Создание современной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры Арктической зоны Российской федерации

Одной из главных целей государственной политики Российской Федерации в Арктике является развитие сферы информационных технологий и создание единого информационного пространства в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ), как обязательного компонента комплексной системы подготовки, планирования и реализации мероприятий государственной политики РФ в Арктическом регионе. Приоритетными направлениями этой политики являются: реализация суверенитета страны и национальных интересов в Арктике, освещение обстановки внутренних морских вод, определение границы АЗРФ.

На сегодняшний день, поставленных государством целей практически невозможно достичь без разработки самих научно-методических основ, моделей и технологий информационно-аналитической поддержки задач расширения жизненного пространства Арктических регионов РФ. Здесь следует выделить разработку моделей функциональной организации и технологий формирования в рамках единого информационного пространства Арктических регионов РФ виртуальных центров управления региональным развитием. В свою очередь, для решения подобных задач необходимо наличие развитой инфраструктуры связи всех субъектов РФ, входящих в АЗРФ.

В Советское время освоению Севера уделялось пристальное внимание: строились города, посёлки, прокладывались автомагистрали, организовывались разнообразные экспедиции и т.п. Естественно, что вопросы обеспечения связью в подобных обстоятельствах рассматривались как крайне важные. Однако, с началом 90-х годов общегосударственная сеть коротковолновой (КВ) связи в России стала приходить в упадок и к настоящему времени почти полностью прекратила своё существование. В то же время, для Крайнего Севера России, в условиях высоких широт, коротковолновая радиосвязь часто является единственным способом связи. В случаях чрезвычайных ситуаций КВ связь является важнейшим инструментом для поддержания систем управления государственными структурами Крайнего Севера России.

В свою очередь, спутниковая связь в Арктике, на сегодняшний день, практически полностью находится в ведении иностранным государствам (подконтрольная НАТО спутниковая система связи «Иридиум»).

На сегодняшний день прослеживаются три основных пути развития единого информационного пространства АЗРФ. Первый подразумевает создание объединенной системы связи и передачи информации на основе военных (или других ведомственных) сетей. В то же время предусматривается возможность предоставления коммуникационные ресурсов в общее пользование на коммерческой основе и, тем самым, некоторая компенсация развертывание подобных сетей. На сегодняшний день существуют небольшие проекты предоставления незанятых служебных коммуникационных ресурсов на воздушном, морском транспорте. Второй путь предполагает изолированно и независимо от ведомственных сетей, но централизованно развивать сети общего пользования. Третий вариант подразумевает (который на сегодняшний день реализуется) практически полностью изолированное узковедомственное развитие: каждый оператор на рынке инфокоммуникационных услуг (оператор сотовой связи, Интернет-провайдер), любая компания (топливная, энергетическая и т. д.) развивает свои инфокоммуникационные сети самостоятельно.

Арктические территории обладают рядом специфических особенностей, влияющих на текущее состояние и перспективы развития систем связи. Основными  из них являются:

  • физико-географические особенности распространения радиосигналов в высокоширотной зоне, обусловленной воздействием геомагнитного поля, магнитно-силовые линии которого имеют практически вертикальное положение;
  • сложность прогноза солнечной активности, вызывающей магнитные и ионосферные бури, приводящие к резкому ухудшению, а порой, и полному прекращению прохождения связи на KB диапазонах;
  • состояние ионосферы и ее преломляющих свойств, от которых зависит прохождение радиосвязи ионосферной волной.

Помимо суровых климатических условий, необходимо отметить и недостатки существующего парка средств многоканальной радиосвязи силовых ведомств: реализация преимущественно аналогового режима работы, большие массогабаритные и энергопотребительские свойства, отсутствие автоматизированных антенно-мачтовых устройств и адаптивных и активных антенных решеток с управляемой диаграммой направленности, низкая помехоустойчивость и эксплуатационная надежность.

