©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
ŁĄCZNOŚĆ
SATELITARNA
W
ZASTOSOWANIACH
WOJSKOWYCH
Największą zaletą łączności satelitarnej w zastosowaniach wojskowych jest jej zasięg przy jednoczesnej
stosunkowo duŜej przepływności binarnej łączy w porównaniu z dotychczas stosowanymi łączami KF
(KF - chodzi o odbite od jonosfery fale krótkie). Pojedynczy satelita w zaleŜności od orbity, na której się
znajduje, ma zasięg łączności od około półtora tysiąca kilometrów dla orbit niskich, do około jednej trzeciej
obwodu Ziemi dla orbit wysokich. Dzięki niewielkiemu wpływowi atmosfery oraz powierzchni Ziemi, łączność
satelitarna sięga praktycznie wszędzie. Moce potrzebne do transmisji w systemach satelitarnych są znacznie
niŜsze od mocy potrzebnych w przypadku tradycyjnych, naziemnych sieci radiowych. Jedyną wadą
telekomunikacji satelitarnej jest wysoki koszt sprzętu, a tym samym wysoki koszt świadczenia usług
telekomunikacyjnych.
Dzisiejsze wojskowe systemy łączności radioliniowo-przewodowej są w przewaŜającej mierze cyfrowymi
systemami zintegrowanymi. Integracja polega w nich między innymi na tym, iŜ te same systemy łączności
wykorzystywane są przez róŜne rodzaje Sił Zbrojnych (Wojska Lądowe, Marynarkę Wojenną oraz Siły
Powietrzne) jak równieŜ przez róŜne rodzaje wojsk w ramach poszczególnych rodzajów Sił Zbrojnych
(pododdziały: zmechanizowane, pancerne, logistyczne, inŜynieryjne, artyleryjskie i inne).
Tak więc łączność satelitarna musi wpisywać się w tę konwencję. Dlatego teŜ aktualnie, stanowi ona głównie
element pozwalający na radykalne zwiększenie zasięgu łączności poza zasięg tradycyjnych przęseł
radioliniowych wynoszący około 30-40 km. Jej głównym konkurentem przez wiele lat była łączność
troposferyczna, tańsza w realizacji od łączności satelitarnej lecz równieŜ ograniczona zasięgowo do około
500 km. Przy obecnym sposobie uŜycia Sił Zbrojnych do prowadzenia działań o charakterze misyjnym na
innych kontynentach w rejonach o bardzo słabym nasyceniu infrastrukturą telekomunikacyjną, nie ma
praktycznie alternatywy dla łączności satelitarnej.
1.
„Dziś” - Przegląd satelitarnych systemów komunikacyjnych
1. 1. Militarne systemy komunikacji satelitarnej USA (MILSATCOM)
Wojskowa łączność satelitarna (MILSATCOM) w USA jest rozwijana i zarządzana przez Biuro Programu
Wspólnej Wojskowej Łączności Satelitarnej MJPO (MILSATCOM Joint Office Program), które jest nabywcą, na
potrzeby Departamentu Obrony (DoD), systemów komunikacji satelitarnej mających zaspokoić wymagania jego
uŜytkowników wynikające z potrzeb współczesnego pola walki oraz zagroŜeń wynikających z uŜycia broni
jądrowej i wojny elektronicznej EW (Electronic Warfare). MJPO pracuje równieŜ nad koncepcjami nowych
bezpiecznych systemów szerokopasmowych wspólnie z NASS (National Architecture Space Security) oraz
DISA (Defense Information Systems Agency). Aktualne programy MJPO obejmują między innymi:
•
DSCS (Defense Satellite Communications System);
•
Milstar (Military Strategic and Tactical Relay);
•
WGS (Wideband Gapfiller Satellites);
•
AEHF (Advanced EHF);
•
GBS (Global Service Broadcast).
RóŜnorodność systemów komunikacji wojskowej
rozwijanych
przez
MJPO
oraz
zakres
ich
wykorzystania na współczesnym polu walki ilustruje
rysunek 1.1.
