CC BY
39Повышение устойчивости
управления войсками на основе рациональной организации применения космических систем связи
Генерал-майор А.Н. НЕСТЕЧУК, кандидат технических наук
Полковник в отставке В.Н. КУЗЬМИН, доктор военных наук
Подполковник А.А. КОВАЛЬСКИЙ, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Представлены результаты современного состояния, направлений развития и оценивания возможностей космических систем связи. Сформулированы предложения по повышению устойчивости управления войсками за счет применения перспективной космической системы связи.
The paper presents the results of research of modern state, directions of development and evaluation of capabilities of space telecommunication systems. It formulates proposals to improve the stability of troop control based on the use of an advanced space communications system.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Устойчивость управления войсками (силами), космическая система связи и передачи данных, организация применения космической системы, многоуровневая архитектура.
Stability of troops (forces) control, space communication and data transmission system, organization of space system application, multilevel architecture.
СОВРЕМЕННЫЕ тенденции подготовки и ведения войн таковы, что космическое пространство стало основной сферой вооруженной борьбы. Завоевание превосходства и господства в космосе обеспечивает победу на земле, море и в воздухе. Для достижения военной безопасности и экономического суверенитета ведущие мировые державы развертывают и применяют орбитальные группировки (ОГ) космических аппаратов (КА). Они используются для сбора и передачи информации в интересах военных и гражданских потребителей.
В настоящее время в интересах наблюдения и дистанционного зондирования Земли используются бо-
лее 250 космических средств и более 100 — для мониторинга околоземного космического пространства. В ин-
тересах навигационного обеспечения применяется более 100 КА. Для связи и ретрансляции используется более 500 космических средств на геостационарной орбите (ГСО). Кроме того, в настоящее время в ближнем космосе функционируют более 4000 малых КА многоспутниковых систем связи и широкополосного доступа в интернет1.
Начиная с 80-х годов XX века Соединенные Штаты Америки и страны Североатлантического блока взяли курс на системную милитаризацию космической деятельности в интересах повышения эффективности применения группировок вооруженных сил на всех театрах военных действий. Одним из важных направлений милитаризации космоса является использование значительного ресурса гражданских информационных и телекоммуникационных космических средств в автоматизированных системах управления войсками и оружием. Это обусловлено тем, что гражданские космические системы связи и передачи данных (КСС и ПД) по своим возможностям практически не отличаются от военных. Боевые действия в Ираке, Югославии, Сирии, а также анализ проведения специальной военной операции (СВО) на Украине показали, что целесообразность такого дополнения очевидна.
Информационное обеспечение применения группировок войск и оружия предполагает использование космических систем разведки, навигации, топогеодезического и метеорологического обеспечения2. Для передачи информации в автоматизированных системах управления используются каналы спутниковой связи, которые организуются преимущественно через ОГ КА на ГСО. Кроме того, опыт проведения СВО на Украине показал, что для обеспечения боевых действий войск в тактическом звене управления активно
используются возможности многоспутниковых низкоорбитальных систем связи (МНСС) типа StarLink, OneWeb, Iridium и других. Указанные МНСС, и прежде всего американская система StarLink, с формальной точки зрения являясь гражданскими, должны рассматриваться в первую очередь как военная система спутниковой связи.
В целях наращивания боевых возможностей и повышения эффективности управления войсками (силами), США и страны НАТО непрерывно совершенствуют, развивают и апробируют в ходе учений и тренировок объединенную КСС и ПД, состоящую из низкоорбитальных и геостационарных КА. Кроме того, в ходе проведения СВО практически отрабатываются следующие направления использования данной системы:
первое — формирование ОГ КА на ГСО с общим частотным ресурсом на основе КА военного и гражданского назначения, составляющих основу высокоорбитального эшелона объединенной КСС и ПД;
второе — внедрение в практику войск применения МНСС Starlink и ее сегмента с повышенной защищенностью Starshield, формирующей низкоорбитальный уровень объединенной КСС и ПД;
третье — завершение развертывания МНСС OneWeb и модернизации МНСС Iridium;
четвертое — совершенствование (модернизация) абонентских терминалов спутниковой связи с учетом возможностей объединенной КСС и ПД;
пятое — внедрение технологий повышенной помехоустойчивости каналов спутниковой связи;
шестое — внедрение унифицированных (единых) протоколов передачи данных в целях повышения информационной производительности, и надежности предоставляемых услуг связи потребителям.