На основе вышеизложенного могут быть сформулированы основные требования к развитию инфокоммуникационных систем в целом, а также в интересах силовых ведомств. Первым пунктом таких требований является создание цифровой сети связи Арктического региона на базе имеющихся линий и цифровых сетей различных операторов, наземных спутниковых терминалов и местных соединительных линий для включения всех объектов региона в общую сеть. Следующей проблемой является формирование непрерывной транспортной среды с возможностью подключения любого объекта к сети связи общего пользования России и получения необходимых услуг в любой точке Арктического региона. Еще одним важным пунктом является обеспечение надежности и оперативности путем создания нескольких маршрутов соединений для каждого объекта, автоматической маршрутизации и коммутации, постоянного мониторинга состояния и работы сети.

Список потенциальных потребителей услуг связи в АЗРФ охватывает практически все министерства (обороны, транспорта, экономического развития, чрезвычайных ситуаций), местные органы власти и различные коммерческие компании.

Комплексный подход к развитию единого информационного пространства Арктического региона должен строиться на основе взаимоувязанного использования сети связи общего пользования Единой сети электросвязи Российской Федерации, сетей связи специального назначения, включающих, сети объединенной автоматизированной цифровой системы связи Вооруженных Сил (ОАЦСС) и доверенную сети связи МО РФ, которые предполагают наличие наземного, воздушного, морского и космического эшелонов (сегментов) связи.

К функциям, возложенным на космический эшелон, относятся:

  • получение данных о местоположении и элементах движения кора-бельных группировок, одиночных кораблей (судов) и подводных лодок зарубежных государств;
  • организация спутниковой связи в интересах обеспечения боевого управления надводными и подводными силами Северного флота ВМФ, обмена всеми видами информации между пунктами управления ВМФ и Северного флота ВМФ различного уровня;
  • обеспечение надводных кораблей, подводных лодок и самолетов морской авиации Северного флота ВМФ навигационными данными;
  • сбор и анализ гидрометеорологической и океанографической инфор-мации с акваторий морей Северного Ледовитого океана;

На сегодняшний день, в области компьютерных систем и сетей связи и ретрансляции в рамках ОКР «Сфера» ведутся работы по созданию единой системы спутниковой связи (ЕССС-3) с космическим аппаратами (КА) «Сфера-С» на геостационарной орбите и «Сфера-В» на высоких эллиптических орбитах (ВЭО), которые призваны заменить «Глобус-1М» и «Меридиан». В системе ретрансляции информации используется геостационарный космический аппарат «Гарпун», а также ведутся работы по созданию аппарата «Геракл-КВ». В системе специальной связи используются низкоорбитальные КА «Стрела-3» и осуществляется их замена на КА «Родник-1» с переходом в дальнейшем на КА «Ключ».

В области компьютерных систем и сетей разведки в настоящее время на орбите находится КА радио и радиотехнической разведки (РРТР) «Лотос-С» № 1, а также осуществляются планово-периодические (отдельные) запуски КА фоторазведки «Кобальт-М». Испытания проходят КА «Персона» и «Кондор». Радиоэлектронная разведка затруднена особенностями прохождения радиоволн в приполярных и полярных районах, что может существенно снижать точностные характеристики систем. Часть задач мониторинга в районах Арктической зоны РФ могла бы решаться инфракрасными средствами.

Для развития КА гидрометеообеспечения и навигации в рамках Государственной программы вооружения запланировано создание КА– демонстратора «Канопус-СТ». Всепогодная навигация в Арктической зоне осуществляется глобальными навигационными спутниковыми системами (ГНСС): ГЛОНАСС, GPS. Характеристики систем по доступности и точности удовлетворяют большинству задач потребителей и Минобороны.

В рамках Федеральной космической программы (ФКП) для развития гражданских программ компьютерных систем и комплексов (КС и К) происходит развертывание модернизированной многоярусной космической гидро-метеорологической системы. (КА «Метеор», «Электра»). Предложены к созданию следующие КС и К: метеообеспечения «Канопус-ВМ» и «Арктика-МП»; радиолокационного наблюдения «Кондор-Э» и «Обзор-Р». В инициативном порядке ЦСКБ «Прогресс» проводит работу по созданию КА радиолокации в Х-диапазоне «Арктика-Р».

Технологическую основу наземного эшелона ОАЦСС в Арктике предполагается создать по принципу построения радиорелейно-тропосферной связи «Север» и волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), которые планируется построить по трассам Северного морского пути и Дальневосточному региону.

