После нескольких этапов обсуждений и согласований в правительстве Федеральный проект «Сфера» получил план развития, подкрепленный финансированием. В ближайшие годы акцент будет сделан на отработке технологий и создании первых образцов космических аппаратов. Окончательное решение о численности и составе спутниковых группировок будет приниматься на основе показанных результатов.
Пандемия и необходимость решения приоритетных государственных задач внесли определенные коррективы в планы реализации федерального проекта «Сфера». Создание национальной многоспутниковой группировки связи и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) продолжится, но процесс будет поэтапным и более вариативным. Позади длительное — свыше двух лет — согласование в федеральных органах исполнительной власти.
«После того, как мы в последний раз представили проект в правительство, прошел ряд совещаний, в том числе с Минфином, под руководством вице-премьера по вопросам оборонно-промышленного комплекса Юрия Борисова, а также под руководством президента. В результате Минфином было предусмотрено финансирование первоочередных работ по проекту «Сфера» — 7 млрд рублей на этот год и еще по 7 млрд ежегодно с 2022 по 2024 год, — рассказал «Русскому космосу» директор Департамента перспективных программ и проекта СФЕРА Сергей Прохоров. Топ-менеджер Роскосмоса не скрывает, что на текущий момент «Сфера» серьезно отличается от первоначального варианта 2019 г.
Он считает, что сказалось стечение обстоятельств: «В последнее время произошло несколько хорошо известных событий, которые повлекли за собой колоссальные расходы государства. Это и пандемия, последствия которой повлияли на социально-экономическую ситуацию в стране, и санкции, под которые попали ряд российских предприятий и отраслей. Думаю, задержка с согласованием и все внесенные изменения вызваны именно этими форс-мажорными обстоятельствами».
Тем не менее все это время Роскосмос продолжал вести разработку и продвижение фронтальной стратегии развития Госкорпорации, в основе которой заложен проект «Сфера».
В целом предстоящий трехлетний этап «Сферы» можно назвать подготовительным: в его рамках будут отрабатываться различные технологии и изготавливаться опытные образцы техники. От результатов этапа зависит, по какому пути пойдет процесс серийного производства и развертывания группировок на орбитах. При всех изменениях основная идея проекта — космос для человека — остается прежней.
Что важно знать о «Сфере»?
«Сфера» — один из ключевых проектов Роскосмоса, направленный на развитие космических информационных технологий и ликвидацию так называемого «цифрового неравенства». Благодаря ей будет создана самая современная система коммуникаций и мониторинга, включающая как существующую, так и перспективную космическую инфраструктуру.
Значительная часть территории нашей страны расположена в высоких широтах, где плотность населения невелика, а зоны тайги, тундры и вечной мерзлоты мешают прокладке сетей оптоволоконной связи. В таких местах предоставить полный комплекс телекоммуникационных услуг для стационарных и подвижных объектов, обеспечить связанность территорий помогут спутники.
Достичь указанных целей планируется путем развертывания группировок со спутниками связи «Ямал» и «Экспресс» на геостационарных и «Экспресс-РВ» на высокоэллиптических орбитах, с аппаратами широкополосного доступа в Интернет «СКИФ» на средних орбитах и спутниками для обеспечения «интернета вещей» «Марафон IoT» на низких орбитах.
Наблюдение Земли в различных диапазонах длин волн будут вести созвездия космических аппаратов «СМОТР», «Беркут-О», «Беркут-ВД», «Беркут-X» и «Беркут-XLP». В результате будут развиваться интегрированные сервисы для роста всех отраслей экономики страны.
В отличие от зарубежных конкурентов, Роскосмос пошел по пути создания не одной глобальной, а нескольких региональных систем, возможности которых сосредоточены на решении актуальных для России задач, но могут быть расширены на территорию всей планеты. Сюда можно включить и обслуживание Северного морского пути — перспективного транспортного коридора, а также развитие широкополосного доступа в Интернет и «интернета вещей» в удаленных и труднодоступных районах страны.
О проекте «Сфера» впервые рассказал в ходе прямой линии 7 июня 2018 г. Президент РФ Владимир Путин.
Интернет со средней орбиты
Одна из запланированных первоочередных задач — создание спутника-демонстратора системы широкополосного доступа в Интернет на орбите средней высоты «СКИФ». Запустить аппарат планируется уже в 2022 г. Это одно из обязательств Российской Федерации перед Международным союзом электросвязи (МСЭ). Его выполнение позволит закрепить за Россией выделенный орбитально-частотный ресурс и начать развертывание орбитальной группировки.
«В МСЭ мы имеем приоритет, — объясняет Сергей Прохоров. — То есть нам нужно будет координировать нашу систему с несколькими аналогичными группировками, конечно, если они будут запущены. Если мы пропустим очередь, нам придется заново договариваться с Союзом электросвязи. И здесь надо учитывать, что в Бюро радиосвязи МСЭ после нас заявлено еще где-то 280 систем со всего мира, так как многие идут по этому пути».
