Использование "болтающихся" геостационарных спутников для связи в Заполярье
Несмотря на постоянное ведение научных исследований и развитие передовых информационно-коммуникационных технологий, до настоящего времени обеспечение устойчивой дальней связью абонентов в арктическом регионе севернее Ш-80°00'N представляет собой сложную организационно-техническую задачу. Данная проблема стала сверхактуальной и вышла на новый уровень после 2007 года в связи с активизацией военной деятельности стран "большой арктической пятерки" в Северном Ледовитом океане. Но если оборонные ведомства России и США могут использовать для этих целей свои ИСЗ на высокоэллиптических орбитах типа "Молния" и "Тундра", в остальных странах основными средствами связи в Арктике остаются КВ-радиостанции и мобильные телефоны ССС Iridium. Однако распространение радиоволн в ВЧ-диапазоне (1-30 МГц) в значительной степени подвержено влиянию ионосферных помех, весьма мощных в высоких широтах. И в любом случае, оба этих вида связи имеют низкую полосу пропускания, не обеспечивающую высокоскоростную передачу данных.
С целью решения данной проблемы перед научно-исследовательским институтом МО Норвегии FFI (Forsvarets forskningsinstitutt) и командованием кибервойск Cyberforsvaret, ответственным за развитие и совершенствование информационной инфраструктуры вооруженных сил страны, поставили задачу рассмотреть возможность обеспечения национальных абонентов более эффективными системами связи для их действий в высоких арктических широтах.
Активное изучение проблемы велось с начала 2015 года. Сотрудники FFI предложили несколько вариантов. Два основных из них уже реализуются - программы вывода на орбиту пары тяжелых ИСЗ ASBM/GX-10 и одного сверхмалого, пока еще безымянного. Но с точки зрения практической реализации наиболее простым, дешевым и быстрым решением в НИИ признали использование так называемых "болтающихся" спутников (inklinerte satellitt нор.).
После вывода ИСЗ на геостационарную орбиту (ГСО) его треком на поверхности Земли является единственная точка на экваторе. Однако идеальная ГСО на практике недостижима, так как КА находится под воздействием сразу нескольких дополнительных внешних сил (солнечный ветер; давление электромагнитного излучения; притяжение Луны и Солнца; неоднородности гравитационного поля Земли и др.), из-за чего постепенно изменяются эксцентриситет и наклонение орбиты. Для компенсации этого периодически проводятся коррекции орбиты, однако после израсходования топлива наклонение и эксцентриситет спутников на ГСО постепенно растут, от чего их суточные треки превращаются в более или менее искаженную восьмерку, вытянутую в направлении "север-юг".
В НИИ FFI предложили использовать эту особенность для тех спутников, бортовая аппаратура которых еще сохранила работоспособность, но при этом наклонение орбиты уже превысило значение в 10º и продолжает постепенно расти. Теоретически это позволяет обеспечить беспомеховую связь в приарктических районах при нахождении таких спутников в верхней (северной) части "восьмерки" трека их орбиты.
Для проведения эксперимента выбрали английский геостационарный спутник связи Skynet 4B, выведенный на ГСО в 1988 году. К 2016-му за почти 20 лет после запуска наклонение его орбиты уже превысило 13,5 градусов и продолжает расти.
ИСЗ Skynet 4B на орбите, его подспутниковая точка и трек на поверхности Земли в 2016 году
Для проверки концепции закупочное агентство FMA (Forsvarsmateriell), кибервойска Cyberforsvaret и береговая охрана Kystvakten провели в 2016 году экспедицию в Арктику. Перед ее началом заключили соответствующее соглашение с МО Великобритании на использование каналов связи их системы. Научной частью экспедиции руководил старший инженер FMA Видар Мадсен (Vidar Madsen).
В мае 2016 года патрульный корабль береговой охраны "Свальбард" с мобильным спутниковым терминалом на борту вышел в назначенный район у побережья архипелага Шпицберген севернее широты Ш-82º00'N.
Foto © Simen Rudi / Forsvarsmateriell
Из развернутого на льду лагеря норвежским специалистам удалось установить и непрерывно поддерживать бесперебойную связь через КА Skynet 4B между кораблем и наземной станцией, обеспечивая при этом двустороннюю широкополосную передачу цифровых данных в течение примерно 12 часов одних суток - с 11.00 до 23.00 по местному времени (видео на Facebook).
You can watch this video on www.livejournal.com
Тем самым полностью подтвердились на практике результаты предварительных исследований. Согласно тем же расчётам, таким способом можно обеспечивать связь в течение 10 часов в сутки на широте Ш-85º00'N и даже около двух часов непосредственно на Северном полюсе.
Теоретически, поочередное использование 2-3 находящихся в противофазе "болтающихся" спутников, способно обеспечить круглосуточную широкополосную связь в реальном масштабе времени на большей части арктического региона. Кроме того, стоимость использования устаревшего орбитального оборудования существенно ниже, чем у современных систем аналогичного назначения.
Результаты эксперимента признаны успешными и принято решение о внедрении новой организации связи в ВС Норвегии. С этой целью планируется провести изучение доступных предложений на рынке ССС для выбора наиболее предпочтительных вариантов, с последующим заключением соответствующих соглашений у операторов орбитальных систем и составлением новых программ спутниковой связи для абонентов ВС Норвегии, действующих в Арктике.
Носителем прототипа системы, платформой для проведения большинства дальнейших исследований и основным потребителем является ПК БОХР "Свальбард", который в ближайшие годы останется единственным кораблем ледокольного класса норвежских ВМС, и поэтому дольше любых других подразделений вооруженных сил выполняет задачи по обеспечению суверенитета и безопасности страны в полярных районах.
В 2022-2024 годах службе БОХР должны передать еще три новых ледокольных патрульных корабля типа "Ян-Майен".