CC BY
1220
УДК 004.7
И.О. Датьев
Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского НЦ РАН
Кольский филиал Петрозаводского государственного университета
РАЗВИТИЕ ИНФОТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ АРКТИЧЕСКИХ ТЕРРИТОРИЙ*
Аннотация
В статье рассмотрены основные направления развития инфотелеком-муникационных систем арктических территорий РФ. Представлены наиболее масштабные проекты развертывания инфотелекоммуникационных систем на основе различных технологий передачи данных. Приводятся выводы относительно вариантов развития единого информационного пространства российской Арктики и роли различных технологий передачи данных этом процессе.
Ключевые слова:
единое информационное пространство, Арктика, КВ связь, ВОЛС, спутниковые системы связи.
I.O. Datyev
THE DEVELOPMENT INFOCOMMUNICATION SYSTEMS OF THE ARCTIC AREAS Abstract
The article considers the basic directions of Russian Federation Arctic areas infocommunication systems development. The most large-scale infocommunication systems projects based on different data transmission technologies are presented. Given the conclusions on the Russian Arctic unified information space development ways and on the role of various data transmission technologies.
Keywords:
unified information space, Arctic, HF communication, optical fiber, satellite communication systems.
Введение
Одной из главных целей государственной политики Российской Федерации в Арктике является развитие сферы информационных технологий и создание единого информационного пространства Арктических территорий, как обязательного компонента комплексной системы подготовки, планирования и реализации мероприятий государственной политики РФ в Арктике [1 - 5]. Приоритетными направлениями этой политики являются: реализация суверенитета страны и национальных интересов в Арктике, освещение обстановки внутренних морских вод, определение границы Арктической зоны России. 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 Российской Федерации. Здесь
Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований ОНИТ РАН «Интеллектуальные информационные технологии, системный анализ и автоматизация».
41
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 арктических территорий.
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. Так, например, активно развивалась в Советском Союзе КВ связь, имеющая общегосударственное назначение [9]. 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.
В свою очередь, спутниковая связь, на сегодняшний день, практически полностью принадлежит США (подконтрольная НАТО спутниковая система связи «ИРИДИУМ»). Кроме того, спутниковая связь не всегда надёжна из-за технических особенностей распространения радиоволн в полярной среде.
В свете вышеизложенного, создание систем связи в арктических условиях -сложная научно-техническая проблема, требующая для своего решения комплексного подхода, основанного на взаимодействии различных структур и ведомств [13], таких как научные учреждения, органы власти и бизнес-структуры.
На сегодняшний день прослеживаются три основных пути развития единого информационного пространства арктических территорий. 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 - 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 игрок на рынке инфотелекоммуникационных услуг (оператор сотовой связи, Интернет-провайдер), любая компания (топливная, энергетическая и т. д.) развивает свои инфотелекоммуникационные сети самостоятельно. Далее изложен один из проектов развития единого информационного пространства арктических территорий в интересах силовых ведомств, относящийся скорее к первому пути развития и представляющийся как наиболее рациональный. Также изложены другие масштабные проекты развития различных технологий связи, которые должны лечь в основу единого информационного пространства арктических территорий.
42
Основные направления развития систем связи и телекоммуникационных систем в интересах силовых ведомств
Арктические территории обладают рядом специфических особенностей, влияющих на текущее состояние и перспективы развития систем связи. Основными [6 - 8] 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 телекоммуникационных систем в целом, а также в интересах силовых ведомств. Первым пунктом таких требований является создание цифровой полносвязной сети связи 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 Арктики. Кроме того, представители силовых ведомств [12] отмечают необходимость создания пользовательского узла доступа на однотипном оборудовании, обеспечивающем подключение всех технологических подсистем, их работу и возможность соединения объектов между собой в объединенной сети в соответствии с технологическими нуждами. 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 Арктической зоне Российской Федерации охватывает практически все министерства (обороны, транспорта, регионального развития, чрезвычайных ситуаций), местные органы власти и различные коммерческие компании.