Rys. 1.1. Hierarchia systemów komunikacji wojskowej
rozwijanych przez MJPO oraz zakres wykorzystywania
tych systemów na współczesnym polu walki.
Źródło: Air Force Research Laboratory
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
Na kolejnym rysunku przedstawiono porównanie podstawowych charakterystyk militarnych systemów łączności
satelitarnej uŜywanych przez siły zbrojne USA.
Rys. 1.2. Graficzne przedstawienie podstawowych charakterystyk militarnych systemów łączności satelitarnej USA
.
Źródło:
“Transform” the MILSATCOM Requirements Process. Briefing to SSPI. 19 Nov 02. Justin Keller, Lockheed-Martin,
Washington Operations.
Wielokanałowa łączność satelitarna jest wykorzystywana w siłach zbrojnych USA dość powszechnie aŜ do
szczebla taktycznego włącznie. Na potrzeby niŜszych szczebli dowodzenia oraz potrzeby grup wydzielonych
(grup specjalnych) wykorzystywane są wojskowe terminale jednokanałowe np. SCAMP.
Z uwagi na ograniczoną pojemność aktualnie eksploatowanych militarnych systemów satelitarnych USA, w
przypadku prowadzenia szerokich działań z udziałem sił międzynarodowych (np. Bośnia, Irak), na potrzeby sił
zbrojnych wykorzystywane są równieŜ zasoby komercyjnych systemów satelitarnych np. Inmarsatu, Intelsatu,
Eutelsatu i innych.
DSCS (Defense Satellite Communications System)
DSCS jest wojskowym systemem obronnej łączności satelitarnej USA rozwiniętym na bazie elementów
odpornych na czynniki broni nuklearnej oraz zakłócanie elektroniczne. Początki systemu sięgają roku 1966
kiedy na orbitę został wprowadzony pierwszy z ośmiu satelitów programu IDSCS (Initial Defense Satellite
Communications System), którego sukcesorem został DSCS.
System DSCS rozwijany był w dwóch fazach, jako DSCS II oraz jako DSCS III. DSCS II zaistniał w roku 1971.
Satelity DSCS II były wyposaŜone w transpondery o mocy 20 W, pracujące w paśmie SHF. Ostatni satelita tego
programu został umieszczony na orbicie w 1989 roku.
Program DSCS III został zainicjowany umieszczeniem na orbicie pierwszego satelity DSCS 3 F1. Aktualnie
DSCS III stanowi zestaw 5-ciu
1
satelitów geostacjonarnych oraz stanowisk naziemnych i powietrznych
wyposaŜonych w anteny o średnicy od 84 centymetrów (dla obiektów powietrznych), kilkumetrowe dla
obiektów mobilnych, po 18-metrowe talerze w przypadku stacjonarnych stacji naziemnych rozlokowanych na
terytoriach państw członkowskich NATO. Ostatni satelita nowej generacji DSCS 3A3 (o wadze około 3 ton),
znany teŜ jako USA 167 został umieszczony na orbicie geostacjonarnej (nad Oceanem Indyjskim) w marcu 2003
r. Satelity komunikacyjne DSCS III pracują w paśmie SHF. W ramach programu SLEP (Service Life
Enhancement Program) mogą świadczyć usługi o ulepszonej jakości, w tym nieprzerwaną komunikację głosową
oraz dość szybką transmisję danych. Transmisja w systemie DSCS III odbywa się w sześciu pasmach pomiędzy
40 a 85 MHz (Ch1: 50 MHz, 40 W; Ch2: 75 MHz, 40 W; Ch3: 85 MHz, 10 W; Ch4: 85 MHz, 10 W; Ch5: 60
MHz, 10 W; Ch6: 50 MHz, 10 W), a dane mogą być przesyłane z prędkością do 200 Mb/s (w kierunku do
uŜytkownika – w przypadku GBS). Ulepszenia SLEP pozwalają oszczędzać energię oraz poprawiać łączność.
