CC BY
142
УДК 629.783
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СУДОВ НА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ КЛАССА CUBESAT
А. П. Кравчуновский Научный руководитель - В. Х. Ханов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
В настоящее время при использовании передатчиков автоматической идентификационной системы (АИС), установленных только на судах и наземных станциях, отсутствует возможность передачи сообщений АИС с судов, находящихся в отдаленных от берега акваториях. Рассматривается возможности использования системы АИС с установкой передатчиков на космических аппаратах класса Cubesat. Приведены примеры использования данной системы на космических аппаратах рассматриваемого класса, как российских, так и зарубежных производителей.
Ключевые слова: автоматическая идентификационная система, космический аппарат, Cubesat.
POSSIBILITIES OF USING AUTOMATIC IDENTIFICATION SYSTEM OF SHIPS ON CUBESAT SPACECRAFTS
A. P. Kravchunovsky Scientific Supervisor - V. Kh. Khanov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
At present while using ship-based and ground station-based on automatic identification system (AIS) transmitters only, we don't have any possibility to transmit AIS messages from ships located in the water areas distant from the coast. In this paper possibilities of using AIS system with setting transmitters on Cubesat spacecrafts are considered. Besides there are examples of using this system on spacecrafts of the considered class of Russian producers as well as foreign being described.
Keywords: automatic identification system, spacecraft, Cubesat.
Целью данной работы является выявление возможности использования автоматической идентификационной системы судов (далее АИС) на космических аппаратах (далее - КА) класса Cubesat.
Достаточно актуальной на сегодняшний день является проблема отсутствия возможности обмена данными АИС с судами, находящимися в отдаленных от берега акваториях. Общий принцип функционирования АИС представлен на рисунке. КА класса Cubesat получают все большее распространение. В условиях громоздкой системы проектного управления, сложившейся в отрасли, системный инжиниринг целевых систем «под ключ» на базе аппаратов малого и сверхмалого классов мог бы стать одной из основных парадигм дальнейшей деятельности приборостроительных предприятий.
Автоматическая идентификационная система (АИС) - информационная система, предназначенная для повышения безопасности мореплавания, в рамках которой суда обмениваются между собой информацией о навигационном статусе, а также рейсовой информацией [1]. Согласно конвенции SOLAS ООН (International Convention for the Safety of Life at Sea Организации Объединенных Наций) «О безопасности на море» судовая аппаратура АИС обязательна к установке на все крупные грузовые и пассажирские суда [2]. Суда в открытом море продолжают передавать навигационные сообщения АИС, при этом мощность принимаемых сигналов является достаточной для декодирования сообще-
Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»
ний на борту низкоорбитальных КА [3]. Это позволяет производить мониторинг местоположения судов в удаленных от берега акваториях.
Появление коммерчески доступной стандартизированной спутниковой платформы позволяет сформулировать новую концепцию космического приборостроения - «спутник-прибор», делая ее реализацию коммерчески привлекательной.
Первый КА нанокласса, произведенный Акционерным обществом «Российские космические системы» (далее - АО «Российские космические системы»), был запущен с борта Международной космической станции в 2005 г. В 2011 г. в АО «Российские космические системы» был разработан космический аппарат нанокласса с приемником сигналов АИС на борту.
В 2010 г. АО «Российские космические системы» начал разрабатывать бортовую аппаратуру приема сигналов АИС, предназначенную для размещения на 3-элементной платформе типа CubeSat. В настоящее время КА «CosmoAIS», построенный на базе этой платформы общей массой 3 кг, проходит последние этапы наземной экспериментальной отработки.
Система АИС использует принцип временного разделения при доступе к каналу связи. Схема Time Division Multiple Access (TDMA) [4] применяется при организации обмена данными между судами. Сущность временного разделения каналов заключается в том, что каждая станция АИС передает в строго определенном ей временном интервале - слоте. АИС-стандарт включает в себя 27 сообщений, но наиболее часто используются первые три типа сообщений, содержащих навигационную информацию. Длина таких сообщений достигает 256 бит, что соответствует величине слота, выделенного для передачи одного сообщения АИС. Информация АИС передается в двух частотных каналах, 161,975 МГц и 162,025 МГц, с использованием модуляции GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) [5], ширина полосы - 25 кГц.