Реализация странами НАТО указанных направлений развития КСС и ПД способствует повышению боевых возможностей войск и эффективности управления ими (по доступности, оперативности, надежности, пропускной способности при передаче специальной информации).
Анализ СВО показал, что для достижения боевого превосходства при ведении военных действий основные усилия противника направлены на дезорганизацию управления войсками (силами) и оружием3. Обеспечение устойчивости, непрерывности и глобальности управления войсками (силами) обусловливает необходимость развертывания и применения отечественной МНСС военного назначения. Однако существующие технические решения по построению МНСС требуют размещения шлюзовых станций спутниковой связи (ШС), обеспечивающих привязку и сопряжение системы к наземным транспортным сетям связи на всех континентах земного шара. Отсутствие возможности по размещению ШС за пределами территории Российской Федерации (РФ) существенно ограничивает возможности системы по обслуживанию районов ведения военных действий, а также развертывание и применение МНСС. Кроме того, опыт проведения СВО на Украине показал, что размещение ШС в непосредственной близости от линии боевого соприкосновения войск
существенно повышает вероятность их поражения. Данное обстоятельство в конечном счете снизит устойчивость управления войсками (силами).
В настоящее время вопросам повышения устойчивости системы военной связи уделяется особое внимание в работах4,5. Однако известные методические подходы6, основанные на традиционной архитектуре построения МНСС, не позволяют обеспечить требуемые значения показателей непрерывности, глобальности и устойчивости связи военных абонентов.
Решение указанной проблемы предлагается осуществить путем обоснования и реализации концепции создания перспективной КСС и ПД на основе многоуровневой (многоэше-лонированной) архитектуры построения ОГ КА, впервые предложенной в Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского научной школой кафедры Сетей и систем связи космических комплексов7.
Перспективная КСС и ПД, использующая многоуровневую архитектуру, предполагает реализацию концепции баллистического построения ОГ КА на двух разновысотных эшелонах. На нижнем эшелоне в ближней операционной космической зоне размещается низкоорбитальная ОГ КА связи, а в средней операционной космической зоне на верхнем эшелоне располагается ОГ КА для обеспечения коммутации КА связи нижнего эшелона с ШС.
Начиная с 80-х годов XX века Соединенные Штаты Америки и страны Североатлантического блока взяли курс на системную милитаризацию космической деятельности в интересах повышения эффективности применения группировок вооруженных сил на всех театрах военных действий. Одним из важных направлений милитаризации космоса является использование значительного ресурса гражданских информационных и телекоммуникационных космических средств в автоматизированных системах управления войсками и оружием.
Такой подход позволяет снизить количество ШС, размещаемых за пределами территории РФ, путем использования средств верхнего эшелона. При этом за счет увеличения числа спутниковых радиолиний между элементами перспективной КСС и ПД достигается повыше-
ние устойчивости связи, а следовательно, и повышение устойчивости управления войсками (силами) в целом8.
Таким образом, многоуровневая КСС и ПД должна включать: космический и наземный сегмент, а также центр управления (рис. 1)9.
Многуровневая космическая система связи и передачи данных
Косм и чес кии сегмент
Наземный сегмент
Центр управления системой
Рис. 1. Структурная схема многоуровневой КСС и ПД
Космический сегмент многоуровневой КСС и ПД состоит из ОГ, которая включает в себя 60 КА связи, размещенных на верхнем и нижнем эшелонах.
Наземный сегмент многоуровневой КСС и ПД включает в себя множество ШС, размещаемых на территории РФ, которые сопрягаются с наземными транспортными сетями связи, а также спутниковые терминалы военных абонентов воздушного, морского и наземного базирования.
Центр управления системой состоит из трех подсистем: управления связью, управления ОГ КА, анализа качества обслуживания военных абонентов.
Целью создания и применения перспективной КСС и ПД, построенной на основе многоуровневой архитектуры, является обеспечение непрерывного, устойчивого и глобального обмена всеми видами ин-
формации между военными абонентами наземного, воздушного и морского базирования.