Комплексный подход к развитию единого информационного пространства Арктического региона на основе объединенной автоматизированной цифровой системы связи Вооруженных Сил (ОАЦСС) и доверенной сети связи МО предполагает наличие наземного, воздушного, морского и космического эшелонов (сегментов) связи.
43
К функциям, возложенным на космический эшелон, относятся:
• получение данных о местоположении и элементах движения корабельных группировок, одиночных кораблей (судов) и подводных лодок зарубежных государств;
• организация спутниковой связи, в том числе засекреченной, в интересах обеспечения боевого управления надводными и подводными силами Северного флота, 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 информации 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 полярных районах 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 (КСиК) происходит развертывание модернизированной многоярусной космической гидрометеорологической системы. (КА «Метеор», «Электра»). Предложены к созданию следующие КСиК: 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 Объединенной автоматизированной цифровой системы связи (ОАЦСС) в Арктике предполагается создать на базе Радиорелейно - тропосферной связи «Север» и
44
Оптиковолоконной кабельной линии (ВОЛС), проходящей по Северному морскому пути и дальневосточному региону [13].
Основная идея построения тропосферной связи «Север-М» заключается в построении сети связи с использованием инфраструктуры системы линий «Север» на базе Тропосферной Радиорелейной Связи (ТРРС) «Горизонт-М», а также с использованием новейших технологий, в том числе космических средств различного назначения и территориально-распределенных сетей. ТРРС «Горизонт» представляла собой сеть тропосферных и радиорелейных станций, расположенных друг от друга на расстоянии 120 - 450 км. Созданная в 60-х годах и законсервированная в 2000 году система тропосферной связи Арктики «Горизонт» подлежит модернизации с учетом новых технологий и использование обжитых вахтовых позиций для развертывания системы связи.
Предполагается использование современных цифровых ТРС, а так же тропосферно-спутниковых станций, работающих через ретранслятор на ИСЗ либо в тропосферном режиме. В модернизированной системе «Север» старое аналоговое оборудование (приемо-передатчиков и каналообразования, ранее функционировавшей системы Горизонт М) будет заменено на цифровое. Антенные системы останутся в эксплуатации. Современная (малогабаритная и слаботочная) цифровая аппаратура приемо-передающих трактов и цифрового каналообразования, построенная на применении новых технологий, позволит разместить ее непосредственно на антенных опорах с дистанционным управлением и контролем.
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 Минкомсвязью России планирует [14] реализовать принципиально новый проект, направленный на достижение более высокого качества использования космических технологий в интересах развития Арктической зоны России - 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.
45
Таким образом, представляется возможным создание разветвлённой инфраструктуры единого информационного пространства (рис. 1) на большей части территории России, включая полярный бассейн и Северный полюс. На местах развертывания узловых и ретрансляционных станций предполагается развивать цифровые мультисервисные сети сотовой связи, дежурные сети радиодоступа в виде сетей транкинговой системы радиосвязи общего пользования в интересах мобильных абонентов сетей. Обеспечение своевременности и достоверности связи предполагается достичь путем создания нескольких маршрутов соединений для каждого объекта, автоматической маршрутизации и коммутации, постоянного мониторинга состояния и работы сетей.
Рис. 1. Развитие единого информационного пространства на основе построения ОАЦСС ВС РФ и доверенной сети МО РФ
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 Арктике [15, 16].
46
На сегодняшний день существует множество проектов развития КВ-связи, прокладки подводных ВОЛС, развития спутниковых систем. Следует отметить, что практически все эти проекты не противоречат вышеизложенному, а скорее являются его составными частями в области развития инфотелекоммуникационных систем на основе различных технологий передачи данных. Далее представлено описание некоторых наиболее масштабных проектов в рамках формирования единого информационного пространства.
Автоматизированная адаптивная система КВ радиосвязи
По подсчетам американских специалистов технического центра НАТО и специалистов российского ОАО «ЮТК»:
для передачи 1 Мб/сут. информации на расстояние до 1000 км затрачиваются следующие средства: при использовании каналов спутниковой связи -4000 долларов; волоконнооптической связи - 2500 долларов; КВ радиосвязи -30 долларов.
