CC BY
127УДК 621.396.946:629.5
Ю.В. Еремеева, Т.О. Чусова
Пермский филиал Волжского государственного университета водного транспорта,
Пермь, 614060 e-mail: [email protected]
РАЗВИТИЕ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ НА СУДАХ
Спутниковая связь - один из видов радиосвязи, основанный на применении искусственного происхождения спутников Земли в качестве ретрансляторов. Сеть спутниковой связи предполагает наличие двух ее сегментов или частей - это космический сегмент, представляемый космическим аппаратом (искусственный спутник Земли) и земной сегмент - наземные станции (станция спутниковой связи). В данной статье отражено развитие спутниковой связи и ее применение на судах.
Ключевые слова: спутниковая связь, судно, связь, спутник, космос, космический объект, искусственный спутник, Земля, аппарат, развитие.
Yu.V. Eremeeva, T.O. Chusova
Perm branch of Volga State University of Water Transport, Perm, 614060 e-mail: [email protected]
SATELLITE COMMUNICATION DEVELOPMENT ON SHIPS
Satellite communication is one type of radio communication based on the use of artificial earth satellites as repeaters. Satellite communication network assumes the presence of its two segments - a space segment represented by the spacecraft (artificial earth satellite) and the earth segment - ground stations (satellite communication station). The satellite communication development and its application on ships are observed in the article.
Key words: satellite communication, ship, communication, satellite, space, space object, artificial satellite, Earth, apparatus, development.
Впервые идею спутниковой связи (далее - СС) представил в 1945 г. английский ученый Артур Кларк. В радиотехническом журнале была опубликована его статья о перспективах ракет, подобных «Фау-2», для запуска спутников Земли в научных и практических целях. Важен последний абзац этой статьи: «Искусственный спутник на определенном расстоянии от Земли будет совершать один оборот за 24 ч. Он будет оставаться неподвижным над определенным местом и в пределах оптической видимости почти с половины земной поверхности. Три ретранслятора, размещенные на правильно выбранной орбите с угловым разнесением на 120°, смогут покрыть телевидением и УКВ радиовещанием всю планету; я боюсь, что те, кто планирует послевоенные работы, не сочтут это дело простым, но я считаю именно этот путь окончательным решением проблемы» [9].
Запуск первого в мире искусственного спутника Земли, сигналы которого принимались на Земле, был осуществлен 4 октября 1957 г. в СССР. Он и послужил началом космической эры, сигналы, которые излучал спутник, использовались для передачи информации о процессах на данном космическом объекте. Путем изменения длительности посылок, излучаемых передатчиками, передавалась информация на Землю и обратно.
12 апреля 1961 г. в Советском Союзе впервые в истории человечества осуществлен полет человека в космическое пространство. Космический корабль «Восток» с космонавтом Ю. Гагариным на борту был выведен на орбиту Земли. Для пеленгации корабля и передачи телеметрических данных использовалась радиосистема «Сигнал», с частотой 19,955 МГц. Радиотелефонная система обеспечивала двустороннюю связь космонавта с Землей, которая работала в диапазонах коротких (19,019 и 20,006 МГц) и ультракоротких (143,625 МГц) волн, а телевизионная осуществляла передачу на Землю изображения космонавта, что позволяло визуально контролировать его состояние [7].
Первый синхронный спутник системы «Синком» был запущен 14 февраля 1963 г., он обладал высотой орбиты апогея 37 022 км, перигея 34 185, период обращения 1426,6 минут. Рабочая частота на линии Земля - спутник равна 7 360 МГц, на линии спутник - Земля 1 820 МГц. 3 840 штук солнечных элементов общей мощностью 28 Вт при напряжении 27,5 вольт использовались в качестве первичного источника питания на спутнике. Связь со спутником поддерживалась только 20 077 секунд, после наблюдения велись астрономическим методом [2].
23 апреля 1965 г. в СССР был запущен первый спутник связи «Молния-1». С запуском второго спутника связи «Молния-2» 14 октября 1965 г. началась регулярная эксплуатация линии дальней связи с помощью искусственного спутника Земли. Позднее была создана система дальней космической связи «Орбита», состоящая из комплекса наземных станций и искусственных спутников Земли «Молния», «Радуга», «Горизонт».
Для получения постоянной и хорошей связи на море сегодня применяют известную на берегу технологию VSAT (Very Small Aperture Terminal). Появление, которое связано с экспериментом внедрения сети наземных станций в количестве 25 штук и спутника АТС-1, обеспечивающих телефонную связь на Аляске в конце 60-х. Эксперимент оказался успешным и был продолжен. Самая «маленькая» спутниковая станция на тот момент имела антенну диаметром 9 м [5].