При этом следует подчеркнуть, что выбор параметров баллистического построения космического сегмента, а также параметров функционирования многоуровневой КСС и ПД является одним из основных факторов, влияющих на достижение поставленной цели. В настоящее время активно проводится внедрение технологий моделирования космических систем и средств в комплексах средств автоматизации центров управления Вооруженных Сил Российской Федерации. Такие программные средства обладают широким набором инструментария, позволяющим получить результаты при проведении компьютерного моделирования, которые достаточно сложно получить аналитическим путем. Пе-
речисленные обстоятельства определили необходимость использования технологий компьютерного моделирования и программно-алгоритмических комплексов для решения задач баллистического проектирования, а также обоснования параметров функционирования многоуровневой КСС и ПД. Моделирование проводилось с помощью разработанного и внедренного в военном институте (научно-исследовательском) Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского программного комплекса моделирования применения космических систем и средств10. Общий методический подход к моделированию применения космических систем военного назначения изложен в работе А.Н. Нестечука11.
Общий вид одного из вариантов баллистического построения ОГ КА многоуровневой КСС и ПД по результатам проведенного компьютерного моделирования представлен на рисунке 2.
На основе изложенного методического подхода и результатов моделирования были сформированы
предложения по рациональной организации применения многоуровневой КСС и ПД.
Баллистическое построение ОГ КА многоуровневой КСС и ПД предлагается создать на разновысотных околополярных круговых орбитах с наклонением 88°, образующих верхний и нижний эшелоны (уровни) КСС и ПД. Высота орбит нижнего и верхнего эшелона составляет 1000 км и 8000 км соответственно. При этом на нижнем эшелоне равномерно размещено 48 КА, а на верхнем — 12 КА. ОГ КА нижнего эшелона содержит 6 орбитальных плоскостей со сдвигом в 30° по 8 КА в каждой. В свою очередь, ОГ КА верхнего эшелона содержит 3 орбитальные плоскости со сдвигом в 60° по 4 КА в каждой. Смещение (фазирование) КА относительно КА, размещенных в соседних плоскостях, для нижнего и верхнего эшелона составляет 22,5° и 45° соответственно.
В обобщенном виде параметры баллистического построения многоуровневой ОГ КА КСС и ПД представлены в таблице.
Рис. 2. Баллистическое построение ОГ КА многоуровневой КСС и ПД
Таблица
Параметры баллистического построения многоуровневой ОГ КА КСС и ПД
№ Характеристики Параметры
п/п Нижний уровень Верхний уровень
1 Количество КА 48 12
2 Тип орбиты Низкая круговая Средняя круговая
3 Высота орбиты 1000 км 8000 км
4 Наклонение 88° 88°
5 Количество плоскостей 6 3
6 Смещение плоскостей 30° 60°
7 Количество КА в плоскости 8 4
8 Фазирование КА в соседних плоскостях 22,5° 45°
Приведенный вариант баллистического построения ОГ КА нижнего и верхнего эшелона перспективной КСС и ПД позволяет сформировать следующие предложения по организации трактов информационного обмена на основе спутниковых радиолиний.
Первое. Каналы связи между КА нижнего и КА верхнего эшелона, а также между КА верхнего эшелона организуются с использованием межспутниковых радиолиний (синие линии, см. рис. 2). Связь между КА нижнего эшелона и спутниковыми терминалами военных абонентов, а также КА верхнего эшелона и ШС образуются абонентскими и фидерными радиолиниями соответственно (фиолетовые и зеленые линии, см. рис. 2).
Второе. Организация постоянных высокоскоростных трактов, состоящих из межспутниковых радиолиний между КА верхнего эшелона в соответствии с баллистическим построением ОГ КА верхнего эшелона. Постоянные спутниковые радиолинии фиксированной длины образуются между четырьмя КА одной плоскости, а переменной длины — между КА в каждой из трех плоскостей. Такое баллистическое построение обеспечивает информационные тракты фикси-
рованной длины в каждом орбитальном кольце, состоящем из четырех КА. А наличие между данными кольцевыми структурами постоянных высокоскоростных трактов переменной длины обеспечивает как возможность обмена информацией между КА, так и связность трех кольцевых фрагментов многоуровневой КСС и ПД между собой. Представленный вариант баллистического построения ОГ КА верхнего эшелона обеспечивает высокую устойчивость связи даже в случае выхода из строя отдельных КА.
Третье. Организация временных среднескоростных трактов, которые состоят из спутниковых радиолиний, применяемых ограниченное время. Оно определяется взаимным положением спутниковых терминалов военных абонентов и КА нижнего эшелона (абонентские радиолинии), КА нижнего и верхнего эшелона (межспутниковые радиолинии), а также КА верхнего эшелона и ШС (фидерные радиолинии).
