Малое инновационное предприятие при КИУЭС

Радиоканал приема ракетной телеметрии 8Мбит/с для микро спутника ретранслятора массой 10 кГ на высоте 1200км.

Малое инновационное предприятие при КИУЭС

Авторы студенты КИУЭС: , Кузьмин А. Н., ,

Научный руководитель доц., к. т.н. *****@***ru

На современном этапе можно сформировать в Космосе сеть на высоте 1200км связанных между собой микро-спутников ретрансляторов с массами 3-10кГ. В настоящее время более 10 фирм в мире предлагают на продажу комплекты готовых микро-спутников по цене 0$. Себестоимость вывода спутника ракетой с земли на орбиту 1кГ - $20000. В России существует технология альтернативных запусков на орбиту на основе системы «самолет-ракета» с ценой килограмма массы меньше $500. Таким образом, стоимость вывода на орбиту 1 кг. груза с самолетным запуском ниже в 40 раз чем ракетным с наземным стартом.

Назначение системы низкоорбитальной связи «КоролСАТ» может быть следующее:

•  ПРЯМОЙ КАНАЛ ПРИЕМА КОСМИЧЕСКОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ НА ВЫСОТЕ 1200КМ И ТРАНЗИТ НА ЛЮБЫЕ РАССТОЯНИЯ БЕЗ НАЗЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СО ШЛЮЗОВАНИЕМ В ГЛОБАЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ И ДОСТАВКОЙ ПОТОКА ТМИ (до 16Мбит/с) НА НАЗЕМНЫЙ СЕРВЕР ОБРАБОТКИ/ОТОБРАЖЕНИЯ;

•  ОБРАТНЫЙ КАНАЛ УПРАВЛЕНИЯ И ПАРИРОВАНИЯ НЕШТАНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОБЪЕКТЕ;

•  КАНАЛ ПЕРЕДАЧИ ТЕКУЩИХ КООРДИНАТНЫХ ДАННЫХ ОБЪЕКТОВ НА СЕРВЕР МОНИТОРИНГА ПОЛУЧЕННЫХ ОТ СИСТЕМ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛОНАСС/GPS;

•  КАНАЛ ДОСТАВКИ ДИФФЕРЕНЦАЛЬНЫХ ПОПРАВОК НА МЕСТО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ СИСТЕМ ГЛОНАСС/GPS;

•  КАНАЛ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ НАЗЕМНЫМИ И ВОЗДУШНЫМИ ОБЪЕКТАМИ НА ОСНОВЕ ТЕЛЕМЕТРИИ, ВКЛЮЧАЯ МАЛОКАДРОВОЕ ВИДЕО;

•  КАНАЛЫ МАССОВЫХ ЗАПРОСОВ РЕСУРСА ИНТЕРНЕТ ЧЕРЕЗ НИЗКУЮ ОРБИТУ ИЗ МАЛОНАСЕЛЕННЫХ И ТРУДНОДОСТУПНЫХ ТЕРРИТОРИЙ СУШИ/ОКЕАНОВ, ПРИ ЭТОМ КАНАЛ СБРОСА ДАННЫХ ИЗ ИНТЕРНЕТА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПО ДЕЙСТВУЮЩИМ ГЕОСТАЦИОНАРНЫМ РАДИО КАНАЛАМ СПУТНИКОКОВОГО ТЕЛЕВЕЩАНИЯ DVB-S;

•  НИЗКООРБИТАЛЬНАЯ ПАССИВНАЯ ЛОКАЦИЯ И НАВИГАЦИЯ

История работ над проектом в России:

В 1986 году Тактическое ракетное вооружение» на основе серийной ракеты Р33 и техническая площадка ВВС МО РФ провели два запуска с истребителя МИГ31Д. Выполнена натурная проверка достижения высот км для масс от 200 до 50кГ соответственно. Проектирование орбитальной группировки не проводилось. Работы остановлены. В 1998 году опубликован Указ президента России №1/1111 "О создании высокоскоростной низкоорбитальной магистрали". Проект «ГЕОСТАТ». Участвовало 22 предприятия ВПК. Головное предприятие ЦНИИМАШ. Авант и техническое проектирование НИР выполнены. Группировка на низкой орбите отсутствует. Работы по ОКР остановлены в 2003г. В 2005 году запущен проект «ИШИМ» Россия-Казахстан. НИР и ОКР выполнены, летных испытаний проводить не стали. Казахстан вышел из проекта в 2007 г. из-за разногласий по доступу к сквозным частотам России.

В настоящее время проводятся работы над проектом. Участники проекта следующие:

ГОУ ВПО МО КИУЭС (Институт имеет лицензию на космическую деятельность) и градообразующие предприятия г. Королева. На градообразующих предприятиях открыты выпускающие кафедры. На «Тактическое Ракетное Вооружение», » филиал Хруничева, Измерительной Техники, две кафедры на ЭНЕРГИЯ, и 7 космических специальностей. Получена золотая медаль ВВЦ НТТМ в 2009 году за лучший научно-технический проект  в области авиации и космоса. Получен диплом Всемирной Организации Интеллектуальной Собственности и РОСПАТЕНТА на втором международном форуме по интеллектуальной собственности в 2010 году за наилучшую стратегию зонтичного патентования. Выпущен в 2010 г. отчет по НИР «Королевские студенческие спутники», Королев, 247с., 84 рис. Есть рецензии на НИР от градообразующих предприятий г. Королева. Проект в 2011 г. участвует в конкурсе «Телеком-идея» Министерства Связи России. Имеется согласованное техническое задание за подписью министра связи, зарегистрированы программы для бортовой ЭВМ в Госфонде алгоритмов и программ России, имеются 2 действующих патента, на рассмотрении в Роспатенте находятся 3 патента. 23.03.2011 проект одобрен президиумом научно техничесого совета ИТ» с участием представителей головной организации космические системы».

