История, иллюзии и реалии национальной спутниковой системы связи (Часть 1)
Анатолий Мельник, начальник отдела спутниковых систем связи ГП «УНИИРТ»
Александр Богданов, директор по развитию КРРТ
Введение
Вопрос создания Национальной спутниковой системы связи (НССС) впервые был поднят более 20 лет назад в рамках Комплексной программы создания единой Национальной системы связи. В 2000 г. планировалась пробная эксплуатация НССС, а к 2005 году намечалось завершение работ по третьему этапу строительства НССС и полное развертывание системы на основе национального геостационарного спутника связи «Лыбидь». В дальнейшем работы, прописанные программой и рядом других подобных документов, не получили поддержки и были прекращены.
Практическая реализация намерений, анонсированных упомянутой выше программой, началась несколько лет назад. Запуск первого национального спутника вначале связывался с чемпионатом Европы по футболу (2012 г.). Затем, в силу разных причин, дата неоднократно переносилась, и до сих пор нет ясности со сроками вывода национального спутника на геостационарную орбиту (ГСО).
За период времени, начиная от анонсирования намерений Украины создать НССС (2000 г.) и до их предполагаемой реализации (2014 г., 2015 г., ???), страны, которые позже Украины заявляли о создании НССС, построили и уже эксплуатируют свои спутниковые системы связи (ССС): Греция (с 2000 г.), Пакистан (с 2003 г.), Казахстан (с 2006 г.), страны Африки (региональная ССС, с 2007 г.), Нигерия (с 2007 г.), Вьетнам (с 2008 г.), Венесуэла (с 2008 г.), Объединенные Арабские Эмираты (с 2011 г.), Шри Ланка (с 2012 г.), Бермуды (с 2013 г.), Азербайджан (с 2013 г.), Катар (с 2013 г.), Боливия (с 2013 г.), Афганистан (с 2014 г., на основе европейского спутника Eutelsat 28B, переименованного в Afgansat 1). Пока в Украине решались вопросы построения НССС, в мире было создано 39 новых ССС.
Сейчас, кроме Украины, НССС строят или проектируют ряд стран: Аргентина, Туркменистан, Монако, Белоруссия, Лаос, Конго, Болгария, Ангола, Бангладеш, Никарагуа, Швейцария, Иран, Армения. В отличие от Украины большинство из них трудно причислить к странам, имеющим космическую индустрию.
Учитывая положение Украины и ее столь долгий путь к созданию НССС, запуск национального спутника связи уже является вопросом престижа страны. Надеемся, что к 2015 году сможем сказать словами известного персонажа мультфильма «строили, строили и, наконец, построили». Остается открытым вопрос «как распорядиться тем, что построили?», чтобы НССС Украины не стала бы только поддержкой престижа страны, но и смогла хотя бы вернуть вложенные в строительство средства. Решение проблемы окупаемости системы упростилось бы, если бы на этапе эскизного проектирования, при определении технического облика системы и требований к ее параметрам к разработке НССС привлекались специалисты связи – отрасли, для нужд которой создается система. А так «маємо, що маємо» и то, что маємо надо использовать, по крайней мере, с минимальными негативными последствиями.
Вопрос о целесообразности создания НССС вообще, безотносительно к тому, как и когда она будет реализована, в публикации не ставится – система нужна, и ее услуги будут востребованы.
Эволюция вопроса
Как было упомянуто выше, вопрос создания НССС был инициирован в 1993 году Программой развития Единой национальной системы связи Украины. Работы по созданию национального спутника-ретранслятора «Лыбидь» выполнялись КБ «Южное», однако они были прерваны на стадии эскизного проекта и дальнейшего развития не получили.
Следующая попытка реанимации интереса к НССС была предпринята в 1997 г. в рамках проекта создания Единой спутниковой системы передачи информации (ЕССПИ), разработка которого, в соответствии с постановлением Кабинета Министров Украины от 02.12.1996 г. №1434, была поручена ГП «Укркосмос». Если руководствоваться проектом, то спутник связи «Лыбидь» должен был быть выведен на ГСО еще в 1999 году. Ресурс спутника планировался под использование подсистемами ЕССПИ, в том числе спутниковой подсистемой телерадиовещания, как составная часть которой рассматривалась спутниковая распределительная сеть информационного обеспечения (СРСИО) Украины. Законом Украины «Об общегосударственной (национальной) космической программе Украины на 1998 – 2002 гг.» было предусмотрено финансирование создания СРСИО. Её основной задачей было распределение программ телерадиовещания и другой информации украинским и зарубежным пользователям. На выделенные для ЕССПИ средства приобретено оборудование земных станций (ЗС) и в 1998 году построен центральный приемно-передающий комплекс, который сейчас эксплуатируется ГП «Укркосмос». На основе закупленных ЗС были начаты работы по развертыванию первой очереди спутниковой системы распределения программ вещания (22 ЗС в областных центрах, 20 ЗС в зоне Карпат). Дальнейшие работы по завершению строительства СРСИО из-за отсутствия надлежащего финансирования прекратились, ЗС сейчас не используются.
В 2001 году в адрес Государственного комитета связи и информатизации Украины (ГКСИУ) было направлено письмо Союза промышленников Украины, в котором обращалось внимание на низкий уровень развития спутниковых технологий связи в стране. Как реакция на него в 2002 г. была образована межведомственная рабочая группа ГКСИУ и Национального космического агентства Украины (НКАУ). По заказу ГКСИУ, с целью определения технической возможности и экономической целесообразности построения НССС, Украинским научно-исследовательским институтом радио и телевидения (ГП УНИИРТ) была проведена научно-исследовательская работа, в которой разработаны основные положения проекта создания НССС и обозначены ряд проблем, требующих первоочередного решения. Ввиду отсутствия финансирования дальнейшего продолжения работа не имела.
Ряд следующих государственных документов, в которых анонсировались вопросы построения НССС (общегосударственная космическая программа на 2003–2007 годы, Программа развития телекоммуникаций в Украине и др.), не получили надлежащего финансового обеспечения.
Прописанная Законом Украины №203-IV (24.10.2002 г.) целевая программа «Спутниковые системы телекоммуникаций», затрагивающая вопросы построения НССС, вновь возвращает к вопросу запуска национального ретранслятора «Лыбидь». Однако средств для финансирования работ по НССС в 23,5 млн. грн. было запланировано явно недостаточно. Стоимость создания космического сегмента, при любых формах сотрудничества и кооперации, значительно, на два порядка, превышает выделенную сумму. К тому же на тот период времени нужны были средства для координации нового частотно-орбитального ресурса (ЧОР), поскольку сроки действия прежних заявок Украины в Международный союз электросвязи (МСЭ) на ЧОР заканчивались в 2004 г., а плановый ЧОР не удовлетворял пользователей в Украине своими параметрами. Выполнение работ, предусмотренных данной космической программой по развитию государственной системы спутникового цифрового вещания, остановлено в 2006 году на этапе приема в эксплуатацию первой очереди СРСИО.
Первым целевым государственным документом, который непосредственно касался вопросов создания НССС, стал Указ Президента от 10.06.2005 г. №933/2005 «О мерах по дальнейшему развитию космической отрасли Украины». Этим Указом Кабинету Министров Украины было поручено подготовить проект нового Указа Президента Украины о создании НССС, а Министерство транспорта и связи Украины (МТСУ) определено государственным заказчиком НССС.