Другими преимуществами КВ радиосвязи являются:
• свободный доступ к частотному ресурсу, не требующий финансовых затрат (арендной платы);
• собственное оборудование для организации линий радиосвязи, позволяющее организовывать линии и сети радиосвязи независимо от инфраструктуры телекоммуникаций и каких-либо факторов в мировой экономической и политической обстановке;
• программное управление, требующее минимальных знаний и действий обслуживающего персонала;
• современная элементная база, позволившая значительно снизить массогабаритные показатели и энергопотребление оборудования (современные передатчики потребляют мощность в 1,5-2 раза ниже, чем передатчики предшествующих поколений);
• оперативность установления прямой связи на большие расстояния;
• уникальная дальность связи без ретрансляций (до нескольких тысяч километров);
• простота организации радиосвязи с подвижными объектами;
• эксплуатационная надежность, возможность работы в полевых условиях и мобильном варианте;
• возможность обеспечения связи через труднодоступные территории (зоны повышенного заражения, труднопроходимые водные и горные районы);
• высокая степень живучести при воздействии случайных или преднамеренных помех;
К недостаткам КВ радиосвязи следует отнести: резкое затухание сигнала на трассе радиосвязи; различный характер замирания сигнала; зависимость качества связи от времени суток, года и состояния ионосферы, ограниченный ресурс используемого диапазона частот, а также малое отношение скорости передачи к занимаемой полосе частот.
Экономический эффект и коммерческая привлекательность современной сети цифровой КВ радиосвязи достигается как применением методов энергосбережения, высокоскоростной передачи информации, адаптивного управления параметрами средств связи к текущим изменениям условий
47
распространения радиоволн и мешающим факторам, так и обеспечением дальнейшего сближения связных и компьютерных технологий, существенным уменьшением номенклатуры технических средств узлов связи, применением типовой схемы модернизируемых и создаваемых узлов связи, снижением количества обслуживающего персонала, в том числе высококвалифицированных специалистов.
К началу 1990-х годов в Советском Союзе коротковолновая радиосвязь использовалась для передачи телефонных сообщений, телеграмм, потоков цифровой информации и факсимиле [9]. По назначению и дальности действия различали международные и внутрисоюзные общегосударственные линии КВ связи. Внутрисоюзные линии делились на магистральные (между столицей СССР и столицами союзных республик, краевыми и областными центрами) и зоновые (внутриобластные и внутрирайонные). Однако, на сегодняшний день, сеть КВ радиосвязи фактически полностью выработала ресурс, разрушена инфраструктура сети. Активно используется только ведомственная КВ связь (Минобороны России, спецслужбы, погранвойска). Ведомства, заинтересованные в развитии надежных средств радиосвязи, в последние десятилетия вынуждены были самостоятельно решать стоящие перед ними задачи. В результате такой межведомственной разобщенности некоторые из них создают свои собственные КВ-сети, которые не взаимодействуют между собой. В то же время, в ведущих зарубежных странах, прежде всего в США, в настоящее время большое внимание уделяется созданию и поддержанию в высокой готовности систем централизованного управления и связи в чрезвычайных ситуациях (ЧС) и в особый период с использованием новейших достижений в технике цифровой радиосвязи (рис. 2). Это связано и с переходом на цифровой формат и появлению новых возможностей создания национальной сети беспроводной КВ связи по типу сотовой связи.
