Спутниковая связь для силовых ведомств:
оптимизация решений

Кучейко А.,

Развития военных спутниковых систем связи (ВССС) за рубежом сопряжено с увеличением количества мобильных абонентов, внедрением автоматизированных сетей управления и увеличением объема и разнообразия данных, передаваемых по высокоскоростным каналам.

Соединенные Штаты Америки обладают на сегодняшний день самой многочисленной орбитальной группировкой, которая насчитывает около 30 спутников с действующей аппаратурой (оперативных и резервных). Космические аппараты (КА) размещены вдоль всей дуги геостационарной орбиты, что соответствует доктрине глобального присутствия США в мире (табл.1). В ближайшей перспективе основу систем связи США на геостационарных орбитах (ГСО) составят спутники трех основных типов: MILSTAR (Military Strategic and Tactical Relay), DSCS (Defense Satellite Communication System) и UFO (UHF Follow on).

MILSTAR. Система предназначена для обеспечения помехозащищенной связи с низкой вероятностью обнаружения и радиоперехвата стратегических и тактических пользователей по низко- и среднескоростным каналам в миллиметровом диапазоне частот (20…21/44…45 ГГц и 60 ГГц для межспутниковой связи). Это самая дорогостоящая и амбициозная космическая программа Пентагона подвергалась неоднократной корректировке после окончания "холодной войны". Самым серьезным недостатком системы является непомерно большая стоимость при низкой пропускной способности. Эксплуатация таких спутников продлится до 2006 г., после чего предполагается развернуть систему из пяти усовершенствованных КА (программа получила наименование Advanced EHF). Разработку новых спутников ведут фирмы trB, Lockheed Martin Hughes.

DSCS. Основным назначением системы является обеспечение передачи оперативной информации по средне- и высокоскоростным каналам в интересах органов управления стратегического и оперативно-тактического звена ВС. Основной диапазон рабочих частот – СВЧ (7/8 ГГц). По уровню помехозащищенности система DSCS, базируясь на технологиях 70-х годов, значительно уступает системе MILSTAR, но обладает высокой пропускной способностью. На смену спутникам DSCS-3 после 2005 г. придут аппараты так называемой "Усовершенствованной широкополосной системы" (AWS – Advanced Wideband System), у которых пропускная способность будет в 2,4 раза выше, чем у DSCS-3. Первые из них получили наименование GAPFILLER ("замещающий").

UFO. Система, в которой эксплуатируются спутники UFO, а также Fleetsatcom и Leasat, предназначена для обеспечения низкоскоростной связи среди большого количества мобильных абонентов тактического звена и циркулярного оповещения органов управления в УВЧ диапазоне частот (225…400 МГц). Система обладает самой низкой помехозащищенностью, но табл.1 охватывает большое число пользователей. Для замены КА UFO в период 2007…2010 гг. планируется запустить спутники УВЧ-диапазона нового поколения.

Несмотря на определенное разделение функций, космические аппараты каждого типа оснащены несколькими ретрансляторами, работающими в трех – четырех диапазонах частот, на базе которых развернуто большое количество систем и сетей военной связи различного назначения (AFSATCOM, GBS, TADIX и др.). Благодаря такому подходу достигается значительная экономия, обеспечивается взаимозаменяемость, высокая надежность и живучесть военных систем.

Таблица 1. Характеристики основных систем связи МО США, Великобритании и блока НАТО на геосинхронных орбитах