Руководствуясь его положениями, в соответствии с приказом по МТСУ, ГП УНИИРТ был подготовлен проект технико-экономического обоснования целесообразности создания НССС. В последующем по заказам Департамента связи МТСУ, ГП УНИИРТ были разработаны: концепция Целевой государственной программы создания НССС, проект Целевой государственной программы создания НССС, основные положения бизнес-планирования системы, а по заказу ГП «Укроборонсервис» рассмотрены варианты обеспечения НССС частотно-орбитальным ресурсом. В проектах концепции и самой Целевой государственной программы создания НССС были определены: подходы к проектированию, структура и требования к параметрам НССС, варианты построения, технический облик системы и оценены срок окупаемости и уровень прибыли от предоставления услуг НССС. Также были обозначены ряд вопросов, которые необходимо было бы решить на этапе определения требований к космическому и земному сегментам. Особенно подчеркивалась проблема недостаточности планового ЧОР и первоочередность решения проблемы получения нового расширенного ЧОР.
Через два года после выхода Указа Президента Украины №933/2005 Постановлением КМУ от 3.05.2007 г. №696 Государственным Заказчиком НССС уже было обозначено НКАУ, а оператором НССС назначено ГП «Укркосмос». Кроме этого, постановлением был создан Межведомственный координационный совет по созданию НССС, утвержден план мероприятий по ее созданию, а также определены разработчики основных документов проекта. Результаты работ, выполненные ранее по заданию прежнего заказчика (МТСУ), без всякого обоснования были проигнорированы и в дальнейшем при разработке нового проекта НССС не нашли применения.
Для обеспечения условий финансирования работ по созданию НССС постановлением КМУ от 10.04.2009 г. №448 были внесены изменения в постановление КМУ №696, относящиеся к процедурам предоставления государственных гарантий для привлечения кредита международных финансовых организаций, а постановлением КМУ от 01.07.2009 г. №718 правительством Украины такие гарантии были даны.
В обосновании выбора компаний – поставщиков спутника Национальной спутниковой системы связи, представленном НКАУ, ГП «Укркосмос» и ГП «Укроборонсервис» в 2009 г., фигурировало восемь из 14 крупных производителей космических аппаратов (КА): Orbital Sciences Corp. (OSC), Space System Loral (SSL), Thales Alenia Space (TAS), EADS Astrium, Israel Aircraft Industries (IAI), Ракетно-космическая корпорация (РКК) Энергия им. Королева, Информационные спутниковые системы (ИСС) им. Решетнева, Научно-производственный центр (НПЦ) им. Хруничева, три из которых нельзя отнести к ведущим. Доля платформ их производства составляет: IAI – 0,9%, РКК Энергия – 0,1%, НПЦ им . Хруничева – 0,1%. При этом в перечень не были включены ряд более крупных фирм, платформы производства которых установлены на большем количестве спутников, например: Lockheed Martin (на 11,6% КА), Boeing (на 19,2% КА), Indian Space Research Organisation, ISRO (на 3,5% КА), China Academy of Space Technology, CAST (на 3,4% КА). Особо следует выделить разработчика CAST, продукция которого начала интенсивно осваивать рынок развивающихся стран. На платформах его производства построены национальные КА Венесуэлы, Нигерии, Пакистана, Боливии, Шри Ланки и проектируются спутники для Белоруссии, Лаоса, Конго и Никарагуа.
Логическими следующими шагами, согласно мировой практике, по-видимому, должны были бы быть:
- отправка в адрес предварительно отобранных производителей предложений по изготовлению спутника с заранее определенными параметрами;
- объявления конкурса среди производителей, выразивших согласие на разработку и производство КА;
- рассмотрение предложений производителей и выбор производителя, который изготовит спутник с определенными Заказчиком параметрами при финансовых условиях, которые удовлетворят Заказчика.
В ответ на запросы, отправленные фирмам-производителям спутников в феврале – марте 2009 г., был получен ответ от OSC (доля платформ 10,1%) о наличии такой возможности. Эксимбанк (США) выразил согласие финансировать проект создания фирмой OSC спутника в конфигурации, определенной Заказчиком, в размере 85% от объема необходимых средств, 15% должна была вложить Украина. Предложение OSC было поддержано Минфином Украины, Минэкономики Украины и Укрэксимбанком.
Несмотря на положительные заключения по предложению OSC, НКАУ было принято иное решение, в результате которого поставщиком спутника выбрана фирма MacDonald, Dettwiter and Associates Corp. (MDA), а кредит для создания НССС предоставлен экспортным агентством Канады. Первоначальная сумма кредита составила 254,6 млн. долл., по другим источникам 226,7 млн. долл. Производителем платформы (EX1000N) MDA определена российская фирма ИСС, разработка полезной нагрузки планировалась в кооперации с EADS. Отметим, что в результате анализа, проведенного в упомянутом выше обосновании, ранее приходили к заключению, что платформы производителей РКК Энергия, НПЦ им. Хруничева, ОАО ИСС им. Решетнева имеют значительные недостатки. Несмотря на это, наверное, был какой-то резон в заказе украинского спутника у российской фирмы через канадского посредника.
Кстати, Азербайджан, который позже начал работы по созданию НССС, полностью использовал схему, предложенную Эксимбанком (США). Корпорацией OSC на платформе Star 2 был построен национальный спутник Азербайджана, который был выведен на геостационарную орбиту (ГСО) 7 февраля 2013 года. Полная стоимость работ по КА AzerSpace 1 составила 233 млн. долл. (спутник, ракета-носитель, запуск, страхование, центр управления, обучение и т.д.). Этим же банком сейчас финансируются работы по созданию НССС Бангладеш (Banglabandhu). Кстати, кредит (под 2% годовых) страна получила на более выгодных, чем выставленные экспортным агентством Канады для Украины (под 5,3% годовых), условиях. Следует отметить, что в начале проектирования украинского КА Азербайджан рассматривался как пользователь его ресурсов. На данный момент на спутнике AzerSpace 1 уже задействовано около 120 каналов для трансляции программ телевидения.
О подходах к созданию НССС
Создание Национальной системы спутниковой связи как финансово емкой системы требует общегосударственного подхода с привлечением на основе кооперации или иным образом всех заинтересованных ведомств и в первую очередь тех, для которых она создается, а именно учреждений, занимающихся вопросами развития телекоммуникации в Украине.
При наличии решения о строительстве НССС и утвержденной Государственной программы ее создания первым общепринятым шагом является разработка бизнес-плана проекта. Бизнес-план включает маркетинговые исследования, технико-экономическое обоснование (ТЭО) и ряд других документов: организационный план, финансовый план, план реализации и т.д. Результаты ТЭО являются основой для определения параметров КА и системы в целом, таких как:
- виды услуг, которые определяют спутниковую службу;
- зоны обслуживания с указанием количества и конфигурации лучей;
- количество стволов (полезная нагрузка);
- диапазоны частот;
- частотный ресурс (полоса частот);
- энергетика канала (эквивалентная изотропно излучаемая мощность, ЭИИМ);
- другие параметры при необходимости.
Требования к параметрам должны исходить из результатов анализа имеющихся потребностей в спутниковых каналах и перспектив их роста, требований потенциальных пользователей к номенклатуре, объему и качеству услуг, географии предоставления услуг и т.п., полученных в ходе маркетинговых исследований. Данные о потребностях и желаемые технические характеристики являются основой для заявки в МСЭ на частотно-орбитальный ресурс НССС в случае, если выделенный Украине на плановой основе ЧОР недостаточен. Заявка на ЧОР должна быть скоординирована с другими Администрациями связи, которые считают, что ЧОР затрагивает ее интересы. В процессе координации могут быть пересмотрены позиция спутника, параметры системы, причем кардинально. Только после координации ЧОР с затронутыми Администрациями и регистрации в МСЭ можно в соответствии с присвоенным ЧОР определить общие требования к НССС и спутнику в частности.
