Спутниковые системы наблюдения и связи Тема 7. Существующие спутниковые системы

связи
дтн, снс Клюшников В.Ю.
(ЦНИИ машиностроения)
Кафедра 611Б «Системный анализ

и проектирование космических систем»

Джоном Кеннеди был подписан документ (Communication Satellite Act), в котором

закладывались основы регулирования новой индустрии — спутниковой телекоммуникации. 20 августа 1964 года 11 стран (СССР в их число не вошёл) подписали соглашение о создании международной (межгосударственной) организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization). Позже преобразована в коммерческую компанию. Космическая группировка Intelsat состоит из 55 телекоммуникационных спутников. Intelsat - крупнейшая спутниковая компания в мире.
К середине 2000 года членами Intelsat были 144 страны. Российским участником консорциума является Государственное предприятие «Космическая связь» (Russian Satellite Communications Company). Крупнейшим акционером консорциума являются США. Американская кампания Comsat Corp. владеет 20,4 % акций. Главный офис расположен в Люксембурге

2

Через 24 спутника системы Intelsat, размещенных группами над Атлантическим, Индийским и Тихим океанами передается примерно 2/3 международного телефонного трафика стран-участниц и осуществляется почти весь ТВ обмен, часть стволов сдается в аренду.

10 поколений
спутников

организация по предоставлению услуг спутниковой связи. Основана 15 ноября 1971

года в Москве, в организацию вошли Советский Союз и восемь социалистических государств: Польша, Чехословакия, ГДР, Венгрия, Румыния, Болгария, Монголия и Куба. «Интерспутник» был создан как ответ стран Варшавского договора на основание западной организации Intelsat.
После распада СССР состав организации изменился. Некоторые из постсоветских государств отказались от участия, но добавились другие страны. По состоянию на 2018 год в организацию входят 26 стран (членов организации «Интерспутник»), которые представлены национальными организациями связи (участниками организации «Интерспутник»).

3

«Интерспутник» работает в области орбитально-частотного ресурса: Организация располагает правами на использование частотных присвоений ряда заявленных в МСЭ спутниковых сетей, обеспечивает их международно-правовую защиту и международную частотную координацию. Такая работа была начата еще в середине 1990-х, и ставило целью совместное освоение этого ресурса с заинтересованными партнерами.

«Интерспутник» предоставляет телекоммуникационным операторам и корпоративным пользователям частотно-энергетический ресурс на 17 геостационарных спутниках связи.
Пользуясь статусом международной межправительственной организации, «Интерспутник» заявил собственный орбитально-частотный ресурс в 25 позициях на геостационарной орбите, который используется для реализации совместных с заинтересованными партнерами проектов по созданию новых систем спутниковой связи.
В июне 1997 года было создано совместное предприятие «Локхид Мартин Интерспутник», в которое в качестве партнеров вошли «Интерспутник» и корпорация «Lockheed Martin», оператор одноимённых спутников.
Услуги спутниковой телефонной связи на основе спутникового ресурса «Интерспутник» предоставляются компанией «Исател».

под названием Société Européenne des Satellites. Первый спутник (Astra-1A) был

выведен на орбиту в 1988 году.
В настоящее время SES является оператором спутниковой связи и первой компанией, обеспечившей доставку дифференцированных и масштабируемых услуг геостационарных спутников и спутников на средней околоземной орбите. Компания располагает 55 геостационарными спутниками с 1536 действующими транспондерами и 12 спутниками на средней околоземной орбите. SES разрабатывает вспомогательные услуги и комплексные решения под ключ в четырех ключевых рыночных вертикалях (передача видео, связь для бизнеса, подвижная связь и связь для госсектора).
SES предоставляет услуги спутниковой связи для вещательных компаний, контент и интернет-провайдеров, операторов мобильной и фиксированной связи, а также деловым и правительственным структурам.

4

Телекоммуникационный спутник Астра 5В (HYLAS 2B) — один из последних спутников серии «Астра». Выведен на ГСО 22.03.2014 г. Предоставляет услуги непосредственного спутникового вещания (DTH), а также доставку сигналов для операторов кабельного (DTC) и наземного цифрового ТВ (DTT). Масса – 5,72 т. Количество транспондеров – 40 Ku 3 Ka - диапазона. Мощность транспондера – 2,8 КВт. Срок активного существования 15 лет.

