ОТКРЫТАЯ АППАРАТНО ПРОГРАММНАЯ ПЛАТФОРМА ЕДИНОГО ЦИФРОВОГО ПОТОКА 

 

 

Девиз студентов КИУЭС Медведева А.С., Самсонова Д.А. и Халилуллина Р.А. по проекту "KorolёvLeoSat" участников Селигер-2009 с 1 по 9 июля:

"Спутники вместо вышек - от 400 ВУЗов России!".

Автор девиза с Селигера2009: Якименко Василий Григорьевич - директор Федерального агентства по делам молодежи России.

 

 

 

 

Страничка Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования Московской области

"Королевский институт управления, экономики и социологии"

(ГОУ ВПО МО КИУЭС)

ПРОЕКТ наукограда города Королёва - символа первого спутника Земли!

В настоящее время в мире происходит слияние новейших телекоммуникационных и традиционных информационных технологий  с целью максимального объединения функций «мобильных вычислений» телефона, радио, телевидения, передачи данных, телеметрии, локации, навигации в одном цифровом глобальном потоке. Однако мало кто конкретно и точно умеет это использовать в  планировании устойчивого развития города (территорий).  Для этого нужно с детства иметь еще и «космическое» мышление. Надо в море разнообразных пилотных наземных проектов  информатики  увидеть рациональное единое зерно и его грани космического исполнения. В КИУЭС в последние 10 лет такое «мышление» выросло «само». Потому, что наукоград Королев, это прежде всего, символ первого спутника Земли. А, как всем известно, он был запланирован низкоорбитальным микроспутником ретрансятором, но полетел только передатчик.  Наше виденье планирования устойчивого развития города (территорий) опирается целиком и полностью на фундаментальное технологическое решение наукограда Королева принятое учеными города в 2008 году на «Дне науки» администрациями МО, города Королева, руководителей предприятий в КИУЭС.

Суть его следующая.

Современные средства беспроводных наземных массовых коммуникаций в информатике не позволяют в произвольной точке планеты иметь полный набор услуг (видео, данные речь), т.к. требуют установки с интервалом 5-10км базовых станций шлюзования в облако Интернет. К сожалению, в горах, болотах, пустынях и океанах базовые станции ретрансляции с подключением оптических магистральных каналов Интернет нельзя поставить физически никогда. Требуется кардинальное системное объединение на основе низкоорбитальных ретрансляторов и обеспечения услугами всех действующих видов коммуникаций (телерадиовещание, связь, низкоорбитальная спутниковая навигация, локация, телеметрия). Система позволяет превратить любое наземное устройство массовых беспроводных коммуникаций при сохранении привычных габаритов в терминалы спутниковой связи, без каких либо нарушений отечественного и международного законодательства по лицензированию. Один только Дрезденский университет в Германии запустил на орбиту 31 студенческий микроспутник по 12 кГ. А всего студенческих LeoSat-s уже более 100шт. Есть спутник репитер всего 187 грамм! На современном этапе достаточно просто сформировать космический (неуничтожимый) эквивалент двух-магистральной оптики Интернета на низкой орбите в Космосе в виде высокоскоростной (до 4800ГБит/с) группировки спутников ретрансляторов с массами 10-50кГ. Кроме того, уже имеются десятки отработанных систем альтернативных запусков таких микро-спутников на орбиту на основе самолетов с ценой килограмма полезной нагрузки меньше $500 (типовая себестоимость 1кГ на орбите $20000). Эта технология стала реальной потому, что только в городе наукограде, символе первого спутника земли Королеве:
• Заменяются типовые антенны Герца на вновь разработанные малоразмерные антенны (габариты которых меньше до 20 раз, а шумы в 100 раз) с коэффициентом усиления у абонента не менее 8 децибел. А для приема с высоты 36000км на частотах 10ГГц размер антенны с усилением на 46dB всего в лист А4 формата. Во всех GPS навигаторах уже 30 лет стоят эти антенны на 1500МГц (длина волны 20 см), с размером всего 20мм!
• Перепрошиваются дистанционно (!) в любом устройстве связи в немодулированной полосе частот фильтры Гаусса на Баттерворда, т.к. Найквист 80 лет назад допустил ошибку в теореме о межсимвольной интерференции. Это дает выигрыш по помехоустойчивости любого канала связи на 10 децибел по мощности.
• Применяются схемы модуляции и манипуляции со спектральной эффективностью не менее 2 бита на 1 Герц несущей с отношением сигнал-шум (Eb/No) не более 3 децибел при вероятности ошибки Pe=10e-5 (1 ошибка на 10000 бит) без использования цифровых методов борьбы с групповыми и одиночными ошибками (перемежение и турбосверточные кодеки, а с применением минус 4dB! Такие каналы реализованы в 24 спутниках серии ГОНЕЦ. Работают более 10 лет в космосе.
• С 1986 года производятся крупносерийно боевые тактические ракеты для МИГ31 для запуска на орбиту 1200км спутников массой до 200кГ.
• Используются в пассивной локации программные алгоритмы современной радиоастрономии (видят планеты в иной галактике) и программно синтезируется апертура при локации с низкой орбиты на землю с базой в космосе на 4000км с точностью 2 сантиметра.