Необходимо отметить, что устойчивость многоуровневой КСС и ПД определяется ее связностью, которая напрямую зависит от количества используемых радиолиний (чем их больше, тем выше устойчивость КСС
и ПД). Однако увеличение числа используемых в КСС и ПД межспутниковых радиолиний существенно повышает требования к массогаба-ритным и энергетическим характеристикам, а также требования по управлению, ориентации и стабилизации КА. В данном случае существенную роль играет разработка и оптимизация протоколов маршрутизации и передачи информации с учетом специфики функционирования многоуровневой КСС и ПД.
Для реализации устойчивого управления войсками (силами) необходимо сформировать тактико-технические требования, предъявляемые к перспективной КСС и ПД. К числу основных требований относятся:
• многоуровневая КСС и ПД должна обеспечивать глобальную зону обслуживания и непрерывную связь, включая приполярные районы;
• из-за ограниченности возможностей по размещению ШС на территории других стран основные телекоммуникационные ресурсы для обеспечения глобальности, устойчивости и непрерывности связи должны быть перенесены в космический сегмент КСС и ПД;
• многоуровневая КСС и ПД должна обеспечивать информационный обмен военных абонентов наземного, воздушного и морского базирования как между собой, так и с абонентами других сетей военной связи (стационарных и мобильных, использующих различные телекоммуникационные технологии), что вызовет необходимость использования достаточного числа ШС, размещаемых, как правило, на территории РФ;
• должна быть предусмотрена возможность интеграции создаваемой системы с существующими системами связи (в том числе — космическими) силовых структур РФ;
• КА связи должны оснащаться высокоточной системой ориентации
и стабилизации для удержания антенных систем и формируемых ими лучей в заданном направлении;
• количество КА связи в нижнем и верхнем эшелоне перспективной КСС и ПД должно быть достаточным для обеспечения глобального и непрерывного радиопокрытия зон обслуживания;
• для организации достаточного количества каналов связи должны применяться высокоскоростные межспутниковые радиолинии связи.
В целях выполнения перечисленных тактико-технических требований, предъявляемых к системе, в интересах рациональной организации применения многоуровневой КСС и ПД необходимо обеспечить:
• баллистическое построение на основе размещения разновысотных спутниковых кластеров нижнего и верхнего эшелона;
• применение современных протоколов информационного обмена и управления трафиком сетевого взаимодействия между орбитальными эшелонами (верхним и нижним) перспективной КСС и ПД, мобильными спутниковыми терминалами военных абонентов и наземными шлюзовыми станциями спутниковой связи;
• реализацию сетевых технологий высокоскоростной маршрутизации и коммутации каналов связи в космическом сегменте многоуровневой КСС и ПД;
• применение унифицированной бортовой, шлюзовой, терминальной, приемопередающей и телекоммуникационной аппаратуры на основе типовых модульных технических решений;
• определение оптимального состава и структуры наземных ШС многоуровневой КСС и ПД для обеспечения требуемой устойчивости, повышения пропускной способности и расширения зоны обслуживания абонентов ОГ КА нижнего эшелона;
Необходимо отметить, что устойчивость многоуровневой КСС и ПД определяется ее связностью, которая напрямую зависит от количества используемых радиолиний (чем их больше, тем выше устойчивость КСС и ПД). Однако увеличение числа используемых в КСС и ПД межспутниковых радиолиний существенно повышает требования к массогабаритным и энергетическим характеристикам, а также требования по управлению, ориентации и стабилизации КА.
• управление ОГ КА многоуровневой КСС и ПД осуществляется одновременно с управлением трафиком связи по каналам межспутниковых, абонентских и фидерных радиолиний с помощью автоматизированной системы управления;
• использование широковещательного режима (метод передачи информации в сетях связи, при котором поток данных предназначен для приема всеми участниками сети) при передаче информации в каналах управления многоуровневой КСС и ПД.
Создание перспективной КСС и ПД на основе применения многоуровневой архитектуры построения предполагает решение ряда организационных и технических задач связи в интересах устойчивого управления войсками (силами), к числу которых относятся:
• ведение базы данных о местах дислокации (геолокация) военных абонентов КСС и ПД;
• организация связи в отдаленных и труднодоступных районах ведения боевых действий (включая приполярные территории, северный континентальный шельф и северные морские коммуникации);
• обеспечение защищенной связи военных абонентов КСС и ПД при ведении боевых действий;
• обмен служебными сообщениями системы управления сетевыми ресурсами КСС и ПД.