1
Faktycznie na orbicie znajduje się aktualnie 13 innych satelitów DSCS z których pierwszy został wyniesiony na orbitę w październiku
1982 roku i nadal jest uŜywany do testów. Misja kaŜdego z satelitów DSCS przewidziana jest na 10 lat, jednak ponad połowa z
funkcjonujących dzisiaj satelitów ma przedłuŜone misje i nadal świadczy znakomite usługi. Satelity DSCS są wykorzystywane podczas
misji w Iraku, a takŜe zapewniają łączność sił amerykańskich i ich sojuszników na całym świecie. Systemem satelitów zarządza Air
Force Space Command z bazy w Schriever.
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
Z uwagi na tajemnicę wojskową nie są podane do publicznej wiadomości dane odnośnie lokalizacji satelitów na
orbicie.
UŜytkownikiem systemu DSCS jest Departament Obrony USA. Od 1995 roku współuŜytkownikiem systemu
DSCS jest równieŜ Departament Obrony Kanady.
Mobilnymi terminalami naziemnymi wykorzystywanymi przez armie amerykańską w systemie DSCS są między
innymi: STAR-T (AN/TSC-143), LMST (AN/USC-59), LST-8000 (AN/USC-60).
Milstar (Military Strategic and Tactical Relay)
Milstar
2
jest wojskową siecią łączności satelitarnej, mogącą funkcjonować w razie globalnego ataku nuklearnego
oraz przy całkowitym zniszczeniu naziemnej infrastruktury telekomunikacyjnej. System satelitarny Milstar
tworzy konstelacja złoŜona z sześciu satelitów geostacjonarnych, z których ostatni - Milstar 6 został
umieszczony na orbicie w kwietniu 2003. Satelita ten, jak i pięć poprzednich, stanowi w pewnym sensie
orbitalny odpowiednik stacji naziemnych. Satelity (o masie około 4,5 tony) mają zainstalowane na
dwunastometrowych platformach dwa rodzaje systemów: LDR (Low Data Rate) i MDR (Medium Data Rate),
które umoŜliwiają przesyłanie dźwięku, obrazów oraz przekazów wideo pomiędzy dowolnymi miejscami na
powierzchni Ziemi. Systemy LDR i MDR zasadniczo róŜnią się od siebie zaawansowaniem technologicznym
oraz wydajnością.
W systemy LDR wyposaŜone są wszystkie satelity Milstar (bez względu na ich wiek). W systemie LDR za
pośrednictwem 192 kanałów moŜna przesyłać dane (głównie audio) z prędkością od 75 do 2400 b/s.
W systemy MDR wyposaŜone są satelity nowsze (od nr 3 wzwyŜ). System MDR jest znacznie wydajniejszy:
poprzez 32 kanały moŜna transmitować dane audio i video z prędkością do 1.5 Mb/s, jak równieŜ organizować
wideokonferencje. Ocenia się, Ŝe jego efektywność jest 600 razy większa w porównaniu z systemem LDR.
Satelity komunikacyjne Milstar działają w zakresie częstotliwości EHF. Przesyłanie danych odbywa się za
pomocą kilkunastu anten zamontowanych na satelitach, ukierunkowanych dokładnie na odbiorców
3
sygnału.
Precyzyjne kierunkowanie anten satelitarnych ma zapobiegać namierzeniu i przechwytywaniu transmisji przez
nieprzyjaciela. Ponadto, w przypadku wykrycia, Ŝe przekaz jest namierzany, satelita moŜe zmieniać
częstotliwość pracy.
W systemie Milstar poza tradycyjnym sposobem funkcjonowania w układzie „ziemia–satelita–ziemia”, moŜliwa
jest bardzo szybka komunikacja pomiędzy satelitami oraz pośredniczenie w przesyłaniu danych. Przekaz w
łączach międzysatelitarnych jest kodowany i odbywa się na częstotliwościach, które są całkowicie blokowane
przez atmosferę ziemską.
Z uwagi na tajemnicę wojskową, podobnie jak w przypadku DSCS, nie są podane do publicznej wiadomości
dane odnośnie lokalizacji satelitów Milstar na orbicie.
