Некоторые аспекты использования геостационарных стратосферных платформ для обеспечения связи на территории Казахстана

Некоторые аспекты использования геостационарных стратосферных платформ для обеспечения связи на территории Казахстана

Геостационарными стратосферными высотными платформами называются система, состоящая из стратосферного дирижабля (СД) с прикрепленным платформой специального назначения с необходимыми оборудованиями, включая аппаратуру связи. Основным полетным режимом при эксплуатации стратосферных дирижаблей, будет зависание на высоте 22 км над заданной точкой земной поверхности и дрейф в пределах «куба» размером 1×1×1 км. Управление движением СД будет происходить в автоматическом режиме, т. е. беспилотными.

Одним из областей применения СД является обеспечения радиосвязи с высоты в 22 км, где радиус зоны прямой радиовидимости составить 350 км. Расположив на платформе оборудования связи можно с меньшими затратами чем на спутниковую связь охватить территорию в 500 000 км² всеми видами связи. При этом мощность передатчика и размеры антенн уменьшиться в несколько раз. Решится экологический вопрос: все антенны сотовой связи расположенные в непосредственной близости от жилья человека поднимутся на высоту где влияния на природу и человека будут безопасными.

В 2005 году Пентагон объявил о разработке программы строительства военных аэростатов и дирижаблей, которые будут действовать в самых верхних слоях атмосферы, практически на нижней границе космоса. Эти аэростаты будут поддерживать связь, осуществлять разведку из стратосферы, в которой не могут летать самолёты.

Компании StratXX из Швейцарии, которая создает высотную платформу X-Station, в январе 2008 г. осуществил 4-й запуск 30-метрового полужесткого дирижабля-прототипа Mini-X-Station. На этом аппарате были успешно отработаны технологии терморегуляции, процедуры завершения полета и безопасного спуска. С октября 2008 г., начнутся тестирование телекоммуникационных узлов на заданной высоте, включая тестирование модулей WiMax и оптических технологией для передачи данных в стратосфере. Сервисные модули, размещаемые на дирижабельной платформе X-Station, обеспечат широкий спектр услуг, включая телефонный трафик и передачу данных в рамках региональной сети связи, WIFI и WIMax, ТВ высокой четкости, цифровое радио, диалоговое телевидение (iTV), услуги сотовой связи 2, 3 и 4G, видеоконференцсвязь, eLearning, мониторинг, охрану территорий и т. д.

Особенность всего проекта StratXX заключается в том, что геостационарно расположенные дирижабли будут в качестве «летучих платформ» удерживать беспилотный самолет (LAUA), на котором и будет располагаться вся полезная нагрузка, да и движители этого самолета обеспечат соответствующую маневренность всего комплекса. Условно зафиксировавшись на высоте 21 км, стратосферная дирижабельная платформа X-Station в течение долгих месяцев будет стабильно работать в беспилотном режиме, постоянно поддерживая жизнедеятельность аппарата за счет солнечной энергии. Каждое дирижабельное звено X-Station является частью «стратосферной сети». Без нарушения информационного обмена можно заменять вышедшие из строя «модули», поднимая — в параллели со спуском — на то же место новый дирижабль. Самолет-беспилотник LAUA в случае необходимости (при поломках или с целью дооснащения), отстыковавшись от дирижабельной базы, легко спустится на землю и после необходимых операций (модернизации или замены модулей полезной нагрузки) вернется обратно. Созданная на высоте сеть будет взаимодействовать по горизонтали на основе оптической передачи сигнала (на высоте 21 км практически нет визуальных помех).

Прежде всего, следует упомянуть геостационарные спутники нового типа. Они снабжаются огромными антеннами диаметром до 30 м, которые раскрываются в космосе по принципу зонтика (так называемые «футбольные поля в космосе»). Энергетический потенциал такой космической линии настолько высок, что мощность передатчика мобильной станции можно снизить до 0,1 Вт. Все это дает возможность разместить радиотелефон в корпусе наручных часов, как утверждает в своих рекламных заявлениях фирма Samsung.

Применение данной технологии позволит развернуть мобильную связь на огромных пространствах без применения наземных сотовых сетей, которые требуют организации роуминга для охвата больших территорий. Если же применить коммутацию каналов на борту, то абоненты мобильных сетей смогут непосредственно связываться друг с другом, находясь в Европе, Азии или Африке, без наземных операторов, т. е. использовать технологию одного скачка.

Для проекта Sky Station выбран миллиметровый диапазон, который ранее не использовался. Этот диапазон ITU-R закрепил за системами стратосферной связи. Для нисходящей линии планируется использовать частоты 47,2 — 47,5 ГГц, а для связи Земля — платформа — диапазон 47,9 — 48,2 ГГц.

Зона обслуживания одного дирижабля представляет собой территорию диаметром до 1000 км, которая разделяется на три концентрические части диаметром 40, 125 и 1000 км. Всего на этой территории предполагается создать до 2100 виртуальных сот различных размеров. В пределах радиовидимости предполагается организовать все виды связи: скоростной Internet, интерактивное телевидение, цифровое радиовещание, электронную почту, мобильную широкополосную связь, пейджер и т. д.

Всего на всех 250 платформах планируется организовать 150 миллиардов каналов при скорости 64 кбит/с по ценам, которые будут гораздо ниже тех, которые присущи спутниковым системам связи.

