Кроме собственно передачи звуковых программ, DAD Eureka-147 может обеспечить и различные информационные сервисы, в том числе низкоскоростное мобильное видео (MPEG-2), трансляцию различных картинок (вспомним, что явилось толчком и экономическим фундаментом развития Интернета), различную текстовую новостную и справочную информацию. Все это делает цифровое вещание мощным конкурентом третьего поколения (3G) сотовой связи в области информационных услуг и мобильною видео. Хотя DAB не интерактивна, но разнообразие сервисов DAB в известной море, компенсирует этот недостаток. Причем лицензии на DAB-вещание, например, в Великобритании (порядка 50 тыс. фунтов) несопоставимо дешевле миллиардных 3G-лицензий саговой связи.
Наступление эры цифрового радио неизбежно и в нашей стране. «Концепция введения наземного цифрового звукового вещания в России в части использования радиочастотного спектра» существует с 1998 года. В феврале 2002 года Министерство РФ но делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций передаю в Правительство проект постановления «О мерах по обеспечению внедрения цифрового телевизионного и звукового вещания в Российской Федерации». Он предусматривал разработку в 2002-2003 годах программ внедрения телевизионного и звукового вещания, частотного плана для этого вещания по осей территории РФ, положения о конкурсе на право использования радиочастотного спектра для наземного телерадиовещания, а также ряда государственных стандартов и создание соответствующей аппаратуры. Пока все осталось на бумаге.
Видимо, в России, Ориентирующейся на систему Eureka-147, одна из наиболее сложных проблем поиск частотного ресурса. В качестве наиболее вероятного указывают на так называемый Ш вещательный диапазон 174-230 МГц. Однако все может упереться в основную проблему: где взять финансирование на разработку нормативных документов, разработку оборудования и развертывание сетей.
Многие важнейшие свойства ССС напрямую зависит от высоты и тина орбит КА, а также от их числа в составе орбитальной группировки. Высоты орбит не могут быть произвольными. Первое ограничение связано с тем, что наша планета окружена двумя облаками ионизированных частиц, так называемыми поясами Ван-Аллена. Эти частицы удерживаются благодаря магнитному полю Земли. Пояса Ван-Аллена расположены в экваториальной плоскости. Первый пояс на высотах от 1,5 до примерно 4 тыс. км, его «толщина» около 600 км. Второй пояс Ван-Аллена расположен на высотах 13 -19 тыс. км и занимает области порядка 500 км по обе стороны от плоскости экватора, «толщина» 1000 км. Уровень ионизационного излучения в области поясов Ван-Аллена порядка 10 тыс. имп./с, что по крайней мере на порядок выше прилегающих зон. Очевидно, что КА в этих районах лучше не летать. Поэтому выделяют четыре основные градации высот орбит: низкоорбитальные группировки (LEO-low earth orbit) с высотами порядки 500- 2000 км, средневысотные группировки (MEO medium earth orbit) с высотами 5 - 15 тыс. км (между первым и вторым поясами Ван-Аллена), геостационарные орбитальные группировки (GEO) на фиксированной высоте 36 тыс. км и орбитальные группировки на высокоэллиптических орбитах (НЕО). В последнем случае орбита представляет сильно вытянутый эллипс: с Землей в одном из его фокусов. Высоты в апогее (наивысшей точке), как правило, составляют порядка 7-70 тыс км, в перигее 400 500 км. Каждая из этих орбитальных позиций обладают своими достоинствами и недостатками.