Mobilnymi terminalami naziemnymi wykorzystywanymi przez armię amerykańską w systemie Milstar są
między innymi: SMART-T (AN/TSC-154), AN/TRC-194, SCAMP (AN/PSC-11).
WGS (Wideband Gapfiller Satellites)
Kontrakt WGS przewiduje budowę sześciu satelitów bazujących na modelu 702 firmowanym przez Boeinga. W
okresie pomiędzy 2004 a 2007 rokiem Boeing przewidywał zbudowanie łącznie trzech satelitów WGS i
wprowadzenie ich na orbitę. Satelity Wideband Gapfiller wyposaŜone są w systemy łączności umoŜliwiające
pracę w paśmie SHF i EHF. Z uwagi na pracę w paśmie EHF moŜliwe będzie stosowanie anten
małogabarytowych oraz realizacja usług szerokopasmowych. Satelity Wideband Gapfiller są zdolne do
współpracy z róŜnymi agencjami militarnymi.
Program Wideband Gapfiller Satellites jest zarządzany przez Air Force Space and Missile Systems Center
znajdujący się w bazie sił powietrznych w Los Angeles. Satelity WGS mają usprawnić łączność satelitarną na
potrzeby obrony USA, aktualnie realizowaną przez DSCS (Defense Satellite Communications System) i GBS
(Global Broadcasting Service) oraz do roku 2009 mają zapewnić usługi szerokopasmowe przewidywane w
projekcie rozwoju sił zbrojnych XXI wieku.
2
Milstar w literaturze często nazywany jest militarnym systemem supertajnego przesyłania danych.
3
Jest to działanie odwrotne od stosowanego w systemach komercyjnych, gdzie Ŝąda się, aby anteny pokrywały swym zasięgiem jak
największe obszary Ziemi (nawet całe kontynenty) po to, Ŝeby jak najwięcej uŜytkowników mogło korzystać z usług danej sieci
satelitarnej.
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
Wprowadzenie do eksploatacji w siłach zbrojnych USA systemu satelitarnego WGS zapewni dostarczenie pełnej
gamy usług zarówno wąsko jak i szerokopasmowych w tzw. okresie przejściowym IWS (Interim Wideband
System), dopóki nie zostanie wdroŜony system docelowy AWS (Advanced Wideband System). Koniec
opracowania AWS przewiduje się na rok 2009.
GBS (Global Service Broadcast)
GBS jako połączony (joint) program rozwoju militarnych satelitarnych systemów informacyjnych został
zatwierdzony przez Kongres USA w 1996 roku. System GBS przeznaczony jest dla dostarczania duŜych ilości
róŜnorodnej informacji wojskom USA (lub międzynarodowym zgrupowaniom wojsk NATO) rozwiniętym oraz
prowadzącym działania w dowolnym rejonie świata.
JuŜ w fazie projektowania przyjęto, Ŝe GBS będzie rozwijany w oparciu o technologie i produkty komercyjne
(zasada COTS – Commercial off the shelf) oraz będzie wyposaŜony we wszystkie interfejsy umoŜliwiające
powiązanie go z innymi systemami: systemami dowodzenia i zarządzania, systemami informacyjnymi,
systemami meteo i innymi.
UŜytkownicy (abonenci) systemu mają dostęp do wszelkiego rodzaju informacji dystrybuowanej w systemie
przy wykorzystaniu małych przenośnych terminali wyposaŜonych w małogabarytowe anteny.
W rozwoju systemu GBS wyróŜnia się trzy charakterystyczne fazy:
Faza 1 – realizowana w okresie 1996 – 1998. W fazie tej na potrzeby GBS wykorzystywano satelity
komercyjne pracujące w paśmie EHF. W okresie fazy pierwszej GBS był wykorzystywany na
potrzeby ograniczonego wsparcia informacyjnego wojsk.
