Практично всі сторони життя сучасної людини міцно пов'язані із засобами комунікацій, Постійно зростаюча міграція населення і умови життя вимагають можливості забезпечення швидкого і надійного зв'язку, яка сьогодні встановлюється не між географічними пунктами, а між людьми. Тому фірми-виробники систем далекого зв'язку роблять все можливе для задоволення безперервно зростаючих потреб у даній області, розширюючи інфраструктуру дротових, оптоволоконних, супутникових і радіотелефонних мереж.
Проте до останнього часу не вирішені проблеми забезпечення абонентів глобальної персональної телефонним зв'язком, а також проблеми сумісності стільникових систем рухомого зв'язку різного типу, що вимагає створення загальнодоступної й економічною глобальної мережі зв'язку. Проект "Глобалстар", ініційований відомими фірмами у сфері космічних систем і комплексних технологій телекомунікації "Loral" і "Qualcomm", передбачає створення такої мережі, використовуючи існуючу наземну інфраструктуру провідного і радіотелефонного зв'язку.
Система "Глобалстар" забезпечує абонентів порівняно недорогий і надійним телефонним зв'язком, яку можна встановити між будь-якими (крім полюсів) точками земної кулі. Вона складається з космічного, наземного і абонентського вузлів.
У космічний вузол увійде сузір'я з 48 низькоорбітальних супутників, кожен з яких представляє собою підсилювач-ретранслятор високочастотних сигналів, виведений на висоту 1406 км. Середній проектний термін служби супутників становить 7,5 років. Супутники знаходяться на восьми орбітальних площинах, по шість на площину, що гарантує охоплення практично всієї поверхні планети. Використання низькоорбітальних супутників знижує потужність радіосигналу майже в 100 разів, скорочує затримку в отриманні сигналу і усуває зхо, що є серйозною проблемою в системах зв'язку на геостаціонарних супутниках. У кожного супутника є шість сфокусованих променів, що визначають еліптичні зони обслуговування абонентів, при цьому кожен з них здатний забезпечити роботу як мінімум 2800 дуплексних мовних каналів і каналів передачі даних. У радіоінтерфейсу між супутниками і Землею використовується перспективна цифрова технологія СДМА (Багатостанційний доступ з кодовим поділом каналів), що має це-
лий ряд переваг в порівнянні з іншими технологіями в частині
перешкодозахищеності, меншого рівня випромінюваної потужності, більшої
пропускної здатності, запобігання несанкціонованого доступу в мережу і т.д. Кожен з супутників здійснює зв'язок як з абонентами, так і безпосередньо з вузловими станціями. Для ліній зв'язку "супутник - абонент" використовується діапазон частот 1,61 - 1,626 ГГц; для ліній зв'язку "супутник - вузлова станція" використовуються діапазони 5,1995-5,216 ГГц (напрям "вниз") і 6,525-6,5415 ГГц (напрямок "вгору"). Межспутніковий обмін інформацією в системі відсутній.
Супутники для системи "Глобалстар" будуть проводитися фірмою "Space Systems Loral", яка представляє собою міжнародний конгломерат кількох фірм, які працюють разом над низкою проектів в галузі космічних досліджень, а саме: "Alcater", "Aerospatiale", "Alenia", "Deutche Aerospace ".
Наземний вузол системи "Глобалстар" складається з вузлових станцій; систем спостереження, телеметрії і передачі команд; систем управління польотом супутників і центру управління мережею. Кожна вузлова станція одночасно підтримує зв'язок з трьома супутниками і, крім того, забезпечує інтерфейс для зв'язку мережі системи "Глобалстар" з АТС місцевої телефонної мережі регіону або з центрами комутації стільникових радіотелефонних мереж, передусім стандартів AMPS і GSM. Обладнання системи "Глобалстар" не впливає на роботу наземних стільникових мереж, оскільки в ній використовуються інші частоти. Кожна країна буде здійснювати незалежний контроль над своїми вузловими станціями і над доступом до телефонної мережі знаходяться на її території абонентів. У функції системи входить також оперативне виявлення абонента, що посилає або приймає виклик.
У функції центру мережевого управління входить реєстрація і перевірка викликів, визначення тривалості і тарифікація розмови і т.д., а також управління базою даних про стан мережі, контроль і розподіл мережевих ресурсів (каналів зв'язку, частот, супутників).