Сегодня существуют три вида радиотехнических систем:

Импульсная радиолокация, узкополосная непрерывная радиосвязь, шумоподные системы связи. Обобщенной характеристикой сигналов таких систем является база сигнала, которая равна произведению энергии сигнала на полосу сигнала и на длительность сигнала во времени. По рисунку видно что все три системы имеют равный объем базы сигнала, т. е равное расстояние дистанции радиоканала. Однако есть существенный выигрыш по энергии сигнала для равной дистанции радиоканала если сравнить узкополосную непрерывную связь и шумоподобную связь. Для шумоподобного канала связи действует простое правило: во сколько раз расширил спектр сигнала во столько раз меньше нужна энергия сигнала для канала связи на постоянной дистанции. Кроме того последние две системы полностью совместимы электромагнитно и могут работать совместно в одной полосе частот одновременно без помех друг другу.

Методы ретрансляции высокоскоростной ракетной телеметрии через группировку из 200-400 микроспутников с массой 5-10кГ основаны на следующем:

Для диапазона частот ракетной телеметрии Российской Федерации 125-250МГц прием сигналов современной ТМИ при мощности бортовых передатчиков 10 ватт на скоростях 4-16Мбит/с возможен на высоте орбиты 1200км в течении 15-22минут на одном спутнике без каких либо существенных изменений бортовой аппарату ТМИ на антенны с коэффициентом усиленения 4-6dB. Наличие межспутниковой ретрансляции на скорости 54Мбит/с позволит осуществить транзит потока ТМИ на произвольное расстояние до шлюза в оптические глобальные сети и по ним осуществить доставку на сервер обработки и отображения ТМИ. При этом отпадает необходимость развития дорогостоящего наземного обеспечения Роскосмоса приема телеметрии при произвольных трассах полета ракет над сушей и океанами.

Углы наклона орбит группировки должны быть в пределах 45-60 градусов к плоскости экватора, только этим может быть достигнуто максимальное время радиовидимости в сутках (до 85%) с территории России. Спутник имеет размер 15х15х120см. Вес 5-10кГ. Внутри спутника находятся 5-10 электронных плат, блок аккумуляторов и три катушки системы электромагнитной коррекции орбит. Спутник за счет разноса масс по длине 120 см имеет гравитационную самоориентацию на землю. Для коореции орбит и межспутникового расстояния используются импульсы тока на катушках и магнитное поле земли. Антенны всех видов каналов связи обычные диполи Герца с Ку=3dB. Для приема сигналов пассивной локации используется сегнетоэлектрическая антенна. Межспутниковый канал и, канал шлюза интернет дуплексный на основе шумоподобного сигнала. TX 125-186МГц, RX 187-250МГц, мощность 1 ватт, скорости 54 и 16 Мбит/с соответственно. На орбите сегодня находиться более 50-ти подобных спутников Германии, Индии, США без полезной нагрузки в виде приемника ракетной телеметрии России массой до 200грамм. С 1986 го по настоящее время создан задел по наземному обеспечению и пускам на градообразующих предприятиях Королева. В 2000 году создан ЦУП микроспутников в НИИКС с сопряжением с ЦУП в г. Краснознаменск МО РФ и система запуска микроспутников серийной ракетой Р33 «Тактическое ракетное вооружение» (г. Королев) с истребителя МИГ31. Ориентировочные технические и экономические характеристики приведены ниже.

РАЗОВЫЕ ЗАТРАТЫ НА СОЗДАНИЕ СНС «KorolSAT».

ЦЕНА 1-го SAT ~100тыс$

ЦЕНА группировки 200 SAT ~20млн$

ЦЕНА запуска группировки ~2млн$

(при ЦЕНЕ за 1кГ на орбите = 500$)

ЦЕНА наземного обеспечения ~2млн$

Итого разовых затрат ~20-24млн$

Расходы на эксплуатацию в год ~2млн$

Основным источником доходов в системе является трафик. Так, например, 75 каналов по 16Мбит/с позволят взять на обслуживание все пуски ракет в мире, любой страны. Расценки за трафик для 12 млн. потенциальных абонентов показаны ниже:

ПЛАТЕЖИ ЗА ТРАФИК:

16 МБит/с - 75 каналов, 1000$ минута

2 МБит/с - 600 каналов, 100$ минута

250 кБит/с - 4.800 каналов, 10$ минута

10 кБит/с - 120.000 каналов, 1$ минута

1 кБит/с - 1.200.000 каналов. 0.1$ минута

ПРЕДПОЛАЕМЫЙ СОВОКУПНЫЙ ГОДОВОЙ ДОХОД ~70-75млн$

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СНС «KorolSAT»:

Max скорость ВВЕРХ/ВНИЗ 1 канала 16/16 МБит/с

Потребляемая мощность 1 SAT 5 ВАТТ

Коррекция орбит ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ

Время жизни на орбите не менее 15 ЛЕТ

∑ секундный трафик 200 SATs МБит/с

Масса 1 SAT до 5-10кГ

Число абонентов до 12 млн.

Срок окупаемости проекта 18 месяцев.