 

Реальное устойчивое развитие города (территорий) становиться возможным только потому, что проект "KorolёvLeoSat" разбивает Россию всего на 30 региональных территорий диаметром 2000км,  где все виды услуг информатики равнодоступны и безлимитны. Как отдельному человеку в лесу, так и механизму. Наземные шлюзы в оптику Интернет уже есть в МО РФ и Роскосмосе. Их всего 35, как раз столько сколько надо для региональных территорий России. А ЦУПы находятся  в Королеве.

 

1.       Учебная  научная работа ГОУ ВПО МО КИУЭС осуществляется в рамках государсвственного образовательного стандарта на шести выпускающих базовых кафедрах КИУЭС при ОАО Концерн Тактическое ракетное вооружение, ОАО НПО Измерительной техники, ФГУП НИИ Космических систем (филиал Государственного Научно-производственного Космического Центра Хруничева, ОАО Ракетно-Космическая Корпорация  ЭНЕРГИЯ, ФГУП Композит (космические материалы) на каждом из которых созданы Научно образовательные центры во главе с руководителями этих предприятий. 

2.       КИУЭС заканчивает оформление еще трех базовых выыпускающих кафедр на  ФГУП ЦНИИМАШ, ФГУП НИИ Точных Приборов и ОАО ГОНЕЦ. За период с 2007 года создан факультет информационно-технологический факультет, шесть базовых кафедр и семь космических инженерных специальностей.

3.       Студенческий научно-исследовательский проект КИУЭС, получил золотую медаль ВВЦ на НТТМ2009 за лучший научно-технический проект в области авиации и космоса (авторы – 14 студентов  очного отделения). Смотрите тут: http://www.fadm.gov.ru/news/2266/

4.       Студенческая делегация КИУЭС на Селегере2009 подписала инвестиционные соглашения при поддержке  Федерального агентства по делам молодежи для реализации своего проекта совместно с 400 ВУЗами России, Телевидением Приднестровья, ОАО «группа ФинансЪ», ведущими   зарубежными компаниями (Хьюлед Паккарт,  IBM и др.).

5.       10 августа 2009 организационный комитет «Зварыкинский проект» по результатам Селегир2009 и НТТМ2009 одобрил проект ГОУ ВПО МО КИУЭС "Королёвские студенческие спутники" для участия в конкурсе на премию Зварыкина во втором российском молодежном инновационном КОНВЕНТЕ. http://zv.innovaterussia.ru/project/13987

6.      В сентябре 2009 года команда проекта КИУЭС получила почетные дипломы СКИП2009 и МАКС2009 за лучшие работы в области авиации и космоса.

7.      Октябрь 2009 Подписан меморандум о намерениях ЮНЕСКО-КИУЭС по проекту для создания "Единой информационно-телекоммуникационной системы низкоорбитальных микроспутников ретрансляторов» для высокоскоростной связи кафедр ЮНЕСКО в университетах  всех стран".  

8.   Ноябрь 2009 директор Федерального Агентства по Делам Молодежи Якименко В.Г. объявил конкурс "Космос-Молодым" чтобы выполнить следующее:

В 2010 году Федеральное агентство по делам молодежи, совместно с Федеральным космическим агентством, Министерством промышленности и торговли Российской Федерации, Федеральным агентством по образованию, планирует реализовать ряд мероприятий, направленных на популяризацию инженерных и технических специальностей на базовых выпускающих кафедрах ВУЗов при предприятиях Роскосмоса и Корпораций России.  