Полученный страной ЧОР является основой для разработки эскизного проекта НССС и технического задания на спутник для его разработки собственными силами, или для заказа у сторонних производителей КА, или для приобретения уже разработанного или действующего космического аппарата. Поскольку основные затраты на создание ССС связанные с приобретением или разработкой КА (примерно 70%), то объем необходимых для реализации проекта финансовых средств может быть определен только при наличии уже скоординированного ЧОР и соответствующего ему технического задания на разработку или приобретение КА. В процессе работ по проекту НССС приведенная процедура не была соблюдена, финансирование рассчитывалось в предположении, что Украина уже имеет ЧОР, или ЧОР будет получен с высокой вероятностью. О проблемах, которые могут возникнуть с реализацией проекта (запуском спутника), связанных с получением ЧОР, предупреждалось в статье «Проблемы создания национальной спутниковой системы связи и пути их решения», опубликованной в журнале Зв’язок №2 за 2010 год. Ход дальнейших событий подтвердил предположения авторов публикации.
Частотно-орбитальный ресурс
Недостатки ЧОР, выделенного Украине на плановой основе, уже неоднократно обсуждались. Основные из них это: ограниченность номенклатуры услуг рамками спутниковой службы вещания (ССВ) и отсутствие нагрузки в фиксированной спутниковой службе (ФСС); недостаточный частотный ресурс в ССВ (10 стволов с общей полосой частот 270 МГц); ограниченная территорией Украины зона покрытия. Единственной положительной стороной является выгодная позиция на ГСО 38,2º в.д. Поэтому правомерным было желание расширить ЧОР как по зоне покрытия, так и по объему частотного ресурса. Предлагалось несколько различных промежуточных вариантов ЧОР для заявки в МСЭ, рассматривать которые не будем, поскольку они отпали естественным путем. Игнорируя вопросы обоснования, в проект НССС были заложены почти одновременно две версии ЧОР (обе для позиции 38,2º в.д.), которые, надо полагать, послужили основой для определения объема финансирования (таблица 1).
Отметим, что данные версии существенно отличаются объемом полезной нагрузки (почти в два раза) и следовательно должны отличаться объемом финансирования.
Вопросами координации обеих версий ЧОР не занимались.
В новой редакции контракта с MDA появляется совсем другой вариант ЧОР. Параметры ЧОР (таблица 2) значительно отличаются от прежних, приведенных в таблице 1. Позиция КА на ГСО осталась без изменений.
По сравнению со старой версией исчезла нагрузка для ФСС в диапазоне Ku, почти в два раза увеличился ресурс в диапазоне Ка, а общий ресурс уменьшился на 48 МГц.
Надо полагать, что приведенная выше сумма кредита 254,6 млн. долл. на строительство НССС относится к последнему варианту ЧОР. Отметим, что кредитор дополнительно ввел, как плату за риск, надбавку в размере 14,86% от суммы кредита. Таким образом, стоимость НССС, включая земной сегмент, выросла до 292,4 млн. долл.
Для развертывания работ по НССС, учитывая трудности с согласованием параметров системы, фирма MDA взяла на себя обязательства оказать помощь Украине в координации нового варианта ЧОР, которые практически не были выполнены.
Неудача MDA с оказанием помощи при решении вопросов с согласованием ресурса на позиции 38,2° в.д. (таблица 2), наряду с затягиванием подачи заявки на ЧОР, и, главным образом, категорический отказ Администрации связи Франции (Eutelsat) в координации украинской спутниковой сети привел к тому, что НКАУ согласился с предложением Eutelsat относительно смены позиции украинского спутника с 38,2° в.д. на 48° в.д. Смена позиции была утверждена письмом Кабинета Министров №19129/5/1-11 от 30.08.2011 г. Сейчас в данной точке ГСО уже расположены три спутника: Eutelsat 48А, Eutelsat 48С, Afgansat 1 (Eutelsat 48D), последний из которых послужил основой для создания НССС Афганистана.
Что же приобрела Украина в результате «успешно проведенных работ» по получению ЧОР для НССС и при каких условиях? В обмен на отказ Украины от использования позиции 38,2° в.д. с расширенной на Восточную Европу зоной обслуживания и от дополнительной нагрузки для ФСС Украине была предоставлена для создания НССС часть скоординированного ресурса организации Eutelsat в точке 48° в.д. Дополнительным условием являлось обязательное дальнейшее согласование с Eutelsat всех вопросов, касающихся НССС.
В соответствии с отданной Украине частью ЧОР на спутнике могло быть сформировано два луча: европейский, покрывающий 28 стран центральной, восточной и южной Европы; африканский, обслуживающих 12 стран западной Африки. Общий частотный ресурс, выделенный Украине, – 684 МГц (18 стволов по 33 МГЦ и 2 ствола по 45 МГц) или 19 эквивалентных стволов, что соответствует нагрузке малого КА. Данные параметры были заложены в основу нового варианта НССС. Объем финансирования работ по спутнику не пересматривался, несмотря на то, что частотный ресурс новой версии украинского КА уменьшился в 2,4 раза (!!!) по отношению к первоначальному варианту.
Фирма MDA, как поставщик НССС, за дополнительную плату предложила расширить частотный ресурс спутника, добавив еще один луч (индийский) с такими же параметрами нагрузки (9 стволов по 33 МГц, один ствол 45 МГц), на что Заказчик согласился. Окончательный вариант ЧОР, в соответствии с которым строился спутник, приведен в таблице 3. По расчетам MDA, стоимость КА с тремя лучами возросла на 15 млн. долл. до 269,6 млн. долл. без учета платы за риск (14,86% от общей стоимости).
Последние решения со сменой позиции и использования части ЧОР Eutelsat по сути закрыли вопрос о проекте украинской НССС, система будет (если будет) построена не в соответствии с потребностями украинских и других потенциальных пользователей, а согласно параметрам предоставленной Украине части ресурса другой Администрации связи. Естественно, теперь от Украины уже не требуется никаких маркетинговых исследований, технико-экономического обоснования и других работ по проекту в целом, да и самого проекта НССС.
Тип платформы (Express 1000N) и ее производитель (ИСС) остались прежними. Изменилась только стоимость работ, увеличившись до 309,6 млн. долл. (с учетом платы за риск). По появившейся в прошлом году в печати информации, к этой сумме следует добавить еще 15 млн. долл. на строительства резервного центра управления в Дунаевцах Хмельницкой обл.
Ситуация, что сложилась с украинским спутником, парадоксальная, если не сказать абсурдная – технические возможности спутника относительно предоставления услуг ухудшаются, частотный ресурс уменьшается (в 1,5 раза по отношению к первоначально заложенному варианту), а цена КА выросла.
Возможности национального КА
Прежде чем оценить насколько и при каких условиях может быть решена проблема возврата кредитов, полученных под государственную гарантию, и окупаемости вообще, проанализируем возможности спутника с заложенными в нем параметрами относительно объема и номенклатуры услуг, которые он способен предоставлять. Еще раз отметим, что вопрос о техническом облике спутника не обсуждался, требования потенциальных пользователей к параметрам полезной нагрузки будущего национального КА не учитывались. Действующим и будущим операторам и провайдерам, работающим на рынке спутниковой связи Украины и за ее рубежами, если они пожелают использовать ресурсы национального КА, надо будет приспосабливаться к реалиям ЧОР, который Украине позволили задействовать.
Краткие технические характеристики полезной нагрузки КА приведены в таблице 3. Во всех трех лучах на линии вверх (uplink) сигнал формируется на частотах в диапазоне (12,76 – 12,9) ГГц и (13,16 – 13,24) ГГц, а на линии вниз (downlink) – (10,73 – 10,95) ГГц.
