Разделы

Телеком

Низкоорбитальные дирижабли придут на замену спутникам связи

Пользователям интернета нужны и мобильность, и широкополосный доступ, и большой спектр функциональных приложений. Решения на основе беспроводных систем доступа к Всемирной Паутине получают все большее распространение. При этом государственные структуры и корпорации, в первую очередь, работающие над системами глобального наблюдения и навигации, уже испытывают острую нехватку телекоммуникационных емкостей для передачи данных. Надежды связываются в основном с приемлемыми решениями по параметру "цена-качество". И здесь создание инфраструктуры беспроводной связи на основе стратосферных дирижабельных платформ находится вне конкуренции. В России о самой возможности установки телекоммуникационных систем на аэростатах было известно давно, еще во времена СССР. Но этот вопрос встал на повестку дня совсем недавно — в первые дни драматических событий, связанных с пожаром на Останкинской башне. На время восстановительных и ремонтных работ передатчики можно было бы размещать на аэростатных платформах и не прерывать вещание нескольких каналов, останавливая работу телекоммуникационных компаний. Однако в то время в стране попросту не было подобных аэростатов.

Видимо, это и послужило своеобразным импульсом для предупреждения подобных ситуаций, и ряд проектов по созданию альтернативных телекоммуникационных носителей получил путевку в жизнь. Среди них свое место заняли аэростатные комплексы. Но, пожалуй, наиболее впечатляющие проблемы с ограниченностью каналов связи и их суммарной пропускной способностью, необходимой для качественной передачи данных и наблюдения в режиме реального времени, появились у войсковой группировки США в 1999 году. Во время военной кампании в Югославии у американской войсковой группировки впервые появился серьезный дефицит спутниковой емкости для передачи сигнала. Это произошло даже несмотря на "подключение" всех армейских мощностей вкупе с арендой коммерческих каналов. Правда, последние добавили только 1 Гбит/с. Двумя годами позже это повторилось вновь.

В конце 2001 года, во время операции НАТО в Афганистане, из-за этой проблемы приходилось запускать не более трех беспилотных самолетов одновременно, при наличии парка из восьми машин. Одновременно качественно удавалось транслировать информацию с двух самолетов Predator и одного Global Hawk. Несмотря на все усилия, даже приходилось транслировать изображение местности в ущерб качеству картинки. Эти и некоторые другие сложности заставили скептиков в Вашингтоне опубликовать отчет 2000 года о трудностях, связанных с применением Predator. Но когда с 2002 года официально был взят на вооружение Global Hawk, то, по заверению американских специалистов, проблема была вроде бы снята. Суммарная емкость каналов была наращена, но...

Несмотря на предпринятое увеличение пропускной способности, проблемы так и не были решены. Расчетная потребность и сегодня значительно превышает возможности существующих систем. Так, еще в 1999 году эта потребность оценивалась в 16 Гбит/с, что, впрочем, не помешало резко увеличить затраты на приобретение беспилотных самолетов. С 2003 года Пентагон рассчитывает вложить $1 млрд. в покупку еще 37 машин данного класса. Уже ведутся разработки нового, еще более совершенного боевого беспилотного самолета Х-45А. А в 2001 г. Пентагон разработал весьма амбициозную программу НИОКР в области беспилотных летательных аппаратов. Она рассчитана на 25 лет и предполагает создание таких аппаратов, по сравнению с которыми современные Predator и Global Hawk покажутся игрушками.

Как сообщает "The economist", по оценке Джона Уордена, руководившего планированием операций ВВС в ходе войны в Персидском заливе, к 2025 г. 90% боевых самолетов будут беспилотными. Так, компания Boeing уже объявила, что будет строить только беспилотные боевые самолеты. Что это значит? Для управления беспилотными аппаратами потребуется высокоэффективная система для поддержания надежного обмена данными с должным качеством и, при необходимости, в режиме реального времени. Постройка и вывод на орбиту современных спутников связи, — в частности, высокоорбитальных геостационарных систем, — весьма дорогостоящее мероприятие. Кроме того, США уже заявили, что в краткосрочной перспективе намерены приступить к наблюдению в режиме реального времени за любыми, или почти любыми, районами Земли.