Для сопряжения модернизированной цифровой сети «Север-М» с космическим эшелоном (системой спутниковой связи) существует план запуска на высокоэллиптические орбиты двух спутников. В перспективе Роскосмос совместно с Минкомсвязи России планирует реализовать принципиально новый проект, направленный на достижение более высокого качества использования космических технологий в интересах развития АЗРФ, в виде многоцелевой космической системы (МКС) «Арктика».

Основу МКС «Арктика» должны составить КА «Арктика-М», КА «Арктика-МС» и КА «Арктика-Р», предоставляющие и передающие гидрометеорологические и гелиогеофизические данные, радиолокационную и служебную информацию.

Многоцелевая космическая система «Арктика» предназначается для повышения качественного уровня анализа и прогноза гелиогеографической обстановки в околоземном пространстве, условий полета авиации; мониторинга чрезвычайных ситуаций природного и техногенного происхождения и мониторинга климатических изменений. Кроме того, система призвана обеспечить сбор и ретрансляцию информации с наблюдательных платформ наземного, морского и воздушного базирования, а также подвижную и фиксированную связь, прием и передачу цифровой информации, непосредственное спутниковое телевизионное и радиовещание.

Предполагаемый состав МКС «Арктика» два космических аппарата «Арктика-М» на высокоэллиптической орбите, три КА «Арктика-МС» (высокоэлиптическая орбита), два КА «Арктика-Р» на солнечно-синхронной орбите, наземный комплекс обработки данных, наземный комплекс управления и наземный сегмент системы связи.

Кроме того, перспективными направлениями развития военной связи в районах крайнего севера представляются: построение распределенных информационных систем (систем связи) на базе одноранговых информационно – телекоммуникационных сетей и применение технологий формирования и функционирования самоорганизующихся динамических сетей на базе мобильных комплексов технических средств, в том числе контейнерного типа, с источниками альтернативного энергопотребления. Проект развития единого информационного пространства на основе построения ОАЦСС ВС РФ и доверенной сети МО РФ представляется вполне выполнимым, особенно в свете последних новостей об увеличении количества военных объектов на так называемом Российском Арктическом поясе и непосредственно в АЗРФ.

На сегодняшний день существует множество проектов развития КВ-связи, прокладки подводных ВОЛС, развития спутниковых систем. Следует отметить, что практически все эти проекты не противоречат выше изложенному, а скорее являются его составными частями в области развития инфокоммуникационных систем на основе различных технологий передачи данных. Далее представлено описание некоторых наиболее масштабных проектов в рамках формирования единого информационного пространства. Кроме того, в одном из крупнейших мировых исследовательских центров в области кораблестроения и проектирования Крыловском научном центре разработан концептуальный проект не имеющего аналогов большого многоцелевого кабельного судна ледового плавания для проведения кабелеукладочных и подводно-технических работ в Северных морях. Наличие подобного судна позволило бы не привлекать зарубежных подрядчиков к работам, связанным с прокладкой подводных ВОЛС.

Актуальность создания систем связи и навигации, обслуживающих территорию Арктики определяется необходимостью создания ресурса подвижной и фиксированной связи на всей территории России. Одним из важных аспектов является обеспечение информационной независимости РФ в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Основной проблемой на этом пути является отсутствие отечественной универсальной и высокопроизводительной системы мобильной связи, обеспечивающей предоставление сервисов связи на всей территории РФ в интересах различных групп потребителей. Стратегическое развитие систем спутниковой связи отражено в следующих документах:

  • указание Президента РФ от 29.06.2011 г. № 7066;
  • поручение Аппарата Правительства РФ от 06 сентября 2013 г. № 1210-р;

«План мероприятий по реализации Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года», утвержденным Председателем Правительства РФ.

На основе предварительного анализа совокупная потребность госструктур в услугах персональной спутниковой связи на территории Арктического региона оценивается как 125 тыс. потенциальных абонентов. Однако, учитывая ресурсы космического аппарата, значительный срок активного существования КА и тенденцию к увеличению числа потенциальных абонентов персональной спутниковой связи целесообразно разрабатывать систему абонентской емкостью 300 тыс. потребителей.

