 с.
5. Бакланов А. И. Анализ состояния и тенденции развития систем наблюдения высокого и сверхвысокого разрешения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королёва. 2010. № 2 (22). С. 80-91.
6. Гарбук С. В., Гершензон В. Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М.: Инженер.-технол. центр «СканЭкс»: А и Б, 1997. 296 с.
7. Кучейко А. А. Мировая отрасль космической съемки в итогах запусков спутников // Земля из космоса. 2016. № 6 (22). С. 55-65.
8. Свиридов К. Н., Тюлин А. Е. О проектировании оптико-электронной аппаратуры космических аппаратов дистанционного зондирования Земли // Информация и Космос. 2018. № 4. С. 136-145.
9. Алябьев А. А., Коберниченко В. Г. Использование материалов радиолокационной космической съемки для информационного обеспечения мониторинга пространственных данных // Геодезия и картография. 2007. № 5. С. 37-45.
10. Верба В. С., Неронский Л. Б., Осипов И. Г., Турук В. Э. Радиолокационные системы землеобзо-ра космического базирования. М.: Радиотехника, 2010. 680 с.
11. Тюлин А. Е., Бетанов В. В., Ларин В. К. Информационное обеспечение управления космическими аппаратами: системный подход к решению задач. М.: Радиотехника, 2019. 272 с.
12. Организация сквозного тракта телемостов с использованием многофункциональной космической системы ретрансляции «Луч» / К. В. Громов, Ю. Г. Выгонский, С. М. Роскин и др. // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2013. № 6 (52). С. 191-196.
13. Пат. 2503127 РФ. Многофункциональная космическая система ретрансляции для информационного обмена с космическими и наземными абонентами / Ю. Г. Выгонский, В. И. Лавров, В. А. Мухин и др., заявл. 20.12.2011; опубл. 27.12.2013, Бюл. № 36. 15 с.
14. Благодарящев И. В., Антохин Е. А., Федулин А. М., Паничев В. А. Опыт применения имитационного моделирования боевых действий на базе технологий виртуальной реальности для оценки наземных робототехнических комплексов военного назначения // Робототехника и техническая кибернетика.
2019. Т. 7. № 2. С. 94-99. ао1: https://doi.org/10.31776/RTCJ.7202
15. Федулин А. М., Садеков Р. Н. Алгоритм навигации беспилотных летательных аппаратов с учетом местоположения средств противовоздушной обороны // Известия Института инженерной физики.
2020. № 3 (57). С. 79-84.
16. Федулин А. М., Никандров Г. В. Перспективы применения систем технического зрения для повышения автономности крупноразмерных беспилотных летательных аппаратов большой продолжительности полета // Роботизация Вооруженных Сил Российской Федерации: сб. статей V Воен.-науч. конф. (Анапа, 29-30 июля 2020 г.). Анапа, 2020. Т. 2. С. 58-65.
17. Системный анализ и организация автоматизированного управления космическими аппаратами: учебник / Ю. С. Мануйлов, А. Н. Павлов, Е. А. Новиков и др.; под общ. ред. Ю. С. Мануйлова. СПб.: Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского, 2010. 266 с.
18. Усков А. А., Кузьмин А. В. Интеллектуальные технологии управления. Искусственные нейронные сети и нечеткая логика. М.: Горячая линия - Телеком, 2004. 143 с.
19. П. м. 191165 РФ. Бортовой терминал радиосвязи беспилотного летательного аппарата / Н. Н. Долженков, А. В. Абрамов, Д. Г. Пантенков и др.; заявл. 21.03.2019; опубл. 26.07.2019; Бюл. № 21. 8 с.