Национальный спутник ориентирован на использование в ФСС, а основным видом услуг, обеспечивающих 84% прибылей в спутниковых системах телекоммуникаций (2013 г.), являются услуги вещания, относящиеся к ССВ. Стволы, работающие в ССВ, имеют свои особенности, основными из которых являются:
- повышенная мощность бортового передатчика (до 150 Вт – 200 Вт);
- более жесткие требования к линейности амплитудной характеристики канала, облегчающие применение современных технологий формирования и обработки сигналов.
Отметим, что для КА, работающих в ФСС, они не обязательны.
Ориентация КА на работу в ФСС не означает, что через украинский КА не могут предоставляться услуги вещания. В ССВ стволы ФСС могут использоваться в качестве фидерных линий для раздачи, например, программ вещания на узлы сети наземного эфирного вещания, кабельным операторам. Кроме того, использование стволов ФСС для передачи программ вещания накладывает ряд ограничений, связанных с недостаточным уровнем передаваемого сигнала, что приводит либо к снижению объемов передаваемой информации (информационной емкости), либо к невозможности обеспечения уверенного приема сигнала на антенну малого диаметра. Правда, влияние данного фактора несколько смягчено, проектом предусмотрено использовать бортовые передатчики с мощностью около 100 Вт.
Предоставление услуг спутникового непосредственного вещания (СНВ), дающего до 70% прибылей ССВ, через борт национального КА по формальным причинам вроде бы не возможно. Работа в сетях СНВ на линии вверх регламентируется диапазоном частот (17,3 – 18,1) ГГц, не заложенном в полезную нагрузку. Однако данное ограничение не столь существенно. На линии вниз, представляющей для пользователя услуг больший интерес, диапазоны частот практически совпадают, а поднять программы на спутник можно и в ФСС.
Зоны покрытия всех трех лучей представлены на рисунках 1 – 3.
Вопрос эффективного использования выделенного для НССС частотного ресурса, т.е. увеличения количества информации, транслируемой по спутниковым каналам, решается путем внедрения ресурсосберегающих технологий, определяющих методы формирования и передачи сигналов. Возможность их применения зависит от энергетических показателей спутниковой линии, точнее от отношения мощности сигнала к мощности шума в канале, на которое влияют параметры полезной нагрузки. Формат сигнала (виды модуляции, кодирования и т.д.), планируемые к использованию в спутниковых каналах НССС, Заказчиком четко не определены, очевидно, они будут строиться в соответствии со стандартом DVB-S2. Хотя, если формально следовать названию, данный стандарт относят к цифровому спутниковому вещанию, он регламентирует вопросы формирования и передачи сигналов безотносительно к тому, какой вид информации передается. Прописанные стандартом виды сигналов как раз и налагают требования к линейности канала. Надо отметить, что проектом национального КА предусмотрено использование линеаризованных бортовых усилителей.
Как уже было сказано выше, основным видом услуг, обеспечивающим львиную долю прибылей, является спутниковое вещание. На украинском КА под эти цели планируется использовать почти весь ресурс (27 стволов по 33 МГц). Исходя из этого, анализ технических возможностей должен касаться определения объемов услуг вещания, в первую очередь, наиболее прибыльного СНВ, которые может обеспечить спутник с приведенными в таблице 3 параметрами. Следует учитывать, что в сетях СНВ диаметр зеркала антенны приемного терминала регламентирован не более 0,9 м. Это накладывает более жесткие требования к энергетике канала. Ограничение по размеру антенн к спутниковым системам распределения программ не относится.
Стандартом DVB-S2 для целей СНВ и распределения программ регламентировано использование сигналов с фазовой модуляцией (ФМ) ФМ-4 и ФМ-8. Более эффективные форматы с сигналами амплитудно-фазовой модуляции (АФМ) АФМ-16 и АФМ-32 предназначены для узких профессиональных применений, хотя их использование в других сетях вещания не запрещено. При выбранном формате сигнала потенциальные возможности спутника можно оценить данными, приведенными в табл. 4. Результаты получены при таких условиях:
- алгоритм сжатия программного потока MPEG-4;
- скорость потока, соответствующего одной телевизионной программе стандартной четкости, 2 Мбит/с;
- выбрано стандартизованное значение коэффициента расширения полосы 0,2.
При использовании алгоритма сжатия MPEG-2 количество программ уменьшится примерно в два раза. При переходе на модификацию MPEG-4/H.264 объем услуг можно увеличить примерно в 1,5 раза. Технические возможности спутника, определяемые параметрами КА, можно оценить, воспользовавшись методикой, приведенной в справочнике по спутниковой связи под редакцией Л.Я. Кантора, или программой расчета спутниковых линий Satmaster.
Будем считать, что пользователя удовлетворяет надежность канала 99,9%, т.е. за год предоставление услуг не гарантируется в течение 8,76 часов. В качестве альтернативы рассмотрены показатели канала с надежностью 99,95%. Расчеты проводились для более напряженной линии вниз (от КА к пользователю) на верхней частоте диапазона и крайних точек расположения пользователя в зоне покрытия, где уровень ЭИИМ наименьший. Эти условия соответствуют худшему случаю работы. Расчету подлежало отношение сигнал/шум, которое может быть реализовано в спутниковом канале при заложенных в систему параметрах. Необходимые данные для расчета приведены в табл. 3 и на рис. 1–3. Результаты расчета сведены в табл. 5.
Требования стандарта DVB-S2 к отношению сигнал/шум в канале относятся к линии в целом (Земля – спутник – Земля), и для каждого из участков линии они справедливы, если на борту КА производится обработка сигнала. При отсутствии обработки, что присуще украинскому КА, требования надо применять к каждому участку отдельно. В случае, когда не производиться оптимизация канала за счет перераспределения отношения сигнал/шум между линией вверх и линией вниз, отношение сигнал/шум на каждом участке надо увеличить в два раза (на 3 дБ), чтобы скомпенсировать эффект суммирования шумов, действующих на этих участках. Кроме того, необходимо заложить запас энергетики около 0,5 дБ для компенсации влияния излучения собственного спутника и от соседних КА, которые работают в этом же диапазоне. С учетом этих факторов в таблице 6 приведены требования стандарта DVB-S2 к отношению сигнал/шум, обеспечивающему квазибезошибочный прием информации.
Из сопоставления результатов расчета (табл. 5) с требованиями стандарта (табл. 6) видно, что в евроукраинском луче в зоне покрытия Украины может использоваться любой из форматов сигналов, приведенный в таблице 6. При этом есть незначительный запас мощности, который может быть израсходован для повышения надежности канала. В том же луче в зоне покрытия Европы эффективность системы ограничивается форматом ФМ-8, скорость кода 5/6 при надежности канала 99,9%. Наихудшие возможности предоставления услуг в зоне покрытия западноафриканского луча, характеризующего самой низкой энергетикой. При надежности канала 99,9% в лучшем случае там можно использовать формат сигнал ФМ-4, код скорости 2/3. Все результаты оценки технической возможности национального КА относительно предоставления услуг вещания представлены в таблице 7.
При заложенных в проект энергетических параметрах полезной нагрузки спутник может быть загружен только на 3/4 от своих возможностей. В основном это связано с низкими показателями западноафриканского луча. Менять параметры полезной нагрузки уже не возможно, единственным способом повышения степени использования ресурсов КА является увеличение размеров (коэффициента усиления) антенн земных станций и терминалов сетей, работающих через борт национального спутника. Например, чтобы поднять возможности западноафриканского луча до уровня индийского, энергетика канала должна быть увеличена на (4,5 – 5,0) дБ. Этого можно достигнуть, используя земные приемные станции с антенной с диаметром рефлектора 1,8 м. Возникает вопрос – пойдет ли на это пользователь ради работы через борт украинского КА, учитывая, вдобавок, что стоимость такой антенны почти в четыре раза больше (к примеру, антенны производства фирмы Prodelin).