Контроль над ескадрильєю супутників здійснюється за допомогою систем спостереження, телеметрії і передачі команд. Дані контролю орбітальної діяльності супутників надсилаються до центрів контролю над мережею, звідки направляються у вузлові станції для здійснення зов-
ня супроводу та інших функцій.
Через постійне руху супутників і зміни території охоплення час від часу виникає необхідність передачі обслуговування абонента від одного супутника до іншого. Для цієї мети використовуються можливості технології СДМА, що дозволяють абонентському терміналу одночасно підтримувати зв'язок з двома або трьома супутниками, покращуючи якість прийнятого сумарного сигналу, і програмними засобами, вибираючи оптимальні канали зв'язку. Остаточна передача абонента (непомітна для нього) на обслуговування наступного супутника відбувається лише тоді, коли абонент міцно влаштувався-на його території. Абонентські термінали оснащені всеспрямований антенами, що полегшує одночасну зв'язок з кількома супутниками і знімає необхідність постійно спрямовувати антену на супутник для підтримки зв'язку.
На початковій стадії експлуатації планується використання двох типів абонентського обладнання, що входить в абонентський вузол системи "Глобалстар". Це портативні термінали для передачі мовних сигналів і навігації, а також пересувні і стаціонарні навігаційні апарати. Як додатково оплачуваної послуги абонент може обслуговуватися як в одиночному режимі, коли абонентський термінал дозволяє виходити в мережу "Глобалстар". так і в подвійному режимі, коли абонент може виходити додатково та в іншу наземну стільникову радіотелефонний мережу.
Завдяки використанню технології СДМА рівень випромінювання абонентського терміналу буде встановлений нижче офіційно допустимих меж, прийнятих у різних країнах. Середня потужність випромінювання менше 200 МВт.
Кожному абонентському терміналу системи присвоюється індивідуальний номер, який, на відміну від традиційних телефонів, не залежить від місцезнаходження абонента (використовувана реалізація технології СДМА припускає наявність до 4,4 млрд. варіантів різних кодів).
Послуги мережі "Глобалстар" спрямовані на обслуговування чотирьох груп користувачів;
- Проживають в районах, не охоплених рухомий зв'язком;
- Працюють або проживають у районах, охоплених рухомий зв'язком, але часто виезжаюшіх за межі території обслуговування;
- Стаціонарних абонентів, що знаходяться в районах, не охоплених
телефонним зв'язком;
- Абонентів, які потребують індивідуальної чи особливої телефонного зв'язку.
До цих груп потенційних споживачів відносяться різні державні та приватні організації. в тому числі: водії сухопутного і водного транспорту, відряджені, органи охорони порядку, рятувальні загони і бригади швидкої допомоги, пошукові експедиції, туристи. сільські відділення приватних організацій. не охоплені місцевими дротяними і стільниковими телефонними мережами, комунальні служби, яким необхідно періодично знімати показання лічильників витрат газу, електроенергії та води, служби охорони природних ресурсів і т, д,
Крім звичайного телефонного зв'язку система "Глобалстар" надає навігаційні послуги. Одна з найпростіших послуг - визначення місцезнаходження абонента, коли той за допомогою свого термінала розраховує свої координати на основі контрольного тонального сигналу, що посилається системою.
Ще один вид навігаційних послуг - забезпечення двостороннього зв'язку за допомогою обміну короткими повідомленнями. Такий обмін може використовуватися в екстрених випадках, коли абоненту необхідно дати знати про своє місцезнаходження службам оперативної допомоги або сім'ї (нещасний випадок, поломка автомобіля тощо).
Третій вид навігаційних послуг включає визначення місцезнаходження абонента (розрахунок координат виробляється на вузловій станції) і передачу координат визначеному заздалегідь колу абонентів. Ці послуги знайдуть застосування в роботі диспетчерів транспорту, при пошуку крадених автомобілів і т.д.
Структура мережі системи "Глобалстар" показана на малюнку. Система розроблена таким чином, щоб найбільш ефективно здійснювати якісну передачу мови та надання інших інформаційних послуг при відносній простоті підключення нових абонентів. Для ще більш повного охоплення обслуговуваних територій можуть бути виведені на орбіту додаткові супутники. Запуск супутників намічений на 1997 р., введення системи в експлуатацію - на 1998 р.
