Доступ в интернет и качественная связь для отдаленных регионов, навигация, обслуживание «умных домов», наблюдение за природными угодьями, контроль транспорта, промышленности и сельского хозяйства и даже поиск пропавших людей — все эти возможности объединил российский федеральный проект «Сфера» по созданию масштабной орбитальной сети из спутников с разными функциями. О том, как и с какими целями развивается уникальная космическая программа и чем она отличается от схожих зарубежных технологий, читайте в нашем материале.
Шесть сотен помощников
В рамках проекта «Сфера» Землю в общей сложности должны окружить более 600 космических аппаратов из разных спутниковых группировок, у каждой из которых будут свои задачи и особенности. Госкорпорация «Роскосмос» работает над масштабной программой с 2018 г. В проекте участвуют не только крупные профильные организации, такие как Центральный научно-исследовательский институт машиностроения и компания «Информационные спутниковые системы» им. ак. М.Ф. Решетнева, но и передовые вузы, бизнес и сотовые операторы. Что очень важно, все комплектующие для космической программы разрабатываются в России.
В рамках проекта «Сфера» Землю в общей сложности окружат более 600 спутников с разными функциями.
Источник изображения: brgfx / фотобанк Freepik
«Идея “Сферы” — объединить в единую систему возможности и услуги, которые появились вместе с развитием космических технологий. <…> Проведя анализ мировых проектов и трендов, мы пришли к заключению, что идти по пятам конкурентов нет смысла, нужны новые подходы и предложения. Они не должны фокусироваться на каком-то узком сегменте, <…> а должны увязывать в общую линейку продукты и сервисы, основанные на возможностях связи, навигации, метеорологии, телерадиовещании, спутниковом интернете, дистанционном зондировании Земли, интернете вещей», — подчеркнул в интервью для «Газеты.ru» директор департамента перспективных программ и проекта «Сфера» госкорпорации «Роскосмос» Сергей Юрьевич Прохоров.
Многофункциональность — ключевое отличие российского проекта от зарубежных спутниковых группировок Starlink и OneWeb. Хотя «Сферу» нередко сравнивают с этими системами, возможности последних ограничиваются обеспечением связи и передачей больших объемов данных. Помимо этого, оборудование для российской системы планируется сделать легче, проще и дешевле технологий, используемых за рубежом.
Нет цифровому неравенству!
Проблема доступа в интернет и даже стабильной мобильной связи — не праздный вопрос для жителей огромной части России. Северные районы, зоны вечной мерзлоты, тундра и тайга — области, где нельзя проложить оптоволокно, — нередко остаются без качественных услуг коммуникации. Помочь россиянам из отдаленных регионов обзавестись широкополосным интернетом призваны спутники «Скиф», которые будут запущены в рамках проекта «Сфера».
Одна из задач «Сферы» — победить цифровое неравенство в отдаленных регионах страны.
Фото: freepik / фотобанк Freepik
Тестовый аппарат группировки «Скиф-Д», ставший первым спутником проекта «Сфера», отправился «на рабочее место» в октябре 2022 г. Наклонение орбиты 148-килограммового аппарата составляет 90°, что позволяет спутнику обеспечивать интернетом северные просторы страны, включая Арктику, Крайний Север, Северный морской путь и авиатрассы, проходящие над полюсом. Не менее важно и то, что «Скиф-Д» стал первым российским спутником, работающим на высоте около 8 тыс. км. Такое положение дает аппарату важные преимущества в сравнении со спутниками связи, действующими на геостационарной орбите высотой 36 тыс. км: «Скиф-Д» может передавать больше данных с наименьшими задержками по времени. Испытания аппарата-«пионера» позволят набрать максимум информации для разработки и запуска полноценных аппаратов «Скиф», в том числе опробовать новые технические решения, оценить устойчивость орбиты и степень воздействия радиации на аппаратуру спутника.
Важный шаг в устранении цифрового неравенства — технология прямой связи между спутником и мобильным устройством рядового пользователя. Это техническое решение, получившее название direct—to—cell («прямо к сотовому») или direct—to—mobile («прямо к мобильному»), крайне значимо для регионов, где нет сотовой инфраструктуры, обычно выступающей в роли посредника между спутником и гаджетом. Опробовать инновацию также планируется в спутниках «Сферы».
От связи для моряков до «интернета вещей»
Качественная связь в труднодоступных регионах остро необходима и тем, кто управляет и пользуется транспортом — от грузовых машин до поездов и кораблей. Для этого в рамках проекта «Сфера» в космос отправятся спутники «Экспресс-РВ». Особое значение эта группировка будет иметь для пользователей на Северном полюсе и Северном морском пути, где в стабильном доступе к интернету нуждаются экипажи кораблей, исследователи и военные.