Faza 2 – realizowana w latach 1998 – 2006. W fazie tej przewiduje się stopniowe odchodzenie od
dzierŜawy satelitów komercyjnych na rzecz wykorzystywania satelitów militarnych. W fazie
tej przewiduje się wykorzystywanie satelitów UHF Follow-on (nr 8, 9, 10) z dodatkowym
wyposaŜeniem umoŜliwiającym pracę w paśmie EHF (20,2 – 21,2 GHz).
Faza 3 – po roku 2006 będzie rozwijana zgodnie z docelową architekturą MILSATCOM DoD.
W rozwoju systemu GBS uczestniczy szereg znanych firm: Boeing, EDS, Hughes, Lockheed Martin, Raytheon,
TRW itp.
Informacje z systemu GBS będą rozprowadzane aŜ do najniŜszych ogniw dowodzenia siłami zbrojnymi z
szybkością do 45 Mb/s. Informacje będą miały charakter przekazów tekstu, audio, obrazów nieruchomych, stron
www oraz wideo.
System GBS był bardzo szeroko wykorzystywany podczas operacji w Bośni i w Iraku.
1.2. Systemy innych państw członków NATO
Skynet
Skynet jest programem łączności satelitarnej opracowanym na potrzeby Ministerstwa Obrony Wielkiej Brytanii.
Początkowo celem programu było zapewnienie łączności siłom zbrojnym rozlokowanym poza wyspą, w
rejonach zainteresowań Wielkiej Brytanii oraz w rejonach ewentualnych działań zbrojnych. Później system
nabrał charakteru globalnego.
WdraŜając program Skynet, Wielka Brytania stała się trzecim w kolejności (po USA i Intelsacie) operatorem
systemu satelitarnego.
Pierwszy satelita Skynet 1A został umieszczony na orbicie geostacjonarnej nad Oceanem Indyjskim w
1969 roku. Zadaniem jego było połączenie stacji naziemnych rozmieszczonych na Dalekim Wschodzie. śycie
satelity trwało krócej niŜ przewidywano. Kolejny satelita serii 1 wystrzelony w 1970 roku nie wszedł na orbitę.
Skynet 2B został umieszczony na orbicie geostacjonarnej na pozycji 42
o
E w roku 1974. Satelita został
zbudowany przez firmę Marconi Space and Defence Systems. WyposaŜony był w transpondery umoŜliwiające
pracę w dwóch kanałach: w jednym o szerokości 20 MHz i w drugim o szerokości 2 MHz. Skynet 2B był na
orbicie 20 lat.
System Skynet 3 nigdy nie został rozwinięty i kolejne satelity pochodziły juŜ z serii Skynet IV. Pierwszy satelita
z serii IV – Skynet 4A został wprowadzony na orbitę w 1988 roku na pozycji 146
o
W. WaŜył 800 kg. Na jego
pokładzie umieszczono 4 transpondery pracujące w paśmie SHF (7.23-7.75 GHz), 2 transpondery na pasmo
UHF (250-315 MHz), jeden transponder na pasmo EHF (42 GHz) oraz baterie słoneczne dostarczające mocy
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
1,2 kW. Pozostałe satelity serii IV zostały umieszczone na orbicie na pozycjach: Skynet 4B - 53
o
E, Skynet 4C na
pozycji 1
o
W.
Satelity serii Skynet IV zapewniają łączność siłom zbrojnym Wielkiej Brytanii na całym obszarze globu
ziemskiego. WyposaŜenie satelitów umoŜliwia realizację łączności za pomocą róŜnorodnych terminali
przewoźnych i przenośnych wykorzystywanych przez uŜytkowników lądowych (np. Racal VSC501), morskich i
na obiektach latających.
Satelity serii IV są wyposaŜone w systemy przeciwzakłóceniowe oraz są uodpornione na impuls
elektromagnetyczny (EMP). Satelity mają identyczną budowę jak satelity NATO IV. Satelity Skynet są
kompatybilne z innymi narodowymi satelitami wojskowymi jak: DSCS (USA) oraz Syracuse (Francja).