О важности GEO еще в 1945 году писал Артур Кларк. Как и следует из названия, период обращении спутника на эгой орбите строго соответствует периоду вращения Земли. Нетрудно заметить, что возможна всего одна такая орбита, расположенная в экваториальной плоскости Земли. Простейший расчет показывает, что ее радиус 42 164 км (или высота 35768 км от поверхности Земли), соответственно, протяженность 264 790 км. КА на геостационарной орбите неподвижно висит над заданной точкой Земли, поэтому GEO еще называют геосинхронной орбитой. Очевидно, что трех спутников на GEO достаточно, чтобы, по крайней мере, один из них был в зоне примой видимости в любой точке Земли. Неудивительно, что с 1964 года нашлось немало желающих разместить свои спутники на GEO. Проблема в том, что близко расположенные спутники, работающие в одинаковых частотных диапазонах, будут серьезно мешать работе друг друга. Ситуацию нужно было урегулировать, для чего и был организован Международный комитет но регистрации часто (IFRB - International Freguency Registration Board). Эта организации занимается вопросами распределения позиций (точек стояния) на GEO. Стандартный шаг точек стояния 1°. Однако допускается интервал и (1,5°, если частотный диапазон соседних спутников существенно различен. Таким образом, всею возможно ил более 720 точек стояния. В одной точке стояния разрешено располагать несколько спутников, если они принадлежат одной стране или компании.
Достоинства КА на GEO сязаны с их неподвижностью относительно Земли и хорошем видимостью. В результате отпадает необходимость перестройки антенн наземных станций, нет измененья частот в связи с эффектом Доплера и т.д. Но у этой медали есть и обратная сторона. Прежде всего, из-за столь высокой орбиты возникает более чем ощутимая задержка распространения сигнала на трассе «Земля спутник — Земля» — никак не менее 500 мс 36000 (км) х 2/300000(м/с) = 0,48с), реально — от 600мс. Напомним, в телефонии задержка распространения сигнала не должна превышать 250 мс, иначе это становится заметным. С задержками 500-600 мс не справятся никакие системы компенсации эхосигнала. Высокая орбита существенно повышает требования к мощности передатчиков и чувствительности приемников, к размерам приемопередающих антенн. Для того чтобы спутник постоянно находился в определенной точке геостационарной орбиты, требуется периодическая коррекция его полета. Наконец, чтобы вывести спутник на высокую орбиту, нужен достаточно мощный носитель. Достаточно сказать, что долгое время в СССР не могли вывести спутник на геостационарную орбиту именно из-за проблем с мощными ракетами-носителями. В США дело обстояло лучше не только из-за более чем десятилетнего технологическою опережения в создании мощных носителей, но и из-за лучшею географического положения (ближе к экватору) стартовой позиции. Использование же мощного носителя неизбежно приводит к удорожанию запуска и всей ССС в целом, тем более что срок жизни КА ограничен (у современных КА 10-15 лет). Еще один недостаток КА на GEO — в полярных районах (в широтах выше 76,5°) они становятся практически невидимыми. А по крайней мере для России наличие связи в этих областях достаточно актуально. Альтернативой в данном случае может стать так называемая высокоэллиптическая орбита.
Артур Чарльз Кларк и статье «Extra-terrestrial Relays», опубликованной в 1945 году в журнале Wireless World, пророчески писал: «Искусственный спутник земли на определенном расстоянии от поверхности будет совершать один оборот каждые 24 часа. То есть постоянно оставаться над одной точкой земного шара. Из-за чего он будет в пределах прямой видимости почти половины поверхности земли. Три ретрансляционных станции, расположенные на этой орбите в пределах 120 градусов, позволят охватить всю планету телевидением и радиосвязью».
Через 15 лег, как только появилась техническая возможность вывода искусственных спутников Земли, начались и работы в области создания спутниковых систем связи (ССС). Первым спутником связи стал запущенный 12 августа 1960 года американский космический аппарат (КА) Есhо-1. Это был пассивный ретранслятор — надувной шар диаметром порядка 30 м (100 футов) с металлизированной оболочкой на орбите немногим выше 1,5 тыс. км. Он служил экспериментальным целим, в дальнейшем направление пассивных ретрансляторов в силу неэффективности развития не получило.