Бортовая аппаратура приема сигналов АИС может работать в 4 частотных каналах: 156,775 МГц, 156,825 МГц, 161,975 МГц, 162,025 МГц. Общее энергопотребление прибора не превышает 2 Вт, а чувствительность приемника - не менее 117 дБмВт. Функционально приемник состоит из частотного селектора с малошумящим усилителем, обеспечивающим аналоговый прием информации, а также цифровой части обработки сигналов, построенной на базе программируемой логической интегральной схемы Xilinx.
Предполагается, что КА «CosmoAIS» будет функционировать над заранее определенными акваториями в течение 10-15 мин с последующим сбросом информации на наземные станции в Москве или Южно-Сахалинске. В 2013 г. была завершена наземная экспериментальная отработка КА «CosmoAIS» и в 2015-2016 гг. предполагается осуществить его запуск совместно с другим КА.
Геоста ционарные
и радиомаяк! дифпоправок
спутники ИНМАРСАТ
Общий принцип функционирования АИС
Команда греческих ученых совместно со студентами из США разработали КА Cubesat на 1-элементной платформе (10x10x10 см), названный Lambda-Sat [6]. Lambda-Sat был выведен на низкую околоземную орбиту 13 июля 2014 года ракетой-носителем Antares. Одной из преследуемых целей разработки и запуска КА являлась проверка возможности функционирования передатчика АИС на спутниках нанокласса типа Cubesat.
На орбиту вышли два аппарата Perseus-M класса Cubesat, построенных на 6-элементной платформе (6U), c полезной нагрузкой типа автоматических идентификационных систем. Это первый спутник в своем классе российского производства с установленной системой АИС. Запуск состоялся в 2014 году.
Зарубежная компания ISIS (Institute for Science and International Security) находится на завершающей стадии разработки двух спутников формата 3U, снабженных передатчиком АИС, Triton 1 и Triton 2 с солнечными панелями, расположенными на корпусе.
Компания GOMspase разработала передатчик АИС, предназначенный для установки на спутники нанокласса типа Cubesat, названный QubeAIS. Был установлен на датском спутнике AAU-SAT3. Этот КА был запущен 25 февраля 2013 г.
Адаптация аппаратуры для размещения на платформах типа CubeSat существенно расширит области применения КА этого класса и позволит выйти на динамично развивающийся международный коммерческий рынок служебных подсистем. Установка системы АИС на КА нанокласса позволит снизить стоимость обеспечения обмена данными системы регулирования движением судов (СРДС), а также системы судовых сообщений, и повысить безопасность движения судов.
Библиографические ссылки
1. Technical characteristics for an automatic identification system using time-division multiple access in the VHF maritime mobile band [Электронный ресурс] // ITU, Recommendation ITU-R M. 1371-4. URL: http://www.itu.int (дата обращения: 26.03.2016).
2. Международная организация IMO, конвенция SOLAS [Электронный ресурс]. URL: http://www.imo.org (дата обращения: 26.03.2016).
3. Международный союз электросвязи // МСЭ-R M.2084 : отчет за 2006 г.
4. IEC 62287-1. Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems - Class B shipborne equipment of the automatic identification system (AIS) // Part 1: Carrier-sense time division multiple access (CSTDMA) techniques // Edition 1.0, IEC, March 2006.
5. Murota K., Hirade K. GMSK modulation for digital mobile radiotelephony // IEEE Transactions on Communications, vol. COM-29, 1981. № 7. C. 1044-1050.
6. Picosatellites for Maritime Security Applications / Mantzouris G., Papadopoulos P., Nikitakos N. and others [Электронный ресурс]. URL: http://www.jatm.com.br/ojs/index.php/jatm/article/view/551/458 (дата обращения: 26.03.2016).
© Кравчуновский А. П., 2016
