Регистрация / Вход
Прислать материал

14.585.21.0003

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.585.21.0003
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева"
Название доклада
Разработка и интеграция ключевых технологий для системы персональной подвижной спутниковой связи и космического мониторинга в интересах Шанхайской организации сотрудничества
Докладчик
Кузовников Александр Витальевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является разработка комплексного научно-технического задела для создания системы персональной подвижной спутниковой связи (СППСС) в интересах государств-членов Шанхайской организации сотрудничества (ШОС), обеспечивающей организацию каналов связи в интересах государственных, коммерческих организаций и физических лиц на территориях государств-членов ШОС, в том числе удаленных районах, обусловленных экономически неэффективным созданием проводных или сотовых сетей.
Задачами проекта являются:
 разработка облика и принципов функционирования космической системы и ее составных частей, в том числе:
- космический сегмент, включающий:
а) подсистему персональной спутниковой связи на базе одного космического аппарата (КА), функционирующего на геостационарной орбите (ГСО) в составе:
1 бортовой ретрансляционный комплекс;
2 модуль полезной нагрузки;
3 платформа КА;
- наземный сегмент, включающий:
а) наземный комплекс мониторинга частотно-орбитального ресурса и проведения летных испытаний;
б) наземный комплекс управления и связи в составе:
1 центральную станцию спутниковой связи и эксплуатации системы;
2 региональные станции сопряжения, имеющие систему шлюзов для сопряжения между собой и с сетями общего пользования;
3 абонентские (мобильные) терминалы.
 анализ частотно-орбитального ресурса видимой с территории стран-членов ШОС дуги геостационарной орбиты и выбор оптимальных орбитальных позиций для КА СППСС;
 разработка конструктивно-компоновочной схемы КА;
 определение тактико-технических характеристик бортового ретрансляционного комплекса и антенно-фидерной системы КА;
 разработка программной документации на программные компоненты протоколов организации связи.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность создания СППСС для государств-членов ШОС обосновывается наличием потребностей в персональной спутниковой связи. Спрос на услуги персональной спутниковой связи существует со стороны государственных ведомств, крупных государственных компаний (особенно в сфере добычи полезных ископаемых), а также частных компаний. Наличие потребностей в спутниковой связи определяется отсутствием универсальной и высокопроизводительной системы мобильной связи, обеспечивающей предоставление сервисов связи на всей территории государств-членов ШОС в интересах различных групп потребителей.
Новизна исследования заключается в перспективных технических решениях по построению системы персональной подвижной спутниковой связи уровня услуг связи третьего поколения, в том числе услуг высококачественной телефонии и телематических мультимедийных сервисов. Новизна технических решений также содержится:
- в построении крупногабаритной трансформируемой антенной системы;
- в построении бортового ретрансляционного комплекса, обеспечивающего гибкое распределение частотно-энергетического ресурса в соответствии с распределением трафика по лучам многолучевой антенны;
- в применении цифровой обработки сигналов на борту космического аппарата;
- в алгоритмах организации связи, реализованных в протоколах организации связи.
Описание исследования

При выполнении работы применялись методы математического моделирования в части:

- моделирования антенных систем для оценки радиотехнических характеристик;

- моделирования протоколов организации связи и т.д.;

Также применялись методы вычислительного моделирования в части:

- построения трехмерной модели космического аппарата;

- разработки программных компонентов протоколов организации связи;

- баллистического построения орбитальной группировки системы;

- и т.д.

Проведена разработка:

  • концепции системы персональной подвижной спутниковой связи (СППСС), включая принципы построения и основные характеристики СППСС;
  • принципов построения космического аппарата (КА) и определение основных характеристик КА;
  • технических решений построения платформы КА;
  • предложений по выбору частотно-орбитального ресурса для СППСС;
  • электронной 3D-модели платформы КА;
  • анализ разработанной электронной 3D-модели платформы КА для обоснования планируемого уровня энергопотребления КА и масса-габаритных характеристик полезной нагрузки КА;
  • технических решений бортового ретрансляционного комплекса (БРК) КА;
  • технических решений бортового комплекса управления (БКУ) КА;
  • протоколов организации связи СППСС;
  • вариантов реализации наземного комплекса мониторинга частотно-орбитального ресурса СППСС и проведения летных испытаний;
  • проекта технического задания  на разработку БРК КА;
  • проекта технического задания  на разработку БКУ КА;
  • проекта технического задания  на разработку космического комплекса КА;
  • программная документация на программные компоненты протоколов организации связи СППСС.

В частности, было определено, что наиболее оптимальной точкой стояния на геостационарной орбите является 85,4° в.д. Из этой точки КА сможет организовать обслуживание всей территории стран-участниц ШОС. Также проведен энергетический расчет абонентских и фидерных радиолиний. В результате расчетов определено минимально возможное значение ЭИИМ КА, которое должно быть не менее 44 дБВт, и добротность (G/T) КА, которая должна быть не менее 11 дБ/К. Проведено описание обоснования выбора диапазонов частот для организации абонентских линий связи, по итогам которого выбран S-диапазон частот, поскольку он менее загружен, нежели L-диапазон. По итогам анализа частотного плана радиолиний определено, что на борту КА приемо-передающая антенна будет иметь 128 лучей и для каждого луча будет выделяться полоса в 2 МГц для абонентский радиолиний,  4 МГц – для фидерных радиолиний. Описана организация связи в системе и требования к космическому комплексу и космической платформе со стороны полезной нагрузки.

Приведены расчеты бюджета мощности и энергобаланса КА, бюджета тепловыделения, бюджета мощности и виткового энергобаланса КА. Для проведения вышеуказанных расчетов использовались данные из документов на приборы и оборудование служебных систем, установленные техническими условиями. Методика данных расчетов учитывает электрические характеристики кабельной сети, особенности построения схемы электропитания каждого прибора. Также проведен расчет потерь системы электропитания с учетом типичных коэффициентов полезного действия по энергопреобразованию и энергопередаче.

Показана возможность создания БРК СППСС. Рассмотрено построение антенны для обеспечения абонентской и магистральной линий связи. Для обеспечения энергетических характеристик определен необходимый диаметр рефлектора. Показана возможность построения БРК с заданными энергетическими характеристиками. Рассмотрены алгоритмы функционирования БРК при организации направлений связи.

Показана возможность создания БКУ. Продемонстрированы результаты проработки его структуры и состава. БКУ позволяет обеспечить требуемый режим автономного функционирования КА, значительно повысить живучесть и, вследствие этого, обеспечить выполнение целевой задачи КА с наименьшими возможными перерывами. БКУ планируется проектировать с учетом ограничения поставок импортных комплектующих элементов и максимально использовать отечественные ЭРИ.

Разработаны программная документация на программное обеспечение стенда «Программные компоненты  протокола организации связи», используемого для имитации работы протоколов связи GMR-1 3G, в составе:

  • ПО «Управление параметрами модели»;
  • ПО «Мониторинг»;
  • ПО «Бортовая аппаратура»;
  • ПО «Аппаратура радионавигации»;
  • ПО «Антенная система»;
  • ПО «Абонентский терминал»;
  • ПО «Координатный блок»;
  • ПО «Система синхронизации»;
  • ПО «Линия связи».
Результаты исследования

Выполнен аналитический обзор научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, посвященных анализу спутниковых сетей связи с использованием геостационарных ретрансляторов и сетей подвижной и персональной подвижной спутниковой службы.

Выполнено сопоставление ожидаемых показателей СППСС с показателями существующих аналогичных систем, таких как Iridium, Globalstar, Thuraya, Inmarsat-4 и действующей нормативно-технической документацией. Разработана концепция СППСС, включая принципы построения и основные характеристики СППСС. Проведен анализ требований к системе. Разработана архитектура системы. Определены параметры радиолинии Борт-Земля, зоны покрытия и частотный план абонентских радиолиний.

Рассмотрены характеристики космических платформ среднего и тяжелого класса для КА связи и ретрансляции, предназначенных для эксплуатации на ГСО производства АО «ИСС». На основе анализа требуемых массо-энергетических ресурсов ПН КА определена платформа для КА. В соответствие с требованиями, предъявляемыми к МПН, оптимальным является выбор платформы тяжелого класса «Экспресс-2000». Данный выбор обоснован тем, что только данная платформа позволяет разместить на ней МПН массой до 1100 кг и обеспечить мощность системы электропитания для ПН КА до 13 кВт. Также разработаны принципы построения КА и определены основные характеристики КА.

Для анализа возможных орбитальных позиций КА проведено моделирование по построению зоны радиовидимости с разных орбитальных позиций КА.

Для разработки предложений по выбору частотно-орбитального ресурса для СППСС проведен комплекс работ по РЧО и МПЗ частотных присвоений спутниковых систем.

Разработана электронная 3D-модель платформы КА и проведен анализ разработанной электронной 3D-модели платформы КА для обоснования планируемого уровня энергопотребления КА и масса-габаратных характеристик полезной нагрузки КА.

Разработаны технические решения построения БРК и БКУ КА с учётом ограничения поставок импортных комплектующих элементов и максимальным использованием отечественные ЭРИ.

Выполнено описание открытого стандарта подвижной спутниковой связи GMR-1, на основе которого проведена разработка протоколов организации связи и интерфейсов взаимодействия АТ с базовой сетью СППСС, а также интерфейсов взаимодействия с внешними сетями связи.

Разработаны предложения в части создания средств обеспечения лётных испытаний БРК космического аппарата и комплекса мониторинга частотно-орбитального ресурса СППСС.

Разработаны проекты технических требований на разработку БРК КА, БКУ КА и космического комплекса СППСС.

Проведены дополнительные патентные исследования в отечественных и зарубежных патентных базах в области спутниковых телекоммуникаций и систем персональной подвижной спутниковой связи, в результате которых была подтверждена патентоспособность изобретений «Многофункциональная система спутниковой связи», «Оптимизация основных параметров орбитальных группировок космических аппаратов на низких круговых орбитах», «Глобальная система спутниковой связи на средних круговых орбитах. Также в результате анализа информации можно сделать вывод о том, что характеристики СППСС, в том числе в части наземного комплекса управления и наземного связного комплекса, соответствуют мировому уровню. 

Практическая значимость исследования
Практическая значимость исследования
Научные исследования способны послужить методологической основой для последующих научных исследований в области систем подвижной спутниковой связи.
Основные положения и выводы, полученные в результате исследований, могут быть использованы в процессе выполнения опытно-конструкторских работ по созданию спутниковых систем персональной подвижной связи, протоколов организации связи. Особую значимость имеет анализ орбитально-частотного ресурса геостационарной орбиты в диапазонах частот подвижной спутниковой связи – данные результаты имеют практическую значимость при разработке систем связи в данных диапазонах как спутниковых, так и наземных.
Также практическую значимость несут технические решения по построению антенной системы с крупногабаритным трансформируемым рефлектором.

Перспективы использования результатов исследования
- После защиты последнего этапа и закрытия работы по ПНИ планируется заключить контракт на выполнение опытно-конструкторской работы (ОКР) по проектированию и изготовлению космической системы.
- Работы, выполненные на этапах 1-4 соглашения № 14.585.21.0003 от 16.07.2014 г., соответствуют работам, выполняемым на этапе эскизного проекта (ЭП) и рабочей конструкторской документации (РКД). Следовательно, прорабатывать и рассматривать часть вопросов по СППСС в ОКР на этапе разработки ЭП и прорабатывать и рассматривать вопросы по разработке программной документации на программные компоненты протоколов организации связи СППСС в ОКР на этапе разработки РКД необходимости нет. Это позволит снизить трудозатраты на выполнение ОКР в целом.
- Работы, выполняемые в рамках ПНИ, представляется возможным использовать при выполнении ОКР, выполняемых в рамках ФКП-2025.
- Результаты ПНИ представляется возможным использовать при выполнении НИР по тематике персональной спутниковой связи.
- При выполнении ПНИ получен РИД «Многофункциональная система спутниковой связи» и подана заявка на патент (входящий ФИПС №048857 от 29.07.2015, регистрационный № 2015131692). Данный патент может быть использован при выполнении работ по системам связи в целом.
- В целом, существует возможность многократного использования научно-технического задела, полученного в ходе прикладных научных исследований.