Александр Богданов, директор по развитию КРРТ
Введение
Вопрос создания Национальной спутниковой системы связи (НССС) впервые был поднят более 20 лет назад в рамках Комплексной программы создания единой Национальной системы связи. В 2000 г. планировалась пробная эксплуатация НССС, а к 2005 году намечалось завершение работ по третьему этапу строительства НССС и полное развертывание системы на основе национального геостационарного спутника связи «Лыбидь». В дальнейшем работы, прописанные программой и рядом других подобных документов, не получили поддержки и были прекращены.
Практическая реализация намерений, анонсированных упомянутой выше программой, началась несколько лет назад. Запуск первого национального спутника вначале связывался с чемпионатом Европы по футболу (2012 г.). Затем, в силу разных причин, дата неоднократно переносилась, и до сих пор нет ясности со сроками вывода национального спутника на геостационарную орбиту (ГСО).
За период времени, начиная от анонсирования намерений Украины создать НССС (2000 г.) и до их предполагаемой реализации (2014 г., 2015 г., ???), страны, которые позже Украины заявляли о создании НССС, построили и уже эксплуатируют свои спутниковые системы связи (ССС): Греция (с 2000 г.), Пакистан (с 2003 г.), Казахстан (с 2006 г.), страны Африки (региональная ССС, с 2007 г.), Нигерия (с 2007 г.), Вьетнам (с 2008 г.), Венесуэла (с 2008 г.), Объединенные Арабские Эмираты (с 2011 г.), Шри Ланка (с 2012 г.), Бермуды (с 2013 г.), Азербайджан (с 2013 г.), Катар (с 2013 г.), Боливия (с 2013 г.), Афганистан (с 2014 г., на основе европейского спутника Eutelsat 28B, переименованного в Afgansat 1). Пока в Украине решались вопросы построения НССС, в мире было создано 39 новых ССС.
Сейчас, кроме Украины, НССС строят или проектируют ряд стран: Аргентина, Туркменистан, Монако, Белоруссия, Лаос, Конго, Болгария, Ангола, Бангладеш, Никарагуа, Швейцария, Иран, Армения. В отличие от Украины большинство из них трудно причислить к странам, имеющим космическую индустрию.
Учитывая положение Украины и ее столь долгий путь к созданию НССС, запуск национального спутника связи уже является вопросом престижа страны. Надеемся, что к 2015 году сможем сказать словами известного персонажа мультфильма «строили, строили и, наконец, построили». Остается открытым вопрос «как распорядиться тем, что построили?», чтобы НССС Украины не стала бы только поддержкой престижа страны, но и смогла хотя бы вернуть вложенные в строительство средства. Решение проблемы окупаемости системы упростилось бы, если бы на этапе эскизного проектирования, при определении технического облика системы и требований к ее параметрам к разработке НССС привлекались специалисты связи – отрасли, для нужд которой создается система. А так «маємо, що маємо» и то, что маємо надо использовать, по крайней мере, с минимальными негативными последствиями.
Вопрос о целесообразности создания НССС вообще, безотносительно к тому, как и когда она будет реализована, в публикации не ставится – система нужна, и ее услуги будут востребованы.
Эволюция вопроса
Как было упомянуто выше, вопрос создания НССС был инициирован в 1993 году Программой развития Единой национальной системы связи Украины. Работы по созданию национального спутника-ретранслятора «Лыбидь» выполнялись КБ «Южное», однако они были прерваны на стадии эскизного проекта и дальнейшего развития не получили.
Следующая попытка реанимации интереса к НССС была предпринята в 1997 г. в рамках проекта создания Единой спутниковой системы передачи информации (ЕССПИ), разработка которого, в соответствии с постановлением Кабинета Министров Украины от 02.12.1996 г. №1434, была поручена ГП «Укркосмос». Если руководствоваться проектом, то спутник связи «Лыбидь» должен был быть выведен на ГСО еще в 1999 году. Ресурс спутника планировался под использование подсистемами ЕССПИ, в том числе спутниковой подсистемой телерадиовещания, как составная часть которой рассматривалась спутниковая распределительная сеть информационного обеспечения (СРСИО) Украины. Законом Украины «Об общегосударственной (национальной) космической программе Украины на 1998 – 2002 гг.» было предусмотрено финансирование создания СРСИО. Её основной задачей было распределение программ телерадиовещания и другой информации украинским и зарубежным пользователям. На выделенные для ЕССПИ средства приобретено оборудование земных станций (ЗС) и в 1998 году построен центральный приемно-передающий комплекс, который сейчас эксплуатируется ГП «Укркосмос». На основе закупленных ЗС были начаты работы по развертыванию первой очереди спутниковой системы распределения программ вещания (22 ЗС в областных центрах, 20 ЗС в зоне Карпат). Дальнейшие работы по завершению строительства СРСИО из-за отсутствия надлежащего финансирования прекратились, ЗС сейчас не используются.
В 2001 году в адрес Государственного комитета связи и информатизации Украины (ГКСИУ) было направлено письмо Союза промышленников Украины, в котором обращалось внимание на низкий уровень развития спутниковых технологий связи в стране. Как реакция на него в 2002 г. была образована межведомственная рабочая группа ГКСИУ и Национального космического агентства Украины (НКАУ). По заказу ГКСИУ, с целью определения технической возможности и экономической целесообразности построения НССС, Украинским научно-исследовательским институтом радио и телевидения (ГП УНИИРТ) была проведена научно-исследовательская работа, в которой разработаны основные положения проекта создания НССС и обозначены ряд проблем, требующих первоочередного решения. Ввиду отсутствия финансирования дальнейшего продолжения работа не имела.
Ряд следующих государственных документов, в которых анонсировались вопросы построения НССС (общегосударственная космическая программа на 2003–2007 годы, Программа развития телекоммуникаций в Украине и др.), не получили надлежащего финансового обеспечения.
Прописанная Законом Украины №203-IV (24.10.2002 г.) целевая программа «Спутниковые системы телекоммуникаций», затрагивающая вопросы построения НССС, вновь возвращает к вопросу запуска национального ретранслятора «Лыбидь». Однако средств для финансирования работ по НССС в 23,5 млн. грн. было запланировано явно недостаточно. Стоимость создания космического сегмента, при любых формах сотрудничества и кооперации, значительно, на два порядка, превышает выделенную сумму. К тому же на тот период времени нужны были средства для координации нового частотно-орбитального ресурса (ЧОР), поскольку сроки действия прежних заявок Украины в Международный союз электросвязи (МСЭ) на ЧОР заканчивались в 2004 г., а плановый ЧОР не удовлетворял пользователей в Украине своими параметрами. Выполнение работ, предусмотренных данной космической программой по развитию государственной системы спутникового цифрового вещания, остановлено в 2006 году на этапе приема в эксплуатацию первой очереди СРСИО.
Первым целевым государственным документом, который непосредственно касался вопросов создания НССС, стал Указ Президента от 10.06.2005 г. №933/2005 «О мерах по дальнейшему развитию космической отрасли Украины». Этим Указом Кабинету Министров Украины было поручено подготовить проект нового Указа Президента Украины о создании НССС, а Министерство транспорта и связи Украины (МТСУ) определено государственным заказчиком НССС.
Руководствуясь его положениями, в соответствии с приказом по МТСУ, ГП УНИИРТ был подготовлен проект технико-экономического обоснования целесообразности создания НССС. В последующем по заказам Департамента связи МТСУ, ГП УНИИРТ были разработаны: концепция Целевой государственной программы создания НССС, проект Целевой государственной программы создания НССС, основные положения бизнес-планирования системы, а по заказу ГП «Укроборонсервис» рассмотрены варианты обеспечения НССС частотно-орбитальным ресурсом. В проектах концепции и самой Целевой государственной программы создания НССС были определены: подходы к проектированию, структура и требования к параметрам НССС, варианты построения, технический облик системы и оценены срок окупаемости и уровень прибыли от предоставления услуг НССС. Также были обозначены ряд вопросов, которые необходимо было бы решить на этапе определения требований к космическому и земному сегментам. Особенно подчеркивалась проблема недостаточности планового ЧОР и первоочередность решения проблемы получения нового расширенного ЧОР.