Параллельно подготовке демонстратора (запуск осенью 2022 г. попутно вместе с двумя космическими аппаратами «Гонец» на ракете-носителе «Союз-2» с космодрома Восточный) будет разрабатываться эскизный проект на всю систему «СКИФ», включающую в себя 12 спутников в двух орбитальных плоскостях на высоте 8070 км, наземные комплексы управления и абонентское оборудование. Планируется, что пропускная способность одного аппарата «СКИФ» составит 150 гигабит в секунду, соответственно вся система может считаться группировкой террабитного класса.
В первую очередь «СКИФ» предназначен для снабжения скоростным интернетом малодоступных и удаленных районов страны, а также судов, передвигающихся по Северному морскому пути.
Сборка демонстратора будет проходить в ИСС имени М. Ф. Решетнёва.
С «Марафоном» всегда на связи
С группировкой «интернета вещей» «Марафон IoT» дело обстоит иначе.
«Мы стартуем с эскизного проектирования всей системы, включая наземные терминалы и „сервисный“ сегмент, дальше создаем экспериментальный образец космического аппарата и, соответственно, в конце 2023 г. выводим его на орбиту», — поясняет директор департамента.
Запущенный аппарат должен будет в тестовом режиме подтвердить работоспособность всей концепции. Благодаря группировке «Марафон IoT» будут представлены такие услуги, как «спутниковая кнопка жизни», мониторинг состояния промышленной инфраструктуры в удаленных районах, контроль перевозки опасных грузов и спутниковая составляющая системы ЭРА-ГЛОНАСС. Своевременная передача сигнала — об утечках, возгораниях и других неполадках — через космос позволит предотвратить техногенные и экологические катастрофы в нефте- и газодобыче, химической и лесной промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях.
Предполагается разместить 264 спутника в 12 орбитальных плоскостях на высоте 750 км. Этого достаточно, чтобы осуществлять глобальное покрытие всей территории Земли и обеспечивать передачу данных от десятков миллионов абонентов.
«Поскольку „Марафон IoT“ планируется использовать во многих отраслях, мы предложим оптимальные решения по абонентскому оборудованию, — подчеркивает Сергей Прохоров. — Планируется, что они будут двух типов — для подвижных и для стационарных объектов. Сейчас прорабатываем вопрос об интеграции возможностей системы „Марафон IoT“ в терминалы международной поисково-спасательной системы КОСПАС-САРСАТ и оборудование ЭРА-ГЛОНАСС».
От лазерной связи до цифровой полезной нагрузки
Отработка технологий — другая важная составляющая первого этапа «Сферы». Намечено несколько научно-исследовательских работ (НИР). Одна из них — «Лазер» — предусматривает создание высокоскоростных каналов оптической связи. Передача больших объемов данных актуальна не только для телекоммуникационных спутников, но и для космических аппаратов, ведущих съемку Земли. Одна из идей предполагает переброску результатов съемки не напрямую, а через другой спутник: например, из среднеорбитальной группировки системы «СКИФ» или геостационарный спутник-ретранслятор. В этом плане лазерная связь является одной из самых перспективных по скорости передачи данных и конфиденциальности. В рамках НИР «Лазер» планируется разработка двух терминалов межспутниковой связи, а в последующем — наземного оборудования для связи «космос — Земля».
В рамках другой работы — «Типоряд» — будет вестись поиск технологий создания масштабируемых унифицированных спутниковых платформ для группировок связи и ДЗЗ. Идеология проста: несмотря на разную специфику, космические аппараты должны базироваться на одних и тех же технических решениях.
«Очевидно, что обзорная съемка возможна с помощью более простой, а высокодетальная — с помощью более сложной аппаратуры, — рассказывает Сергей Прохоров. — А если на спутнике будет установлен радиолокатор, то он потребует больших энергозатрат и массы как платформы, так и полезной нагрузки, поэтому энерговооруженность аппарата должна быть высокой. Тем не менее все эти спутники относятся к малым, и для них будет создана линейка унифицированных платформ».
Работой по «Типоряду», в которой участвуют как предприятия Роскосмоса, так и частные компании (всего около десяти организаций), руководит генеральный конструктор по автоматическим космическим комплексам и системам Виктор Хартов.
Наконец, в рамках НИР «Цифра» ставится задача перехода к гибким цифровым полезным нагрузкам для перспективных телекоммуникационных cпутников. Это позволит оптимально использовать аппарат, корректировать его зоны обслуживания и перераспределять мощность в лучах, а в перспективе обеспечить перенос сигнала в другую полосу частот. Космический аппарат, обладающий такими возможностями, будет способен рационально использовать все свои ресурсы: например, если того потребует чрезвычайная ситуация или меняющийся рынок телекоммуникационных услуг.