20. Пантенков Д. Г., Ломакин А. А. Оценка устойчивости спутникового канала управления беспилотными летательными аппаратами при воздействии преднамеренных помех // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 11 (17). С. 43-50. doi: https://doi.org/10.18127/j00338486-201911( 17)-04
21. Егоров А. Т., Ломакин А. А., Пантенков Д. Г. Математические модели оценки скрытности спутниковых каналов радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами. Ч. 1 // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 3. С. 19-26. doi: https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-3-19-26
22. Ломакин А. А., Пантенков Д. Г., Соколов В. М. Математические модели оценки скрытности спутниковых каналов радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами. Ч. 2 // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 4. С. 37-48. doi: https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-4-37-48
23. Догерти М. Дроны: первый иллюстрированный путеводитель по БПЛА: пер. с англ. В. Бычковой, Д. Евтушенко. М.: ГрандМастер: Э, 2017. 224 с.
24. Современные технологии радиомониторинга в спутниковых системах связи и ретрансляции / А. В. Кузовников, Н. А. Тестоедов, В. Г. Сомов и др. М.: Радиотехника, 2015. 216 с.
25. Иванкин Е. Ф. Информационные системы с апостериорной обработкой результатов измерений: монография. М.: Горячая линия - Телеком, 2008. 168 с.
26. Помехозащита радиоэлектронных систем управления летательными аппаратами и оружием: монография / В. Н. Лепин, В. Н. Антипов, А. Ю. Викентьев и др. М.: Радиотехника, 2017. 416 с.
27. Пантенков Д. Г. Результаты математического моделирования помехоустойчивости спутниковых систем радиосвязи при воздействии преднамеренных помех // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 5 (10). С. 20-30. doi: https://doi.org/10.18127/j00338486-202005(10)-03
28. Пантенков Д. Г., Литвиненко В. П. Алгоритмы формирования и обработки радиосигналов командно-телеметрической радиолинии и технические предложения по их реализации // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2020. Т. 16. № 2. С. 90-105. doi: https://doi.org/ 10.25987/VSTU.2020.16.2.014
29. Цветков К. Ю., Акмолов А. Ф., Викторов Е. А. Модель канала управления передачей смешанного трафика речи и данных в разновысотной системе спутниковой связи // Информационно-управляющие системы. 2012. № 3 (58). С. 63-70.
30. Журавлев В. И., Руднев А. Н. Цифровая фазовая модуляция: монография. М.: Радиотехника, 2012. 208 с.
31. Пантенков Д. Г. Моделирование и сравнительный анализ своевременности передачи информации от источника к получателю в двухуровневой системе спутниковой связи с использованием космических аппаратов на низких и геостационарной орбитах // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 4. С. 192-219. doi: https://doi.org/10.24411/2410-9916-2020-10407
Обзорная статья поступила в редакцию 21.10.2021 г.; одобрена после рецензирования 27.11.2021 г.;
принята к публикации 21.12.2021 г.
Информация об авторах
Пантенков Дмитрий Геннадьевич - кандидат технических наук, заместитель главного конструктора по радиосвязи АО «Кронштадт» (Россия, 123060, г. Москва, 1-й Волоколамский пр-д, 10/1), [email protected]
Гусаков Николай Васильевич - кандидат технических наук, заместитель генерального директора АО «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий» (Россия, 214012, г. Смоленск, ул. Ново-Ленинградская, 10), N.V. Gusakov@mail. ru
Ломакин Андрей Александрович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий инженер АО «Кронштадт» (Россия, 123060, г. Москва, 1-й Волоколамский пр-д, 10/1), [email protected]
References
1. Makarenko S. I., Ivanov M. S. Netcentric warfare - principles, technologies, examples, and prospects. St. Petersburg, Naukoyemkiye tekhnologii Publ., 2018. 898 p. (In Russian).
2. Makarenko S. I. Information confrontation and electronic jamming in the netcentric warfare of the beginning of the 21st century. St. Petersburg, Naukoyemkiye tekhnologii Publ., 2017. 546 p. (In Russian).
3. Testoyedov N. A., Kosenko V. E., Vygonskiy Yu. G., Kuzovnikov A. V., Mukhin V. A., Chebotarev V. E., Somov V. G. Space relay systems. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2017. 448 p. (In Russian).
4. Schowengerdt R. A. Remote sensing. Models and methods for image processing. 3rd ed. San Diego, CA, Academic Press, 2007. 560 p. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-369407-2.X5000-1
5. Baklanov A. I. Status analysis and progress trends of high- and ultra-high-resolution imaging systems. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Koroleva = Vestnik of Samara State Aerospace University named after Academician S. P. Korolev, 2010, no 2 (22). pp. 80-91. (In Russian).