На данный момент осуществляется анализ опыта НТТМ2009, Селеигер2009, СКИП2009, МАКС2009 и Зворыкинского проекта. Идёт разработка концепции Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи «НТТМ 2010», подготовка российского молодежного инновационного конвента, портала по вовлечению школьников и студентов в техническое творчество, работа с ведущими корпорациями по созданию базы данных Всероссийского кадрового конкурса.

Помимо этих мероприятий в  2010 году Росмолодежь при поддержке Роскосмоса планирует инициализацию и проведение Всероссийского студенческого конкурса на лучшую действующую модель мини-спутника «Космос – молодым!». Основная задача проекта – популяризация инженерных и конструкторских разработок российских студентов и школьников с целью мотивации технически одаренной молодежи и её вовлечения в промышленные отрасли страны. По итогам конкурса все модели планируется запустить в космос на низкую орбиту с трёхмесячной исследовательской миссией и реальной работой в эфире на радиолюбительских частотах 28-5700МГц.

По плану ФАДМ Запуск спутника в 4-м квартале 2010 года.  При этом есть несколько этапов:

    Определение комплектующих для создания спутников.  Формирование команд в 10 крупнейших ВУЗ-ах. Проведение установочных семинаров. Запуск информационной компании, старт опытно конструкторской работы по созданию спутников, проведение семинаров на базе ведущих научно-космических учреждений России. Подведение промежуточных итогов программы на Всероссийской выставке НТТМ 2010 – сравнение подходов к созданию спутников, целей  исследовательской программы.


 

 

Требования ФАДМ к созданию Технического Задания на разработку

спутникового комплекта «КМ-1» Российской Федерации

 

1.     Общие требования к комплекту «КМ-1»

 

Основными целевыми критериями создания комплекта являются его масса стоимость.

 

·       Стоимость комплекта не должна превышать 300 тыс. рублей. В комплект должен входить «внутренний борт» – оболочка спутника,   основное и специализированное оборудование, «внешний борт» – отсек, в который убирается «внутренний борт» при его  непосредственном креплении к ракетоносителю.

·       Масса «внутреннего» и «внешнего» борта в совокупности не должна превышать 1,2 кг.

 

2.     Перечень задач, предусмотренных для решения спутником «КМ-1»

 

Основное оборудование спутника должно обеспечивать его базовую функциональность – прием и передачу сигналов, обеспечение бортового оборудование электропитанием, ориентацию в пространстве, решение арифметико-логических задач, общий контроль работоспособности спутника.

Для решения специфических задач должен быть составлен каталог специализированного оборудования, отвечающего габаритным и весовым требованиям, заложенным в конструкции спутника.

 

Перечень специфических задач спутника «КМ-1»:

·       Мониторинг магнитного поля Земли

·       Определение ориентации спутника (датчики угла горизонта, гироскопы, акселерометры и т.п.)

·       Создание радио трансляции

·       Измерение орбитальных параметров (температура, давление, радиация и т.п.)

·       Орбитальное тестирование программного обеспечения и работы микропроцессорных устройств

·       Тестирование методов стабилизации спутника

·       Частный канал для обмена информацией по интернету

 

 

3.     Требования к габаритам спутника «КМ-1»

Габариты спутника «КМ-1» должны быть подобраны таким образом, чтобы возможно было разместить до 10 мини-спутников наиболее компактным способом. Вывод мини-спутников планируется совместно с более крупными объектами в виде дополнительной нагрузки, таким образом, необходимо предусмотреть возможность компоновки и перекомпоновки «внешних бортов» для наиболее оптимального расположения внутри выводимого РН контейнера.

 

4.     Требования к составу комплекта «КМ -1»

 

Минимальный состав комплекта «КМ-1» должен включать

·       Корпус, крышки и монтажное оборудование

·       Один, либо несколько радиопередатчиков, антенны

·       Программное обеспечение

·       Комплект батарей

·       Солнечные ячейки

·       Активирующий переключатель питания

·       Контроллер энергопотребления

·       Микрокомпьютер

·       Каталог спец.оборудования

 

5.     Специфические требования по выводу спутника на орбиту

Во избежание электромагнитной активности спутников во время активного участка полета РН необходимо предусмотреть создание системы, которая обеспечит отсутствие электропитания во время разгона и активного участка полета РН, и задействование всех энергосистем спутника во время его отделения от внешнего борта.