Через два года после выхода Указа Президента Украины №933/2005 Постановлением КМУ от 3.05.2007 г. №696 Государственным Заказчиком НССС уже было обозначено НКАУ, а оператором НССС назначено ГП «Укркосмос». Кроме этого, постановлением был создан Межведомственный координационный совет по созданию НССС, утвержден план мероприятий по ее созданию, а также определены разработчики основных документов проекта. Результаты работ, выполненные ранее по заданию прежнего заказчика (МТСУ), без всякого обоснования были проигнорированы и в дальнейшем при разработке нового проекта НССС не нашли применения.
Для обеспечения условий финансирования работ по созданию НССС постановлением КМУ от 10.04.2009 г. №448 были внесены изменения в постановление КМУ №696, относящиеся к процедурам предоставления государственных гарантий для привлечения кредита международных финансовых организаций, а постановлением КМУ от 01.07.2009 г. №718 правительством Украины такие гарантии были даны.
В обосновании выбора компаний – поставщиков спутника Национальной спутниковой системы связи, представленном НКАУ, ГП «Укркосмос» и ГП «Укроборонсервис» в 2009 г., фигурировало восемь из 14 крупных производителей космических аппаратов (КА): Orbital Sciences Corp. (OSC), Space System Loral (SSL), Thales Alenia Space (TAS), EADS Astrium, Israel Aircraft Industries (IAI), Ракетно-космическая корпорация (РКК) Энергия им. Королева, Информационные спутниковые системы (ИСС) им. Решетнева, Научно-производственный центр (НПЦ) им. Хруничева, три из которых нельзя отнести к ведущим. Доля платформ их производства составляет: IAI – 0,9%, РКК Энергия – 0,1%, НПЦ им . Хруничева – 0,1%. При этом в перечень не были включены ряд более крупных фирм, платформы производства которых установлены на большем количестве спутников, например: Lockheed Martin (на 11,6% КА), Boeing (на 19,2% КА), Indian Space Research Organisation, ISRO (на 3,5% КА), China Academy of Space Technology, CAST (на 3,4% КА). Особо следует выделить разработчика CAST, продукция которого начала интенсивно осваивать рынок развивающихся стран. На платформах его производства построены национальные КА Венесуэлы, Нигерии, Пакистана, Боливии, Шри Ланки и проектируются спутники для Белоруссии, Лаоса, Конго и Никарагуа.
Логическими следующими шагами, согласно мировой практике, по-видимому, должны были бы быть:
- отправка в адрес предварительно отобранных производителей предложений по изготовлению спутника с заранее определенными параметрами;
- объявления конкурса среди производителей, выразивших согласие на разработку и производство КА;
- рассмотрение предложений производителей и выбор производителя, который изготовит спутник с определенными Заказчиком параметрами при финансовых условиях, которые удовлетворят Заказчика.
В ответ на запросы, отправленные фирмам-производителям спутников в феврале – марте 2009 г., был получен ответ от OSC (доля платформ 10,1%) о наличии такой возможности. Эксимбанк (США) выразил согласие финансировать проект создания фирмой OSC спутника в конфигурации, определенной Заказчиком, в размере 85% от объема необходимых средств, 15% должна была вложить Украина. Предложение OSC было поддержано Минфином Украины, Минэкономики Украины и Укрэксимбанком.
Несмотря на положительные заключения по предложению OSC, НКАУ было принято иное решение, в результате которого поставщиком спутника выбрана фирма MacDonald, Dettwiter and Associates Corp. (MDA), а кредит для создания НССС предоставлен экспортным агентством Канады. Первоначальная сумма кредита составила 254,6 млн. долл., по другим источникам 226,7 млн. долл. Производителем платформы (EX1000N) MDA определена российская фирма ИСС, разработка полезной нагрузки планировалась в кооперации с EADS. Отметим, что в результате анализа, проведенного в упомянутом выше обосновании, ранее приходили к заключению, что платформы производителей РКК Энергия, НПЦ им. Хруничева, ОАО ИСС им. Решетнева имеют значительные недостатки. Несмотря на это, наверное, был какой-то резон в заказе украинского спутника у российской фирмы через канадского посредника.
Кстати, Азербайджан, который позже начал работы по созданию НССС, полностью использовал схему, предложенную Эксимбанком (США). Корпорацией OSC на платформе Star 2 был построен национальный спутник Азербайджана, который был выведен на геостационарную орбиту (ГСО) 7 февраля 2013 года. Полная стоимость работ по КА AzerSpace 1 составила 233 млн. долл. (спутник, ракета-носитель, запуск, страхование, центр управления, обучение и т.д.). Этим же банком сейчас финансируются работы по созданию НССС Бангладеш (Banglabandhu). Кстати, кредит (под 2% годовых) страна получила на более выгодных, чем выставленные экспортным агентством Канады для Украины (под 5,3% годовых), условиях. Следует отметить, что в начале проектирования украинского КА Азербайджан рассматривался как пользователь его ресурсов. На данный момент на спутнике AzerSpace 1 уже задействовано около 120 каналов для трансляции программ телевидения.
О подходах к созданию НССС
Создание Национальной системы спутниковой связи как финансово емкой системы требует общегосударственного подхода с привлечением на основе кооперации или иным образом всех заинтересованных ведомств и в первую очередь тех, для которых она создается, а именно учреждений, занимающихся вопросами развития телекоммуникации в Украине.
При наличии решения о строительстве НССС и утвержденной Государственной программы ее создания первым общепринятым шагом является разработка бизнес-плана проекта. Бизнес-план включает маркетинговые исследования, технико-экономическое обоснование (ТЭО) и ряд других документов: организационный план, финансовый план, план реализации и т.д. Результаты ТЭО являются основой для определения параметров КА и системы в целом, таких как:
- виды услуг, которые определяют спутниковую службу;
- зоны обслуживания с указанием количества и конфигурации лучей;
- количество стволов (полезная нагрузка);
- диапазоны частот;
- частотный ресурс (полоса частот);
- энергетика канала (эквивалентная изотропно излучаемая мощность, ЭИИМ);
- другие параметры при необходимости.
Требования к параметрам должны исходить из результатов анализа имеющихся потребностей в спутниковых каналах и перспектив их роста, требований потенциальных пользователей к номенклатуре, объему и качеству услуг, географии предоставления услуг и т.п., полученных в ходе маркетинговых исследований. Данные о потребностях и желаемые технические характеристики являются основой для заявки в МСЭ на частотно-орбитальный ресурс НССС в случае, если выделенный Украине на плановой основе ЧОР недостаточен. Заявка на ЧОР должна быть скоординирована с другими Администрациями связи, которые считают, что ЧОР затрагивает ее интересы. В процессе координации могут быть пересмотрены позиция спутника, параметры системы, причем кардинально. Только после координации ЧОР с затронутыми Администрациями и регистрации в МСЭ можно в соответствии с присвоенным ЧОР определить общие требования к НССС и спутнику в частности.