Даний проект - не єдиний у світі. однак тільки він орієнтований на використання технології СДМА.
В останні роки в багатьох країнах, що володіють космічними
технологіями, ведуться роботи зі створення подібних систем з висотами орбіт космічних апаратів від 700 до 2000 км. Найбільш відомий аналогічний проект "Ірідіум" (у реалізації його приймає участь НВЦ ім. Хрунічева), заснований на 66 супутниках, що використовує в радіоінтерфейсу технологію СДМА, близьку до стандарту стільникового зв'язку GMM, і запланований до реалізації практично в ті ж, що і "Глобалстар ", терміни. Існують також аналогічні російські проекти, наприклад, "Гонець" та "Сигнал". Однак на терміни їх реалізації істотно впливає дефіцит фінансування.
Незважаючи на порівняно невелику (в масштабах планети) пропускну здатність систем глобальної персональної зв'язку (у пропонованій початковій конфігурації), вони вже зараз заочно починають конкурувати один з одним за ринки збуту шляхом попереднього порівняння спектру пропонованих послуг їх орієнтовної вартості, перспектив розвитку, залучення інвесторів і потенційних користувачів.
Попередній порівняльний аналіз систем "Глобалстар" і "Ірідіум" був приведений у статті Л.Я. Кантора та І, С. Поволоцького "Системи персональної рухомого зв'язку через низькоорбітальні ШСЗ" ("Вісник зв'язку - N% 11, 1994 р.). Основні параметри систем наведені в таблиці.
| Проект | Ірідіум | Глобалстар | ||
| Число супутників 66 48 Висота орбіти 900 1400 Ємність системи, тис. каналів 56 65 Термін служби, років 5 7,5 Вартість системи, млрд.USD 3,4 1,7 Вартість терми-налу, USD 3000 750 Передбачувана оплата за 1мін.разговора (тільки супутниковий сег-мент), USD 3 0,3 | ||||
В даний час проекти "Глобалстар і" Ірідіум "отримали позитивну оцінку Міністерства зв'язку РФ для проведення підготовчої роботи по прийдешньому їх використанню у Росії, де завдяки неосяжними просторами достатньо" білих "плям в телекомунікаційному обслуговуванні. За орієнтовними оцінками до 2005 р. в Росії можна чекати до 1 млн. користувачів таких систем зв'язку.
Геодезичні супутники (ERS-1, ERS-2).
Влітку 1991 року тодішнє радянське уряд дав французькому судну "Астролаб" дозвіл пройти через закрите з 1922 року для західного флоту Баренцове море на півночі Радянського Союзу. Северовосточной прохід через Баренцове море, Карські Ворота і море Лаптєвих до Берингову протоці скорочує шлях з Європи до Японії на 20 днів у порівнянні з торговим шляхом через Суецький канал. Відстань від Нової Землі до Берингової протоки, рівне приблизно 5.600 кілометрів, можна подолати тільки в років-
неї час, та й то лише за допомогою криголамів, причому навіть влітку
суду нерідко на цілі місяці вмерзати в паковий лід. Северовосточной прохід теж шукали близько 300 років: у 1878-79 роках він був вперше покірний А. Е. Норденшельдом.
"Льодова вахта" судна "Астролаб" розташовувалася не як при Амундсеном, на щоглі у так званому "вороняччям гнізді", і не на капітанському містку, а високо в небі.
Всього лише за десять днів до того, тобто 17 червня 1991 року, був виведений на орбіту геодезичний супутник ERS-1. Головним завданням супутників, сконструйованих на замовлення Європейського космічного агентства (ESA) та учасників консорціуму під керівництвом фірми Дорніер, дочірнього підприємства DASA (Deutsche Aeronautics and Space Administration), повинні були стати спостереження за океанами і покритими льодом частинами суші, щоб представити кліматологам, океанографам і організаціям з охорони навколишнього середовища дані про ці малодосліджених регіонах. Супутник був оснащений найсучаснішою апаратурою мікрохвильової, завдяки якій він готовий до будь-якої погоди: "очі" його радіолокаційних приладів проникають крізь туман і хмари і дають чітке зображення поверхні Землі, через воду, через сушу, - і через лід. Теоретично він повинен був представити ідеальну карту льодової обстановки. А пересування судна "Астролаб" повинно було перевірити її в суворих умовах полярного моря.