• обеспечение непрерывного информационного обмена с использованием современных технологий связи;
• организация переключения и сопровождения терминала военного абонента КСС и ПД при изменении зоны радиопокрытия КА связи, в которой он находится;
• организация автоматизированного оценивания качества обслуживания военных абонентов КСС и ПД;
• поиск и идентификация военных абонентов с целью организации сеанса информационного обмена;
• коммутация каналов и маршрутизация информационных потоков в трактах постоянных и временных межспутниковых радиолиний.
Решение указанных организационных и технических задач по реализации многоуровневой КСС и ПД позволит обеспечить высокий показатель устойчивости управления войсками (силами) и оружием, в том числе в локальных районах ведения военных действий СВО.
Достижение высокой устойчивости управления войсками (силами) является важной военно-технической задачей, имеющей существенное значение для обороноспособности страны. Опыт проведения СВО на Украине показывает, что обеспечить выполнение требований по устойчивости управления невозможно только за счет наращивания количества применяемых средств связи или повышения защищенности пунктов управления. Альтернативным подходом к обеспечению устойчивости управления войсками (силами) является создание и рациональная организация применения КСС
и ПД. Проведенное компьютерное моделирование позволило сформировать предложения по баллистическому построению космического сегмента и функционированию КСС и ПД. Применение многоуровневой архитектуры построения ОГ КА способно существенно повысить возможности перспективной КСС и ПД, тем самым обеспечить требуемую устойчивость управления войсками (силами) и оружием в ходе выполнения задач СВО.
В связи с этим следует подчеркнуть, что проблема разрешения противоречия между необходимостью достижения высокой устойчивости многоуровневой КСС и ПД и, как следствие, обеспечения требуемой устойчивости управления войсками (силами), с одной стороны, и технологической сложностью проектируемой системы — с другой, является актуальным направлением дальнейших исследований.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Нестечук А.Н. Угрозы военной безопасности Российской Федерации, обусловленные милитаризацией космоса // Материалы доклада круглого стола, посвященного противодействию и предотвращению милитаризации космоса, проводимого Комитетом Совета Федерации по международным делам совместно с Комитетом Совета Федерации по обороне и безопасности, 16.02.2023. URL: https:// defence.council.gov.ru/events/news/142778/ (дата обращения: 27.02.2023).
2 Суровикин С.В., Кулешов Ю.В. Особенности организации управления межвидовой группировкой войск (сил) в интересах комплексной борьбы с противником // Военная Мысль. 2017. № 8. С. 5—18.
3 Донсков Ю.Е., Морареску А.Л., Па-насюк В.В. К вопросу о дезорганизации управления войсками (силами) и оружием // Военная Мысль. 2017. № 8. С. 19—25.
4 Мещанин В.Ю. Оценка устойчивости системы (сети) военной связи высокой размерности // Военная Мысль. 2021. № 3. С. 87—92.
5 Остроумов О.А. Методология обеспечения устойчивого функционирования системы связи — критически важного объекта системы управления // Военная Мысль. 2022. № 9. С. 52—58.
6 Цветков К.Ю. и др. Концепция построения разновысотной многоспутниковой системы связи с мобильными абонентами / К.Ю. Цветков, Г.Н. Мальцев,
А.В. Родионов, А.Ф. Акмолов, С.Н. Ефимов, Д.В. Косаревич, Е.А. Викторов // Труды ВКА. 2011. № 630. С. 5—10.
7 Там же.
8 Цветков К.Ю. и др. Пропускная способность межспутниковых и фидерных радиолиний разновысотной многоспутниковой системы связи / К.Ю. Цветков, А.В. Родионов, А.Ф. Акмолов, С.Н. Ефимов, Д.В. Косаревич, Е.А. Викторов // Труды ВКА. 2011. № 633. С. 121—136.
9 Акмолов А.Ф., Ковальский А.А., Ефимов С.Н. Предложения по созданию и функционированию многоспутниковой системы связи на основе разновысот-ной орбитальной группировки // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 1. С. 22—31.
10 Чарушников А.В. и др. Программный комплекс моделирования применения космических сил и средств / А.В. Чарушников, П.А. Проценко, М.Ю. Ортиков, И.А. Лобков, С.В. Янов // Наука и инновации в технических университетах: материалы Девятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. СПб.: Политехнический университет, 2015. С. 64—67.
11 НестечукА.Н., Чарушников А.В., Швецов А.В. Методический подход к моделированию применения космических систем в интересах информационного обеспечения центров управления Вооруженных Сил Российской Федерации // Военная Мысль. 2022. № 1. С. 31—39.