6. Garbuk S. V., Gershenzon V. E. Space-based Earth observing systems. Moscow, Inzhener.-tekhnol. tsentr "SkanEks" Publ., A i B Publ., 1997. 296 p. (In Russian).
7. Kucheiko A. A. World industry of orbital survey in the results of satellite launches. Zemlya iz kosmosa = Earth from Space, 2016, no. 6 (22), pp. 55-65. (In Russian).
8. Sviridov K. N., Tyulin A. E. On the design of optoelectronic equipment for Earth remote sensing spacecrafts. Informatsiya i Kosmos = Information and Space, 2018, no. 4, pp. 136-145. (In Russian).
9. Alyab'ev A. A., Kobernichenko V. G. The use of the radiolocation space survey materials for the information provision of the spatial data monitoring. Geodeziya i kartografiya = Geodesy and cartography, 2007, no. 5, pp. 37-45. (In Russian).
10. Verba V. S., Neronsky L. B., Osipov I. G., Turuk V. E. Space-based radar systems of land survey. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2010. 680 p. (In Russian).
11. Tyulin A. E., Betanov V. V., Larin V. K. Information support for spacecraft control: system approach to problem solution. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2019. 272 p. (In Russian).
12. Gromov K. V., Vigonskiy U. G., Roskin S. M., Kuzovnikov A. V., Muhin V. A. Organization [of] through channel television space bridges with usage of multifunctional space system relaying "Luch". Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika M. F. Reshetneva = Siberian Aerospace Journal, 2013, no. 6 (52), pp. 191-196. (In Russian).
13. Vygonskij Ju. G., Lavrov V. I., Mukhin V. A., Matveenko S. P., Sivirin P. Ja. Multifunctional space relay system for data communication with space and terrestrial users. Patent 2503127 RF, publ. 27.12.2013, Bul. no. 36. 15 p. (In Russian).
14. Blagodarjaschev I. V., Antokhin E. A., Fedulin A. M., Panichev V. A. Application experience of military operation simulation based on virtual reality techniques for military robotic systems evaluation. Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika = Robotics and Technical Cybernetics, 2019, vol. 7, no. 2, pp. 9499. (In Russian). doi: https://doi.org/10.31776/RTCJ.7202
15. Fedulin A. M., Sadekov R. N. Algorithm for unmanned aerial vehicles navigation based on the location of air defense equipment. Izvestiya Instituta inzhenernoyphiziki, 2020, no. 3 (57), pp. 79-84. (In Russian).
16. Fedulin A. M., Nikandrov G. V. Prospects for the use of vision systems to increase the autonomy of large-sized unmanned aerial vehicles of long flight duration. Robotizatsiya Vooruzhennykh Sil Rossiyskoy Federatsii = Robotization of the Armed Forces of the Russian Federation, 5 th military and scientific conference proceedings, Anapa, 2020, pp. 58-65. (In Russian).
17. Manuylov Yu. S. (auth., ed.), Pavlov A. N., Novikov E. A. et al. System analysis and organization of automated spacecraft control. St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy, 2010. 266 p. (In Russian).
18. Uskov A. A., Kuz'min A. V. Intelligent control technologies. Artificial neural networks and fuzzy logic. Moscow, Goryachaya liniya - Telekom Publ., 2004. 143 p. (In Russian).
19. Dolzhenkov N. N., Abramov A. V., Egorov A. T., Lomakin A. A., Pantenkov D. G. Unmanned aerial vehicle radio terminal. Utility patent 191165 RF, publ. 26.07.2019, Bul. no. 21. 8 p. (In Russian).