 

    

     В зарубежных комплектах используются шумоподобные сигналы до 1Ватта в участках частот от 300 до 6000МГц со скоростями в отдельных каналах от 19200bps до 3.5Mbps,  Конструктивные решения  удачны и просты:

 

 

 

Рассмотрим вариант ГОУ ВПО КИУЭС спутник "KorolёvLeoSat":

 

Работа  на  над проектом мини спутника  с оценкой "ОТЛИЧНО" первично  была выполнена в 2008 2009 году в рамках учебного научно-исследовательского проекта следующими студентами:

 

ФИО

подтемы учебного коллективного курсового проекта

Афанасенков В.В.

Разработка и проектирование бортовой ЭВМ спутника

Борисов М.И.

Разработка и проектирование ориентации спутника

Ефимочкин А.О.

Разработка и проектирование навигации спутников и абонентов

Клевин С.М.

Разработка и проектирование межспутниковой ретрансляции

Климанов А.В.

Разработка и проектирование «разрешения» на ретрансляцию.

Костионов И.В.

Разработка и проектирование системы запуска на основе МИГ31.

Красовский И.В.

Разработка и проектирование    ретрансляции абонентской полосы частот в системе FM-GMSK (сотовые телефоны GSM) и в системе SQPSK-DVBS (спутниковое телерадиовещание и Интернет).

Медведев А.С.

Разработка и  управления проектом группировки спутников.

Никитин В.В.

Разработка и проектирование ЦУПа командной радиолинии и ТМИ.

Рафикова И.З.

Разработка и проектирование охлаждения спутника

Самсонов Д.А.

Разработка и проектирование малоразмерных антенн спутника и абонентов

Сироткин А.Н.

Разработка и проектирование наземных шлюзов спутников в Интернет.

Скворцов Л.С.

Разработка и проектирование коррекции орбиты и схода с неё

Чернокалов В.В.

Разработка и проектирование электропитания спутника

(с оригиналами курсовых проектов элементов   можно ознакомиться  на кафедре Информационные Технологии и Управляющие Системы ГОУ ВПО МО КИУЭС).

 

Руководитель проекта: 

доцент каф. ИТУС КИУЭС, в.н.с., к.т.н., Батухтин Вячеслав Афанасьевич

Email rv3dga@mail.ru

 

телефон кафедры 8-495-5169929 (5169946) (добавочный 319)

зав. кафедрой ИТУС КИУЭС, проф., д.т.н.,  Артюшенко Владимир Михайлович

 

 

ПРЕДЛОЖЕНИЯ (открытое письмо)

Государственного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

Московской области

Королёвского института управления, экономики и социологии

по  сотрудничеству с национальными университетами

Европы, Азии, Африки, Австралии и Америки.

Сайт КИУЭС: www.kimes.ru

КИУЭС имеет базовые кафедры на градообразующих предприятиях г. Королева Московской области где есть все элементы технологий проекта (ФГУП «НИИКосмических систем - филиала ГКНПЦ им В.А. Хруничева», ОАО «Тактическое ракетное вооружение», ФГУП «НПО Измерительная техника, ОАО «РКК Энергия», ОАО КОМПОЗИТ и создает на ФГУП ЦНИИМАШ и ФГУП НИИ Точных приборов (Москва). С участием научных сотрудников (преподавателей) этих предприятий и университетов России, Европы, Азии, Африки, Австралии и Америки предлагается осуществить совместный учебный проект  по дистанционному коллективному проектированию группировки на 400 студенческих низкоорбитальных спутников - ретрансляторов для сигналов типовых массовых  наземных средств беспроводной связи.

КИУЭС предлагает совместную университетскую разработку на основе учебных дистанционных Интернет технологий и выведение на орбиты высотой 1200 km. спутников-ретрансляторов массой до 20kg.  

 

В типовых абонентских устройствах (рации, сотовые телефоны, устройства WiFi-WiMax, в полосе частот 26-6000 MHz) использовать малоразмерные антенны, что позволит сохранить привычные габариты наземных устройств связи.

Скорости дуплексных радиоканалов ретрансляции от 1000bps до 10Mbps. Для полного охвата Земли достаточно 100-400 спутников и 50-100 наземных шлюзов по 48Gbps в Интернет с зоной обслуживания 4000-2000km с 4-мя межспутниковыми ретрансляциями. Секундная скорость группировки 4800Gbps

Запуск спутников возможен несколькими способами: попутный  касетный с тяжелой ракеты с земли, с легкой ракеты класса «воздух-воздух» с типовых самолетов или со вертолета с изменяемым диаметром винта.