Основним інструментом супутника є Synthetic Aperture Radar SAR, який веде спостереження по смузі шириною в 100 кілометрів паралельно земній орбіті. SAR посилає мікрохвильові їм-
пульси на Землю. За відбитим луна-сигналам можна судити про тип
і структурі, а також і про ступінь віддаленості земної поверхні.
За даними, які супутник ERS-1 посилає під час свого польоту над полярним морем на Землю, ESA і норвезьким NERSC (Nansen Environmental and Remote Sensing Center) були складені карти льодової обстановки. Через супутники зв'язку Inmarsat ці карти були відправлені на "Астролаб" по факсу. На них можна розрізнити чисті води і льодову поверхню, а крім того, карти дають інформацію про вік і товщині льоду. Це важливо для визначення курсу, тому що свіжий лід легше розколоти, ніж багаторічний, а тонкий - легше, ніж товстий. Судно "Астролаб" і його супроводжуючі шукали шляхи по цих картах.
Щоб дані можна було використовувати для визначення курсу, вони повинні бути актуальними. Вченим допомогло те, що полярна траєкторія веде супутники через полюс на невеликій відстані: їм вдавалося за кілька годин обробити подаються ERS-1 дані і нанести їх на карти. Цей супутник в якості "льодової вахти" був новим, невипробуваним. Так що команда судна "Астролаб" звіряла дані на картах льодової обстановки з тим, що було видно за допомогою бортового обладнання, - а видно було зовсім небагато. Тому що видимість на море, нерідко покритому завісою туману, становила часом не більше 200 метрів. Зате супутникові дані - за небагатьма винятками - виявлялися точними. ERS-1, ледь стартувавши, довів свою здатність нести льодову вахту і виконувати важливі завдання.
У торговому судноплавстві далеко від полярних регіонів спостереження геодезичних супутників теж знаходять корисне застосування. Супутник ERS-1 за допомогою своїх мікрохвильових сенсорних пристроїв заміряє напрям і швидкість вітру на поверхні води; метеосупутника (таким, як Meteosat) вдавалося зробити ці виміри тільки на верхній кромці хмар. Радари-висотоміри і SAR реєструють висоту, довжину і напрямок хвиль. І, нарешті, ERS може визначити температуру на поверхні води. До цих пір всі ці результати вимірювань давали тільки буї, суду та оптичні супутникові системи. Але буї та суду можуть проводити тільки точкові проби, які до того ж з-за різних методів вимірювань треба порівнювати, а оптичним супутникових систем часто перешкоджають утворюються над поверхнею води хмари і туман. На противагу цьому ERS може за порівняно короткий Врам охопити за допомогою растрів всю поверхню океану. Всі ці дані враховуються в системі оптимізації судноплавних маршрутів, розробка якої в якості пілотного проекту почалася на підприємстві Дорніер влітку 1993 року. На першій стадії було розроблено програмне забезпечення, яке з жовтня 1994 року вивіряється на практиці на маршрутах Північної Атлантики.
Партнерами фірми Дорніер в цьому проекті є Інститут Макса Планка, Морська метеослужба в Гамбурзі, Метеорологічна служба Німеччини, Федеральне відомство морського судноплавства і гідрографії, Дослідницький центр Geesthacht і фірма AnschGtz в Кілі, в навігаційній керуючої системі якої (Nopsy) ви-
користується і нове програмне забезпечення. Система обробляє, з одного боку, дані метеослужб і дані геодезичних супутників щодо хвилювання моря, напрямку і швидкості вітру, а з іншого - відповідні характеристики судна (розміри, завантаження, статика і т.д.). На основі цих відомостей розробляється якнайшвидший і, відповідно найвигідніший з точки зору витрат маршрут. Тому що в судноплавстві найкоротший шлях між портом відплиття і портом призначення зовсім не завжди виявляється і самим швидким, у чому на своєму сумному досвіді переконалися ще полярні мореплавці.
