История развития спутниковой связи. Вклад отечественных ученых в теорию и практику построения военных систем спутниковой связи

Спутниковые системы связи (ССС) являются одним из наиболее перспективных родов войск, как в Вооруженных силах, так и в народном хозяйстве. Использование искусственных спутников Земли (ИСЗ) в качестве ретранслятора при передаче информации на большие .расстояния явилось логическим развитием ретрансляционного метода увеличения дальности связи, применяемого на радиорелейных и тропосферных линиях.

Сама идея использования космических тел для отражения радиосигналов, посланных с Земли, теоретически была доказана советскими учеными Мандельштамом Л. И. и Папалекси Н. Д. в середине сороковых годов. В это же время были приняты сигналы, отраженные от Луны. Вывод на орбиту первого в истории человечества отечественного ИСЗ 4 октября 1957 г. ознаменовал и начало освоения космического пространства, и появление первой спутниковой линии радиосвязи. Два передатчика ИСЗ на волнах длиной 15 и 7,5 м передавали телеграфные посылки средней длительностью 0.3 сек. Это позволило не только осуществлять слежение за ИСЗ, но и получить первые данные по распространению сигналов на трассе ИСЗ - Земля.

Последующие запуски ракет в сторону Луны и передача на Землю изображений ее поверхности (2 января 1959 г.) и автоматической межпланетной станции в сторону планеты Венера (12 февраля 1961 г.), космического корабля с человеком на борту (Ю. А. Гагарин, 12 апреля 1961 г.), осуществленные в нашей стране, открыли новую эру в технике радиосвязи - эру спутниковой радиосвязи, характеризующейся возможностью передачи информации на огромные расстояния. Рождение спутниковой связи у нас в стране (бывшем СССР) относят к 23 апреля 1965 г. - ко времени, когда была создана первая линия спутниковой связи, а создание соответствующих технических средств у нас в стране началось значительно раньше - в 50-е годы.

Огромный вклад в решение данной проблемы внесли ученые ведущих научно - исследовательских учреждений, в том числе Московского научно - исследовательского института радиосвязи (МНИИРС) (тогда НИИ-695 Минрадиопрома), научно исследовательского института радио (тогда НИИ-100 Минсвязи),

Центрального научно - исследовательского испытательного института связи Министерства обороны (ЦНИИИС). Данные научные учреждения являются пионерами в деле развития в СССР системы спутниковой связи как военного, так и народнохозяйственного назначения.

Основная координирующая роль в решении вопросов военно-технического сопровождения разработок в промышленности военной техники спутниковой связи принадлежит ЦНИИИС МО. В 1961 г. в Институте был создан отдел спутниковой связи (15 отдел), коллективу которого предстояло решить целый ряд проблем.

Основными направлениями и этапами работы отдела, начиная со времени его создания, которые фактически представляют историю развития спутниковой связи в ВС СССР, явились:

1. Участие в разработке и подготовке к государственным испытаниям первой в СССР линии спутниковой связи (1961 - 1965 г.г.).

2. Разработка фундаментальных вопросов построения и функционирования системы спутниковой связи (ССС) для Вооруженных Сил, анализ совместимости ССС военного и народнохозяйственного назначения (1960 - 1975 г.г.).

3. Создание действующих макетов первых в мире малогабаритных земных станций военного назначения на базе элементов и радиотехнических средств другого назначения (1962 - 1965 г.г.).

4. Разработка основ построения и принципов работы, заказ и сопровождение в промышленности первой системы спутниковой связи военного назначения "Корунд" (1968 - 1969 г.г.)

5. Использование спутников непосредственного телевизионного вещания (НТВ) в интересах ВС СССР (1973 - 1980 г. г.).

6. Исследование и разработка рациональных методов создания военных ССС и их элементов, методов передачи информации, многостанционного доступа, принципов обработки сигналов на ретрансляторах связи, создания узловых станций и сетей передачи информации и др. (1961 - 1975 г.г.).

7. Разработка требований системы управления и принципов построения Единой системы спутниковой связи (ЕССС) в интересах всех видов и родов ВС; тактико-технических требований к системе и ее элементам; заказ и сопровождение работ по созданию ЕССС в промышленности; подготовка и участие в Государственных испытаниях и сопровождение при внедрении техники спутниковой связи в войсках (1970 - 1980 г. г.).

8. Разработка требований по совершенствованию ЕССС первого этапа, с обоснованием и решением новых научно - технических задач в интересах видов ВС ( связь с боевыми самолетами в воздухе, подводными лодками, надводными кораблями, при передаче команд боевого управления и т. д.); повышение устойчивости связи ( помехозащищенность, живучесть, надежность), в т. ч. в условиях ведения ядерной войны; сопровождение разработки в промышленности, проведение Государственных испытаний, внедрение в войска (1980 - 1992 г. г. - части первого этапа ЕССС-2).