«Это такая сложная машина, умная, которая в случае изменения различных внешних факторов и обстоятельств сможет реконфигурировать свои ресурсы, подстраиваться под потребителя, — объясняет директор проекта „Сфера“. — Вообще наращивание компетенций по созданию полезных нагрузок телекоммуникационных аппаратов — это наше будущее, в том числе по экономическим причинам. Сегодня, к сожалению, практически все гражданские спутники связи создаются с использованием иностранных комплектующих. А в структуре стоимости, например, геостационарного аппарата полезная нагрузка достигает 70 %».
Что такое лазерная связь?
Лазерная связь — вид передачи информации с помощью электромагнитных волн оптического диапазона. Она позволяет соединять космические аппараты не только с наземными станциями, но и друг с другом. Благодаря высокой пропускной способности линий лазерной связи появляется возможность минимизировать количество наземных пунктов связи, расширяя зону покрытия.
По сравнению с радиосвязью лазерная обладает большей скоростью передачи данных, меньшим энергопотреблением и низкой возможностью перехвата. Основным ее недостатком является необходимость точного наведения луча, захвата и слежения за космическим аппаратом. Поскольку расходимость лазерного пучка очень невелика, задача попасть лучом с одного спутника в оптическое приемное устройство другого чрезвычайно сложна (на расстоянии в 1000 километров от источника излучения пучок имеет диаметр всего 10 метров) — нужен компромисс между точностью наведения и мощностью лазера.
Кроме того, лазерный луч — отличное решение в вакууме, но в условиях атмосферы это не самый лучший выбор в качестве линии связи из-за существенного затухания сигнала в облаках, дожде и тумане.
Мониторинг Земли на новых технологиях
Еще год назад заявлялось, что по проекту «Сфера» на низкие орбиты будет выведено более 200 малых космических аппаратов высокопериодичного всепогодного мониторинга Земли «Беркут». Предполагалось, что они будут нескольких типов — обзорные, высокодетальные и радиолокационные. По функционалу спутников планы не поменялись, но вот разговоры о численности группировки пока преждевременны.
«На текущем этапе основной задачей мы видим отработку технологий на демонстрационных аппаратах, получение опыта и наращивание компетенций наших предприятий, чтобы в том числе конкурировать на международном уровне, — замечает Сергей Прохоров. — А количество аппаратов будет зависеть от объемов финансирования».
За прошедшие два года с момента начала проектирования системы возможности аппаратов улучшились. Например: если ранее в параметры обзорного мониторинга закладывалось разрешение 2.5–5 м, то сейчас это значение уже 1.5 м при полосе обзора 85 км. Показатели высокодетальной съемки тоже будут улучшаться. Появятся и дополнительные функции, в частности высокодетальной видеосъемки.
Важнейшее внимание по-прежнему уделяется радиолокационным космическим аппаратам. Они особенно полезны там, где требуется круглосуточное всепогодное наблюдение, например в Арктике. Благодаря этим спутникам капитаны судов при движении по Северному морскому пути получат оперативную информацию о ледовой обстановке по трассе всего маршрута, несмотря на сильную облачность или полярную ночь.
Частные группировки? Не исключено
Одна из задач «Сферы» — привлечь к проекту частный бизнес. Речь, прежде всего, идет о включении услуг связи, передачи данных, навигации и дистанционного зондирования Земли в сервисы телекоммуникационных, транспортных, банковских, страховых, добывающих и других компаний. Интеграция всех этих возможностей на уровне абонентских устройств, доступность спутникового сигнала в любой точке страны открывают хорошие перспективы для расширения бизнеса и повышения качества обслуживания потребителей.
Кроме того, все передовые страны стремятся к развитию беспилотного транспорта и роботизированных систем. Тот, кто первым соберет на своей платформе возможности спутникового наблюдения, позиционирования и телекоммуникаций, получит конкурентное преимущество и шанс построить сеть беспилотников в глобальном масштабе — в воздухе, на земле, на воде.
«Уверен, наши новые технологии и сервисы заинтересуют крупный бизнес, который уже активно присматривается к рынкам спутниковой связи и ДЗЗ, — отмечает Сергей Прохоров. — И в принципе мы могли бы предложить создание полностью частных орбитальных группировок при технологической поддержке Госкорпорации „Роскосмос“ и наших организаций».
Не исключено, что эта инициатива позволит ускорить переход «Сферы» в стадию серийного производства аппаратов, поскольку государство пока не готово нести в полном объеме затраты по всем направлениям первоначальной версии программы.
«На нынешнем этапе главное — это доказать состоятельность закладываемых в „Сферу“ решений и технологий, — подытоживает собеседник. — А в дальнейшем, при переходе к тиражированию, все будет зависеть от потребностей и финансовых возможностей государства. Но мы будем учитывать и растущий интерес со стороны бизнеса.
Означает ли это, что в ближайшем будущем появятся российские аналоги StarLink и OneWeb? Мы не ставим перед собой такой задачи, поэтому вряд ли. Тем не менее нами будет обеспечена здоровая конкуренция данным системам на рынке телекоммуникационных услуг».
Игорь Афанасьев, Русский космос
