Наш ответ Starlink: кто делает и запускает спутники связи в России

Что такое «Сфера»?

«Сфера» — программа «Роскосмоса», которая подразумевает комплексное развитие космических информационных технологий до 2030 года. Также она включает в себя запуск группы спутников для зондирования Земли из космоса: к 2030 году планируется запустить более 500 объектов. Также будут запущены 300 спутников для обеспечения работы интернета вещей, что позволит увеличить общую емкость российской спутниковой инфраструктуры до 430 Гбит/с.

В июне 2021 годв в рамках XIV Международного навигационного форума «Навитех-2021» прошел конгресс «Сфера», где в деталях рассказали о ближайших перспективах программы и обсудили планы по развитию космической отрасли. В 2022 году представят новый спутник, на который «Роскосмос» планирует потратить ₽7 млрд, а реализация всей программы обойдется в ₽800 млрд, лишь ₽300 млрд из которых составят бюджетные средства.

Кто сегодня разрабатывает и запускает спутники в России

Помимо «Роскосмоса», среди госкорпораций спутниками занимается «Газпром». Ее инфраструктура «Газпром космические системы» включает в себя орбитальную группировку спутников «Ямал» и наземный комплекс управления.

Разработка

«Спутникс» — проект, который с 2011 года разрабатывает спутники и системы для их обслуживания. У компании три спутниковых платформы: «ТаблеСат» (микроспутники), «ОрбиКрафт» (образовательная платформа для обучения студентов процессу разработки и запуска спутников) и CubeSat (спутники-кубсаты). За десять лет компания вывела на орбиту пять собственных спутников, еще два были разработаны на базе одной из платформ и запущены с МКС.

Success Rockets при поддержке «Роскосмоса» выпускает три платформы для создания кубсатов, микро- и миниспутников.

«Астрономикон» разрабатывает сверхмалые спутники стандарта CubeSat, первую партию которых планируют запустить в ноябре 2021 года с космодрома «Восточный». У компании есть платформы: ProtoS для проектирования наноспутников на основе глубинного обучения и данных из открытых источников; «Синергия» для сверхмалых и наноспутников; «Политехник» — для создания экосистемы пико- и наноспутников и «Оригами» для наноспутников.

Запуск

Компания «Стратонавтика» запускает в стратосферу (на высоту до 50 км) метеорологические спутники и размещает на них рекламу.

За десять лет работы выполнено 150 запусков. У компании есть образовательный проект «Стратосферный спутник» для запуска аппаратов, разработанных студентами и школьниками. Также «Стратонавтика» проводит испытания спутников и другой техники в стратосфере, чтобы убедиться, что она будет работать в условиях невесомости и космических нагрузок.

Еще один стартап, который планирует зарабатывать на рекламе с помощью микроспутников — Avant Space. Спутники будут размещать на орбите на высоте в 600 км в виде заданных фигур, названий и логотипов, а лазеры на спутниках будут передавать бинарный код со ссылкой на сайт заказчика. Первый тестовый запуск прошел в сентябре 2020 года, а первые рабочие спутники обещают вывести на орбиту в 2022-м.

Сбор и обработка данных

У компании-разработчика ракет «Лин Индастриал» есть проект по развертыванию группировки из 28 микроспутников для дистанционного зондирования Земли. Это позволит получать большой объем данных, включая снимки поверхности планеты в оптическом и инфракрасном диапазоне. Главная цель проекта — удовлетворить конкретные потребности частных компаний: например, экологический и сельскохозяйственный мониторинг.

Компания «Совзонд» занимается геоинформационными технологиями и проведением космического мониторинга. С 1992 года с помощью спутников она передает данные для муниципального управления и сельского/лесного хозяйства, строит топографические карты, 3D-модели рельефа и местности, предоставляет ПО для аналитики и визуализации данных.

Проект «Лоретт» выпускает аппаратные комплексы для обработки и передачи данных дистанционного зондирования Земли из космоса. Такие данные используют, например, при обнаружении нарушений в сфере рыбной ловли и экологической безопасности, а также — выявления паводков и лесных пожаров. Также компания участвует в образовательных проектах для детей, посвященных изучению Земли и космоса.