Наименование системы Состав орбитальной группировки Точки стояния, град. Диапазон частот, МГц (кол-во ретрансляторов) Кол-во наземных станций
Система стратегической и оперативно-тактической связи DSCS 10 КА DSCS-3 (5 оперативных, 5 – резервных) 12 зд, 52 зд, 135 зд, 60 вд, 175 вд 7/8 ГГц (6 по 50-75 МГц),
225-400 МГц (1)
Около 1000
Система стратегической и тактической помехозащищенной связи MILSTAR 2 КА MILSTAR-1-1 и 1-2 4 вд, 120 зд. 21/45 ГГц,
60 ГГц – межспутниковая,
225-400 МГц,
1500 (план)
Оперативно-тактическая связь ВМС (отдельные каналы используются для тактической связи СВ и ВВС) 14 КА (9 – UFO, 5 – Fleetsatcom, 1 – Leasat), из них 9 оперативных. 177 зд, 105 зд,
100 зд, 23 зд, 15 зд, 72 вд, 172 вд,
225-400 МГц (до 39),
7/8 ГГц (1),
Несколько тысяч
Система передачи данных от разведывательных КА SDS 8 КА SDS (5 оперативных на орбите "Молния", 1 – на ГСО) 12 зд КВЧ Несколько десятков
Системы военной связи на базе отдельных ретрансляторов
Система связи стратегических ядерных сил ВВС AFSATCOM Ретрансляторы на 10 КА SDS, Fleetsatcom, UFO, Leasat, MILSTAR. - 225-400 МГц (5, 12 или 21 каналов по 5 кГц),
21/45 ГГц.
Несколько сотен
Глобальная вещательная служба для информационного обеспечения GBS Ретрансляторы на КА UFO
(№8, 9, 10), коммерческие ИСЗ
- 20/30 ГГц (4) До 150 (план 1,5…2 тыс.)
ВССС Великобритании и НАТО
Система стратегической связи МО, оперативно-тактической связи ВС и связи подводных лодок 5 КА:
Skynet-4А, -B, -C, -D, -Е" (2-оперативных)
1 зд, 54 вд, 34 зд. 7/8 ГГц,
225-400 МГц
Несколько сотен
Стратегическая связи штабов ВС стран NATO 3 КА: NATO-4А, -В и -3D (1 оперативный) 17 зд, 18 зд,
21 зд.
7/8 ГГц,
225-400 МГц
Около 40

Коммерческие спутники связи

Дополнительным сегментом ВССС США являются канальные емкости, арендованные в коммерческих спутниках связи. В соответствии с американским законодательством, Пентагон может использовать только те гражданские спутники, на борту которых установлены шифраторы сигналов командно-телеметрических радиосистем (это исключает возможность перехвата функции управления КА противником в боевой обстановке). К таким спутникам относятся аппараты типа tdRS, INTELSAT, INMARSAT, PANAMSAT и ORION. Традиционно коммерческие спутники рассматривались лишь как средство для передачи несрочной и второстепенной по важности информации. Но после провозглашения в 1993 г. новой политики в этой области, Пентагон стал передавать через арендуемые каналы в зашифрованном виде и важную оперативную информацию, в том числе разведывательные данные из центров обработки в США передовым группировкам войск на ТВД (система "Trojan Spirit").

Как видно из приведенных данных, в 2004…2010 гг. потребуется замена всех существующих военных КА связи (UFO, DSCS и MILSTAR). В этой связи американские аналитики изучают различные варианты архитектуры перспективной ВССС. Самый дорогостоящий из них – эксплуатация помехозащищенных систем типа MILSTAR, которые однако, не в состоянии обеспечить высокой пропускной способности. Другой вариант - аренда каналов коммерческих спутниковых систем связи - является самым дешевым, но он не обеспечивает необходимого уровня помехозащищенности.

Оптимальная архитектура современных ВССС должна включать как специализированные спутники военной связи, так и каналы, арендованные в гражданских системах. Для внедрения такой структуры в 90-х годах в США была разработана целая серия трехдиапазонных станций (Start-T, LMST, LST-8000 и др.) c антеннами диаметром 2,4 м, которые обеспечивают работу как через военные КА (в Х-диапазоне частот), так и коммерческие спутники (в С- и Кu- диапазонах). Среднее время переключения с диапазона на диапазон составляет 5…15 мин, а пропускная способность станции – до 8,192 Мбит/с. Такие станции связи были успешно опробованы в ходе Балканской войны в 1999 г.