Полностью электрический спутник связи SES 15 (переход с ГПО на ГСО осуществляется ха счет ЭРД). Выведен на ГСО 17.05.2017 г. Количество транспондеров (Ku-диапазона) – 16. Масса спутника – 2,3 т.
Срок активного существования 12 лет.
Этот спутник должен продемонстрировать повышенное техническое совершенство и снижение стоимости изделия за счет использования 3D-печати (в состав космического аппарата входит более 50 напечатанных деталей).

HTS-система
O3b – космическая группировка коммуникационных спутников компании “O3b Networks”, для

обеспечения высокоскоростного недорогого доступа в интернет и услуг мобильной связи. Спутники разрабатывались на заказ компанией “Thales Alenia Space”.
В апреле 2016 года O3b Networks продала контрольный пакет акций спутниковому оператору SES (Société Européenne des Satellites, Люксембург).
Главное достоинство O3b – малая задержка сигнала по сравнению с геостационарными спутниками (по оценкам экспертов SES до 20% международного рынка передачи данных для систем правительственной, мобильной и корпоративной связи сильно зависит от степени задержки сигнала).

SES планирует нарастить группировку до глобальной системы O3b mPOWER следующего поколения. В сентябре 2017-го компания заключила контракт с американской корпорацией Boeing на строительство первых 7 сверхмощных спутников этой системы. После запуска в 2021-ом они  должны покрыть 80 % поверхности Земли. Аппараты обеспечат около 10 террабит общей пропускной способности.
В гарантированную зону радиовидимости (ГЗРВ) группировки (угол места 20 град) входят 7 станций сопряжения

Сравнение орбиты O3b с орбитой ГСО
•в 4.8 раза ближе к Земле по сравнению с ГСО (высота орбиты 8,062 км)
• более низкая стоимость запуска, несколько спутников на один запуск
•на 13 дБ ниже потери распространения по сравнению с ГСО
• улучшение бюджета радиолинии
•в 20 раз ниже требования к мощности по сравнению с ГСО, основываясь на снижении потерь распространения
• меньшие по размеру спутники, меньше вес солнечных панелей, батарей и т.д.
•Задержка менее 150 мс (туда-обратно)
• становятся возможными большее количество услуг и применений
•Использует следящие земные станции
• Предназначены для определенных типов фиксированных и всех подвижных применений
• Антенны с электронным перенацеливаемым лучем находятся в разработке

5

первое место по величине оборота среди операторов спутниковой связи в

мире. Крупнейшими акционерами Eutelsat являются British Telecom (17,5 % акций), France Telecom (23,1 %) и Deutsche Telekom (10,9 %).
Российские DTH-операторы ФГУП «Космическая связь», НТВ Плюс и Триколор ТВ используют спутник Eutelsat 36B. Компания Eutelsat арендует емкость на спутнике ФГУП «Космическая связь» Экспресс-АМУ1 и осуществляет её продажу под коммерческим наименованием Eutelsat 36C. Также компания Eutelsat заключила с ФГУП «Космическая связь» 15-летние договоры аренды транспондеров спутников непосредственного телевещания "Экспресс-АТ1" и "Экспресс-АТ2".

6

Компания Eutelsat, располагающая 39 геостационарными спутниками, которые обеспечивают охват двух третей населения земного шара, является ведущим в Европе и третьим в мире оператором спутниковой связи. Cпутники оператора обеспечивают услуги связи для наземных, морских и воздушных абонентов. Они применяются для ретрансляции ТВ-вещания на индивидуальные антенны и головные станции кабельных сетей, для организации спутникового сбора новостей и обмена телепрограммами. Кроме того, спутники Eutelsat обеспечивают широкий круг услуг фиксированной и подвижной связи, поддержку доставки ТВ-программ, корпоративных сетей связи, широкополосного доступа для поставщиков Интернет-услуг, а также рынков наземного, морского и авиационного транспорта.

Спутник связи EUTELSAT 16А. Выведен на ГСО 10.07.2011 г. Масса – 5,4 т. Срок активного существования – 15 лет. Количество транспондеров: 53 Ku , 3 Ka. Мощность - 12 КВт.

Спутник связи EutelSat 172B. Выведен на ГСО 06.01.2017 г. Масса – 3,5 т. Срок активного существования – 15 лет. Количество транспондеров: 36 Ku , 14 С. Мощность - 13 КВт.
Первый спутник компании Airbus, не использующий апогейные ДУ на химическом топливе. Обладает широкими возможностями по реконфигурации.

Спутник связи Eutelsat W1. Выведен на ГСО 06.09.2000 г. Масса – 3,25 т. Срок активного существования – 12 лет. Количество транспондеров: 28 Ku.