Также повышаются требования к глобальным системам навигации и управления воздушным движением. В частности, компания Boeing уже начала создавать такую систему. Между тем, значительного усиления спутниковой группировки пока не произошло и в ближайшее время не предвидится: Пентагон с 2004 по 2006 гг. намерен запустить только три собственных спутника связи. В связи с этим есть серьезные основания полагать, что сейчас рассматриваются концептуальные решения иного рода.

Напомним, что с 1998 года по текущее время было выведено на орбиту в 2,5 раза меньше коммерческих спутников связи, чем рассчитывали, в частности, американские военные. Так, по глобальному проекту ICO (ICO Global Communications) запущен единственный спутник. В рамках проекта Teledesic не запущено ни одного. Более того, система спутниковой связи Iridium и вовсе оказалась несостоятельной, а аналогичная затея по названием Globalstar, по-видимому, также приближается к точке финансовой несостоятельности. Относительно успешным стал только проект Galileo, но лишь благодаря серьезной поддержке Евросоюза.

В условиях острого недостатка мощностей специалисты стали искать альтернативу низкоорбитальным спутникам связи. Одним из оптимальных решений признаны стратосферные платформы на дирижабельной основе. Такие аэростатные комплексы удовлетворяют требованиям геостационарности (возможность продолжительного нахождения над одной точкой земной поверхности), но обладают рядом неоспоримых преимуществ, в числе которых относительно оперативное дистанционное управление и возможность ремонта и переоснащения. Неудивительно, что в их разработке наиболее продвинулись там, где есть серьезный растущий спрос на значительное увеличение емкостей для передачи данных. К числу подобных стран относятся Япония, США и Великобритания, работающие в тесном сотрудничестве с Европейским космическим агентством и рядом известных университетов. Этим проектам и решениям посвящены две завершающие статьи Сергея Бендина (Русское воздухоплавательное общество). В центре внимания — стратосферные платформы на основе крупных дирижаблей и дирижабельных систем.

Аэростатные комплексы готовят телекоммуникациям высокое будущее

(Продолжение. Статья 1 Статья 2)

Словно во время "золотой лихорадки", идет поиск более совершенных и менее затратных решений для различных технологий. И, конечно, в эпоху информационной революции всевозможные телекоммуникационные проекты оказываются в центре внимания. Но выбор носителей, способных исполнять роль мачты для передачи, ретрансляции и приема сигналов, невелик. Он ограничивается 2—3 вариациями традиционных решений. Это авиационно-космические платформы и наземные башни. Одни качественны, но дороги, другие относительно дешевы, но не могут обеспечить должного качества связи. Об аэростатных системах, исполняющих роль высотных мачт, говорят мало. Даже обсуждение ведется как о чем-то спорном или даже экзотическом. Но такой скептический взгляд постепенно становится достоянием истории.

Крупнейшие аэрокосмические компании США — Boeing и Lockheed Martin с 1997 года вкладывают в развитие наблюдательных аэростатов почти $30 млн. ежегодно. Поэтому военная программа JEST, представляющая собой систему защиты наземных объектов от крылатых ракет, конечно же, включает в себя воздухоплавательные системы. В первой статье уже писалось об использовании дирижаблей в качестве миноискателя и патруля. Такие аппараты, хотя и имеют свою спецификацию, но, по сути, могут подспудно исполнять роль носителей для ретрансляционного и телекоммуникационного оборудования.

Дирижабль Mineseeker  
Дирижабль Mineseeker

В своем недавнем заявлении профессор, академик РАН Евгений Велихов отметил, что для создания инфраструктуры связи России не обязательно повсюду тянуть провода. Гораздо более перспективна беспроводная технология, связанная с воздухоплаванием. Антенна, установленная на аэростате, в состоянии передавать информацию в радиусе 30 км. Аэростат можно в буквальном смысле слова привязать тросом к конкретной точке на местности, либо перевозить с места на место.