Для чего используют спутники

Традиционно спутники применяют в следующих сферах:

1. Логистика и навигация транспорта — наземного, воздушного и морского. Сегодня навигация используется в 3,5 млрд устройств по всему миру. К примеру, полностью автоматизированные суда, которые двигаются по Северному морскому пути, получают со спутников данные мониторинга ледового покрытия и движения ледников, а также маршруты других судов на пути.
2. Интернет и мобильная связь. Мировой рынок спутниковых интернет-провайдеров оценивается в $293 млрд, операторов спутников на орбите — в $13 млрд, сегмент наземных передатчиков данных — $3 млрд. Именно в этой области космических технологий в основном и сосредоточены частные компании — во главе со SpaceX и их проектом Starlink.
3. Спутниковое и цифровое ТВ, радио.
4. Геологоразведка. Спутниковые данные используются при разработке новых территорий для добычи полезных ископаемых.
5. Охрана окружающей среды. Спутниковые данные помогают отслеживать ЧС и экологическую обстановку в труднодоступных регионах. По данным «Сферы», в России действует около 100 тыс. опасных производств, модернизация или закрытие которых обойдутся стране в 15-20% ВВП. Спутниковая связь, VR-мониторинг и моделирование процессов помогают сдерживать негативные последствия.
6. Энергетика. Благодаря спутниковой связи специалисты отслеживают работу энергетических подстанций и сетей.
7. Тяжелая промышленность. Здесь спутники следят за подъездными путями, строительством объектов, промышленной безопасностью.
8. Точное земледелие. С помощью спутниковых данных специалисты отслеживают изменения климата и подстраивают сельхозработы так, чтобы собрать максимальный урожай.
9. Мобильный банкинг.
10. Электронная и розничная торговля. Спутниковая связь помогает запускать онлайн-сервисы, налаживать логистику.
11. Поисковые и спасательные работы. С помощью данных со спутников находят пропавших людей и спасают пострадавших в зоне ЧС.

Так выглядит распределение сфер применения спутников (Фото: «Сфера»)

Как спутники помогают управлять беспилотниками

С помощью спутников можно создавать системы для управления и контроля за беспилотным воздушным и наземным транспортом.

Для воздушных судов используются частотные диапазоны, признанные Международной организацией гражданской авиации (ИКАО) и специальное оборудование. Такие системы могут быть гибридными: например, работать и с космическими, и с наземными базовыми станциями.

Чтобы развивать системы управления беспилотными автомобилями, необходима технология V2X (vehicle-to-infrastructure, автомобиль — инфраструктура). Она подразумевает взаимодействие автомобиля с дорожным покрытием, светофорами, знаками, указателями — полностью автономно, без участия человека.

Этапы внедрения программы управления беспилотными автомобилями с помощью спутников (Фото: «Глонасс»)

Чтобы технологии V2Х стали реальностью, нужны выделенные каналы связи с высокой пропускной способностью (до 60 Мбит/сек), минимальной задержкой при передаче данных (<10 мс) и дальностью действия до 2 км. Сегодня этим требованиям соответствуют, к примеру, стандарты беспроводной связи на основе IEEE 802.11p (европейский пакет стандартов ITS G5) и 3GPP Cellular V2X (стандарт C-V2X Rel14), а также перспективные стандарты 802.11bd ITS G5 и C-V2X NR Rel16.

Спутниковая связь и навигация помогут обеспечить необходимые условия для управления личным, общественным и коммерческим беспилотным транспортом, настроить каналы связи с дорожной инфраструктурой, мониторинг и реагирование в случае аварий и ЧС.

Как выглядит схема обмена данными для управления беспилотниками (Фото: «Глонасс»)

Как с помощью спутников спасают людей

Спутниковая «Кнопка жизни» — экосистема интегрированных сервисов на базе космических технологий. Ее используют для экологического мониторинга, поиска и спасения людей, управления беспилотными роботизированными системами, удаленной диагностики и телемедицины.

Каждый год в России пропадают свыше 180 тыс. людей. Спутниковая «Кнопка жизни» может помочь быстро находить людей из основных групп риска: детей, пожилых, страдающих деменцией. Это позволит сохранить более 20 тыс. жизней за год.

Как работает «Кнопка жизни» (Фото: «Глонасс»)

Будущее спутниковой отрасли

Главные проблемы, которые препятствуют развитию спутниковых технологий:

• сложности для входа на рынок частных компаний;
• зависимость от госкорпораций и государственной космической программы;
• сложный и дорогой цикл разработок;
• жесткое регулирование;
• космическая отрасль нуждается в больших инвестициях, — частных и государственных — чтобы вести научные исследования и инженерные разработки.

Самыми перспективными, по словам представителей «Глонасса», среди аппаратов выглядят малые и средние спутники широкого применения с межспутниковыми линиями связи и долгим сроком службы. Главные тренды здесь — полная цифровизация процесса, использование COTS-компонентов (Commercial off-the-shelf, готовый коммерческий продукт. — РБК Тренды) и ПО с открытым исходным кодом.

Для запусков спутников все чаще используют малые ракеты или самолеты-носители, запуская сразу большое количестве аппаратов разных компаний.

Для обработки данных со спутников все более востребованной становится Edge-технология. Она подразумевает, что все вычислительные операции совершаются максимально близко к источнику данных — то есть самим спутником — чтобы повысить качество и скорость передачи. Это становится возможным благодаря упрощению требований к электропитанию аппаратов, ТТХ и устойчивости к радиации.