Рис. 2. Глобальная коротковолновая система связи
48
Таким образом, на сегодняшний день в России существует необходимость [9] построения оснащенной современным оборудованием единой государственной автоматизированной адаптивной сети КВ радиосвязи (ААС КВ радиосвязи) как резервной (а в отдельных случаях и основной) стратегической системы двойного назначения, обеспечивающей передачу сообщений для своевременного оповещения в условиях чрезвычайных ситуаций, техногенных катастроф и аварий, террористических проявлений и мобилизационных мероприятий в особый период. Арктический сегмент ААС КВ радиосвязи должен стать основой сети и важнейшей составной частью единого телекоммуникационного комплекса страны, обеспечивающей передачу информации в чрезвычайных условиях. Один из вариантов реализации этого проекта разработан российским институтом мощного радиостроения (ОАО «РИМР») [20]. ОАО «РИМР» предлагает осуществить построение ААС КВ на базе автоматизированных адаптивных комплексов технических средств КВ радиосвязи «Пирс» собственной разработки. Следует отметить, что существуют и другие отечественные разработчики аппаратуры КВ радиосвязи ОАО «ОНИИП» («Иртыш»), ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «Ангстрем», ФГУП «СОНИИР», ОАО НИИ «Нептун», ФГУП «Тамбоваппарат».
Рис. 3. Инфраструктура КВ радиосвязи РТРС
На рис. 4 представлен вариант обеспечения КВ радиосвязью Северного морского пути, предложенный ФГУП «российская телевизионная и радиовещательная сеть» (РТРС) (следует отметить, что подобный проект есть и у ОАО «РИМР»). РТРС - единый оператор государственных сетей мощного радиовещания КВ радиосвязи. Сеть КВ радиосвязи РТРС состоит из 134 передающих и приемных радиоцентров, осуществляющих передачу по 81 направлению магистральных радиосвязей (рис. 3).
49
Рис. 4. Вариант обеспечения КВ радиосвязи для северного морского пути
В настоящее время разрабатываются различные проекты организации радиосвязи в арктической зоне. Например, в рамках НИР «Создание опытной зоны и предоставление на коммерческой основе услуг цифровой КВ связи» РТРС предложен вариант схемы организации радиосвязи в арктической зоне (рис. 5).
Рис. 5. Схема организации радиосвязи в арктической зоне (вариант)
50
Представители ОАО «РИМР» считают, что автоматизированная адаптивная система КВ радиосвязи в Арктике должна стать частью единой системы КВ радиосвязи государства в интересах гражданских и силовых структур. В качестве основы ААС КВ радиосвязи России необходимо использовать системно объединённые автоматизированные адаптивные сети КВ радиосвязи и центры автоматической ретрансляции (рис. 6).
Рис. 6. Вариант структурной схемы обеспечения ретрансляции автоматизированной адаптивной сети КВ радиосвязи
В итоге, несмотря на достоинства систем спутниковой связи и навигации, профессиональное сообщество в полной мере осознаёт проблему уязвимости государства, базовые и критические технологии которого основаны исключительно на возможностях спутниковых систем [9]. Причина этому, что кроме стоимости, невысокая живучесть, недостаточная помехозащищенность и невозможность приема сигнала вне прямой радиовидимости спутников. Поэтому в рамках решения задачи по «созданию современной информационно -телекоммуникационной инфраструктуры, позволяющей осуществлять оказание услуг связи населению и хозяйствующим субъектам на всей территории Арктической зоны Российской Федерации. КВ радиосвязь должна занять свое достойное место во взаимоувязанной сети связи страны, расширить ее возможности по охвату территорий и резервированию других видов связи.
Российская трансарктическая кабельная система
Российская трансарктическая кабельная система (РОТАКС) - проект подводной кабельной системы, которая соединит две части евразийского континента через Арктические моря. Протяженность кратчайшего маршрута -14 901 км.
51
К преимуществам проекта следует отнести:
1. Маршрут Европа-Азия: 66% пользователей глобальной сети
Интернет.
2. Беспрецедентная производительность: до 60 Tбит/сек.
3. Рекордно низкая расчетная задержка (рис.8) оптического сигнала от Лондона до Токио: 78 миллисекунд (что в два раза меньше самого быстрого существующего сегодня пути(156 ms)).
4. Монопольная возможность диверсификации рисков существующих евроазиатских маршрутов в глобальной инфраструктуре ПКС.
5. Существенный вклад в повышение надежности и безопасности глобальной инфокоммуникационной инфраструктуры.