Активный ретранслятор впервые выведен на орбиту 10 июля 1962 года им стал спутник Telstar I. Орбита этого КА оказалась в районе так называемого первого радиационного пояса Ван-Аллена. В результате все его электронное оборудование вышло из строя за несколько недель. Запущенный на следующий год Telstar II был более радиационно-стойким и проработал гораздо дольше. Он позволял передавать один телевизионный канал или 60 дуплексных телефонных каналов. Через Telstar II была организована первая успешная трансатлантическая телепередача. Однако орбита этого КА была низкой, а мощность передатчика не превышала 2 Вт. Все это требовало больших наземных антенн со сложной системой сопровождения спутников, а также делало невозможным продолжительные сеансы связи.
Но уже в 1963 году начались запуски КА серии Syncom на геостационарные орбиты. Первые две попытки были неудачны (14 февраля и 26 июля, в последнем случае орбита была почти геосинхронной, период обращения составлял 24,2 часа, но с наклонением около 30°). Но 19 августа 1964 года Syncom-3 занял свое место на геостационарной орбите. Связь через него обеспечивали две наземные станции с 9-метровыми антеннами — в городе Лейкхерсте (США, ш. Нью- Джерсия) и на судне «Кингспорт», стоявшем в Гвинейском заливе близ нигерийскою города Лагос. Syncom-З использовался для трансляции Олимпийских игр 1964 года в Токио.
После запуска Syncom-3, 20 августа 1964 года представители 11 государств под эгидой США подписали соглашение о создании международного консорциума спутниковой связи «Интелсат». 6 апреля 1965 года консорциум запустил свой первый спутник Intelsat-1 (его символично назвали «ранней пташкой» - Early Bird). Это был первый коммерческий телекоммуникационный спутник. Оснащенный двумя транспондерами (транспондер — комплект приемопередающего оборудования на один канал) для работы в канале шириной 25 МГц, он поддерживал одновременно один телевизионный канал и 480 голосовых каналов. Сегодня в консорциум «Интелсат» входят 134 государства, он обеспечивает 2/3 всех международных телефонных разговоров, не считая других телекоммуникационных приложений. Современный спутник Intelsat VI обладает пропускной способностью 80 тыс. голосовых каналов.
23 апреля 1965 года с третьей попытки был выведен на орбиту и начал успешно работать первый отечественный спутник связи «Молния-1», положив тем самым начало региональным ССС и спутниковым группировкам на высокоэллиптических орбитах.
Так зарождались современные ССС. С тех пор в течение 40 лет процесс этот стремительно развивается. О каждом отдельном направлении ССС можно писать книгу. Поскольку такой возможности у нас нет, очень сжато расскажем, что же представляют собой спутниковые системы связи.
Эллиптические орбиты характеризуются углом наклона плоскости орбиты к плоскости экватора, координатами узлов орбиты (точек ее пересечения с плоскостью экватора) и эксцентриситетом (отношением большой и малой осей эллипса). Видимо, первым спутником связи на эллиптической орбите стал американский Relay-1, запущенный 13 декабря 1962 года (хронологически второй активный ретранслятор на орбите). Апогей его орбиты достигал 7,4 тыс. км, перигей -1,3 тыс.
Период обращения КА на эллиптических отитах выбирается кратным суткам. Так, у отечественной ССС «Молния» высота орбиты в апогее достигает 40тыс. км, в перигее — 464) км, наклонение 63,5°, период обращения КА 12 часов. Скорость движения КА в апогее значительно ниже, чем в перигее, поэтому время его видимости в требуемом регионе существенно выше, чем у спутника на круговой орбите. КА ССС «Молния» виден с территории России 8--10 часов, т.е. всего трёх спутников достаточно дли обеспечения непрерывной связи. Отметим, что из-за неоднородности гравитационного поля Земли наклонение эллиптической орбиты может быть только 63,4° (и симметрично ей 116,6°). Иначе обеспечить стабильное положение орбиты КА проблематично. Также следует учитывать, что КА на НКО неизбежно пересекают пояса Ван-Аллена. Еще один недостаток, свойственный всем негеостационарным ССС, — допплеровское смещение частоты из-за различной с точки зрения земного наблюдателя скорости движения спутника, а в случае НЕО у КА существенно различается еще и собственная скорость.
