Опубликованное китайскими учеными новое исследование прояснило принципы работы уникального радиолокационного спутника, расположенного на геостационарной орбите. Аппарат под названием Ludi Tance-4 01 применяет полупроводники из нитрида галлия в качестве основного компонента своей системы радиообнаружения, что дает возможность осуществлять непрерывное наблюдение за обширными территориями нашей планеты.

Материалы исследования были размещены на страницах китайского издания Journal of Microwaves специалистами Национальной ключевой лаборатории космической микроволновой связи и сотрудников Сианьского института радиотехнологий, связанных с космосом. Спутник Ludi Tance-4 01 был выведен на орбиту в августе 2023 года и располагается примерно на высоте тридцати шести тысяч километров над поверхностью Земли, оставаясь неподвижным относительно определенной географической координаты.

С этой позиции спутника обеспечивается постоянное радиолокационное зондирование Азиатско-Тихоокеанского региона, позволяющее наблюдать приблизительно за одной третью земной поверхности. Разрешающая способность устройства составляет около двадцати метров, а его радиоэлектронная система способна функционировать без перерывов и вне зависимости от погодных условий.

Выдающиеся характеристики спутника в значительной степени обусловлены использованием нитрида галлия (GaN) – вещества, которое считается одним из ключевых элементов современных высокомощных микроволновых комплексов. Радиоэлектронные аппараты для наблюдения с низкой околоземной орбиты обычно находятся на высоте порядка шестисот километров, тогда как геостационарный спутник функционирует примерно в шестьдесят раз дальше от планеты.

Учитывая, что сила радиосигнала ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния, для обеспечения сопоставимой способности к радиолокационному зондированию спутнику на геостационарной траектории необходим передатчик с существенно большей мощностью. В этом аспекте нитрид галлия предоставляет значительное преимущество: он способен рассеивать гораздо большие значения мощности на единицу площади по сравнению с обычными кремниевыми или арсенид-галлиевыми полупроводниками, сохраняя при этом высокую эффективность в микроволновом диапазоне.

Радиолокационная система спутника реализована посредством активной фазированной антенны (AESA) и использует инновационную технологию формирования луча, где несколько микроволновых сигналов объединяются непосредственно во время функционирования устройства. Это обеспечивает поддержание устойчивой производительности радиолокатора на значительном удалении от планеты.

Низкая производительность нитрида галлия привела бы к тому, что создание подобной системы оказалось бы нереальным из-за существенных финансовых затрат. Данный материал обеспечивает требуемую мощность при ограниченных ресурсах космического аппарата и способствует уменьшению потерь энергии.

США также переходят к использованию радиолокационных систем с нитридом галлия, включая обновление радаров истребителей F-35. Тем не менее, эта инициатива задерживается по сравнению с запланированным сроком, что частично связано с трудностями в логистике поставок.

В то же время Китай контролирует более чем 95% мирового производства первичного галлия. Этот элемент практически не добывается напрямую; он извлекается как сопутствующий продукт при производстве алюминия. Поскольку КНР является крупнейшим производителем алюминия в мире, на него приходится львиная доля глобального объема выпускаемого галлия.

В августе 2023 года, в тот же период запуска Ludi Tance-4 01, Китай установил экспортные ограничения на галлий. Нитрид галлия применяется не только в космических радиолокационных устройствах, но и в радарах с активной фазированной антенной решеткой, средствах радиоэлектронного противодействия, базовых станциях связи пятого и шестого поколений, а также в перспективных военных разработках.

Геологическая служба Соединенных Штатов внесла галлий в перечень критически важных минералов, поставки которых подвержены риску. Зависимость Министерства обороны от нитрида галлия для современных радиолокационных и коммуникационных систем представляется возможной стратегической слабостью. Программы по созданию альтернативных каналов поставок в Германии, Австралии и Японии пока что находятся на начальном этапе.

Ludi Tance-4 01 признан первым и единственным геостационарным спутником с радиолокатором синтезированной апертуры. Это было подтверждено исследованием Центра стратегических и международных исследований, опубликованном в 2024 году.

По утверждению Китая, данный спутник предназначен для решения задач гражданского характера. В их число входят мероприятия по устранению разрушений после природных катаклизмов, сбор данных о погоде и контроль за состоянием сельскохозяйственных угодий. Тем не менее, американские военные эксперты придерживаются иной точки зрения относительно его функциональности.

В настоящий момент радиолокационные спутники США для наблюдения Земли из космоса в основном функционируют на близких к поверхности планеты орбитах. Это обуславливает то, что конкретная область земной поверхности находится под их наблюдением лишь ограниченное число раз за одни сутки. Геостационарный аппарат Ludi Tance-4 01 обладает способностью непрерывно находиться над определенной территорией и практически не допускает её выхода из зоны обзора.