Спутники «Марафон» помогут искать пропавших людей по вшитым в одежду датчикам.
Фото: rawpixel.com / фотобанк Freepik
Не могут обойтись без спутниковой связи и технологии «умного дома». Обеспечить россиян «интернетом вещей» призвана важная часть «Сферы» — группировка «Марафон». Предполагается, что в будущем к ней можно будет подключить и беспилотный транспорт. Еще одна задача, под которую разрабатываются спутники «Марафон», — поиск пропавших людей. Чтобы космический аппарат отследил человека, будет достаточно специального носимого датчика.
«В техническом задании на “Марафон” услуга по поиску людей определена как приоритетная. Под нее разрабатывается свой абонентский терминал — это маленькое устройство со встроенной антенной, которое можно вшить в верхнюю одежду или интегрировать в аксессуар — рюкзак, браслет — и он сможет работать автономно несколько лет», — рассказал «Газете.ru» С.Ю. Прохоров.
Помимо этого, для обеспечения услуг связи в «Сферу» должны войти еще две группировки космических аппаратов: «Ямал» от компании «Газпром», отвечающая за передачу данных, спутниковое телевидение и связь для видеоконференций, а также «Экспресс».
Планета под контролем
Дистанционное зондирование Земли актуально для многих сфер. Наблюдение со спутников помогает обеспечивать безопасность и поддерживать экологическое равновесие: выявлять природные катаклизмы, включая лесные пожары, находить незаконные вырубки. Не меньше в контроле с орбиты нуждается промышленность: здесь спутники могут помогать наблюдать за строительством и обозревать территорию. В области транспорта спутниковые технологии обеспечивают ледовую разведку, отслеживают корабли, поставляют данные для карты местности. Предполагается, что космические аппараты «Сферы» позволят решать все эти задачи.
Заведующий Центром коллективного пользования данными спутникового мониторинга Земли «ИКИ-мониторинг» М.А. Бурцев.
Фото: Николай Малахин / «Научная Россия»
В детали дистанционного зондирования Земли со спутников корреспондента «Научной России» посвятил старший научный сотрудник отдела технологий спутникового мониторинга Института космических исследований РАН, заведующий Центром коллективного пользования данными спутникового мониторинга Земли «ИКИ-мониторинг», кандидат технических наук Михаил Александрович Бурцев.
«На мой взгляд, вся Россия нуждается в более регулярном мониторинге, чем сейчас, если речь идет о данных высокого пространственного разрешения. И он должен быть именно постоянным и регулярным, а не выполняющимся под заказ, то есть в качестве реакции на уже происходящую ситуацию, — подчеркнул М.А. Бурцев. — Это в принципе важно, потому что территория России покрыта облаками в среднем около 70% дней в году, и чем чаще идут наблюдения, тем больше шансов получить безоблачное изображение. Помимо этого, если говорить об арктических территориях, там возможность съемки в оптическом диапазоне зимой сильно ограничена по очевидным причинам».
Территория России закрыта облаками в среднем около 70% дней в году, поэтому страна нуждается в более регулярном мониторинге с орбиты.
Фото: wirestock / фотобанк Freepik
В рамках проекта «Сфера» запланирован запуск нескольких спутниковых группировок для дистанционного зондирования Земли с общим названием «Беркут»: оптические спутники «Беркут-О» для обзорной съемки, «Беркут-С» для съемки среднего разрешения и «Беркут-ВД» для высокодетальной съемки, а также аппараты «Беркут-X» для радиолокационного наблюдения. Предполагается, что «Беркуты» смогут каждые 30 минут передавать информацию о любой точке России, а раз в сутки — о любой точке мира.
«Обзорная съемка — это съемка с широкой полосой захвата (проще говоря, в кадр попадает широкая полоса территории, от сотен до тысяч километров в поперечнике в зависимости от типа аппаратуры), но с не очень высоким пространственным разрешением, порядка десятков метров и ниже. Она предназначена для наблюдения крупно- и среднемасштабных объектов и позволяет снимать одни и те же территории чаще. Как правило, эта технология используется для мониторинга, то есть для постоянной съемки, — объяснил М.А. Бурцев. — Высокодетальная съемка — это съемка, как правило, с узкой полосой захвата порядка нескольких километров или десятков километров, но с высоким разрешением, около метров и лучше. Она предназначена для наблюдения мелкомасштабных объектов и обычно используется для целевого наблюдения заданных территорий».