  Дирижабль Mineseeker исследует местность
Дирижабль Mineseeker исследует местность
Сейчас в России уже есть аэростаты серийного производства, которые можно запускать с автомобиля. Постепенно обретают путевку в жизнь проекты, предусматривающие использовать дирижабли в качестве альтернативы спутникам и мачтовым антеннам сотовой связи.

"БАРС" — беспроводная аэростатная радиосеть

В нашей стране про аэростатные системы вспоминали совсем недавно, когда потребовалось срочно ликвидировать последствия аварии на Останкинской телебашне. Но, как и следовало ожидать, привязных аэростатов для поддержки ретрансляционного оборудования в тот момент ни в Москве, ни в России не было. И их разработкой занялись конструкторы из Русского Воздухоплавательного Общества совместно с Институтом проблем передачи информации РАН. Результатом плодотворной работы двух коллективов стала реализация проекта беспроводной аэростатной радиосети (сокращенно "Барс").

Привязной аэростат типа "Барс" (поднят) и дирижабль Au-12 (внизу)

Привязной аэростат типа

ОбъNм оболочки воздухоплавательного носителя составил 400 куб. м., а его полезная нагрузка — 120 кг. Рабочая высота — 1200 м. Теперь такой ретранслятор создан. Его заказчики представляют как оборонное ведомство, так и гражданские институты.

Многофункциональный аэростат-носитель типа  
Многофункциональный аэростат-носитель типа "Барс" (Au-17): общий вид
Например, для реализации образовательных программ в одном из административных округов была введена в эксплуатацию новейшая технология передачи данных на основе привязного аэростата. Это решение привело к отказу от дорогостоящих оптоволоконных каналов связи — в силу аналогичной скорости передачи данных. Северо-Западный округ столицы получил дешевый доступ в интернет, и без особого ущерба для компании-владельца удалось подключить все общеобразовательные школы района к Всемирной Паутине бесплатно.

Проект также позволил удешевить пейджинговую и сотовую связь. Более того, были обеспечены качественное видеонаблюдение за состоянием значительных территорий в реальном режиме времени и поддержка уверенного приема радио- и телевизионных сигналов. Привязной аэростат-носитель "Барс", или Au-17, имеет высокую ветровую устойчивость, что позволяет применять его при любой погоде. Он предназначен для подъNма аппаратуры, требующей постоянного энергоснабжения, а также обеспечения обмена информации с землей. Для этих целей используется специальный кабель-трос.

Многофункциональный аэростат-носитель типа "Барс" (Au-17): схема двух базовых конфигураций

Многофункциональный аэростат-носитель типа

Согласно проведенному конкурсу и постановлению правительства Москвы, уже к концу 2003 г. для мониторинга дорог и городского хозяйства, наряду с патрульными дирижаблями, будут использоваться 3 привязных аэростата "Барс". Но сейчас НПО "РосАэроСистемы" разработан более совершенный аэростат типа "Пума", модель которого была представлена в Великобритании на авиасалоне в Фарнборо летом 2002 г. Этот аэростат нового поколения является несущей платформой для телекоммуникационного и радарного оборудования.

  Аэростат-носитель типа
Аэростат-носитель типа "Пума"

StratSat

Британская фирма ATG стала пионером в разработке новейшей телекоммуникационной технологии на основе волоконно-оптических систем, которая называется "fly-by-wire". После проведения экспериментальных запусков модели дирижабля компания ATG приступила к разработке дирижабельного комплекса StratSat(TM) с оболочкой длиной около 220 метров (что сравнимо с тремя Boeing 747s); создание первого полноценного аппарата планируется завершить в 2003—2004 гг. Создала дирижабельный комплекс StratSat(TM) британская фирма ATG. Недавно, в октябре 2002 г., компания заявила, что флот из 19 дирижаблей сможет не только полностью обеспечить работу сетей мобильных телефонов, но и ретранслировать сигналы телевидения, цифрового радиовещания, интернета и служб наблюдения. ATG предлагает заменить дирижаблями обслуживающие мобильные телефоны релейные мачты, которые считают опасными для здоровья из-за создаваемого ими высокочастотного излучения.