Значимость проекта для РФ трудно переоценить. РОТАКС -недостающий физический путь (рис. 7), инфокоммуникационная среда для управления и активного освоения природных ресурсов Арктического региона, а также для развития транспортной и пограничной инфраструктуры регионов Крайнего Севера и Дальнего Востока РФ (4 федеральных округа и 12 субъектов федерации). Кроме того, РОТАКС - надежный способ предоставить широкополосный доступ в Интернет в удаленных регионах России.
В случае успешной реализации конкурентного канадского проекта Arctic Fibre [17] Россия теряет арктический транзитный информационный геостратегический ресурс.
На сегодняшний день для проекта РОТАКС реализован комплекс инженерно-геологических морских изысканий на Арктическом участке планируемой кабельной трассы. В состав экспедиции вошел Атомный ледокол «Советский Союз». Поскольку площадь ледового покрытия по трассе РОТАКС постоянно снижалась в течении последних 30 лет, в августе - сентябре 2012 года на всём протяжении кабельной трассы была так называемая «Открытая вода».
52
Рис. 8. РОТАКС в сравнении показателя round trip delay
Кроме того, проведены модельные испытания прокладки кабеля и переоборудования корабля. Технические условия переоборудования корабля отработаны в ледовой лаборатории MARC (Финляндия). Основным критерием выбора трассы являлось сокращение рисков при прокладке кабеля в арктических условиях. Поэтому прокладка должна осуществляться на глубинах, достаточных для защиты кабеля от айсбергов, в сейсмически спокойной зоне. Кроме того, кабельная трасса должна быть за пределами: абразивных донных отложений, трассы Северного морского пути, зон рыболовства, трубопроводов и подводных кабелей, разрабатываемых месторождений природных ископаемых на шельфе, захоронений боеприпасов и затонувших судов. Следует отметить, что, как и во многих масштабных проектах, план осуществления проекта РОТАКС расходится с действительностью. Так, ввод в эксплуатацию последних сегментов оптоволоконной сети изначально планировался на декабрь 2014 г., а начальных сегментов сети даже на декабрь 2013 г.
Помимо морских изысканий и модельных испытаний РОТАКС завершил проведение международного тендера на поставку кабельной системы и TE Subcom выиграл тендер на поставку «под ключ». Производитель относит свой продукт к самой передовой в отрасли технологии 100Gb/s. Основные характеристики кабельной системы РОТАКС:
• Рекордная пропускная способность на волоконную пару: до 150x100
Gb/s.
• Действующие прототипы продемонстрировали компенсацию дисперсии в пределах до 240K ps/nm.
• 10x10 и 1x100 Gb/s - клиентский интерфейс отличается многообразием применимых протоколов, включая OTN.
• Самые низкие показатели затухания сигнала < 0.17 dB/km D+ когерентное волокно.
• Поддержка сегмента протяженностью до 12 тыс. км.
53
Министерство транспорта и связи Финляндии выступило с инициативой продления инфраструктуры Евросоюза в Азию [21] - соединение северной и центральной части Европы с Азией (рис. 9).
Также рассматривается вопрос о возможности строительства регионального сегмента на Дальнем востоке на первом этапе до 2015 года.
Существуют различные варианты дальнейшего развития системы. К ним относятся создание Национальной высокопроизводительной оптической кольцевой системы РФ на базе наземной инфраструктуры ОАО «АК Транснефть». Кроме того, рассматривается возможность сокращения общей протяженности кабельного маршрута Лондон - Токио (через Ямбург, Омск и Владивосток) до 13040 км (рис. 10).
Общий объем инвестиций, необходимый для пуска системы оценивается в 980 млн. долларов США. Основателем Поларнет инвестировано в проект более 70 млн. долларов США. Естественно, для реализации проекта необходима поддержка Министерства Связи РФ и последующее целевое федеральное и региональное финансирование. После получения финансовой поддержки Правительства РФ, планируется завершить переговоры с иностранными и Российскими потенциальными инвесторами и привлечь остаток необходимых средств для запуска проекта. Кроме того, ведутся переговоры с несколькими операторами связи с целью подписания Меморандума о намерениях. Планируется открыть переговоры с группой потенциальных пользователей с целью подписания предварительных Протоколов о намерениях относительно приобретения емкости в системе.