В качестве энергетической установки предполагается использовать солнечные батареи с удельной мощностью 300 Вт/кг, Полагают, что общая энергетика дирижабля составит 100−300 кВт.

На пути реализации проекта стоит ряд нерешенных проблем. Укажем две из них. Пока не ясно, как удержать гелий во внутренней оболочке в течение всего срока службы дирижабля. который оценивается в 10 — 12 лет. Здесь необходимо учитывать, что все конструкции дирижабля подвергаются воздействию солнечных лучей, интенсивного космического излучения и озона, который является агрессивной средой.

Еще один проект связан с летательными аппаратами тяжелее воздуха. Летом 1999 г. на авиационной выставке в Париже внимание специалистов привлек легкий летательный аппарат класса HALO (High Altitude, Long Operation), т. е. высотный с большим временем полета. Такой самолет, оснащенный ретрансляционной аппаратурой, может длительное время барражировать в стратосфере на высоте около 16 км над крупным городом и обеспечивать всеми услугами связи территорию диаметром 120 — 140 км. По оценкам специалистов, общий поток передаваемой информации составляет 40 Гбит/с. Такая информационная емкость эквивалентна 5−10 геостационарным связным КСЗ.

Инженеры из компании Sanswire Networks из Атланты, занимающейся обеспечением беспроводной радиосвязи, создали модель высокотехнологичного дирижабля размером в 1/3 натуральной величины. Компания планирует обеспечивать мобильной радиосвязью крупные города в течение 18 месяцев.

Джеймс Деларье (James DeLaurier) из Торонтского университета, занимающийся испытаниями беспилотных самолетов, отмечает, что, несмотря на разреженность воздуха в стратосфере, давление ветра на высоте 20 км достаточно сильное, что осложняет работу летательных аппаратов. Кроме того, этот слой содержит озон, ультрафиолет и кислород, которые со временем разрушают материалы.

К работе подключился Вернон Кениг (Vernon Koenig), специалист в области сверхлегких материалов. Оболочка для Sanswire 1 будет сделана из легчайшего сверхпрочного полиэтилена, аналогичного материалу бронежилетов. С внешней стороны она будет покрыта тысячами квадратных метров фотоэлектрической пленки. На дирижабль установят двигатель, высотные пропеллеры и управляющую компьютерную систему с тройной защитой. Испытательный полет планируется произвести на базе военно-воздушных сил США в Калифорнии.

Стрателлит, используя в основном гелий, сможет поднять 1,5 тонны полезного груза. Форма внешней оболочки будет поддерживаться сжатым азотом. За время подъема дирижабля на нужную высоту 37 тыс. куб. м гелия, закачанные внутрь, увеличатся в объеме в 17 раз. Вероятно, на коммерческом дирижабле будет использована некая технология производства подъемного газа взамен улетучившегося гелия. Программа началась три с половиной года назад. Если испытание дирижабля пройдет успешно, то будут созданы 3−5 стрателлитов, считает глава компании Sanswire Networks, Майкл Молен. После полутора лет эксплуатации необходимо будет сделать перезарядку расположенных на борту батарей. Тогда в стратосферу поднимется другой дирижабль, который заменит существующий. Каждый стрателлит будет обеспечивать беспроводную передачу и прием звукового сигнала, видеосигнала и других данных, обслуживая расположенную под ним территорию поперечником 240 км.

Идея замены дорогостоящих космических спутников и самолетов разведки, предупреждения и управления типа AWACS на стационарные платформы находящиеся в пределах земной атмосферы вынашивается людьми уже не первое десятилетие. Известная компания Lockheed Martin была выбрана агентством DARPA в качестве подрядчика по контракту ценой в 400 миллионов долларов, целью которого является проектирование, строительство и проведение испытаний модели геостационарного летательного аппарата, который будет использоваться в качестве платформы для разведывательного и телекоммуникационного оборудования. Этот геостационарный летательный аппарат получил название High Altitude Airship (HAA), первая модель HAA, создаваемая Lockheed Martin, будет выполнена в масштабе 1:3.

HAA — это автономный беспилотный летательный аппарат легче воздуха. В своем рабочем (геостационарном) положении, аппарат будет находиться на высоте в 21 километр. С такой высоты наблюдательная аппаратура сможет покрыть область поверхности диаметром в 970 километров, обеспечивая эту поверхность телекоммуникациями, прогнозом погоды и другими информационными услугами. По расчетам, этот летательный аппарат сможет находиться в автономном режиме в течение 10 лет.

В натуральную величину этот аппарат будет иметь 73 метра в длину и 21 метр в диаметре. Для уменьшения веса аппарата в качестве внешней оболочки будут использоваться высокопрочные ткани, изготовленные из специальных полимерных материалов, которые, к тому же обеспечат минимальную утечку гелия, за счет которого и достигается подъем аппарата в воздух.

Энергоснабжение потребителей аппарата осуществляется за счет тонкопленочных солнечных батарей мощностью 15 КВт, расположенных на поверхности корпуса. Накопление электроэнергии осуществляется в батарее литий-ионных аккумуляторв суммарной емкостью 40 КВт/ч. Движение аппарата обеспечивают электрические силовые установки мощностью по 2 КВт каждая.

геостационарный стратосферный дирижабль высотный.

• 1. Эшли С. Стратосферные дирижабли// В мире науки. -2005. -№ 5. -С. 67−68.
• 2. Голубятников В. Дирижабли набирают высоту// Наука и Жизнь. -2007. -№ 7. -527с.