Проект StratSat(TM)  
Проект StratSat(TM)

По словам главного технического директора ATG, такие дирижабли, получившие название StratSat(TM), приведут к революции в структуре мировых систем связи. Их можно будет размещать в любом месте земного шара, обеспечивая практическое и экономичное удовлетворение нужд рынков мобильных телефонов и интернета. Предполагается, что длина оболочки геостационарной телекоммуникационной платформы StratSat(TM) составит 200 метров, высота — почти 50 метров. Для изготовления аппарата будет использована ткань из углеродистых волокон, разработанная NASA.

  Проект StratSat(TM)
Проект StratSat(TM)

Дирижабль займет стационарную позицию у границы стратосферы на высоте 20 км и сможет оставаться там на протяжении 5 лет. Управлять им будут с земли при помощи многоканальной системы радиосвязи. Аппарат сможет удерживаться в нужном положении с помощью 200-метровой оболочки, снабженной двигателем мощностью 450 л.с., который будет расположен в задней части — около Х-образного хвостового оперения. Согласно проекту, в верхней части баллона — поверх оболочки — будут размещены солнечные батареи, которые предназначены для обеспечения перманентной работоспособности платформы. Энергия, "собранная" в течение 14 часов, будет питать все системы, что, в первую очередь, относится к ночному времени.

Дирижабль StratSat(TM): общий вид  
Дирижабль StratSat(TM): общий вид

Фирма ATG считает, что система ее дирижаблей заменит не только нынешние 4 тыс. релейных мачт, но и еще 10 тыс. мачт, необходимых в будущем для обеспечения работы мобильных телефонов третьего поколения. Как предполагается, они должны поступить в продажу через полтора года. За ближайшие 5 лет по всему миру предполагается установить от 150 до 225 систем StratSat; только для Великобритании потребуется 19.

6 простых шагов: как импортозаместить решения в сфере информационной безопасности
Импортозамещение

StratSat

Объем оболочки 269000 куб. м
Длина 200 м
Ширина 48 м
Высота 48 м
Полезная нагрузка до 1000 кг
Срок перманентного дежурства 5 лет
Максимальная высота 20 км
Скорость до 190 км/ч

Реализация проекта StratSat(TM) рассчитана на пять лет, основное назначение этого аэростатного комплекса — поддержка глобальных телекоммуникационных программ и мониторинг сетей. ATG уверена, что запуск системы StratSat позволит расширить продажи услуг мультимегабитной передачи данных, поскольку месячная плата пользователя такой системы составит всего $5.

Проекты HASPA и HALE

Николай Шуткин, ВТБ: Основной фокус в ближайшие годы мы сделаем на автоматизации и самообслуживании
ИТ в банках

Идеи использования аэростатных технологий в телекоммуникациях вынашиваются не только в недрах компании ATG. По заказу ВВС США в начале 1970-х годов NASA приступило к созданию привязного аэростата нового поколения — без троса. Для возвращения аппарата в исходную точку использовалась высокотехнологичная навигационная система, управляющая двигательным комплексом. Проект HASPA (High-Altitude Superpressure Powered Aerostat) постоянно совершенствовался, и с 1998 г. генеральным подрядчиком стала корпорация Lockheed Martin. Аэростат HASPA, по условиям проекта, будет зависать на высоте 20—25 км, где скорость ветра намного меньше, чем в более низких или более высоких слоях атмосферы. Видимо, поэтому аэростат предусматривает использование огромной оболочки — от 100000 до 500000 куб. м., которая способна поддерживать достаточно "весомый" груз — РЛС, ретрансляторы, двигатели, солнечные батареи. Однако работа все идет и идет, но до ее завершения пока далеко.