54
Рис. 10. Сокращение протяженности кабельного маршрута Лондон - Токио (через Ямбург, Омск и Владивосток)
Кроме проекта РОТАКС на сегодняшний день разрабатываются и другие менее масштабные, но полезные проекты. Например, компания ОАО «Ростелеком» объявила о строительстве подводной волоконно-оптической линии связи Сахалин-Магадан-Камчатка [18]. Протяженность подводной ВОЛС составит около 2 тыс. км, прокладка запланирована на 2015 год. ООО «Техкомпания Хуавэй» получила право заключения договора на поставку оборудования, вспомогательного оборудования и материалов, а также выполнения работ и оказания услуг.
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 [19]. Наличие подобного судна позволило бы не привлекать зарубежных подрядчиков к работам, связанным с прокладкой подводных ВОЛС.
Космические системы связи и навигации
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.
55
Стратегическое развитие систем спутниковой связи отражено в следующих документах:
• указание Президента от 29.06.2011 г. №7066;
• поручение Аппарата Правительства РФ от 06 сентября 2013г. №1210-с;
• «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).
Поскольку Арктический регион обслуживается орбитальной
группировкой КА на ВЭО, построение системы производится на основе орбитальной группировки КА на ВЭО.
Система ПСС ориентирована на использование трех типов абонентских терминалов:
1. Носимый абонентский терминал (телефонная трубка): масса - 0,5 кг; внешние размеры - 150х50х20 мм.
2. Переносной абонентский терминал (ноутбук): масса - 1,25 кг;
внешние размеры - 300х250х40.
3. Автомобильный абонентский терминал: масса - 5,0 кг. Внешние
габариты антенного модуля: диаметр - 300 мм, высота - 120 мм.
56
Рис. 11. Архитектура подсистемы УВД
Подсистема УВД (рис. 11) обеспечивает следующие сервисы:
• двусторонняя голосовая связь между воздушным судном и центром управления воздушным движением со скорость до 9,6 кбит/с;
• U передача данных (обмен технологической информацией) между воздушным судном и центром УВД со скоростью до 32 кбит/с;
• U голосовая связь и передача данных между удаленными аэродромами и центром УВД с групповой скоростью до 256 кбит/с;
• П широковещательная передача сообщений всем воздушным судам, находящимся в зоне облуживания (канал экстренного оповещения) со скоростями до 4,8 кбит/с;
• прием низкоскоростных аварийных сигналов из любой точки зоны облуживания со скоростью 1,2-2,4 кбит/с.
С введением в эксплуатацию такой системы станут возможными изменения маршрутов кросс-полярных перелетов (рис. 12).
Подсистемы широкополосной спутниковой связи. 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.
57
Рис. 12. Действующие и перспективные маршруты кросс-полярных перелетов
Наземный сегмент состоит из Наземного комплекса управления, Комплекса средств формирования ШВ КК и Глобальной сети БИС, осуществляющей дополнительные измерения для наземного комплекса управления.
К функциям Наземного комплекса управления следует отнести: контроль и управление КА в ОГ; расчет и закладка на борт информации; контроль качества навигационных сигналов; восстановление работоспособности КА; обеспечение привязки БШВ к шкале ЦС.
Комплекс средств формирования шкалы времени космического комплекса (ШВ КК) предназначен для формирования и хранения ШВ системы, синхронизацию фаз сигналов всех КА; прогнозирования расхождения ШВ системы относительно Госэталона; прогнозирования расхождения ШВ Госэталона относительно Всемирного времени.
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 [11] 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-М1” путем запуска еще 9 серийных КА.
58
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”(табл.) 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-Д1М” 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.