в эксплуатацию 1 ноября 1998 года. Группировка КА состояла из

66 основных и 6 резервных спутников. Однако через 9 месяцев, - 13 августа 1999 года, - компания Iridium Communications начала процедуру банкротства.
Сервис был снова запущен в 2001 году вновь созданной компанией Iridium Satellite LLC, принадлежавшей группе частных инвесторов. Несмотря на оценку спутников, оборудования и собственности Iridium в 6 млрд. долл. инвесторы приобрели компанию за 25 млн. долл.

Сигнал, поступивший с телефонной трубки на ближайший спутник, передается на наземную базовую станцию, которая проверяет право использования услуг системы и вновь направляет сигнал на ближайший спутник Iridium.
Сигнал, полученный от наземной базовой станции, по каналам межспутниковой связи передается абоненту, который может находиться в любом месте Земли.

Сегмент управления системой включает три основных элемента: четыре узла телеметрии, слежения и управления (TTAC), расположенными в Аризоне и на Аляске (США), в Йеллонайфе и Иквалуите (Канада), сеть эксплуатационной поддержки и оперативный центр спутниковой сети (SNOC), расположенный в Вирджинии (США), со шлюзами в Аризоне и на Гавайях.

8

использование пропускной способности.
Передача голосовых данных повышенного качества.
Услуги спутникового

вещания и сетевого сервиса.
Услуги диапазонов Ka-band.
Частные сетевые станции сопряжения.
Новое поколение спутников полностью совместимо со спутниками первого поколения.

Аппараты Iridium NEXT также будут нести дополнительную полезную нагрузку для Aireon, Inc., которая получает данные системы ADS-B (англ. Automatic Dependent Surveillance-Broadcast – автоматическое зависимое наблюдение-вещание, используемое летчиками и авиадиспетчерами для управления воздушным движением) и сервиса FlightAware – для использования авиакомпаниями.

Iridium NEXT сохранит существующую «ячеистую» архитектуру орбитальной группы из 66 взаимосвязанных низкоорбитальных спутников, обеспечивая высокое качество передачи голоса и данных на всей поверхности планеты с покрытием океанов, линий воздушного сообщения и полярных широт.
В космосе каждый спутник Iridium NEXT взаимосвязан с 4-мя другими (с 2-мя в той же орбитальной плоскости и 2-мя в соседних плоскостях), образуя при этом единую динамическую ретрансляторную сеть с маршрутизацией трафика между спутниками, которая обеспечивает непрерывность соединения с сетью в любой точке Земли.
Эта уникальная конфигурация без промежуточного приземления сигнала на наземные станции защищает соединения, делая их не подверженными таким стихийным бедствиям как ураганы, цунами и землетрясения, от которых всегда в первую очередь страдает наземная инфраструктура.

1 – аппаратура AireonSM (глобальное слежение за воздушными судами)
2 – панель солнечной батареи
3 – антенна межспутниковой связи (Ka-даипазон)
4 – антенна основной нагрузки (L-диапазон)
5 антенны фидерного тракта (Ka-диапазон)

9

в 1991 году как совместное предприятие корпораций Loral и Qualcomm.

24 марта 1994 года два спонсора объявили о формировании ТОО Globalstar с финансовым участием восьми других компаний, в том числе Alcatel, AirTouch, Deutsche Aerospace, Hyundai и Vodafone. В 2000 г. началась коммерческая эксплуатация 48 спутников и 4 резервных в Северной Америке, Европе и Бразилии. В феврале 2002 г. компании-операторы подали добровольные ходатайства в о банкротстве. После реструктуризации в 2004 г. была образована фирма Globalstar, Inc. В 2007 Globalstar запустила восемь дополнительных запасных спутников первого поколения в космос.

К 2007 г. выявилась проблема деградация усилителя S-диапазона вследствие прохождения спутников через Бразильскую магнитную аномалию на высоте орбиты 1414 км

Наземный сегмент   включает центр управления наземной сетью (GOCC) , центр управления орбитальным сегментом (SOCC) , сеть национальных и региональных станций сопряжения. Станции сопряжения являются важнейшей составной частью системы спутниковой связи Globalstar . С помощью них предоставляются надежные телекоммуникационные услуги связи для абонентов по всей зоне обслуживания.
Станции сопряжения осуществляют соединение абонентов  через спутники со стационарными и сотовыми сетями телефонной связи. Т.е. они являются пунктами соединения между спутниковой системой связи Globalstar и существующими наземными сетями. Станции сопряжения содержат центры коммутации с базами данных , обеспечивают регистрацию и доступ абонентов к сети.