В развитии систем спутниковой связи можно выделить два этапа:

первый этап - этап теоретических и экспериментальных исследований, 1957 - 1965 г.г. (запуск серии советских ИСЗ и спутников в США: "Курьер", "Телстра", "Синком" и др.);

второй этап, начавшийся с 1965 г., характерен переходом от экспериментальных проектов к действующим ССС.

Разработка первой радиолинии спутниковой связи (РЛСС) была задана Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 30. 10. 1961 г. со сроком запуска линии в 1963 г. Главным конструктором линии спутниковой связи и бортового ретранслятора был назначен заместитель директора МНИИРС, доктор технических наук, профессор Мурад Рашидович Капланов.

Одновременно этим же Постановлением было поручено разработать предложения по созданию боевой системы связи с использованием ретрансляторов связи на ИСЗ. Работа выполнялась коллективом научных учреждений в составе: ЦНИИИС МО (головной), ЦНИИС ВВС, НИИ ВМФ, НИИ-100 МС, НИИ-695 ГКРЭ, НИИ-129 ГКРЭ и ИРЭ Сибирского отделения АН СССР.

По результатам научных исследований были сделаны следующие основные выводы: глобальная система спутниковой связи должна использовать системы космических аппаратов с ретрансляторами связи, находящихся на наклонных и стационарных орбитах; ретрансляционный комплекс аппаратуры целесообразно разрабатывать с использованием принципа групповых стволов; наиболее приемлемым методом создания групповых стволов ретрансляции является частотное разделение сигналов земных станций, т. е. частотный метод многостанционного доступа (временной метод был тогда сочтен нерациональным из-за технических трудностей); государственную и военную ССС делать совмещенной по финансовым соображениям; рекомендовать для нужд ВМФ на первом этапе связь с объектами ВМФ в режиме задержанной ретрансляции.

На основе ряда серьезных аппаратурных исследований были разработаны предварительные количественные требования к средствам и элементам спутниковой связи (энергетический расчет линии радиосвязи, наземный комплекс, бортовая аппаратура, малошумящая приемная аппаратура и др.).

Вместе с НИИ-100 МС ЦНИИИС МО вел работы по подготовке технических средств для проведения испытаний первой экспериментальной линии спутниковой связи. В качестве наземных станций были приспособлены станции тропосферной связи, разработанные в НИИ-100 МС.

В 1964 г. была создана Межведомственная комиссия по разработке программы испытаний, а оперативное руководство проведением испытаний линии (апрель - май 1965 г.) осуществлялось: на НИН-14 (Москва) полковником М. В. Кувшиновым, а на НИП-15 (Владивосток) подполковником В. А. Хмелюком.

Большой вклад в испытания спутниковой линии связи внесли В. Д. Федоров, О. П. Зимогляд, В. А. Сендерский, В. М. Каршин и др.

В ходе испытаний линии были проверены технические решения по отдельным элементам станций спутниковой связи, специально разработанным и изготовленным опытным заводом ЦНИИИС, в том числе: макеты для передачи дискретной информации со скоростью 480 кБод методом относительной фазовой манипуляции; малошумящие входные приемные устройства, построенные на базе охлаждаемых до температуры жидкого азота параметрических усилителей и смесителей на обращенных туннельных диодах.

Данные технические решения в дальнейшем легли в основу при разработке станций спутниковой связи. За работы в области создания и испытания линий спутниковой связи с ретранслятором связи на космическом аппарате "Молния-1". В. А. Хмелюк был удостоен звания лауреат Государственной премии СССР.

После испытаний первой линии спутниковой связи Москва -Владивосток вплотную встал вопрос о создании земных станций спутниковой связи военного назначения, которые могли бы работать через ретрансляторы связи на ИСЗ "Молния-1".

Разработка первой промышленной мобильной станции спутниковой связи была поручена конструкторскому бюро Красноярского радиотехнического завода (главный конструктор В. Г. Тараненко).

Тогда же (в 1965 г.) были проведены экспериментальные исследования линии спутниковой связи через пассивный ретранслятор (спутник "Эхо-2" (США)) между пунктом Зименки (СССР, район г. Горького) и Джодрелл-Бэнк (Англия). Спутник представлял собой металлизированный шар диаметром 40 м, с орбитой высотой порядка 1300 км. Диапазон рабочих частот линии - 140-150 МГц. По ней передавалась телеграфная и фототелеграфная информация.

Эти исследования позволили сделать обоснованные выводы об ограниченных возможностях спутниковых линий связи с пассивной ретрансляцией.