Цена 1кГ массы полезной нагрузки на орбите не превысит $500-1000.

Программное обеспечение спутников на платформе открытых исходных кодов с неэтнической основной таблицей ASCII (до 128 знака)

в защищенном ядре многозадачной межсетевой операционной системы (клон UNIX).

Участие студентов, начиная с младших курсов, в предлагаемых работах будет способствовать повышению их креативности и научно-технического потенциала, объединению молодежи для решения задач освоения и создания новых технологических решений, стимулировать к научно-исследовательской работе и публикации результатов. Повысится качество образования за счет интеграции учебных дисциплин в интересах данного проекта, устранения междисциплинарных ограничений образовательного процесса и использования новейших технологий коллективной международной разработки технических систем.

Международная коммерческая реализация проекта позволит обеспечить всеми современными услугами связи (речь, Интернет и радиотелевещание) абонентов на суше и на море на территориях, где эти услуги до сих пор были физически невозможны (нет базовых станций через каждые 10км). Это технически создаст реальную многополярность в задачах управления территориями, повысит экономическую эффективность кооперации производств, улучшит социальную сферу и качество жизни в любой стране мира.

Ректор КИУЭС                                                                        Старцева Т.Е.

 

Примерный расчет годового дохода проекта

1.      Полоса наиболее освоенных технически наземных частот 30-6000МГц. КВ участок частот 0.1-30МГц не рассматриваем. Пусть ошибка на 30МГц присутствует для простоты расчета.

2.      Скорость одного канала VoIP речи или трафика запросов в Интернет одного наземного абонента 10.000Бит/с.

3.      Число спутников 400 шт на экваториальных орбитах с малым углом наклонения.

4.      Число шлюзов в оптику Интернет на территории России 30

5.      Число шлюзов в оптику Интернет вне России 60

6.      Коэффицент радиовидимости низких экваториальных орбит со средним наклонением с территории России (12 часовых поясов) равен 0.85. Все остальные страны не более 2 часовых поясов. Океаны (Атантика и Тихий) не в счет, наземные шлюзы в оптику Интернет в океанах (болотах, пустынях, в горах) не поставишь.

7.      Спектральная эффективность 2 Бит/с на 1Гц эфира (например SQPSK).

8.      Полоса одного канала в эфире тогда 10000Бит/с : 2 Бит/с/Гц= 5000Гц.

9.      Число возможных статических IP каналов по 5000Гц в полосе 6000МГц:
6.000.000.000Гц : 5000Гц = 1.200.000 статических
IP каналов.

10.  Секундная пропускная способность одного низкоорбитального спутника

1.200.000 каналов * 10.000Бит/с = 12.000.000.000 Бит/с (12ГБит/с)

11.  Секундная пропускная способность группировки из 400 спутников

12.000.000.000Бит/с * 400 = 4.800.000.000.000Бит/с (4800ГБит/с)

12.  Секундная пропускная способность группировки из 400 спутников при шлюзовании через 30 наземных шлюзов в Интернет через территорию России
4.800.000.000.000Бит/с * 0.85 = 4.080.000.000.000Бит/с (4080ТераБит/с)

13.  Число одновременно обслуживаемых абонентов с территории России (VoIP речь, запрос в Интернет)

4.080.000.000.000Бит/с  : 10000Бит/с = 408.000.000 абонентов.

14.  Потенциально возможное число абонентов для 408 миллионов статических IP каналов подключения с нагрузкой 1:10 по Эрлангу может составить
408.000.000 * 10 = 4.080.000.000 динамических IP каналов (фактических абонентов). Потому, что не все одновременно получают услугу. Причем половина землян спит. Дети до 5 лет не пользуются услугами. Из 6 миллиардов населения планеты, реально пользоваться будут 2 млрд. А значит половина потенциальных динамических IP каналов, может быть отдана для технического потребления ~2 миллиарда.

15.  Примем стоимость комплекта безлимитных услуг в месяц 20$ (VoIP речь, данные Интернет, радиоIP, видеоIP).

