Российские ученые создали оборудование для метеорной связи, с помощью которого можно будет обмениваться сообщениями в приполярных областях и при освоении Северного морского пути, пишут «Известия». 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 (30×30×10 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.
СПРАВКА
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.