Вже сьогодні торгові судна отримують вказівки з приводу курсу, зокрема, від морської служби погоди, яка розробляє центральний план маршрутів і розсилає на судна по факсу. План повинен допомогти їм обійти штормові зони і дотримуватися надійного і швидкого курсу. Нова система допускає децентралізоване планування за рахунок комп'ютера і приймальні станції на борту того чи іншого корабля, і завдяки цьому швидше надаються дані, які знов-таки швидше можуть бути актуалізовані. Це - велика перевага, особливо для довгого плавання і при отриманому заздалегідь прогнозі. За допомогою нової системи судноплавних маршрутів капітан може перевіряти на бортовому комп'ютері шлях прямування свого судна кожен раз, коли надходить новий прогноз про хвилювання на морі. Крім того, завдяки даним, отриманим через ERS, повідомлення про хвилі і вітрі відрізняються більшою точністю, ніж раніше.
Вчені, які розробляють нове програмне забезпечення, у своїх роздумах йдуть вже на крок вперед: в комп'ютерні програми може бути введена інформація про морські порти і можливості навантаження і розвантаження суден. Можна контролювати, наприклад, контейнер з допомогою супутників зв'язку, простежити і документувати його шлях від відправника до адресата. Справа в тому, що сьогодні по світовому океану плавають багато тисяч контейнерів, про які вже зовсім невідомо, куди вони були направлені. Планування маршрутів при правильній його організації з використанням геодезичних супутників і супутників зв'язку може зрости в регулярну систему управління торговельним судноплавством.
При всьому тому, розробка судноплавних маршрутів це, кажучи образною мовою, тільки верхівка айсберга, якщо тільки згадати про
розшифровці даних ERS про океани і покритих льодом просторах
Землі. Нам відомі тривожні прогнози загального потепління Землі. які призведуть до того, що розтануть полярні шапки і підвищиться рівень моря. Затоплені будуть всі прибережні зони, постраждають мільйони людей.
Але нам невідомо, наскільки правильні ці прогнози. Тривалі спостереження за полярними областями за допомогою ERS-1 і послідував за ним в кінці осені 1994 року супутника ERS-2 представляють дані, на підставі яких можна зробити висновки про ці тенденції. Вони створюють систему "раннього виявлення" у справі про танення льодів.
Завдяки знімкам, які супутник ERS-1 передав на Землю, ми знаємо, що дно океану з його горами і долинами як би "друкується" на поверхні води. Так вчені можуть скласти уявлення про те, чи є відстань від супутника до морської поверхні (з точністю до десяти сантиметрів виміряний супутниковими радарними висотоміром) вказівкою на підвищення рівня моря, або ж це "відбиток" гори на дні.
Хоча спочатку супутник ERS-1 був розроблений для спостережень за океаном і льодами, він дуже швидко довів свою багатогранність і по відношенню до суші. У сільському і лісовому господарстві, у рибальстві, геології та картографії фахівці працюють з даними, що представляються супутником. Оскільки ERS-1 після трьох років виконання своєї місії він все ще працездатний, вчені мають шанс експлуатувати його разом з ERS-2 для загальних завдань, як тандем. І вони збираються отримувати нові відомості про топографії земної поверхні і надавати допомогу, наприклад, у попередженні про можливі землетруси.
Супутник ERS-2 оснащений, крім того, вимірювальним приладом Global Ozone Monitoring Experiment Gome який враховує обсяг і розподіл озону та інших газів в атмосфері Землі. За допомогою цього приладу можна спостерігати за небезпечною озонової дірою і змінами, що відбуваються. Одночасно за даними ERS-2 можна відводити близьке до землі UV-B випромінювання.
На тлі безлічі загальних для всього світу проблем навколишнього середовища, для вирішення яких повинні надавати основну інформацію і ERS-1, і ERS-2, планування судноплавних маршрутів здається порівняно незначним підсумком роботи цього
нового покоління супутників. Але це одна з тих сфер, у якій
можливості комерційного використання супутникових даних використовуються особливо інтенсивно. Це допомагає при фінансуванні інших важливих завдань. І це має в області охорони навколишнього середовища ефект, який важко переоцінити: швидкі судноплавні шляхи вимагають меншої витрати енергії. Або згадаємо про нафтових танкерах, які в шторм сідали на мілину чи розбивалися і тонули, втрачаючи свій небезпечний для навколишнього середовища вантаж. Надійне планування маршрутів допомагає уникнути таких катастроф.