Cредневысокие орбиты располагаются между первым и вторым поясами Ван-Аллена на высотах 5-15 тыс. км. Зона охвата таких КА существенно ниже, чем у КА на геостационарных или высокоэллиптических орбитах. Кроме тою, время пребывания в зоне радиовидимости наземной станции у КА на МЕО составляет 1,5-2 часа. Поэтому для организации глобальных ССС необходимо порядка 10 КА. Из наиболее известных ССС (проекты) на МЕО можно назвать региональную Систему IC0 (10 активных КА + 2 резервных, высота орбиты 10355 км, наклонение 45°) и глобальные системы «Ростелесат-В» (24 КА, высота орбиты 10 300 км, наклонение 82°) и Spaceway NGSO (20 К А, высота орбиты 10 352 км, наклонение 55°).
Конечно, увеличение числа спутников в орбитальной группировке и постоянное изменение их местоположения это существенные недостатки ССС на МЕО по сравнению с геостационарными группировками. Однако они же превращаются в достоинства. Прежде всею существенно сокращаются задержки распространения сигнала (максимум 130 мс), что позволяет использовать такие ССС для задач телефонии. Кроме того, если в группировке несколько спутников, по крайней мере один из них виден под углом, большим 30°, а это весьма существенно для уменьшения влияния рельефа земной поверхности. Благодаря данной особенности, а также более низким орбитам существенно снижаются требования к мощности/чувствительности приемопередающей аппаратуры.
Период обращения спутников на орбитах высотой 10350 км составляет 6 часов, при ЭТОМ в тени Земли КА пребывают лишь несколько минут. Следовательно, их солнечные батареи (основной источник энергии) практически постоянно питают бортовую сеть, что существенно упрощает систему обеспечения электроэнергией и обеспечивает срок жизни КА до 10-15 лет — практически такой же, как и у спутников на GEO (в первую очередь, за счет минимального числа циклов перезарядки аккумуляторных батарей).
Низкими считаются орбиты, лежащие ниже первого пояса Ван-Аллена, т.е. с высотами 500 2000 км. Как правило, это круговые орбиты с наклонением 0 (экваториальные), 90° (полярные) и малонаклонные орбиты. Достоинства низкоорбитальных спутниковых группировок очевидны на один-два порядка меньшее по сравнению с МЕО и GEO расстояние до ретранслятора. В результате требования к мощности наземных передатчиков и параметрам антенн снижаются настолько, что наземные абонентские станции могут уже почти не отличаться от сотовых телефонов. Именно низкоорбитальные ССС Indium и Globalstar стали первыми глобальными системами спутниковой персональной телефонии. Низкая высота также обеспечивает малые задержки распространения, порядка десятков миллисекунд. Однако плата за низкие орбиты необходимость в достаточно большом числе КА в составе орбитальной группировки. Это естественно, поскольку на орбитах ВЫСОТОЙ 500 2000 км период обращения составляет 1,5-2 часа. В сочетании с малой зоной радиопокрытия это приводит к тому, что в течение одного витка КА вокруг Земли абонентская станция находится в зоне радиовидимости его транспондера несколько минут. Поэтому в состав орбитальных группировок низкоорбитальных ССС входит от 48-70 КА (288 в ССС Teledеsic).
Еще один минус LEO-относительно малый срок жизни КА. Прежде веет, на столь низких орбитах КА примерно треть времени находятся в теин Земли, что требует частых перезарядок аккумуляторных батареи. На орбитах ниже 700 км плотность атмосферы еще достаточна, чтобы требовалась постоянная коррекция орбиты КА. Выше же 1500 км КА оказываются в первом поясе Ван-Аллена, что сокращает время ж юн и электронной аппаратуры даже при использовании специальных защитных средств. В результате срок жизни КА на LEO составляет 5-7 лет.