В 1965 - 1968 г. г. в рамках НИР "Линкор" (руководитель работы В. Д. Федоров) было проведено военно-техническое обоснование принципов построения системы малоканальной дальней радиосвязи и циркулярного оповещения с использованием ИСЗ в интересах МО.

Основными результатами данной работы являлись:

новый метод многостанционного доступа - квазисинхронная система связи, позволяющая работать по незакрепленным каналам;

вывод о необходимости разработки автономных систем связи Минобороны, базирующихся на специальные бортовые ретрансляторы, поскольку создание единого ретранслятора, полностью отвечающего требованиям Минобороны и Минсвязи, невозможно;

требования к ретранслятору МО и отдельным вопросам его построения, а также подвижным малоканальным станциям.

Опытная эксплуатация первой военной системы спутниковой связи "Корунд" началась в 1967 г., а в 1971 г. эта система была принята на вооружение и поставлена на боевое дежурство. Данная система спутниковой связи разрабатывалась как материальная основа системы управления войсками в интересах высших звеньев управления МО.

В системе использовались ретрансляторы связи на ИСЗ "Молния-1", находящиеся на высокоэллиптической орбите и содержащие три одинаковых комплекта приемопередающих устройств (стволов) с прямой ретрансляцией сигналов, один из которых -рабочий, два других - резервные.

Земная станция военной системы спутниковой связи "Корунд" смонтирована на трех автомобилях и одном прицепе. Она позволила реализовать направленческий способ организации сети спутниковой связи.

Характерной особенностью станции является наличие специальной аппаратуры обеспечения непрерывности связи при переходе с одного ретранслятора на другой при их нахождении на высокоэллиптической орбите.

Следует отметить, что основные технические решения по построению первой военной системы спутниковой связи и ее элементов предопределялись технологическим уровнем развития элементной базы радиоэлектроники. В этот период военные инженеры и ученые ЦНИИИС активно участвовали в поисковых работах по разработке и испытаниям земных ССС, созданных на новой элементной базе и радиоэлектронных средств другого назначения. Так, в 1972 г. был разработан действующий макет станции спутниковой связи в диапазоне частот 800-1000 МГц на транспортной базе ГАЗ-66Д. Этот макет впервые в истории принял участие в учениях ("Запад-72") в Группе советских войск в Германии (ГСВГ), где он обеспечивал через ИСЗ "Молния-1" связь одного из пунктов управления в ГСВГ с ГШ ВС СССР. Экипаж станции состоял из сотрудников ЦНИИИС: В. Д. Федорова, Н. И. Гаврютина, А. А. Морозова, А. А. Скороходова.

Создание макетов станций и их экспериментальное использование позволяли более тщательно отрабатывать требования и техническим средствам ССС, а также демонстрировать руководству Вооруженных Сил реальные возможности средств спутниковой связи на этапе, когда промышленность не закончила еще разработку средств, что имело также важное значение для развития систем спутниковой связи.

Опыт эксплуатации военной ССС "Корунд" и других ведомственных систем специального назначения оказался примечательным в том отношении, что потребовал принципиально нового подхода к проектированию как систем спутниковой связи в целом, так и ее элементов, поскольку технические и организационные решения считавшиеся оптимальными для линий спутниковой связи, оказались непригодными для систем. Это относилось к вопросам организации и управления сложными системами спутниковой связи, увеличения их пропускной способности, проблемам выбора методов многостанционного доступа к РС и формирования и обработки сигналов. Можно отметить следующие основные даты последующего развития военной системы спутниковой связи.

24 ноября 1971 г. запущен первый ИСЗ типа "Молния-2" с РС, работающим в сантиметровом диапазоне волн (4/6 ГГц). Использование сантиметрового диапазона волн (6 ГГц для приема, 4 ГГц для передачи) позволило сделать тракты РС более широкополосными, с лучшими по сравнению с ИСЗ "Молния-1" характеристиками, что, в свою очередь, позволило улучшить качественные показатели линии спутниковой связи. Кроме того, РС на ИСЗ "Молния-2" является многоствольным (3 ствола).

21 ноября 1974 г. был запущен первый ИСЗ типа "Радуга" ("Грань") на геостационарную орбиту. Применение геостационарных ИСЗ позволило реализовать следующие возможности ССС, необходимые, прежде всего, для ВССС: непрерывность связи без перехода с одного ИСЗ на другой; отсутствие (или существенное упрощение) системы наведения и сопровождения ИСЗ антенной земной станции, что позволяло повысить мобильность станции; отсутствие эффекта Допплера; увеличение зоны радиовидимости (обслуживания) одного геостационарного ИСЗ, которая равна примерно одной трети поверхности Земли.

Недостатком геостационарной орбиты, как известно, является наличие "неосвещенных" областей, примыкающих к полюсам Земли, а потому, для обеспечения спутниковой связью пунктов на всем Северном полушарии в ССС одновременно должны использоваться ИСЗ как на геостационарных, так и эллиптических орбитах.