16.  Возможный доход России только за глобальный платный трафик типовых мультимедиа услуг или передачи данных техническими потребителями  тогда за 1 месяц составит:

4.080.000.000 точек обслуживания * 20$ = 91.600.000.000$ (91.6 миллиард $)

               А за 12 месяцев:

               91.600.000.000$ за месяц * 12 месяцев = 1.099.200.000.000 (1.0992 триллиона$)

17.  Совокупный неучтенный дополнительный доход от:

·         продаж нового и модернизация действующего абонентского оборудования,

·         платных услуг низкоорбитального место определения,

·         платных данных  по дистанционному зондированию земли,

·         платного дистанционного образования,

·         созданию дистанционных рабочих мест,

·         платной телемедицины,

·         платных финансовых услуг на основе безналичных электронных денег,

·         платной инженерной телеметрии,

·         платной телеметрии воздушных и наземных объектов любого вида

·         пиринга услуг

·         и пр., и пр.

      даст дополнительный множитель доходности от 20 до 100.

 

Примерный расчет затрат.

Примем следующие цены:

1.   Цена запуска спутника весом 50кГ типовым истребителем МИГ31 с серийной трехступенчатой ракетой воздух-воздух (дюза третьей ступени модернизирована для работы в космосе) равна 50.000$

2.   Цена самого спутника (тупой дуплексный непротокольный регенератор цифрового потока) 100.000$

3.   Затраты на пуски 400спутников*50.000$=20.000.000$

4.   Затраты на создание 400спутников*100.000$=40.000.000$

5.   Затраты на сопутствующие НИРОКР по модернизации массового наземного беспроводного оборудования любого стандарта 22.000.000$

6.   Итого всех затрат 20+40+22=82.000.000$

7.  Разделим годовой доход 1.099.200.000.000$ : затраты 82.000.000$ = 13404 раз

 

Как видно из расчетов, годовой доход только за трафик через территорию России меньше затрат в 13404 раз! Это меньше одной десятитысячной процента (~0.0001%) от годового дохода  проекта в целом.

 

Примерный внешний вид спутника

 

В составе спутника типовые ретрансляторы массовых систем наземной беспроводной связи в полосе частот 30-6000МГц. Спутник имеет естественную гравитационную ориентацию. Размер спутника в сложенном состоянии: диаметр  80см., высота 120см. Спутник имеет следующие антенны: 12 антенн диапазонов 30-450МГц, 16 антенн диапазонов 450-6000МГц,  8 антенн межспутниковой ретрансляции 10-20ГГц.

Расчеты энергетики трасс по самым жестким критериям:

 

Расчет энергетики трассы был осуществлен для разных типов антенн УКВ, GSM, 3G, 3.5G, WiFi, WiMax при постоянстве: Distance (радиогоризонт)=3500km, Fade Margin (запас по энергетике)=15dB, Cable loss (потери в кабеле)=1dB. Расчет показывает, что в самой освоенной технически полосе частот 40-5700МГц можно осуществлять связь на дистанции до 3500км с запасом по превышению сигнала на приемной стороне на 15dB (20 раз по мощности, в 6 раз по напряжению сигнала в вольтах). Орбиты 1200км. При этом требуемая максимальная мощность на наземной стороне не превышает 10 ватт для полосы 40-450МГц, и 2 ватта для полос 450-5700МГц при узкопослосных системах связи. Для шумоподобных систем действует иное правило. На сколько раз полосорасширение, во столько раз меньше мощность. Антенна абонента может быть на 3dB (типовой штырь или диполь) в полосе частот 40-140МГц. И самое необычное, в полосе частот 800-1900МГц (сотовая телефония) антенна абонента может быть на 8-10dB. И такие антенны  реальность.

 

 

Сравнение проекта KorolevLeoSat с прототипом ГЛОБАЛСТАР

Конечно, могут быть возражения, что низкоорбитальные проекты не всегда удачны в мире (Teledesik 800спутников, Iridium 70 спутников, ГОНЕЦ-СИГНАЛ 52 спутника и т.п.), кроме ГлобалСтара. Тогда сравним конкретные технические параметры предлагаемого решения с объединением низкой LEO и геостационарной GEO орбит  (транзит трафика - цена) и действующей группировки низкоорбитальной LEO ретрансляции ГлобарСтар:

 

 

Параметр

Глобалстар LEO

Проект GEO+LEO

Примечание

1

Бюджет общий, $

4млрд

200млн

<20 раз

2

Цена 1 кГ на орбите $

20000

1000

< 20раз

3

Цена пуска, $

10млн

100тыс

<1000раз

4

Число спутников, шт

52, 4 запас

100/400

(Dзоны=4000/2000км)

5

Высота орбит, км

1414км  радиация!

1200 ниже на300км

Радиация с 1500км

6

Масса общая, кГ

450

10-30

<20-45раз

7

Шлюзов в Интернет

Глобальный трафик

Gbps группировки

Gbps 1-го спутника

Россия 3/ Мир 27

2%

0.0001

0.000001

Россия 15/ Мир 45

100%

4800

12

RU/мир 12/2 час.

Россия 85% / Мир 15%

>48 млн раз

>480 млн раз

8

Спутников на орбите

6

10-20

~равны

9

Число орбит, время жизни

8, 8 лет

10-20, 8 лет

~равны

10

Наклон орбит, градус

52

52

равны

11

Охват, по широтам

70-70

70-70

равны

12

Полоса эфира, МГц

15, ШПС

~600, ШПС

>20 раз база сигнала

13

Число абонентов,шт

10000

~2млрд

>200.000раз

14

Лучей антенны

16

1

телесный угол <90°

15

Ку антенн абонента,dB

8

8

равны

15

Тип антенн

Герца металл

Герца сегнетоэлектр

размер<20 раз Шум<100 раз

16

Мощность абон.,W

0.4

0.5-1.0

~равны

17

Стандарты

CDMA, GSM, 3G

CDMA, GSM, 3G

равны

18

Скорость Запрос/Сброс, Kbps

10/10

10/27000

>2700раз сброс

19

Новизна в связи межсим/интер-ф., потенциальная помехоустоичив.

Ошибки Найквиста, сигнал только 90º

Без ошибок Найквиста сигнал 90º и 180º

Нулевая МСИ. Выполнен условия ПП

20

Бортовая ЭВМ  ретранслятора

Без обработки. ЭВМ отсутствует

С обработкой в ЭВМ ROUTER TCP-IP

$6000 , массовое изделие

21

Замена SAT на орбите

3-9мес тяж.ракетой

30мин, МИГ31,

<10.000раз

22

Отношение энергии бита к энергии шума при вероятности ошибки  10е-5 (1/ 100.000 бит)

10dB с перемежен. и турбосверточным кодеком

-5dB с перемежением и турбосверточным кодеком

<на  15dB, это лучше в 25 раз по мощ. сигнала на входе приемника.

23

Спектральная эффективность Se подобно SQPSK

0.5bps/Hz эфира

2bps/Hz эфира

В четыре раза больше Se.

24

Размер телефона, мм

160 х 55 х 35

160 х 55 х 35

равны

 

 

Потенциально достижимая скорость радиолинии «Объект  – ретранслятор «Глобалстар».

Каждый ИСЗ «Глобалстар» создает локальную наземную подспутниковую зону обслуживания диаметром 5760 км. Абонентскую радиолинию создают в локальной зоне 16 веерных лучей. Для фидерной линии, (осуществляющей связь между ЦС и ИСЗ в С- диапазоне (» 6 ГГц), формируется единый луч, охватывающий всю локальную зону диаметром так же 5760км. В каждом веерном луче – 13 парциальных частотных каналов с полосой 1,25 МГц. Спектр частот веерного луча 1610 ¸ 1626,5 МГц в L- диапазоне, и 2483,5 – 2500 МГц в С- диапазоне, т.е. 16,5 МГц. В каждом парциальном частотном канале формируется цифровой поток, содержащий 127 линий связи (включая пилот-сигнал) с кодовым разделением. Следовательно, на одну линию связи приходится полоса, равная 1.25 МГц: 127 » 9,84 кГц в эфире. При спектральной эффективности 2bps/Hz (для QPSK модуляции) максимальная скорость одного канала могла бы составить 19200Бит/с без полосорасширения на основе шумоподобной несущей с сегнетоэлектрическими TRX антеннами. Сегодня на антеннах Герца (металл) вынужденный ккоэффицент полосорасширения канала равен 4 для передачи данных и 8 для передачи речи. Так называемый обмен энергии TX на полосу радиоканала, - во сколько раз расширил полосу, во столько раз понизил требуемую мощность TX на фиксированных: дистанции, чувствительности RX, Ку и диаграмм направленности антенн.

Поэтому телефонный разговор передается со скоростью 2,4 кбит/с. При передаче данных скорость повышается до 4,8 кбит/с. Максимальная скорость  передачи   данных,   определенная законодательно в США  для   России, составляет   9,6 кбит/с, хотя возможная максимальная скорость для 8 объединенных каналов с полосорасширением 64кБит/с и 153кБит/с без полосорасширения. Кроме того система ГлобалСтар имеет всего 3 наземных шлюза в Интернет на территории России, а для максимального использования времени радиовидимости орбит системы надо как минимум 10 с диаметром по 5760км. Тогда общая  длительностью радиовидимости орбит Глобалстар с территории России до 11 часов в сутки даст требуемый объем трафика. Установив на НИПы   оборудование Глобалстар и объединив их по оптике Интернет можно получит нужное решение.  Да и антенны Герца на спутнике уже не заменить.

Требования к скорости передачи  с низколетящих объектов находятся в основном в пределах от 128 до 512 кбит/с по медленноменяющимся параметрам и от 320 до 1280 кбит/с по быстроменяющимся параметрам. Здесь напрямую встает вопрос, о возможности одновременного использования для ретрансляции  нескольких линий связи, вплоть до 127. Для ретрансляции  можно использовать весь парциальный канал .

Расчеты показывают, скорость ретрансляции при может находиться в пределах 26 ¸ 153 кбит/с в L – диапазоне и 5,6 ¸ 33,6 кбит/с в S – диапазоне с полосорасширением. И до 2.4Мбит/с – без.

 

Пространственная совместимость рабочих зон ИСЗ «Глобалстар» .

Система «Глобалстар» предполагает глобальную зону обслуживания, ограниченную 70°с.ш. и 70°ю.ш. При угле места 10° зона обслуживания расширяется от 85°с.ш. до 85°ю.ш. Как раз выше к полюсам люди не живут.

Поскольку локальная зона обслуживания разделена на 16 ячеек (в каждой – 1 луч), то диаметр зоны облучения одним лучом на Земле составят »1200 км.  Если луч постоянно ориентирован на центр Земли, то скорость его перемещения по поверхности Земли составит » 5.8 км/с, а на высоте "200 км" 6 км/с (ИСЗ «Глобалстар» перемещается по орбите со скоростью » 7,1 км/с). Если объект, летящий со скоростью 8 км/с и луч будут перемещаться в одном направлении, то время пребывания объекта в зоне одного луча составит t=1200/8-6=600сек, а если будут перемещаться в противоположных направлениях, то время уменьшится до значений t=1200/8-6=86сек  Следовательно, возможны ситуации, в которых время пребывания объекта  в зоне одного луча будет недостаточно для получения необходимого объема информации при числе спутников 52, но все вопросы легко решаются если было бы спутников 400 шт (20 орбит по 20 шт на одной орбите).

Нужно особо заметить, если лучи в локальной зоне ИСЗ «Глобалстар» отличаются друг от друга только направленностью в пространстве, а 13 парциальных частотных каналов и кодовое разделение 127 линий связи в одном частотном канале для всех лучей одинаковы, то переход объекта  из одного луча в другой не отразится на процессе получения ретранслируемых данных, а время получения  существенно увеличится.

Частотная совместимость ГЛОБАЛСТАР.

Объекты РКТ должны передавать ТМИ на ИСЗ «Глобалстар» в L и S диапазонах. При скорости объекта РКТ относительно ИСЗ «Глобалстар»  8 км/с  частота   Доплера   для   L – диапазона     составит » 43,2 кГц, а для S – диапазона » 66.4 кГц. Так как ширина полосы одного частотного канала равна 1,25 МГц, то вероятность смещения частоты  радиосигнала в другой частотный канал незначительна. На помехоустойчивость канала  на основе систем модуляции и манипуляции FM/GMSK или QPSK это ни как не влияет. И очевидно, что для шумоподобных сигналов средств массовой наземной беспровдной связи такое влияние минимально.

 

 Здесь можно добавить только  то, что 80 лет назад уважаемый Найквист допустил тривиальную описку в своей фундаментальной теореме о минимуме межсимвольной интерференции для каналов связи с ограниченным спектром сигнала. Он выполнил формульное доказательство для фильтров Баттерворда, а в названии теоремы в конце вставил «для фильтров Гаусса с приподнятым косинусом». Поэтому все связисты в мире по названию статьи 80 лет проектируют, а не по её содержанию. Так что,  в каналах Глобалстар не поменять прошивки уже.