Сравнительные характеристики спутников “Гонец-М” и “Гонец-М!”
Параметры «Г онец М» «Г онец М1»
Пропускная способность КА, Мбит/сутки 270 до 5000
Скорость передачи данных, кбит/с 9,6-64 64-1024
Количество каналов передачи, шт. 14 50
Срок активного существования, лет 5 10
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 + страны СНГ.
На рис. 13 представлен предполагаемый график развертывания МСПСС «Гонец-Д1М».
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”[10]. 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”.
59
Рис. 13. Предполагаемый график развертывания МСПСС «Гонец-Д1М»
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 с.ш. 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.
Заключение
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
60
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 инфотелекоммуникационных 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 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 телекоммуникации с разными технологиями, дополняющими друг друга.
3-4 сентября 2014 года в Москве проходила вторая конференция «Связь на Русском Севере». В резолюции конференции указывается, что с целью реализации Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 г. принципы функционирования и организационная структура средств связи и освещения обстановки и стратегия их развития в Арктике должны строиться на основе объединения потенциалов и интересов государства, частных фондов и научного сообщества. Отмечается, что необходимо создать комплексную многоуровневую интеграцию технических средств и административного ресурса - министерств, федеральных агентств и служб (Минрегиона, Минкомсвязи, Росгидромета и т.д.), научных институтов и центров, высших учебных заведений на основе общих проектов. Государство должно формировать соответствующую политику и заказы на исследования. Развитие международной деятельности в области арктических исследований имеет принципиальное значение в виду состояния и перспектив данного направления в России. В то же время геополитические интересы в регионе вызывают потребность в формировании собственной, независимой от зарубежных стран системы связи и мониторинга обстановки в Арктике. Участники конференции рекомендуют создать постоянно действующую инициативную рабочую группу из числа представителей заинтересованных организаций. Следует подготовить экспертное заключение о востребованности и целесообразности проведения модернизации систем связи, подготовки специалистов по технической эксплуатации инфокоммуни-кационных систем для нужд Крайнего Севера.
Таким образом, создание и интеграция в единую инфотелеком-муникационную 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.
61
Литература
1. Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года. - Режим доступа: www.minregion.ru/upload/02_dtp/101001_str.doc
2. Государственная программа Российской Федерации «Социальноэкономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года» (утв. пост. Правительства РФ от 21 апреля 2014 г., №366) Информационно-правовой портал «Гарант».
- Режим доступа: http://base.garant.ru/70644266/#block_1000
3. Распоряжение Правительства РФ от 08.12.2010 г. №2205-р «О Стратегии развития морской деятельности в РФ до 2030 года». Официальный сайт компании «КонсультантПлюс». - Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_107955/?frame=1
4. Концепции формирования и развития единого информационного пространства России и соответствующих государственных информационных ресурсов. Сайт Сибирского отделения РАН. - Режим доступа:
http://www .nsc.ru/win/laws/russ_kon.htm
5. Сайт Паутина Мир Web: создание, использование, безопасность. - Режим доступа: http://pautina34.ru/?p= 192
6. Олейник, А.Г. Проблемы и задачи формирования единого информационного пространства Арктической зоны Российской Федерации/ А.Г. Олейник, А.М. Федоров // Труды Кольского научного центра РАН. Информационные технологии. - Вып.2. -4/2011(7).- Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2011. - С.19-28.
7. Ziegler, J.F. Terrestrial cosmic rays. / J.F. Ziegler // IBM Journal of Research and Development. - 1996. - Vol.40, Issue 1. - Р.19-39.
8. Кузнецов, В.Д. Физика солнечно-земного взаимодействия и проблемы безопасности энергетической инфраструктуры страны / В.Д. Кузнецов, Н.А. Махутов // Вестник Российской академии наук. -2012. -Т.82, №2. - С.110-123.