Проект создания космической системы связи и навигации на базе орбитальных группировок на высокоэллиптических (ВЭО) и геостационарной (ГСО) орбитах подразумевает следующий состав системы:

  • подсистемы персональной спутниковой связи (ПСС) на базе орбитальных группировок КА на ГСО и ВЭО;
  • подсистемы обеспечения управления воздушным движением (УВД) в арктическом регионе Земли на базе орбитальной группировки КА на ВЭО;
  • подсистемы широкополосной спутниковой связи на базе орбитальной группировки КА на ВЭО;
  • наземного комплекса  управления, общего для орбитальных группировок на ГСО и ВЭО;
  • комплекса орбитальных испытаний и контроля частотно-орбитального ресурса.

Данный состав системы позволит реализовать в рамках создания одной системы спутниковой связи задачи, поставленные при выполнении системного проекта «Садко-СП», системного проекта многофункциональной космической системы «Арктика-МС», а также одновременно реализовать задачи ОКР «Экспресс-РВ» (проект Федеральной космической программы на 2016-2025 годы).

Архитектура космического комплекса системы ГЛОНАСС предполагает орбитальную группировку, состоящую из 24 штатных КА в трех плоскостях по 8 в каждой, 6 резервных КА по 2 в каждой плоскости. Используются и планируются следующие космические аппараты: «Глонасс-М» 2003 г., «Глонасс-К» 2011 г., «Глонасс-К» 2016 г.

Ракетно-космические комплексы космодромов Плесецк (ракета-носитель «Союз-2», разгонный блок «Фрегат», космический аппарат «Глонасс») и Байконур (ракета-носитель «Протон-М», разгонный блок «Бриз-М», три космических аппарата «Глонасс») призваны обеспечить запуски космических аппаратов, формирование и поддержание орбитальной группировки в заданном составе.

К 2020 году планируется достичь следующих погрешностей: определения местоположения в реальном времени с использованием систем функциональных дополнений в оперативном режиме – 0,1 м (сегодня – 1 м); определения времени потребителя в системной шкале времени за счет космического сегмента – 1 нс (сегодня – 5 нс).

Работы в рамках ОКР «Гонец-М» выполняются в соответствии с Федеральными космическими программами России (2001-2006 гг. и 2006-2015 гг.) с целью увеличения пропускной способности системы за счет расширения используемых полос частот, увеличения скоростей передачи информации в радиолинии «Земля – космос» до 9,6 Кбит/с и в радиолинии «космос – Земля» до 76,8 Кбит/с путем создания орбитальной группировкой КА «Гонец-М» (12 КА), модернизированной системы «Гонец-Д1М» и проведения опытной эксплуатации КА «Гонец-Д1». По состоянию на декабрь 2013 г. в составе ОГ функционируют 6 КА «Гонец-М», которые проходят летные испытания и один КА «Гонец-Д1». В 2014 г. планируется запуск еще 6 КА, которые изготавливаются серийно. Поддержание ОГ КА «Гонец-М» в штатном составе планируется осуществлять до развертывания ОГ КА «Гонец-М» путем запуска еще 9 серийных КА.

Второй этап завершится с окончанием эксплуатации последнего КА    «Гонец-М» в составе штатной ОГ. С 2009 г. развернуты работы по определению технического облика перспективного КА «Гонец-М1» и с этого времени можно говорить о начале 3-го этапа в развитии проекта «Гонец» (планируется орбитальная группировка из 24 спутников, запуск первого). На сегодняшний день окончательных решений по построению системы не принято.

Многофункциональная система персональной спутниковой связи (МСПСС) «Гонец-Д 1М» предназначена для:

  • передачи в глобальном масштабе цифровой информации;
  • определения координат подвижных пользователей и последующей передачи координатной информации;
  • организации передачи коротких сообщений в глобальном масштабе;
  • циркулярной передачи сообщений группе пользователей;
  • телефонной связи в зоне радиовидимости КА.

