Холодный звонок: в России разрабатывается метеорная связь для Арктики
Российские ученые создали оборудование для метеорной связи, с помощью которого можно будет обмениваться сообщениями в приполярных областях и при освоении Северного морского пути. Другие способы в таких условиях практически неработоспособны. В отличие от громоздкого оборудования времен СССР новые устройства — размером с ноутбук. Мобильные комплексы, которые умеют передавать текстовые и голосовые сообщения, уже тестируются и будут готовы к использованию в 2020 году.
Когда ионосфера возмущена
Метеорная радиосвязь — способ передачи информации, использующий отражение радиоволн от ионизированных следов в атмосфере. Эти следы образуются при сгорании мелких метеорных тел. Из-за своей природы такой способ передачи представляет собой прерывистый канал связи. Однако в приполярных областях другие виды радиосвязи работать не будут.
Дело в том, что такие природные явления, как северное сияние и возмущение ионосферы, сильно сказываются на работе устройств связи, — в эфире появляется много шума и помех. Такие нарушения особенно сильно проявляются в областях, близких к магнитным полюсам земли. Альтернативой может быть только метеорная радиосвязь, которая в любых широтах позволяет получить адекватный канал передачи данных.
Группа специалистов Высшей школы прикладной физики и космических технологий (ВШПФиКТ) Санкт-Петербургского политехнического университета под руководством профессора Сергея Макарова предложила рабочую версию устройств, которые могут быть использованы в качестве резервного канала связи.
Комплекс оборудования включает усилители, модем и соответствующее программное обеспечение как для базовых станций, так и для мобильных абонентских устройств.
— Нами проведены предварительные трассовые испытания, — сообщил «Известиям» доцент ВШПФиКТ Сергей Волвенко. — Источник сигнала и приемник были разнесены на 700 км. Результаты показали практическую реализуемость предлагаемого подхода, работоспособность оборудования.
Оборудование для систем метеорной радиосвязи находится в высокой степени готовности к серийному выпуску, добавил он.
Предусмотрены различные сценарии использования разработанного комплекса. Предполагается построение распределённой сети передачи данных на основе принципа отражения радиоволн от метеорных следов.
— Возможно размещение на территории Российской Федерации нескольких базовых станций, которые могут покрывать всю ее территорию, — отмечает доцент ВШПФиКТ Сергей Завьялов. — Причём мощность таких станций относительно невелика (до 1 киловатта), но одна вышка может работать с дальностью в 2 тыс. км. То есть диаметр зоны обслуживания одной вышки — 4 тыс. км. Получается, что на всю Россию нужно всего пять-восемь вышек. Следовательно, метеорная связь получается еще и очень дешевой.
На связи метеор
Задел, касающийся разработок устройств для метеорной радиосвязи, был создан еще в СССР. Параллельно подобные исследования велись в США и Канаде. В Штатах система даже была доведена до коммерческого использования, однако она оказалась очень громоздкой и дорогой, представляя собой огромный стокилограммовый ящик.
Оборудование, разработанное в СПбПУ, — это устройство размером с ноутбук (30x30x10 см).
Сейчас активные научные исследования в этой же области ведут Китай и Япония. Есть несколько вариантов применения метеорной радиосвязи. Это системы раннего предупреждения о природных катаклизмах — то есть, мониторинг уровня волн, направления и потоков ветра, землетрясений, резервная связь — то есть отправка аварийных сообщений, связь между кораблями в северных широтах, а также глобальная система сбора данных. Под глобальной системой сбора данных ученые имеют в виду передачу информации от любых датчиковых систем, — будь это экомониторниг (подсчет популяции животных), умные системы регуляции транспортных потоков или защиту от несанкционированных вырубок леса.
Что можно будет передать с помощью этой связи? Любые текстовые и голосовые сообщения, но не видео. Скорее всего, не получится и установить постоянный голосовой канал связи (аналог телефонной), но записать сообщение голосом, передать его и получить звуковой ответ вполне возможно.
Для сжатия голосовых сообщений применяется кодирование подобное телефонному, для текстовых — помехоустойчивое кодирование, как в сетях 5G и 6G.
Специалисты, опрошенные «Известиями», оценили значимость разработки. Директор Политехнической школы ТюмГУ (вуз-участник проекта «5-100») Михаил Писарев считает идею развития метеорной связи очень актуальной.
— Данный вид связи вполне может заменить резервные радиоканалы передачи информации на промышленных объектах Крайнего Севера, — говорит он. — В случае успешного проведения промышленных испытаний и подтверждения требуемых технических характеристик, устройства для передачи сообщений с помощью метеорной связи могут значительно повысить безопасность работ в Арктике и расширить возможности по ее освоению.
Профессор факультета инфокоммуникационных технологий Университета ИТМО Владимир Григорьев также не сомневается в необходимости разработки и в реализуемости заявленной технологии.
— В Советском Союзе, а затем в России, школа специалистов по метеорной связи сложилась на уровне, не уступающем общемировому. Однако окупаемость создания такого рода систем пока оценить сложно, так как необходимо понимать стоимость как самого оборудования, так и строительства и эксплуатации всей сети. Основной конкурент — спутниковые системы связи на высокоэллиптических и низких орбитах. Конкурентность предлагаемого решения, по сравнению со спутниковыми, определится себестоимостью передачи условной единицы данных, достижимой скоростью и устойчивостью связи.
Через два-три месяца ученые СПбПУ приступят к широкомасштабным испытаниям оборудования для метеорной связи, и готовы предоставить его к использованию в 2020 году.
Информацию с помощью метеорной связи можно передать в короткие промежутки времени — около 0,5 секунды. Далее ионизированный след распадается, и передача информации становится невозможной, — необходимо ждать появления другого метеора. Интервал между появлением таких следов в среднем составляет 40 секунд. Однако во время метеорных потоков (их существует порядка 700) связь становится постоянной. Расписание метеорных потоков известно, их можно использовать для передачи данных.