К 1972 г. исследованиями было установлено, что для построения системы спутниковой связи оперативно-тактического звена управления необходимо: разрабатывать единую систему спутниковой связи (ЕССС) Минобороны отдельно от ССС Минсвязи (при сохранении единой системы запуска и КИК) и обеспечивающую в стратегическом и оперативно-тактическом звеньях управления требования всех видов Вооруженных Сил; обеспечить возможность построения сетей спутниковой связи по радиальному и радиально-узловому принципам при закрепленном способе использования каналов в ОСЗУ и ОТЗУ, а в более низких звеньях управления - принцип радио-АТС; за основу принципиального построения РС связи целесообразно принять принцип построения РС на ИСЗ типа "Молния-3" и "Грань"; дополнить систему спутниковой связи сетью ретрансляторов с многостанционным доступом (МСД) на летно-подъемных средствах; использовать новый асинхронный способ МСД ЗС с обработкой сигналов на борту РС, как обладающий рядом существенных преимуществ перед синхронным способом МСД; реализовать возможность работы ЗС в движении за счет применения отслеживающих антенн, технические решения по которым разработаны.

Значительная роль в этих исследованиях принадлежала группе научных сотрудников ЦНИИИС, ВАС и КВВИУС. Разработку и производство нового парка ЗС типа "Кристалл" для ЕССС было поручено Красноярскому радиотехническому заводу.

С запуском ИСЗ "Молния-3" и "Радуга" в 1975 г. началась опытная эксплуатация новой военной системы спутниковой связи "Кристалл", а с 1980 г. она принята на вооружение. За разработку, создание и ввод в эксплуатацию ЕССС-1 ряд сотрудников ЦНИИИС: А. И. Аболиц, В. И. Николаенко, М. И. Веденеев, А. М. Резников, Г. И. Бородин и др. были награждены орденами и медалями, а В. Д. Федоров был удостоен звания лауреата Ленинской премии СССР.

В 1977 г. в НИР "Легенда" были разработаны пути построения устойчивой к воздействию противника системы спутниковой связи МО стратегического и оперативно-такического звеньев управления. Работа имела особую актуальность, поскольку в это время создавалась (совершенствуясь в ходе работы) перспективная система спутниковой связи.

Необходимо было изыскать такие решения по основным вопросам построения системы (живучесть и помехозащищенность), которые не влияя на сроки создания ЕССС, обеспечили бы повышение эффективности системы. Первые работы в этом направлении под руководством В. А. Сендерского были начаты в 1964-1965 г. г., а во второй половине 70-х годов проведены испытания разработанных ЦНИИИС макетов аппаратуры помехозащиты с применением широкополосных сигналов через ИСЗ "Молния-1". В 1976-1977 г. г. были проведены Государственные испытания аппаратуры широкополосной связи "Кулон-Ш", которая позволяла гарантированно доводить сигналы ЦБУ в условиях преднамеренных помех.

После завершения работ по созданию ЕССС-1 начались исследования и разработки по ее дальнейшему развитию, т. е. созданию ЕССС второго этапа. Основными проблемами, решаемыми в этот период, являлись: повышение помехозащищенности всех направлений связи в системе; повышение пропускной способности системы; освоение новых диапазонов частот; обеспечение полной обработки сигналов во всех стволах на борту РС связи; создание многодиапазонных ЗС и центров различного назначения с возможностью их размещения на различной транспортной базе (автомобилях, кораблях, подводных лодках, самолетах); создание АСУ системой с учетом ее глобального развертывания.

Появление новых технологий и достижений в спутниковой связи позволило вернуться к созданию ССС на низкоорбитальных космических аппаратах. Проведенные НИР показали перспективность создания таких систем для связи, прежде всего, с мобильными объектами различного базирования до тактического звена включительно. Доказана эффективность использования ССС с низкоорбитальными космическими аппаратами и для системы боевого управления.

В заключение следует отметить значительный вклад военных ученых в развитие кардинальных решений при создании и развитии спутниковой связи военного назначения. Сюда можно отнести решение следующих основополагающих аспектов: обоснование необходимости изначального создания военной ССС, как цифровой системы; важность и необходимость обработки сигналов земных станций на борту ретранслятора связи; решение вопросов помехозащищенности линий спутниковой связи; целесообразность создания узловых станций, обеспечивающих одновременную работу по нескольким независимым направлениям связи; необходимость разработки многодиапазонных (многоствольных) станций; использование принципа радио-АТС при работе по незакрепленным каналам связи.

Эти решения были предложены военными учеными задолго до их развития в мировой практике построения систем спутниковой связи.