Параметры орбитальной группировки МСПСС «Гонец-Д1М» выглядят следующим образом: 24 низкоорбитальных КА, расположенных в четырех орбитальных плоскостях по 6 спутников, равномерно распределенных в плоскости. Наклонение орбиты: 82,5 град; эксцентриситет 0; высота 1500 км; период 115 мин; средняя скорость перемещения 12,5 витка/сутки; зона обслуживания глобальная; территория РФ  вместе со странами СНГ.

На сегодняшний день существуют различные проекты по созданию спутниковых систем связи: «Арктика-МС», «Енисей», «Гонец-Д1М», однако следует отметить, что при их проектировании и развитии отсутствует единый системный подход.

Особый интерес для реализации связных систем, обслуживающих северные территории, представляют системы, реализованные на основе космического сегмента на орбитах типа «Тундра». При этом необходимо использовать технологию многолучевого формирования рабочей зоны, что требует решения ряда научно-технических задач. Например, создание эффективных многолучевых гибридных зеркальных антенн в S-диапазоне (по этой тематике в СССР был очень большой научно-технический задел); организация обработки информации на борту для обеспечения связи «абонент – абонент». Особо следует отметить, что спутники «Гонец-Д1М», по сути, являются спутниками с обработкой информации на борту и могут рассматриваться как хороший задел для создания подобных систем с обработкой и коммутацией информации, но уже с использованием возможностей современной техники. Например, если в программном обеспечении формирования сигналов в системе «Гонец» исключать жесткую привязку к высоте размещения бортового ретранслятора, то этот задел может быть использован и на орбите «Тундра».

В целом, задачи обеспечения связи и вещания на широтах выше 70 градусов северной широты могут быть решены только со спутников на ВЭО. Пользователями услуг представляются государственные структуры, региональные и муниципальные органы управления, корпоративные пользователи, другие государства арктического региона. ВЭО подходит для реализации системы подвижной связи и непосредственного звукового вещания. Пользователями услуг подвижной связи могут стать пассажиры различных видов транспорта, транспортные организации, в ряде случаев пользователи на стационарных объектах при отсутствии других видов связи.

Таким образом, на сегодняшний день производятся попытки управления процессами формирования единого информационного пространства Арктических территорий на государственном уровне (разработка различных стратегий, программ, выработка законов), но их явно недостаточно. Отсутствует утвержденный план действий, централизованное управление и контроль разрабатываемых проектов, реализация разработанных программ практически не поддерживается на уровне финансирования. В итоге, получается нечто среднее между вторым и третьим вариантом развития, представленным во введении, т.е. централизованное управление (программы, стратегии, законы) существуют, однако большинство ведомств и компаний при разработке проектов обеспечения связью преследуют только свои интересы и действуют изолированно друг от друга. Очевидно, что такой вариант развития наиболее ресурсозатратен, приводит к дублированию создаваемых коммуникационных ресурсов, типовых проектов, дополнительным необоснованным затратам. На первый взгляд, кажется, что конкуренция между игроками рынка инфокоммуникационных услуг выгодна рядовому пользователю. Однако, компании, предоставляющие эти услуги по большому счету, не заинтересованы в организации связи в удаленных малонаселенных пунктах, которые составляют основу арктических территорий РФ. Это связано с высоким уровнем затрат вследствие суровых климатических условий и территориальной удаленности, а прибыль в конечном итоге зависит от количества населения, роста которого в ближайшем будущем не ожидается.

Поскольку у каждой технологии связи есть свои преимущества и недостатки, зависящие от решаемых задач и условий эксплуатации, то единая инфраструктура информационного пространства должна включать виды передачи информации с разными технологиями, дополняющими друг друга.

Таким образом, создание и интеграция в единую инфокоммуникационную систему современных наземных, подводных и космических средств в условиях тесного взаимодействия независимых научных ассоциаций, квалифицированных инициативных групп специалистов и международного сотрудничества в области крупных Арктических проектов, позволят сформировать и поддерживать в актуальном состоянии единое информационное пространство в Арктической зоне Российской Федерации.

Митько Арсений Валерьевич, Вице-президент, Председатель Совета молодых учёных Севера Арктической общественной академии наук, кандидат технических наук

Читайте также:

Добавить комментарий