10

Турайя) — региональный оператор спутниковой телефонной связи, зарегистрированный в Объединённых

Арабских Эмиратах. Предоставляет услуги через авторизованных поставщиков. Работает в Европе, Средней Азии, Австралии и Африке. Оператор также предоставляет услуги доступа в Интернет через спутник под брендом ThurayaDSL.В настоящее время зона покрытия спутникового оператора Thuraya распространяется на всю территорию России за малыми исключениями, а также охватывает 156 стран евразийского континента.

11

Система использует 3 спутника, находящихся на ГСО. Телефонные терминалы Турайя отличаются от других спутниковых телефонов, так как могут работать как в спутниковой сети, так и в наземных GSM-900 сетях других операторов. Турайя заключила роуминговые соглашения более чем с 200 GSM-операторами.

Космический аппарат Thuraya 3, изготовленный компанией "Боинг Сателлайт Системз" (BSS) на базе платформы Geo-Mobile. Выведен на ГСО 15.01.2008 г. Масса спутника – 5,25 т. Количество транспондеров – 2 (L-диапазон). Мощность – 11 КВт. Срок активного существования – 12 лет.

морской организацией (ИМО) в 1979 году с целью повышения безопасности

в море.
Спутниковая группировка насчитывает 14 спутников на ГСО. Предоставляемые услуги включают в себя как обычную телефонную связь, так и передачу данных, а также передачу сигналов бедствия, сигналов европейской геостационарной службы навигационного покрытия EGNOS (англ. European Geostationary Navigation Overlay Service) и аналогичной американской системы WAAS. Услугами связи компании в 2012 пользовался ВМФ РФ, в связи с выходом из строя собственных каналов связи.

12

В настоящее время основная часть потока данных обрабатывается спутниками четвертого и пятого поколений. На территории Российской Федерации услуги сети Inmarsat предоставляет ФГУП «Морсвязьспутник». ФГУП «Морсвязьспутник» ведет переговоры с компанией Инмарсат о предоставлении на территории Российской Федерации услуг Инмарсат 5-го поколения GX.

Космический аппарат пятого поколения Inmarsat-5F4, выведенный на орбиту 15.05.2017 г. Спутник создан компанией Boeing Satellite Systems на базе проверенной платформы 702HP. Масса спутника – 6,07 т. Срок активного существования – 15 лет. Количество транспондеров – 89 (Ка-диапазон). Мощность – 15 КВт.
На базе группировки из 3-х идентичных КА пятого поколения Inmarsat на ГСО и сети из 6 наземных станций Inmarsat создает первую глобальную систему высокоскоростной широкополосной мобильной спутниковой связи Global Xpress (GX).

предприятие «Космическая связь» (ГП КС) - российский государственный оператор спутниковой

связи, космические аппараты которого обеспечивают глобальное покрытие. Предприятие входит в десятку крупнейших спутниковых операторов мира по объему орбитально-частотного ресурса и обладает более чем 50-летним опытом создания и эксплуатации спутниковых систем связи и вещания в интересах государственных и коммерческих пользователей на территории Российской Федерации и большинства стран мира.

В хозяйственном ведении ГПКС находится самая крупная в России орбитальная группировка из 11 геостационарных спутников, работающих в С-, Ku-, Ка- и L- диапазонах. Зоны обслуживания космических аппаратов ГПКС охватывают всю территорию России, страны СНГ, Европы, Ближнего Востока, Африки, Азиатско-Тихоокеанского региона, Северной и Южной Америки, Австралии.
Разветвлённая наземная инфраструктура ГПКС включает в себя пять телепортов – центров космической связи, расположенных на территории от Московской области до Хабаровского края, а также технический центр «Шаболовка» в Москве.

Космический аппарат Экспресс-АМ8 (создан в АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва на основе платформы Экспресс-1000). Выведен на орбиту 14.09.2015 г. Назначение - предоставление телекоммуникационных услуг в России, а также странах Европы, Африки, Южной и Северной Америки, обеспечение президентской и правительственной связи.
Масса – 2,163 т. Срок активного существования – 15 лет. Мощность – 5,4 КВт. Количество транспондеров: Ku – 16, C – 24, L – 2.