20. Pantenkov D. G., Lomakin A. A. Assessment of stability of the satellite channel of control of unmanned aerial vehicles at influence of intentional interference. Radiotekhnika = Radioengineering, 2019, vol. 83, no. 11 (17), pp. 43-50. (In Russian). doi: https://doi.org/10.18127/j00338486-201911(17)-04
21. Egorov A., Lomakin A., Pantenkov D. Mathematical models of satellite communication systems with unmanned aerial vehicles and counter-means of radio control. Part 1. Trudy uchebnykh zavedeniy svyazi = Proceedings of Telecommunication Universities, 2020, vol. 5, no. 3, pp. 19-26. (In Russian). doi: https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-3-19-26
22. Lomakin A., Pantenkov D., Sokolov V. Mathematical models of satellite communication systems with unmanned aerial vehicles and counter-means of radio control. Part 2. Trudy uchebnykh zavedeniy svyazi = Proceedings of Telecommunication Universities, 2020, vol. 5, no. 4, pp. 37-48. (In Russian). doi: https://doi.org/ 10.31854/1813-324X-2019-5-4-37-48
23. Doherty M. J. Drones: An illustrated guide to the unmanned aircraft that are filling our skies. London, Amber Books, 2015. 224 p.
24. Kuzovnikov A. V., Testoyedov N. A., Somov V. G., Semkin P. V. et al. Modern radio monitoring technologies in satellite communication and relay systems. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2015. 216 p. (In Russian).
25. Ivankin E. F. Information systems with posterior processing of measurement results. Moscow, Goryachaya liniya - Telekom Publ., 2008. 168 p. (In Russian).
26. Lepin V. N., Antipov V. N., Vikent'yev A. Yu. et al. Interference protection of radio-electronic control systems for aircraft and weapons. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2017. 416 p. (In Russian).
27. Pantenkov D. G. Results of mathematical modeling of noise immunity of satellite radio communication systems under the influence of intentional interference. Radiotekhnika = Radioengineering, 2020, vol. 84, no. 5 (10), pp. 20-30. (In Russian). doi: https://doi.org/10.18127/j00338486-202005(10)-03
28. Pantenkov D. G., Litvinenko V. P. Algorithms of formation and processing of radio signals of command and telemetry radio lines and technical proposals for their implementation. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of Voronezh State Technical University, 2020, vol. 16, no. 2, pp. 90-105. (In Russian). doi: https://doi.org/10.25987/VSTU.2020.16.2.014
29. Tsvetkov K. Yu., Akmolov A. F., Viktorov E. A. Mathematical modeling of management channel organization for speech and data mixed traffic in multitude of satellites at miscellaneous height. Informatsionno-upravlyayushchie sistemy = Information and Control Systems, 2012, no. 3 (58), pp. 63-70. (In Russian).
30. Zhuravlev V. I., Rudnev A. N. Digital phase modulation. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2012. 208 p. (In Russian).
31. Pantenkov D. G. Simulation and comparative analysis of transmission timeliness source-to-recipient information in a two-tier system satellite communications using spacecraft in low and geostationary orbits. Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti = Systems of Control, Communication and Security, 2020, no. 4, pp. 192-219. (In Russian). doi: https://doi.org/10.24411/2410-9916-2020-10407
The review article was submitted 21. 10.2021 ; approved after reviewing 27.11.2021 ;
accepted for publication 21.12.2021.
Information about the authors
Dmitry G. Pantenkov - Cand. Sci. (Eng.), Deputy Chief Designer for Radio Communications, JSC "Kronshtadt" (Russia, 123060, Moscow, 1st Volokolamsky passage, 10/1), pantenkov88@mail .ru
Nikolai V. Gusakov - Cand. Sci. (Eng.), Deputy General Director, JSC "Scientific Research Institute of Modern Telecommunication Technologies" (Russia, 214012, Smolensk, Novo-Leningradskaya st., 10), [email protected]
Andrei A. Lomakin - Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Leading Engineer, JSC "Kronshtadt" (Russia, 123060, Moscow, 1st Volokolamsky passage, 10/1), lomakinandrej @yandex.ru
Информация для читателей журнала «Известия высших учебных заведений. Электроника»
С тематическими указателями статей за 1996 - 2021 гг., аннотациями и содержанием последних номеров на русском и английском языках можно ознакомиться на сайте:
http://ivuz-e.ru