Исследователь обратил внимание на важное отличие радиолокационного мониторинга от съемки Земли в оптическом диапазоне.
Спутники проекта «Сфера» позволят осуществлять разные виды оптической съемки и радиолокационные наблюдения Земли.
Источник изображения: freepik / фотобанк Freepik
«Наблюдения Земли из космоса производятся в разных диапазонах электромагнитных волн. Привычные нам оптические наблюдения — это длины волн порядка 0,4–0,8 мкм, наблюдения в инфракрасном диапазоне — 1–12 мкм, радиодиапазон — это уже длины волн порядка сантиметров и длиннее. Стоит отметить, что понятия обзорной и высокодетальной съемки могут в принципе применяться ко всем видам наблюдений: и оптике, и инфракрасным исследованиям, и радио, — пояснил ученый. — В целом же радиолокация отличается от оптических наблюдений тем, что может применяться в любое время суток и в любых погодных условиях, то есть мы всегда можем увидеть поверхность Земли, а не облака. В основном радиолокация применяется для наблюдения за океанами, ледовой обстановкой, а также для создания цифровых моделей рельефа, хотя области применения постоянно расширяются. Для нас это особенно важно, потому что радиолокационных спутников гражданского назначения в России до недавнего времени не было. Сейчас есть аппарат “Кондор-ФКА”, недавно завершивший летные испытания, но этого, конечно, мало».
Благодаря возможности всепогодного мониторинга работа спутников «Беркут-X» будет актуальна для регионов, нуждающихся в непрерывном контроле, — например, того же Северного морского пути, где капитаны кораблей должны регулярно получать данные о маршруте среди льдов.
Спутники, запущенные в рамках космического проекта, помогут отслеживать перемещение транспорта и обеспечивать связь на отдаленных маршрутах.
Фото: wirestock / фотобанк Freepik
В число спутников дистанционного зондирования «Сферы» также планируется внедрить аппараты «Смотр» от компании «Газпром космические системы» и группировку глобального мониторинга планеты «Грифон». Последняя поможет отслеживать изменения в природных и техногенных процессах, регулировать потоки транспорта и наблюдать за добычей полезных ископаемых.
«”Сфера” будет незаменима для тех, кто связан с перевозками и логистикой. Спутники помогут отслеживать перемещение грузов и пассажиров по железной дороге, морским или автомобильным транспортом <…>, обеспечат удаленный контроль оборудования и инфраструктуры, проверят работу персонала на объектах и даже проведут разведку природных ресурсов», — объяснил С.Ю. Прохоров в интервью для «Газеты.ru».
Применение «Сферы» должно принести большую выгоду бизнесу, промышленникам и государству. Так, благодаря проекту экономия ресурсов в строительстве и логистике России может достигнуть 15%, а в сельском хозяйстве — 30%!
«Три кита» космической «Сферы»: быстрота, универсальность, гибкость
Подготовка космических аппаратов проекта «Сфера» предполагает разнообразные научно-исследовательские работы (НИР). В их числе — программы «Лазер», «Типоряд» и «Цифра».
Цель НИР «Лазер» — оснащение новых спутников лазерной связью. Эта технология позволяет космическим аппаратам передавать данные на Землю и друг другу при помощи электромагнитных волн оптического диапазона. Среди преимуществ лазерной связи — высокая скорость передачи информации и повышенная конфиденциальность, так как сигнал этого вида сложнее перехватить. Кроме того, у линий лазерной коммуникации высокая пропускная способность, позволяющая увеличить зону покрытия и уменьшить количество наземных станций связи.
В числе преимуществ лазерной связи — высокая скорость передачи данных и повышенная конфиденциальность.
Источник изображения: rawpixel.com / фотобанк Freepik
«Насколько я знаю, ранее этот подход в отечественных системах не использовался. Только недавно прошли сообщения о том, что спутники “Бюро 1440” провели успешные тесты такой технологии. В зарубежных системах наблюдения Земли такие разработки применяются, пусть и не очень широко, — рассказал «Научной России» М.А. Бурцев. — Более высокая скорость при, видимо, меньшем энергопотреблении и гарантированно узком луче передачи — это уже большое преимущество. Минус лазерной связи — крайне высокие требования к точности наведения передатчиков на приемники и невозможность передачи данных на Землю в облачную погоду. Поэтому наиболее вероятный сценарий использования такой технологии, на мой взгляд, — межспутниковая связь, например, для передачи отснятых данных на мощный ретранслятор на геостационарной орбите, который уже сбрасывал бы данные на пункты приема на Земле».