Полученный страной ЧОР является основой для разработки эскизного проекта НССС и технического задания на спутник для его разработки собственными силами, или для заказа у сторонних производителей КА, или для приобретения уже разработанного или действующего космического аппарата. Поскольку основные затраты на создание ССС связанные с приобретением или разработкой КА (примерно 70%), то объем необходимых для реализации проекта финансовых средств может быть определен только при наличии уже скоординированного ЧОР и соответствующего ему технического задания на разработку или приобретение КА. В процессе работ по проекту НССС приведенная процедура не была соблюдена, финансирование рассчитывалось в предположении, что Украина уже имеет ЧОР, или ЧОР будет получен с высокой вероятностью. О проблемах, которые могут возникнуть с реализацией проекта (запуском спутника), связанных с получением ЧОР, предупреждалось в статье «Проблемы создания национальной спутниковой системы связи и пути их решения», опубликованной в журнале Зв’язок №2 за 2010 год. Ход дальнейших событий подтвердил предположения авторов публикации.
Частотно-орбитальный ресурс
Недостатки ЧОР, выделенного Украине на плановой основе, уже неоднократно обсуждались. Основные из них это: ограниченность номенклатуры услуг рамками спутниковой службы вещания (ССВ) и отсутствие нагрузки в фиксированной спутниковой службе (ФСС); недостаточный частотный ресурс в ССВ (10 стволов с общей полосой частот 270 МГц); ограниченная территорией Украины зона покрытия. Единственной положительной стороной является выгодная позиция на ГСО 38,2º в.д. Поэтому правомерным было желание расширить ЧОР как по зоне покрытия, так и по объему частотного ресурса. Предлагалось несколько различных промежуточных вариантов ЧОР для заявки в МСЭ, рассматривать которые не будем, поскольку они отпали естественным путем. Игнорируя вопросы обоснования, в проект НССС были заложены почти одновременно две версии ЧОР (обе для позиции 38,2º в.д.), которые, надо полагать, послужили основой для определения объема финансирования (таблица 1).
Отметим, что данные версии существенно отличаются объемом полезной нагрузки (почти в два раза) и следовательно должны отличаться объемом финансирования.
Вопросами координации обеих версий ЧОР не занимались.
В новой редакции контракта с MDA появляется совсем другой вариант ЧОР. Параметры ЧОР (таблица 2) значительно отличаются от прежних, приведенных в таблице 1. Позиция КА на ГСО осталась без изменений.
По сравнению со старой версией исчезла нагрузка для ФСС в диапазоне Ku, почти в два раза увеличился ресурс в диапазоне Ка, а общий ресурс уменьшился на 48 МГц.
Надо полагать, что приведенная выше сумма кредита 254,6 млн. долл. на строительство НССС относится к последнему варианту ЧОР. Отметим, что кредитор дополнительно ввел, как плату за риск, надбавку в размере 14,86% от суммы кредита. Таким образом, стоимость НССС, включая земной сегмент, выросла до 292,4 млн. долл.
Для развертывания работ по НССС, учитывая трудности с согласованием параметров системы, фирма MDA взяла на себя обязательства оказать помощь Украине в координации нового варианта ЧОР, которые практически не были выполнены.
Неудача MDA с оказанием помощи при решении вопросов с согласованием ресурса на позиции 38,2° в.д. (таблица 2), наряду с затягиванием подачи заявки на ЧОР, и, главным образом, категорический отказ Администрации связи Франции (Eutelsat) в координации украинской спутниковой сети привел к тому, что НКАУ согласился с предложением Eutelsat относительно смены позиции украинского спутника с 38,2° в.д. на 48° в.д. Смена позиции была утверждена письмом Кабинета Министров №19129/5/1-11 от 30.08.2011 г. Сейчас в данной точке ГСО уже расположены три спутника: Eutelsat 48А, Eutelsat 48С, Afgansat 1 (Eutelsat 48D), последний из которых послужил основой для создания НССС Афганистана.
Что же приобрела Украина в результате «успешно проведенных работ» по получению ЧОР для НССС и при каких условиях? В обмен на отказ Украины от использования позиции 38,2° в.д. с расширенной на Восточную Европу зоной обслуживания и от дополнительной нагрузки для ФСС Украине была предоставлена для создания НССС часть скоординированного ресурса организации Eutelsat в точке 48° в.д. Дополнительным условием являлось обязательное дальнейшее согласование с Eutelsat всех вопросов, касающихся НССС.
В соответствии с отданной Украине частью ЧОР на спутнике могло быть сформировано два луча: европейский, покрывающий 28 стран центральной, восточной и южной Европы; африканский, обслуживающих 12 стран западной Африки. Общий частотный ресурс, выделенный Украине, – 684 МГц (18 стволов по 33 МГЦ и 2 ствола по 45 МГц) или 19 эквивалентных стволов, что соответствует нагрузке малого КА. Данные параметры были заложены в основу нового варианта НССС. Объем финансирования работ по спутнику не пересматривался, несмотря на то, что частотный ресурс новой версии украинского КА уменьшился в 2,4 раза (!!!) по отношению к первоначальному варианту.
Фирма MDA, как поставщик НССС, за дополнительную плату предложила расширить частотный ресурс спутника, добавив еще один луч (индийский) с такими же параметрами нагрузки (9 стволов по 33 МГц, один ствол 45 МГц), на что Заказчик согласился. Окончательный вариант ЧОР, в соответствии с которым строился спутник, приведен в таблице 3. По расчетам MDA, стоимость КА с тремя лучами возросла на 15 млн. долл. до 269,6 млн. долл. без учета платы за риск (14,86% от общей стоимости).
Последние решения со сменой позиции и использования части ЧОР Eutelsat по сути закрыли вопрос о проекте украинской НССС, система будет (если будет) построена не в соответствии с потребностями украинских и других потенциальных пользователей, а согласно параметрам предоставленной Украине части ресурса другой Администрации связи. Естественно, теперь от Украины уже не требуется никаких маркетинговых исследований, технико-экономического обоснования и других работ по проекту в целом, да и самого проекта НССС.
Тип платформы (Express 1000N) и ее производитель (ИСС) остались прежними. Изменилась только стоимость работ, увеличившись до 309,6 млн. долл. (с учетом платы за риск). По появившейся в прошлом году в печати информации, к этой сумме следует добавить еще 15 млн. долл. на строительства резервного центра управления в Дунаевцах Хмельницкой обл.
Ситуация, что сложилась с украинским спутником, парадоксальная, если не сказать абсурдная – технические возможности спутника относительно предоставления услуг ухудшаются, частотный ресурс уменьшается (в 1,5 раза по отношению к первоначально заложенному варианту), а цена КА выросла.
Возможности национального КА
Прежде чем оценить насколько и при каких условиях может быть решена проблема возврата кредитов, полученных под государственную гарантию, и окупаемости вообще, проанализируем возможности спутника с заложенными в нем параметрами относительно объема и номенклатуры услуг, которые он способен предоставлять. Еще раз отметим, что вопрос о техническом облике спутника не обсуждался, требования потенциальных пользователей к параметрам полезной нагрузки будущего национального КА не учитывались. Действующим и будущим операторам и провайдерам, работающим на рынке спутниковой связи Украины и за ее рубежами, если они пожелают использовать ресурсы национального КА, надо будет приспосабливаться к реалиям ЧОР, который Украине позволили задействовать.
Краткие технические характеристики полезной нагрузки КА приведены в таблице 3. Во всех трех лучах на линии вверх (uplink) сигнал формируется на частотах в диапазоне (12,76 – 12,9) ГГц и (13,16 – 13,24) ГГц, а на линии вниз (downlink) – (10,73 – 10,95) ГГц.
Национальный спутник ориентирован на использование в ФСС, а основным видом услуг, обеспечивающих 84% прибылей в спутниковых системах телекоммуникаций (2013 г.), являются услуги вещания, относящиеся к ССВ. Стволы, работающие в ССВ, имеют свои особенности, основными из которых являются:
- повышенная мощность бортового передатчика (до 150 Вт – 200 Вт);
- более жесткие требования к линейности амплитудной характеристики канала, облегчающие применение современных технологий формирования и обработки сигналов.