Морские VSAT выполняют функцию организации полноценной высокоскоростной связи на морских и речных судах через спутниковый канал. Использование оборудования широкополосной СС, основанной на технологии VSAT, в настоящий момент соответствует всем требованиям, предъявляемым к современной, высокоскоростной, постоянной связи с судами и плавучими сооружениями. Оснащение судов морского и речного флота VSAT станциями помогает объединять суда компании в единую частную корпоративную сеть с возможностью оперативного обмена информацией между головным офисом, диспетчерскими пультами и судами. Реализовать оперативное управление всем флотом, и каждым судном отдельно: к примеру, постоянный мониторинг, оказание консультаций в режиме реального времени, передача метеорологической, коммерческой, административной информации и т. д.
Для работы морской VSAT используются геостационарные спутники, передающие данные от небольших спутниковых станций или морских терминалов в центральную наземную станцию, обеспечивающую управление работой всей сети.
Судовой VSAT терминал представляет собой набор оборудования, включая внешний модем - он же приемо-передатчик, антенно-фидерное устройство и блок, обеспечивающий сопряжение спутникового широкополосного канала с оборудованием пользователя: компьютер, телефон, факс и прочее (рис. 1).
Главным плюсом в сравнении с другими операторами СС INMARSAT, IRIDIUM и THURAYA, VSAT обеспечивает максимальную пропускную способность при минимальной стоимости потребляемого трафика. Морской VSAT обеспечивает передачу данных со скоростью 4 Мбит/с.
В 1979 г. 16 июля была создана международная организация морской СС INMARSAT (International Maritime Satellite Organization Inmarsat) по инициативе Международной Морской Организации (ИМО) и изначально имела статус межгосударственной организации [4].
Главная цель создания INMARSAT заключалась в обеспечении морских судов надежной связью, в первую очередь для повышения безопасности мореплавания, в том числе передачи сигналов о бедствии, оперативного взаимодействия с другими судами и береговыми службами, связи членов экипажа и пассажиров судна с берегом. При создании спутникового оператора стояла задача обеспечить функционирование в соответствии с требованиями глобальной морской системы связи при бедствиях.
Рис. 1. Оборудование оператора спутниковой связи VSAT
Пять спутников-ретрансляторов, находящихся на геостационарных орбитах над экватором на высоте 35 000 км, составили космический сегмент, обладая точными географическими координатами относительно Земли. Охватывающие всю земную поверхность радиопередатчики обладают мощностью в 2 800 Вт. У данного оператора на орбите Земли 11 спутников, но только 5 из них работает на «морской» частоте 1.5-1.6 ГГц, остальные обслуживают авиацию и переносные телефоны.
Больше ста шестидесяти государств используют на своих судах данный вид СС, за счет своей большей надежности и оперативности по сравнению с традиционными коротковолновыми средствами связи. Современное штатное средство СС, устанавливаемое на судах в морских районах плавания А3/А4ГМССБ, состоит из терминала INMARSAT-С или INMARSAT mini-С, внешний вид которого приведен на рис. 2 [3].
Терминалы INMARSAT-С и INMARSAT mini-С имеют режимы ТЕЛЕКС, ДАННЫЕ, ФАКС со скоростью передачи и приема данных 600 бит/с. Дополнительным оборудованием после развертывания четвертого поколения спутников INMARSAT-4 на судах устанавливают широкополосные терминалы FB-500 выпуска 2009 г. [5]. Терминалы FB-500 обеспечивают связь в режимах ТЕЛЕФОНИЯ, ФАКС, ДАННЫЕ, а также работу в сети Интернет, при максимальной скорости передачи и приема данных 356/432 кбит/с. На рис. 3 приведен внешний вид терминала FB-500 диаметром выносной антенны, направляемой по азимуту и углу места 72 см.
Земные станции имеют двух или трехзначный цифровой идентификатор и принадлежат государству, на территории которого работают. В океанском районе расположены станции сетевой координации, обеспечивающие выделение свободных каналов судовым и береговым наземным станциям и слежение за использованием выделенных каналов. Центр контроля эксплуатации системы INMARSAT осуществляет основные координационные функции системы.
Подвижные и неподвижные станции работают в диапазоне 1.5-1.6 ГГц. К подвижным станциям относятся судовые станции (SES - Ship Earth Stations) различных классов и стандартов INMARSAT. Каждая SES имеет свой идентификационный номер, состоящий из 7 или 9 цифр, где первая - опознаватель стандарта, следующие 3 цифры - код страны, которой принадлежит SES (Maritime Identification Digits - MID), остальные три (пять) цифры - номер, присвоенный данной SES.
В 1987 г. «Международный союз электросвязи», компания Motorola задумала проект Iridium глобальной связи, доступной круглосуточно в любой точке мира. Первоначально предполагалось вывести на низкие орбиты 77 космических аппаратов, но после перерасчетов число спутников сократилось до 66 [7].
Для продвижения проекта в 1993 г. был создан международный консорциум Iridium Inc в Вашингтоне, летом 1997 г. был совершен первый звонок через спутниковый телефон. В 1997- 1998 гг. была запущена основная группировка спутников, а началом коммерческой эксплуатации считается 23 сентября 1998 г. На сегодняшний день «Iridium» успешный проект с абонентской базой, превышающей полмиллиона клиентов.
Iridium Communications производит большую часть оборудования для высокоскоростной передачи информации и голосовой связи. Самыми популярными являются модели Iridium 9505A (рис. 4), 9555 и Extreme (9575). Доступность Интернета обеспечивают модемы 9522A, 9522B и 9602, а автоматический обмен данных класса M2M - устройства Iridium 9601 и 9602 [1].
Монохромные дисплеи телефонов позволяют экономить энергию, они обладают высокой степенью защиты от ударов, влаги, пыли, температурных перепадов. Самая последняя модель -спутниковый телефон Iridium Extreme (9575). Телефон работает в любой точке на Земле и обеспечивает высокую передачу голоса, данных и определение местоположения GPS.
Система Iridium предоставляет абонентам следующие виды услуг:
1. Речевая связь со скоростью передачи речи - 2,4 кбит/с.
2. Передача данных таких, как местоположение и статус абонента.
3. Прием факсимильных сообщений и их хранение на терминале.
4. Персональный вызов.
В отличие от глобальной сети «Iridium», «Thuraya» является региональным проектом, действующим на территории Европы, обладающим тремя космическими объектами, подвешенными на геостационарных орбитах. Подключенный к системе Thuraya спутниковый телефон может принимать и отправлять звонки в Австралии, Африке, Средней Азии. Для осуществления связи с Интернетом создан отдельное оборудование -Thuraya DSL (рис. 5).
Телефон обладает необходимой степенью защиты и оборудован GSM-модулем, может работать как обычный сотовый, так и при отсутствии GSM-связи он автоматически подключается к спутникам. Пользовательский функционал аппаратов состоит из удобного пользовательского меню, включает приложения, передачу данных, USB-интерфейс.
В заключение можно отметить, что на сегодняшний день разнообразное количество операторов спутниковой связи. Ее часто критикуют за чрезмерную дороговизну сервисов, но при этом надо отдавать себе отчет в том, что это специфический тип связи, который был разработан, исходя вовсе не из соображений экономии средств. Здесь изначально ставились совсем другие задачи - обеспечение связью труднодоступных мест. Спутниковые операторы стремительно развиваются, с их помощью можно не только узнать местоположение судна, но и передавать информацию, совершать звонки и даже визуально просматривать состояние процессов на судне.
Литература
1. Аппаратура радиосвязи, радиовещания и телевидения. - М.: Экос, 2009. - 194 с.
2. Богосов Б.А. История развития средств связи: Учеб. пособие / Ростовский государственный университет путей сообщения. - Ростов н/Д, 2011. - 199 с.
3. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. - 2005. -440 с.
4. Печаткин А.В. Системы мобильной связи - 2008. - 122 с.
5. Современное судовое оборудование средств электронной навигации, ГМССБ и береговая единая система контроля и управления судоходством: Монография / А.Н. Маринич, А.В. Припотнюк, Ю.М. Устинов и др.; под ред. Ю.М. Устинова. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2007. - 261 с
6. Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи: Учебное издание. - 2014. - 244 с.
7. Камнев В.Е., Черкасов В.В., Чечин Г.В. Спутниковые сети связи. - М.: Альпина Паблишер, 2004. - 205 с.
8. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. -М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 136 с.
9. Головин О. Предыстория космической радиосвязи [Электронный ресурс]. - URL: http://www.computer-museum.ru/connect/clarke.htm (дата обращения: 09.09.2018).
10. ФГУП «Морсвязь спутник». - URL: http://www.marsat.ru/ (дата обращения: 11.09.2018).