В дальнейшем, по оценкам аналитиков, тенденция использования коммерческих систем связи в военных целях будет неуклонно расширяться. Это связано, прежде всего, с бюджетными ограничениями. Так, по оценкам, на канальные емкости, арендуемые в коммерческих ССС, приходится около 40% всего связного трафика вооруженных сил США (и это притом, что, как уже отмечалось, США обладают самой крупной в мире орбитальной группировкой ВССС). Но из 2,5 млрд.долл, ежегодно затрачиваемых на военную космическую связь в США, на оплату аренды каналов коммерческих систем связи приходится только 0,5 млрд.долл. Для снижения стоимости аренды каналов перед подписанием контрактов применяется механизм конкурсного отбора участников.

Другой важной причиной являются опережающие темпы развития технологий коммерческой связи по сравнению с военной техникой. Так, основной целью перехода на промежуточные спутники GAPFILLER является выигрыш времени для оценки пригодности новых коммерческих технологий, которые понадобятся для спутников DSCS следующего поколения

Низкоорбитальные коммерческие системы связи

В последние годы Пентагон внимательно изучает преимущества использования новых видов аппаратуры связи, опробованных в коммерческом секторе. К таковым относятся прежде всего портативные радиостанции и пейджеры низкоорбитальных спутниковых систем связи типа Iridium и Globalstar. Первые испытания спутниковых радиотелефонов и пейджеров были проведены в ходе войны против Сербии в апреле 1999 г., после чего Пентагон выдал контракт на поставку в вооруженные силы спутниковой аппаратуры пользователей на сумму 219 млн.долл. В соответствии с контрактом фирма Motorola поставит в войска 25 тыс. портативных радиотелефонов (типа "трубка в руке") и 5 тыс. пейджеров, предназначенных для работы в системе Iridium (контракт был заключен до банкротства системы). Помимо традиционных радиотелефонов войсковые испытания в ходе Балканской войны прошли малогабаритные авиационные радиостанции типа AIRSAT (разработчик – фирма Allied Signal), устанавливаемые на борту самолетов военно-транспортной и заправочной авиации США. Станции обеспечивали голосовую связь, передачу данных и факсов через систему Iridium по 1, 5 или 8 каналам одновременно.

Другой новинкой явилось использование пейджинга системы Iridium в составе сети оповещения передовых подразделений об угрозе ракетных атак. Такие испытания проходили в ходе учений на территории Южной Корея и Кувейта. При средней продолжительности полета ОТР к цели 4…6 мин., войска в зоне поражения благодаря пейджинговому оповещению будут иметь около 3 мин. для принятия необходимых мер защиты. Избирательное оповещение только тех подразделений, которые находятся в зоне поражения, позволит не снижать темпов наступления других частей (раньше использовались средства циркулярного оповещения). В дальнейшем будут разработаны и шифрованные радиолинии пейджингового оповещения через ретрансляторы военных КА типа MILSTAR.

INMARSAT. Командование ВМС США планирует расширить масштабы использование каналов международной системы связи INMARSAT для передачи телефонии (в режиме засекреченной связи), мультимедийных данных в сети Интернет и данных автоматизированных сетей управления. Для этого в 2001…2004 гг.. более 200 боевых кораблей и вспомогательных судов планируется оборудовать новыми станциями связи стандарта Inmarsat-B для обеспечения связи между военно-морскими базами и корабельных соединениями ВМС по высокоскоростным каналам (64 кбит/с).

Военные системы связи других стран

Военные спутниковые системы связи других зарубежных стран, в зависимости от сочетания военных и коммерческих компонентов, можно разделить на три основных класса:

  • специализированные ВССС стратегической, оперативно-тактической и тактической связи (кроме США используются в Великобритании и НАТО, в перспективе – во Франции);

  • отдельные ретрансляторы для обеспечения связи в интересах военных пользователей, установленные на коммерческих спутниках в качестве дополнительной нагрузки (Франция, Испания, Бразилия, Япония, в перспективе - Австралия);

  • национальные системы спутниковой связи, в которых для военных пользователей арендуются отдельные каналы, ретрансляторы или спутники (Канада, Италия, Турция, Китай, Индия и др.).