Отметим, что для КА, работающих в ФСС, они не обязательны.
Ориентация КА на работу в ФСС не означает, что через украинский КА не могут предоставляться услуги вещания. В ССВ стволы ФСС могут использоваться в качестве фидерных линий для раздачи, например, программ вещания на узлы сети наземного эфирного вещания, кабельным операторам. Кроме того, использование стволов ФСС для передачи программ вещания накладывает ряд ограничений, связанных с недостаточным уровнем передаваемого сигнала, что приводит либо к снижению объемов передаваемой информации (информационной емкости), либо к невозможности обеспечения уверенного приема сигнала на антенну малого диаметра. Правда, влияние данного фактора несколько смягчено, проектом предусмотрено использовать бортовые передатчики с мощностью около 100 Вт.
Предоставление услуг спутникового непосредственного вещания (СНВ), дающего до 70% прибылей ССВ, через борт национального КА по формальным причинам вроде бы не возможно. Работа в сетях СНВ на линии вверх регламентируется диапазоном частот (17,3 – 18,1) ГГц, не заложенном в полезную нагрузку. Однако данное ограничение не столь существенно. На линии вниз, представляющей для пользователя услуг больший интерес, диапазоны частот практически совпадают, а поднять программы на спутник можно и в ФСС.
Зоны покрытия всех трех лучей представлены на рисунках 1 – 3.
Рисунок 1 – Зона покрытия евроукраинским лучом
Рисунок 2 – Зона покрытия западноафриканским лучом
Рисунок 3 – Зона покрытия индийским лучом
Вопрос эффективного использования выделенного для НССС частотного ресурса, т.е. увеличения количества информации, транслируемой по спутниковым каналам, решается путем внедрения ресурсосберегающих технологий, определяющих методы формирования и передачи сигналов. Возможность их применения зависит от энергетических показателей спутниковой линии, точнее от отношения мощности сигнала к мощности шума в канале, на которое влияют параметры полезной нагрузки. Формат сигнала (виды модуляции, кодирования и т.д.), планируемые к использованию в спутниковых каналах НССС, Заказчиком четко не определены, очевидно, они будут строиться в соответствии со стандартом DVB-S2. Хотя, если формально следовать названию, данный стандарт относят к цифровому спутниковому вещанию, он регламентирует вопросы формирования и передачи сигналов безотносительно к тому, какой вид информации передается. Прописанные стандартом виды сигналов как раз и налагают требования к линейности канала. Надо отметить, что проектом национального КА предусмотрено использование линеаризованных бортовых усилителей.
Как уже было сказано выше, основным видом услуг, обеспечивающим львиную долю прибылей, является спутниковое вещание. На украинском КА под эти цели планируется использовать почти весь ресурс (27 стволов по 33 МГц). Исходя из этого, анализ технических возможностей должен касаться определения объемов услуг вещания, в первую очередь, наиболее прибыльного СНВ, которые может обеспечить спутник с приведенными в таблице 3 параметрами. Следует учитывать, что в сетях СНВ диаметр зеркала антенны приемного терминала регламентирован не более 0,9 м. Это накладывает более жесткие требования к энергетике канала. Ограничение по размеру антенн к спутниковым системам распределения программ не относится.
Стандартом DVB-S2 для целей СНВ и распределения программ регламентировано использование сигналов с фазовой модуляцией (ФМ) ФМ-4 и ФМ-8. Более эффективные форматы с сигналами амплитудно-фазовой модуляции (АФМ) АФМ-16 и АФМ-32 предназначены для узких профессиональных применений, хотя их использование в других сетях вещания не запрещено. При выбранном формате сигнала потенциальные возможности спутника можно оценить данными, приведенными в табл. 4. Результаты получены при таких условиях:
- алгоритм сжатия программного потока MPEG-4;
- скорость потока, соответствующего одной телевизионной программе стандартной четкости, 2 Мбит/с;
- выбрано стандартизованное значение коэффициента расширения полосы 0,2.
При использовании алгоритма сжатия MPEG-2 количество программ уменьшится примерно в два раза. При переходе на модификацию MPEG-4/H.264 объем услуг можно увеличить примерно в 1,5 раза. Технические возможности спутника, определяемые параметрами КА, можно оценить, воспользовавшись методикой, приведенной в справочнике по спутниковой связи под редакцией Л.Я. Кантора, или программой расчета спутниковых линий Satmaster.
Будем считать, что пользователя удовлетворяет надежность канала 99,9%, т.е. за год предоставление услуг не гарантируется в течение 8,76 часов. В качестве альтернативы рассмотрены показатели канала с надежностью 99,95%. Расчеты проводились для более напряженной линии вниз (от КА к пользователю) на верхней частоте диапазона и крайних точек расположения пользователя в зоне покрытия, где уровень ЭИИМ наименьший. Эти условия соответствуют худшему случаю работы. Расчету подлежало отношение сигнал/шум, которое может быть реализовано в спутниковом канале при заложенных в систему параметрах. Необходимые данные для расчета приведены в табл. 3 и на рис. 1–3. Результаты расчета сведены в табл. 5.
Требования стандарта DVB-S2 к отношению сигнал/шум в канале относятся к линии в целом (Земля – спутник – Земля), и для каждого из участков линии они справедливы, если на борту КА производится обработка сигнала. При отсутствии обработки, что присуще украинскому КА, требования надо применять к каждому участку отдельно. В случае, когда не производиться оптимизация канала за счет перераспределения отношения сигнал/шум между линией вверх и линией вниз, отношение сигнал/шум на каждом участке надо увеличить в два раза (на 3 дБ), чтобы скомпенсировать эффект суммирования шумов, действующих на этих участках. Кроме того, необходимо заложить запас энергетики около 0,5 дБ для компенсации влияния излучения собственного спутника и от соседних КА, которые работают в этом же диапазоне. С учетом этих факторов в таблице 6 приведены требования стандарта DVB-S2 к отношению сигнал/шум, обеспечивающему квазибезошибочный прием информации.
Из сопоставления результатов расчета (табл. 5) с требованиями стандарта (табл. 6) видно, что в евроукраинском луче в зоне покрытия Украины может использоваться любой из форматов сигналов, приведенный в таблице 6. При этом есть незначительный запас мощности, который может быть израсходован для повышения надежности канала. В том же луче в зоне покрытия Европы эффективность системы ограничивается форматом ФМ-8, скорость кода 5/6 при надежности канала 99,9%. Наихудшие возможности предоставления услуг в зоне покрытия западноафриканского луча, характеризующего самой низкой энергетикой. При надежности канала 99,9% в лучшем случае там можно использовать формат сигнал ФМ-4, код скорости 2/3. Все результаты оценки технической возможности национального КА относительно предоставления услуг вещания представлены в таблице 7.
При заложенных в проект энергетических параметрах полезной нагрузки спутник может быть загружен только на 3/4 от своих возможностей. В основном это связано с низкими показателями западноафриканского луча. Менять параметры полезной нагрузки уже не возможно, единственным способом повышения степени использования ресурсов КА является увеличение размеров (коэффициента усиления) антенн земных станций и терминалов сетей, работающих через борт национального спутника. Например, чтобы поднять возможности западноафриканского луча до уровня индийского, энергетика канала должна быть увеличена на (4,5 – 5,0) дБ. Этого можно достигнуть, используя земные приемные станции с антенной с диаметром рефлектора 1,8 м. Возникает вопрос – пойдет ли на это пользователь ради работы через борт украинского КА, учитывая, вдобавок, что стоимость такой антенны почти в четыре раза больше (к примеру, антенны производства фирмы Prodelin).
Источник:Mediasat.info
* Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Рейтинг: