Роль VSAT-систем спутниковой связи

Хотя мобильная спутниковая связь, известная также под аббревиатурой Sotm (Satcom-On-The-Move – спутниковая связь в движении), и доступна для ручных устройств по всему миру, на всех широтах благодаря группировке Iridium из 66 коммерческих спутников, но она ограничена низкими скоростями передачи данных от 2,4 до 10 кбит/с. Для широкополосной спутниковой связи необходимы более высокие частоты, а именно в диапазоне УВЧ (от 300 МГц до 3 ГГц), диапазоне X (8 – 12 ГГц), диапазоне Ku (12 – 18 ГГц) и диапазоне Ka (26,5 – 40 ГГц). Также для нее необходимы антенны с высоким коэффициентом усилия и узкой лучевой направленностью, которые должны быть точно направлены на спутник в любой момент времени. Это является основной технической проблемой при проектировании устанавливаемых на транспортные средства систем, которые должны поддерживать связь во время движения по пересеченной местности.

Такие системы стали доступны уже несколько лет назад. Но первые системы были крупными, тяжелыми и дорогими, они имели выступающие антенные обтекатели, что делало машины, оборудованные спутниковой связью, очевидными целями и ограничивало им доступ на оборудованные стоянки в городских районах. Кроме того, на полосу частот военной спутниковой связи существует высокий спрос при ограниченном предложении. Поэтому новая спутниковая группировка наряду с инновациями в мобильном наземном оборудовании, начиная от низкопрофильных антенн до переноса форм сигнала спутниковой связи в программируемые радиостанции, вызывает радостное оживление среди военных.

«Исходя из полученного опыта и анализа боевых действий, номером один в задокументированном списке дефицитных видов связи для мобильного бойца идет мобильная связь вне пределов прямой видимости», – сообщил капитан Пол Гизель в сентябре 2022 года в своем обзоре новейшей узкополосной системы спутниковой связи диапазона УВЧ, известной как Muos (Mobile User Objective System – система мобильного пользователя). Капитан Гизель возглавляет управление ВМС по программам спутниковой связи PMW146.

По мере того, как MUOS демонстрирует растущие возможности, разработка мобильных терминалов для широкого круга пользователей этой узкополосной спутниковой системы следующего поколения набирает обороты. Командование космических и военно-морских систем ВМС 22 января 2022 года запросило информацию у промышленности по терминалам Muos в рамках подготовки демонстрации в конце марта беспроводной связи Over-The-Air (OTA) и проведения соответствующих тестов терминалов. Это без сомнения разжигает аппетиты таких компаний как Harris и General Dynamics C4 Systems, которые недавно продемонстрировали возможности Muos в основных мобильных радиостанциях.

Спутник Muos 2 американских ВМС, заключенный в обтекаемую капсулу диаметром пять метров, перед стыковкой с ракетой Atlas V. Muos – это система тактической спутниковой связи следующего поколения предназначенная для расширения мобильных коммуникационных возможностей американских и союзных сил
Ранцевая радиостанция AN/PRC-155 от GD C4 Systems, в которую можно загрузить протоколы спутниковой связи Muos. Лабораторные тесты в августе 2022 года показали, что она может соединить радиостанцию пехотинца AN/PRC-154 к спутнику связи Muos

Ранцевые радиостанции от компании GD C4S устанавливают связь со спутниками MUOS

15 ноября 2022 года компания GD C4S объявила о том, что две ее ранцевые радиостанции AN/PRC-155 успешно осуществили обмен речью и данным через спутники Muos на экваториальных орбитах; в эти программируемые радиостанции были загружены шаблоны волн Muos. На широтах Арктики и Антарктики соединение со спутниками на геостационарной орбите является проблемой, поскольку они находятся очень близко к горизонту. Поскольку Земля уплощается вблизи полюсов (форма сплюснутый сфероид), в некоторых районах на ее поверхности спутники на этой орбите становятся невидимыми.

«Радиостанция PRC-155 Manpack стала первой и единственной военной радиостанцией, которая в условиях низких температур и суровых арктических ветров передала зашифрованные голосовые сообщения и данные с помощью системы Muos с самых высоких широт планеты», – сообщил президент General Dynamics C4 Systems Крис Марцилли.

Во время этой демонстрации, проведенной в середине октября, были отработаны несколько сценариев, которые в General Dynamics описывают как «реалистичные оперативные сценарии со стационарных пунктов связи возле Анкориджа и на мысе Барроу на Аляске и с борта самолета, летевшего вдоль Полярного круга». С помощью двухканальной радиостанции AN/PRC-155 было проведено несколько сеансов одноканальной передачи речи и данных вдобавок к конференц-связи с более чем пятью участниками. Были продемонстрированы скорости передачи данных до 64 кбит/с.

Ранцевая радиостанция AN/PRC-155 продемонстрировала свою способность соединяться с Muos на высоких арктически широтах как с пунктов связи на земле, так и с борта самолета. Во время демонстрации в октябре было проведено несколько сеансов передачи голосовых сообщений и данных, а также конференц-связи с более чем пятью участниками

Это был самый последний тест в серии испытаний, во время которых компания General Dynamics устанавливала связь своих ранцевых и ручных радиостанций с группировкой спутников Muos. В августе 2022 года компания наладила связь радиостанции пехотинца AN/PRC-154 со спутником Muos через ранцевую радиостанцию AN/PRC-155. Это произошло после апрельских тестов передачи шифрованных данных и речи от одной радиостанции к другой через систему Muos, основанных в свою очередь на первой демонстрации подобной связи в феврале 2022 года, в которой участвовали симулятор спутника и радиостанция AN/PRC-155 с загруженными шаблонами Muos.

Соединение FALCON III с MUOS

Вскоре после этого компания Harris объявила об успешной связи 2 декабря 2022 года своей многополосной ранцевой радиостанции AN/PRC-117G Falcon III со спутниками Muos. Эти испытания также прошли за Полярным кругом, в регионе который испытывает дефицит военной УВЧ-связи. На этот раз радиостанция Falcon III находилась на борту транспортного самолета, выполнявшего полет с Аляски на Северный полюс и обратно. По данным компании Harris более чем 30 000 развернутых радиостанций AN/PRC-117G готовы в качестве модернизации принять программное обеспечение Muos.

Терминал с фазированной решеткой ALICO

В то время как антенны с фазированной решеткой стали уже вполне привычными в радиолокационных системах, они сравнительно редки в мире связи. Впрочем, компания Alico Systems внедрила эту технологию в свой терминал спутниковой связи Broadband Distributed Aperture, детали которой компания опубликовала в июне 2022 года. На иллюстрациях этой системы диапазона X показаны четыре небольших прямоугольных плоскопластинчатых антенны, установленные наверху корпуса в случае с танком M1 Abrams и БМП M2 Bradley и вокруг люка на крыше бронеавтомобиля Navistar MaxxPro.

Alico Systems внедрила технологию фазированной решетки в свою новую систему Broadband Distributed Aperture. Четыре низкопрофильных антенны предназначены для обеспечения полусферического покрытия и автономного ориентирования за счет электронного управления лучом
Терминал спутниковой связи Broadband Distributed Aperture от компании Alico Systems на БМП Bradley (вверху) и ОБТ M1 Abrams

Это чрезвычайно удачная конструкция широкополосной системы спутниковых антенн, которая ничего не добавляет к силуэту машины и которая, как говорят в компании, исключает любое блокирование сигналов, которое могло бы быть вызвано башней или грузом наверху машины или могло бы случиться на конкретных направлениях при установке более традиционных систем. Как заявляют в компании Alico, это подразумевает полное полусферическое покрытие от нуля градусов (горизонт) и до 90 градусов (зенит) и непрерывное покрытие от 0 градусов до 360 градусов по азимуту. В системе работающей автономно, реализована функция электронного управления лучом, которая направляет и луч и отслеживает спутник с частотой 100 Гц, то есть система обновляет свои расчеты относительного положения спутника 100 раз в секунду.

Распределенные антенны с фазированной решеткой также исключают проблемы «замочной скважины» и «заклинивания универсального шарнира». Первая проблема связана со стабилизацией электромеханических антенных систем, которые имеют сектор обзора по углу места (диапазон вертикальных углов) менее 90 градусов, что оставляет область неба вблизи зенита потенциально не покрытую лучом антенны. Вторая проблема связана с тем, что в системах, имеющих сектор обзора по углу места более 90, но менее 180 градусов, возникает нарушение непрерывного слежения при прохождении спутником зенита, когда универсальный шарнир достигает своего предела по вертикали и азимутальный шарнир должен повернуться на 180 градусов для продолжения слежения. Более широкие лучи могут смягчить эту проблему, но остронаправленные антенны имеют узкую апертуру луча, что вынуждает идти на компромисс. При некотором перекрытии между зонами, обслуживаемыми фазированными антенными решетками, переход между ними легко управляется электронным способом.

Полнодуплексные системы предназначены для обработки голосовых сообщений, данных и потокового видео в движении; они могут работать с рядом спутниковых группировок, включая американские Wideband Global Satcom (WGS) и XTAR, испанскую SpainSat и британскую Skynet. Система весит 68 кг, потребляет 700 Ватт либо при напряжении 115 Вольт переменного тока, либо 28 Вольт постоянного.

В новом терминале Elsat 2000E от Elbit используется инновационная пассивная волноводная панель. Он имеет диаметр 50 см, массу 15 кг предлагает скорость получения данных со спутника 30 Мбит/с и передачи на спутник 5 Мбит/с, а также механизм тройного слежения, обеспечивающий надежную связь во время движения

Антенна ELBIT ELSAT 2000E

Взяв за основу свое семейство MSR-2000, компания Elbit Systems на лондонской выставке DSEI в сентябре 2022 года представила антенну нового поколения 2000E. Новая модель значительно превосходит по параметрам предыдущий терминал Elsat 2000. Elsat 2000E обеспечивает полное покрытие в диапазоне Ku; в этом терминале применена новая технология волноводной плоской панели, которую компания описывает как значительной улучшение характеристик по сравнению с технологией многоэлементной панели с излучателями на печатной плате, используемой в Elsat 2000.

Антенна Elsat 2000E имеет диаметр 50 см и массу 15 кг. Характеристики новой антенны вдвое превышают характеристики ее предшественника при одинаковом форм-факторе. Elbit заявляет о скоростях 30 Мбит/с со спутника и 5 Мбит/с на спутник.

Основной особенностью, на которой компания делает акцент, является продвинутый механизм тройного слежения с углом места 100 градусов, что улучшает слежение и повторный захват при движении. В компании заявляют о коэффициенте шумовой температуры G/T в семь dB/K (децибел/градус Кельвина), что в основном является показателем коэффициента сигнала к шуму, которого антенна может достичь. Чем выше коэффициент, тем лучше она извлекает слабый сигнал из фонового шума.

Как и более крупная антенна Elsat 2100, базирующаяся на этой же технологии, 2000E интегрируется с военной платформой спутниковой связи Elbit InterSky 4M, которая обеспечивает «бесшовную» связь в прямой видимости, непрямой видимости и в режиме загоризонтной связи.

Как сообщил представитель компании Elbit, с целью получения максимального угла обзора в системе объединены плоскопанельная антенна с механическим сканированием. «Она обеспечивает зону кругового обзора 360° и вертикальный сектор от нуля до 100 градусов, чем сильно отличается от других систем. Обычно в вашем распоряжении есть комплектная тарелка, имеющая лучший коэффициент направленного действия, но очень высокий профиль, что облегчает противнику ее обнаружение».

Терминал диапазона X от компании Ibetor

Низкий профиль, как стремление конструкторов к минимальной заметности, является основной особенностью нового терминала Ib-Sotm 100X диапазона X, который компания испанская Ibetor показала на выставке Satellite 2022 в Вашингтоне. Антенна имеет высоту всего 20 см, она имеет хороший аэродинамический кпд и малую заметность, одновременно предлагая эффективную и надежную связь в условиях, которые компания описывает как «самый сложный рельеф».

Терминал Ib-Sotm 100X предназначен для установки на корабли самолеты и наземные машины. Он включает в свой состав блок управления антенной Antenna Control Unit (ACU) разработки компании Ibetor, состоящий из блока инерциальных измерений Inertial Measurement Unit (IMU), сдвоенных приемников GPS работающих на одном кГц, трехосных гироскопов, акселерометров и магнитометров. Эта комбинация устройств обеспечивает заявленную точность наведения менее 0,3 градуса, захват спутника при движении машины и «мгновенный» повторный захват, в том числе благодаря программному обеспечению, которое удерживает антенну с механическим сканированием в направлении спутника даже в случае блокировки сигнала. Для этой антенны заявлены следующие ключевые параметры: мгновенное значение частоты 500 МГц, коэффициент G/T 7,5 дБ/K и скорость передачи на спутник до 8 Мбит/с в центре луча. В зависимости от конфигурации терминал Ib-Sotm 100X весит от 75 до 80 кг. Система уже стоит на вооружении испанских военных.

Низкопрофильная антенна RaySat StealthRay 300X-M от компании Gilat Satellite Networks длиной 55,6 см, шириной 49 см, высотой 25 см и массой 15 кг. Устанавливаемый внутри машины блок управления антенны добавляет еще 4,5 кг, но если нет возможности добавить этот блок, то антенна может использоваться со встроенным модемом MLT-1000

Альтернатива от компании INDRA

Устройство Sotm от испанской компании Indra работает в диапазонах X и Ku, имеет низкопрофильную антенну в качестве варианта и отличается встроенной инерциальной навигацией. Система обеспечивает сервисы спутниковой связи для патрулей через IP-радиостанции, а также канал связи с высокой пропускной способностью для эшелонов уровня бригады и батальона. Indra также делает акцент на том, что устройство предназначается для установки на любой тип транспортного средства и даже небольшие суда. Дополнительные опции включают расширенный диапазон Ku от 13,75 до 14,5 ГГц, шифрование, источник бесперебойного питания, обеспечивающий 20 минут непрерывной работы и бортовой генератор, способный снабжать энергией более 10 часов.

GILAT SR300X-M

Вслед за системой от компании Ibetor появился еще один низкопрофильный терминал. 11 марта израильская компания Gilat Satellite Networks показала свой RaySat StealthRay 300X-M. Терминал StealthRay 300X-M предназначен для работы с любым спутником диапазона X, включая WGS. В его состав входят несколько датчиков движения, которые при движении машины по пересеченной местности позволяют минимизировать время начального захвата спутника, вести точное слежение и осуществлять «мгновенный» повторный захват.

Система предназначена для простой установки на неподготовленные машины; она состоит из внешней антенны длиной 55,6 см, шириной 49 см и высотой 25 см и массой 15 кг.

Внутренний блок управления антенной Antenna Control Unit (ACU) меньшего размера весит еще 4,5 кг. Впрочем, SR300X-M может работать со встроенным модемом MLT-1000, что исключает потребность в ACU.

Для своего нового изделия компания Gilat заявляет о коэффициенте G/T равном 2 Дб/K, соответствующем усилении при передаче и приеме 23 и 25 dBi. Антенна принимает в диапазоне 7,25–7,75 ГГц и передает в диапазоне 7,9–8,4 ГГц. Семейство SR300 также включает низкопрофильные антенны для приложений Sotm в диапазонах Ku и Ka.

Gnomad от Exelis обеспечивает связь с военными и гражданскими спутниками. Система базируется на низкопрофильной антенне, которая предлагает скорости до 2 Мбит/с

Сертификация DRS X46-V

После сертификации терминала X46-V для использования со спутниковыми сетями министерства обороны США высокой пропускной способности, объявленной в мае прошлого года компания, DRS Technologies теперь может обеспечить доступ в диапазоне X к глобальной информационной сети Global Information Grid (GIG) для изолированных и распределенных войсковых подразделений. Выпущенный объединенным центром разработки Satcom и командованием стратегических сил армии, мандат разрешает пользователям X46-V подсоединяться к системе Wideband Global Satcom (WGS) с возможностью передачи речи, данных и видео на скоростях до 6 Мбит/с. Кроме американских войск, военные Австралии, Канады, Дании, Люксембурга Нидерландов и Новой Зеландии могут использовать группировку WGS. Кроме того, работа в диапазонах Ky и Ka позволяет им использовать другие коммерческие и военные спутниковые сети с целью повышения функциональной гибкости и избыточности.

Компания L-3 Linkabit, производящая различные терминалы Sotm, получила обновленную лицензию Alsat Permanent Mobile Earth Station для работы своих терминалов диапазона Ku со всеми официальными спутниками США и другими коммерческими аппаратами; об этом компания объявила в августе 2022 года. Терминалами, подпадающими под эту лицензию, являются антенны слежения с малой апертурой L-3 Datron FSS-4180-LP (0,33×0,46 метра) или FSS-4180-LC (0,46 метра в диаметре), а также модем спутниковой связи Linkabit MPM-1000 Network Centric IP. Терминалы компании L-3 американская армия использует в своей автоматизированной системе связи для оперативно-тактического звена управления Warfighter Information Network – Tactical (WIN-T) и корпус морской пехоты в своей системе Network On-The-Move.

GNOMAD на машине STRYKER

Компания Exelis интегрировала систему Gnomad (Global Network On the Move Active Distribution) в бронированную машину Stryker, тем самым, установив проверенную в боях систему на еще одну ключевую платформу американской армии. Первая установка была выполнена во время седьмого эксперимента совершенствования боевых действий экспедиционных сил, проведенного в Форт-Беннинге. Система Gnomad по данным Exelis легко устанавливать и не требует модификации машины.

Система состоит из спутниковой антенны, радиочастотных компонентов и базового модульного шасси, которое может быть установлено на самые разные транспортные средства, состоящие на военном учете, включая Humvee, а также на коммерческие машины. Низкопрофильная антенна (114,3×88,9×17,78 сантиметров) весит менее 38,55 кг с базовым шасси, добавляющим еще 25,31 кг; она может работать как с военными, так и коммерческими спутниками. Gnomad имеет открытую архитектуру, то есть может работать совместно со многими радиостанциями и спутниковыми модемами, обеспечивая полнодуплексную передачу речи, данных, а в случае с модемами также и видео.

При подсоединении к радиостанциям УВЧ и ОВЧ, например Sincgars и встроенному GPS приемнику, система позволяет напрямую внедрять данные о своих силах в общую оперативную картинку. Передача ведется на частотах от 14,0 до 14,5 Гц, а прием на частотах 10,95–11,7 ГГц или 11,7–12,75 ГГц. Система Gnomad предлагает скорости передачи до 512 кбит/с и приема до 2 Мбит/с. Коэффициент G/T составляет минимум 8 Дб/K при вертикальном угле 30 градусов и температуре 23°C.

Терминал SWE-DISH от Rockwell Collins

В результате интеграции терминала Swe-Dish CommuniCase Technology от Rockwell Collinsи и стабилизированных по четырем осям платформ от компании Saab был создан терминал Sotm, предназначенный для работы в тяжелых условиях на море и суше. Она может устанавливаться на различные транспортные средства, варьирующиеся от легких внедорожников и небольших катеров до мобильных пунктов управления и средних десантных судов. Во всех этих приложениях высокие скорости и движение в разных плоскостях делает установку и поддержание спутниковой связи очень сложной задачей. В компании Rockwell Collins отмечают, что система может спокойно справиться с большими волнами на скорости судна до 50 узлов и на пересеченной местности на скорости машины более 40 км/ч, автоматически восстанавливая потерянный канал связи в течение одной секунды и при этом обеспечивая широкополосную связь на скоростях до 10 Мбит/с. Rockwell Collins заявляет о массе комплектной системы около 140 кг, коэффициенте G/T 19 Дб/K при 20 градусах угла места и 11 ГГц.

Решения компании Thales работают в диапазонах X, Ku и Ka и предлагают возможность подсоединения к боевым сетевым радиосистемам, например сети VHF PR4G французской программы Venus

Пуленепробиваемый вариант от компании THALES

Французская армия впервые развернула свои системы Sotm в Афганистане в 2022 году, а также использовала разработанное компанией Thales оборудование в Мали, которое в основном было установлено на колесные БТР VAB. Эти системы в конфигурациях диапазонов X, Ku и Ka обеспечивают войска, развернутые в отдаленных и незнакомых районах, непрерывной передачей речи, данных и видео. Эти системы Sotm также обеспечивают дальнюю связь с боевыми сетями. Например, в случае с программой французской армии Venus это в основном сеть VHF PR4G, хотя они также легко интегрируются с системами УВЧ и ОВЧ. Активная антенна (а компания Thales была одной из первых применившая технологию фазированной решетки в своих изделиях) с «несравненным» характеристиками слежения при движении по бездорожью, современными протоколами связи, устойчивостью к глушению, приемопередатчиками борьбы с самодельными взрывными устройствами и даже пуленепробиваемым обтекателем антенны обеспечивает устойчивую и надежную спутниковую связь.

Возможности мобильной спутниковой связи привлекают множество инноваций и, несомненно, еще много новых систем придет в эту сферу.

Использованы материалы:
www.monch.com
www.gdc4s.com
www.harris.com
www.alicosystems.com
www.elbitsystems.com
www.ibetor.es
www.gilat.com
www.exelisinc.com
www.thalesgroup.com