Основным достоинством специализированных ВССС, по мнению представителей военных ведомств, является возможность управления военными КА в кризисных ситуациях без предварительного согласования с гражданскими операторами, высокая степень помехозащищенности и функциональная приспособленность КА для решения военных задач в сложной радиоэлектронной обстановке. В ходе компьютерных войн, имитирующих боевые действия в космосе, изучается эффективность различных способов ведения операций в космосе (скрытное маневрирование спутников на ГСО с целью уклонения от атак спутников-перехватчиков и постановщиков радиопомех, внеплановые запуски новых КА для наращивания группировки и др). Ясно, что такие войны по карману только странам с огромными военными бюджетами.

SKYNET-5. Великобритания приступила к самостоятельному проектированию КА нового поколения SKYNET-5 по финансовой схеме частной инициативы фирмы-разработчика. По этой схеме, министерство обороны будет арендовать спутник у фирмы, которая разработала и построила его на свои средства. После завершения сроков аренды, спутник может быть сдан в пользование на коммерческой основе другим операторам. По оценкам, стоимость космической техники, разрабатываемой по частным заказам, на 20 % меньше аналогичных образцов, созданных по госзаказу.

SYRCUSE-3. Франция также начала разрабатывать перспективную систему Syrcuse-3 (первый запуск КА – 2003 г.), в состав которой впервые во французской практике будут входить военные КА связи. Спутник SYRCUSE-3 будет оснащен активными многолучевыми антеннами, процессорами для бортовой обработки сигналов и ретрансляторами СВЧ и КВЧ диапазонов частот. Франция надеется, что в будущем к проекту присоединится Германия и страны блока НАТО (для замены КА NATO-4).

Установка военных ретрансляторов на гражданских КА позволяет существенно снизить общую стоимость разработки системы связи. К недостаткам относят небольшую пропускную способность и недостаточную гибкость системы в кризисных ситуациях (характеристики комбинированных ВССС приведены в табл. 2).

Таблица 2. Спутники связи с комбинированной полезной нагрузкой

Страна (система связи) Наименование КА Точки стояния Количество ретрансляторов (диапазон)
Франция, (SYRACUSE-2) TELECOM-2А, -2B, -2C и –2D 7 зд, 4 зд, 3 вд, 4 зд. 6 (X); 10 (C); 11 (Ku).
Япония supERBIRD-1, и –2 158 и 162 вд 2 (Х); 19 (Ku); 10 (Ka).
Испания HISPASAT –1А, –1B 31 зд, 30 зд 3 (Х); 13 (Ku).
Бразилия BRASILSAT -B1, -B2 65 зд, 70 зд 1 (Х); 28 (С).

Национальные коммерческие системы связи

Используются в военных целях практически во всех странах-владельцах таких систем. Среди них великий Китай, который не имеет военных спутников связи и использует в военных целях каналы, арендованные в достаточно многочисленной национальной группировке гражданских связных КА.

Достоинства арендного пути очевидны (дешевизна), основным недостатком является низкая помехозащищенность. Однако, по мнению некоторых экспертов, этот недостаток, которые военные пользователи приписывают коммерческим КА, подлежит критическому обсуждению. Коммерческая спутниковая связь является на сегодняшний день наиболее динамично развивающейся отраслью в космическом бизнесе. Технологии, заложенные в гражданских спутниках связи, уже во многих аспектах опережают военные разработки. Не секрет, что при разработке перспективных военных КА активно применяются технологии из коммерческого сектора. Так, широкополосные ретрансляторы новой военной системы ретрансляции данных GBS созданы фирмой Hughes на основе коммерческих широкополосных ретрансляторов спутников непосредственного телевещания. Некоторые методы обеспечения помехозащищенности каналов связи уже предусмотрены и на гражданских спутниках (бортовая обработка сигналов, использование узких лучей бортовых диаграмм направленности, адаптивное изменение формы ДН, обнуление помех и др.). Для предотвращения несанкционированного доступа некоторые страны применяют магистральные шифраторы стволов.

Аппаратура и емкости коммерческих систем связи становятся неотъемлемой частью современных военных систем связи, обеспечивая низкие затраты, высокую пропускную способность и новые виды обслуживания военных абонентов. Создание перспективной ВССС требует оптимального сочетания военного и коммерческого сегментов.