9. Брыксенков, А.А. Государственная коротковолновая радиосвязь нуждается в реанимации. - Режим доступа: http://digit.ru/opinion/20130624/402681728.html
10. Акимов, А.А. Моделирование рабочей зоны спутниковой группировки, сформированной на орбите «Тундра» / А.А. Акимов, В.В. Полещук, Д.В. Шевчук // Спец. выпуск «Спутниковая связь и вещание - 2014». -Режим доступа: http://www.tssonline.ru/articles2/sputnik/modelirovanie-rabochey-zony-sputnikovoy-gruppirovki-sformirovannoy-na-orbite-tundra-spacecraft-service-area-modeling-for-constellations-based-on-tundra
11. Жаров, А.Н. Многофункциональная система персональной спутниковой связи «Гонец-Д1М»: состояние и перспективы развития / А.Н. Жаров // Спец. выпуск «Спутниковая связь и вещание - 2014».
- Режим доступа:
http://www.tssonline.ru/articles2/sputnik/mnogofunktsionalnaya-sistema-
personalnoy-sputnikovoy-svyazi-gonets-d1m-sostoyanie-i-perspektivy-razvitiya.-
multifunctional-system-for-personal-satellite-communication-gonets-d1m-current-
state-and-prospects
62
12. Шептура, В.Н. Развитие военной связи в Арктической зоне России для управления в едином информационном пространстве межведомственными группировками войск (сил) / В.Н. Шептура // Связь на Русском Севере: материалы докладов второй конференции, г. Москва, 3-4 сентября 2014 г. -Москва: Изд. дом «Connect», 2014. - С.19.
13. Брыксенков, А.А. Комплексный подход к развитию единого информационного пространства Арктического региона/ А.А. Брыксенков // Связь на Русском Севере: материалы докладов второй конференции, г. Москва, 3-4 сентября 2014 г. - Москва: Изд. дом «Connect», 2014. - С.7.
14. Шалагинов, А.А. Проекты многофункциональных спутниковых систем для Арктических регионов России / А.А. Шалагинов // Спец. выпуск «Спутниковая связь и вещание - 2014». - Режим доступа: http://www.tssonline.ru/articles2/sputnik/proekty-mnogofunktsionalnyh-sputnikovyh-sistem-dlya-arkticheskih-regionov-rossiiprojects-of-multifunctional-space -systems -for-arctic-regions
15. Мухин, В.Г. Россия развернула боевые РЛС вблизи Аляски (03.10.2014 г.) /В.Г. Мухин // Независимая газета.
- Режим доступа: http://www.ng.ru/armies/2014-10-03/1_rls.html
16. Новости NEWSru.com. Россия из-за угроз со стороны Арктики «нарастит» там группировку войск и создаст соединения «арктического типа» (24.03.2014 г.). - Режим доступа:
http://www.newsru.com/russia/21mar2014/arctika4irkov.html
17. Сайт компании Arctic Fibre | Submarine Cable System. - Режим доступа: arcticfibre.com
18. Ардальянова, Е.В. «Ростелеком» приступает к реализации проекта строительства подводной ВОЛС Сахалин - Магадан - Камчатка /Е.В Ардальянова //«Дальневосточный капитал», июль 2014 г. - Режим доступа: http://dvkapital.ru/specialfeatures/dfo_25.07.2014_6307_rostelekom-pristupaet-k-realizatsii-proekta-stroitelstva-podvodnoj-vols-sakhalin-magadan-kamchatka.html
19. Сайт Крыловского государственного научного центра. Разработан концептуальный проект многоцелевого кабельного судна. - Режим доступа: http://krylov-center.ru/rus/news/?ELEMENT_ID=74
20. Сайт Российского института мощного радиостроения. - Режим доступа: http: //www .rimr.ru/
21. Официальный сайт Министерства транспорта и связи Финляндии. Ministry of transport and communications. - Режим доступа:
http: //www. lvm. fi/web/en/find/-/results/? query=Asia+Europe (24.10.2014 г.)
Сведения об авторе
Датьев Игорь Олегович - к.т.н., научный сотрудник,
е-mail: [email protected]
Igor O. Datyev - Ph.D. (Tech. Sci.), researcher
63