Несмотря на разные предназначения, технологическая база всех «звеньев» проекта «Сфера» должна быть универсальной. Для этого ведется НИР «Типоряд» по созданию унифицированных спутниковых платформ, размер которых можно будет менять в зависимости от полезной нагрузки конкретного аппарата.
Разработка технологий для новых спутников активно продвигается: так, в марте 2024 г. Центр Келдыша успешно испытал предназначенный в том числе для спутников «Сферы» плазменный двигатель КМ-55, продемонстрировавший стабильную работу в широком диапазоне мощности — от 600 до 1,2 тыс. Вт.
В участии в проекте «Сфера» заинтересованы зарубежные страны, в том числе государства БРИКС.
Источник изображения: wirestock / фотобанк Freepik
Современная обстановка требует от технологий связи большой гибкости, способности быстро перестраиваться под меняющуюся ситуацию. Именно для этого организована НИР «Цифра», призванная сделать телекоммуникационные спутники системы «Сфера» настоящими «универсальными солдатами», которые смогут при необходимости менять зону обслуживания, перераспределять мощность, а в перспективе даже регулировать частоту сигнала. Это позволит оптимально использовать возможности космических аппаратов в случае чрезвычайной ситуации или перемен на рынке услуг связи.
Дружба на космической арене
Космос традиционно остается сферой взаимопомощи и совместного развития разных государств мира. Как отмечал глава «Роскосмоса» Юрий Иванович Борисов, дружественные страны заинтересованы в сотрудничестве с Россией по проекту «Сфера».
«Многие африканские страны проявляют интерес к развитию спутникостроения, готовы работать вместе с нами, — сообщил Ю.И. Борисов. — Мы очень активно сотрудничаем со странами БРИКС».
Источники
Беседа с М.А. Бурцевым
Госкорпорация «Роскосмос». О создании космических аппаратов для проекта «Сфера»
Госкорпорация «Роскосмос». Предприятие «Роскосмоса» провело огневые испытания плазменного двигателя для малых спутников проекта «Сфера»
Госкорпорация «Роскосмос». Предприятие «Роскосмоса» продолжает создание спутниковой системы связи для проекта «Сфера»
Журнал «Русский космос». № 20, октябрь 2020 г. Игорь Афанасьев. «Сфера» общих интересов (материал опубликован на сайте госкорпорации «Роскосмос»)
Журнал «Русский космос». № 34, декабрь 2021 г. Игорь Афанасьев. На новый уровень: проект «Сфера» переходит к практической реализации (материал опубликован на сайте госкорпорации «Роскосмос»)
Журнал «Русский космос». № 40, июнь 2022 г. Игорь Афанасьев. От слов к делу (материал опубликован на сайте госкорпорации «Роскосмос»)
Журнал «Русский космос». № 45, 2022 г. Космический мегабит по земной цене (интервью с заместителем генконструктора по разработке космических систем, общему проектированию и управлению космическими аппаратами компании «Информационные спутниковые системы» им. ак. М.Ф. Решетнева А.В. Кузовниковым; опубликовано на сайте госкорпорации «Роскосмос»)
«Российская газета». Наталия Ячменникова. Зачем нужны спутники «Скиф», какие возможности открывает проект «Сфера»
«Российская газета». Наталия Ячменникова. Как в России развивается космический проект «Сфера»
Телеканал «РЕН ТВ». Проект «Сфера»: как в России развивают систему космических услуг связи
Телеканал «РЕН ТВ». Борисов заявил об интересе стран БРИКС к программе «Сфера»
«Газета.Ru». Павел Котляр. «Никто не знает бизнес-модель Starlink и OneWeb»: зачем нужна спутниковая группировка «Сфера» (интервью с директором департамента перспективных программ и проекта «Сфера» госкорпорации «Роскосмос» С.Ю. Прохоровым)
ТАСС. Василий Кучушев. Первенец космической «Сферы». В чем уникальность нового российского спутника «Скиф-Д»
ТАСС. «Роскосмос» в 2023 г. начнет создание системы связи direct—to—cell
Источник изображения на превью и на главной странице: abidal / фотобанк 123RF
Источники изображений в тексте: brgfx / фотобанк Freepik, freepik / фотобанк Freepik, rawpixel.com / фотобанк Freepik, Николай Малахин / «Научная Россия», wirestock / фотобанк Freepik, freepik / фотобанк Freepik, wirestock / фотобанк Freepik, rawpixel.com / фотобанк Freepik, wirestock / фотобанк Freepik.