13

г. – «ОАО «Газком»») — дочерняя компания ПАО «Газпром», осуществляет

космическую деятельность в области создания и эксплуатации телекоммуникационных и геоинформационных систем в интересах компаний Группы Газпром и других потребителей. Компания основана 2 ноября 1992 года.
«Газпром космические системы» создал, эксплуатирует и развивает систему спутниковой связи и вещания «Ямал», разрабатывает технологически новую для России систему аэрокосмического мониторинга «СМОТР», оказывает телекоммуникационные и геоинформационные услуги.

Система спутниковой связи и вещания «Ямал» включает в себя:
орбитальную группировку из 5 спутников «Ямал-601» (орбитальная позиция 49°в.д.), «Ямал-402» (55°в.д.), «Ямал-401» (90°в.д.), «Ямал-202» (перемещается в новую орбитальную позицию), «Ямал-300К» (183°в.д.), и наземный комплекс управления спутниками;
Телекоммуникационный центр и наземную инфраструктуру в составе более 400 земных станций спутниковой связи, эксплуатируемых в интересах компаний Группы Газпром, построенных на объектах добычи, транспорта, переработки, хранения и реализации газа;
Центр спутникового цифрового телевидения, обеспечивающий трансляцию телепрограмм и радиопрограмм через спутники «Ямал».

Основным потребителем услуг системы «Ямал» является ПАО «Газпром». Среди клиентов «Газпром космические системы» — государственные структуры, телевизионные компании, российские и зарубежные коммерческие сервис-провайдеры. «Газпром космические системы» является одним из двух российских национальных спутниковых операторов и входит в группу из примерно пятидесяти спутниковых операторов, существующих в мире.

Спутник Ямал-601. Cоздан фирмой Thales Alenia Space на базе платформы Spacebus-4000C4. Выведен на ГСО 30.05.2019 г. Масса спутника – 5,7 т. Мощность – 7,3 КВт. Срок активного существования – 15 лет. Количество транспондеров: C – 38, Ka – 20, Ku – 24.
Для С-диапазона зона обслуживания полуглобальная, охватывающая видимую часть территории России, страны СНГ, Европу, Ближний Восток и часть Юго-Восточной Азии. Зона обслуживания в Ku-диапазоне включает только территорию России, в том числе Калининградскую область. Многолучевая зона обслуживания в Ка-диапазоне охватывает всю территорию России.

14

глобальном масштабе
2.Циркулярная передача сообщений группам пользователей
3.Передача данных ГЛОНАСС/GPS местоположения объектов
4.Передача

телеметрической информации с контролируемых объектов в центры мониторинга

15

Relay Satellite — TDRS
(Спутник сопровождения объектов и передачи данных)
Назначение:

информационное обеспечение объектов РКТ, включая МКС, осуществления обмена телевизионными новостями и программами между телецентрами, проведения телемостов, телеконференций и репортажей, ретрансляции сигналов СДКМ МГНС ГЛОНАСС, Коспас-Сарсат, платформ данных агентства Росгидромет.
Орбитальная группировка:

Космический аппарат «Луч-5А»:

Космический аппарат «Луч-5А» создан в АО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева» на основе негерметичной платформы среднего класса «Экспресс-1000».

Назначение: организация связи и обмена информацией между низколетящими объектами (спутниками, МКС, воздушными шарами, самолетами, в том числе ударными БПЛА) и наземными станциями.
Орбитальная группировка: 7 КА типа TDRS

Космическая система TDRS:

Полезная нагрузка КА TDRS-М (выведен на ГСО 18.08.2017 г.) аппарата состоит из:
1.Фазированного массива антенн, которые используются для связи с другими КА.
2.Двух 15 футовых антенн, предоставляющих возможность передачи данных с МКС и других научных аппаратов.
3.Антенн Ku диапазона.
4.Антенн Ka диапазона (совместимы с Европейскими и Японскими системами ретрансляции), позволяющих достигать общей емкости аппарата до 800 мбит в секунду.

КА TDRS-М создан фирмой Boeing Satellite Systems на базе платформы BSS-601HP

16

аппаратов и более 40 типов космических систем изготовлено и успешно

запущено

18

запуску
Общее число спутников ИСС, запущенных в 2010-2014 гг.
Все
Геостационарные
19

ИСС на рынке коммерческих связных спутников.
В настоящее время платформы «Экспресс»,

легко адаптируемые к требованиям заказчиков, используются в качестве основы телекоммуникационных спутников, различающихся по размеру, пропускной способности и мощности.

Технические возможности платформ «Экспресс» для геостационарных спутников

21

конфигурации
Принцип модульного создания КА связи
22