Другой проект — известного воздухоплавателя из Великобритании Пера Линдстранда (Per Lindstrand) HALE (High Altitude Long Endurance (Aerostatic Platforms)) — осуществляется при тесном сотрудничестве с Европейским космическим агентством и рядом известных университетов.

  Проект HALE
Проект HALE

Грузоподъемность будущего аэростата составит 600 кг. Двухлопастной винт диаметром до 20 метров будет работать на энергии солнечных батарей мощностью 400 кВт. Интересно, что электричество, вырабатываемое в этих батареях, должно обеспечивать разложение воды на водород и кислород, которые под давлением предполагается закачивать в баллоны. В ночное время эти составляющие будут сгорать в двигателе, пополняя запасы воды на борту. Финансовую поддержку проекту оказывает концерн Daimler Chrysler Aerospace AG (DASA).

Стратосферная сеть беспроводного доступа из Японии

Стратосферная платформа (Япония): общая схема работы  
Стратосферная платформа (Япония): общая схема работы

По заказу Организации по развитию телекоммуникаций Японии (TAO), Национальной аэрокосмической лаборатории Японии (NAL) и Исследовательской Лаборатории по проблемам телекоммуникаций (CRL) компания "Wireless Innovation Systems Group" из Исследовательского центра радиосвязи (Йокосака)совместно с Исследовательским центром из Митаки с 1998 года разрабатывает стратосферную платформенную систему.

  Стратосферная платформа (Япония): вид сверху
Стратосферная платформа (Япония): вид сверху

Комплекс "Стратосферная сеть беспроводного доступа" (Stratospheric Wireless Access Network) представляет собой взаимодействующие между собой дирижабли, установленные на расстоянии 40—50 км. Предполагается использовать этот комплекс, парящий на высоте 20 км, в качестве телекоммуникационной инфраструктуры, которая сможет обеспечить доступ к передающим системам и специализированной сети. В состав комплекса входит миллиметровый передатчик, система оптического межплатформенного взаимодействия, сетевое оборудование.

Стратосферная платформа (Япония)

Стратосферная платформа (Япония)

Стратосферная платформа (Япония): общий вид  
Стратосферная платформа (Япония): общий вид
Дирижабли этого комплекса имеют полужесткие сигарообразные 200-метровые оболочки, которые заполнены гелием. Для удержания дирижабля на требуемой высоте внутри корпуса каждого аппарата будут располагаться по два воздушных баллонета. Для балансирования полезной нагрузки и подъемной силы к нижнему жесткому килю, прикрепленному непосредственно к оболочке, будут присоединены катенарные диафрагмы.

Винты установлены на носу и в хвосте дирижабля. Фотоэлектрическая подсистема, состоящая из солнечных элементов, и регенеративные топливные элементы должны обеспечивать круглосуточное снабжение каждого дирижабля электричеством.

Принципиальная схема работы комплекса "Стратосферная сеть беспроводного доступа" (Stratospheric Wireless Access Network)

Принципиальная схема работы комплекса

Срок перманентной "небесной вахты" каждого дирижабельного комплекса — от 3 до 5 лет. Планируемый ввод в коммерческую эксплуатацию — 2007 год.

В ближайшем выпуске разделов "Связь" и "Транспорт" CNews.ru публикация материалов о современных дирижаблях и аэростатах и их применении будет продолжена материалом с обзором других подобных проектов — японского NASDA, американского HAPS, корейского и других.

Еженедельные обозрения на CNews.ru

Редакция готова рассмотреть к публикации материалы (статьи, описания систем/продуктов/услуг), подготовленные специалистами вашей компании, для публикации в следующих обозрениях:

  • Рынок программного обеспечения
  • Информационная безопасность
  • Digital Life (цифровые устройства, hardware)
  • Рынок телекоммуникаций
  • Неделя в Сети (интернет-бизнес)
  • Современная наука

Ждем Ваши предложения и заявки по этому адресу.