Operatorem satelitów Skynet jest MoD (Ministry of Defense) UK. Zasoby systemu satelitarnego Skynet są
wykorzystywane przez Siły Zbrojne Wielkiej Brytanii, ministerstwa oraz róŜne agencje rządowe. Usługi
łączności satelitarnej mogą być równieŜ świadczone uŜytkownikom spoza Wielkiej Brytanii, w tym róŜnym
organizacjom międzynarodowym.
Wartość operacyjna satelitów Skynet została sprawdzona w warunkach działań zbrojnych prowadzonych na
Falklandach, w Namibii oraz podczas Wojny w Zatoce Perskiej. Wnioski z uŜytkowania satelitów serii IV są
wykorzystywane przy opracowywaniu satelitów Skynet serii V. Pierwszy z satelitów nowej serii ma zostać
wysłany na orbitę po roku 2006.
Syracuse
Nazwa Syracuse jest skrótem od Système de Radio Communication Utilisant un Satellite – francuskiego
satelitarnego systemu telekomunikacyjnego, który został stworzony na potrzeby uŜytkowników zarówno
wojskowych jak i cywilnych.
Pierwszy satelita systemu - Telecom 1A został umieszczony na orbicie geostacjonarnej w roku 1984. Satelita był
wyposaŜony w 12 transponderów aktywnych oraz 5 transponderów rezerwowych, w tym: cztery transpondery na
pasmo SHF (4/6 GHz), sześć transponderów na pasmo EHF (12/14 GHz), oraz dwa transpondery na pasmo
wojskowe SHF (7/8 GHz). Transpondery były zasilane z baterii słonecznych dostarczających mocy 1,2 kW.
Transpondery pasma EHF oraz wojskowej części pasma SHF były wykorzystywane przez siły zbrojne.
Telecom 1 był zaprojektowany i wykonany przez firmę Matra oraz wyniesiony na orbitę przez Alcatel Espace.
Ogółem w latach 1984, 1985 i 1988 zostały wyniesione na orbitę łącznie trzy satelity Telecom 1. Czas Ŝycia
satelitów został obliczony na 7 lat. W roku 1994 w gotowości bojowej pozostawał tylko Telecom 1C.
Serię satelitów Telecom 2 zaczęto umieszczać na orbicie od 1991 roku. Telecom 2A został umieszczony na
pozycji 8
0
W. Telecom 2B został wyniesiony na orbitę w roku 1992 na pozycję 5
0
W. W latach 1995 i 1996 na
orbitę wprowadzono satelity Telecom 2C (na pozycję 3
0
E) i Telecom 2D. Satelity Telecom 2 są gabarytowo
większe od poprzednich oraz mają większe masy. Bazują na platformach British Aerospace Eurostar 2000.
Baterie słoneczne dostarczają mocy 3,6 kW przy zapotrzebowaniu urządzeń pokładowych na 2,5 kW. Czas Ŝycia
satelitów jest obliczony na 10 lat.
Satelity mają zamontowane na pokładzie 10 transponderów na pasmo SHF (4/6 GHz) plus cztery zapasowe dla
łączności telefonicznej i na potrzeby telewizji, 6 transponderów na pasmo SHF (7/8 GHz), które stanowią
składową systemu Syracuse oraz 11 transponderów na pasmo EHF (12/14 GHz) z sześcioma zapasowymi na
potrzeby telewizji, transmisji danych oraz telekonferencji.
Sicral (Sistema Italiano per Comunicazioni Riservate ed Allarmi)
Sicral jest pierwszym włoskim, militarnym satelitą telekomunikacyjnym. Projekt jego został przyjęty w
1996 roku, a umieszczenie satelity na orbicie geostacjonarnej na pozycji 16.2° E zostało zrealizowane w
roku 2001. Budowa satelity została sfinansowana przez konsorcjum Sitab utworzone przez Alenia Spazio (70%),
FiatAvio (20%) i Telespazio (10%). Satelita jest zarządzany przez IMD (Italian Ministry of Defense). Centrum
kontroli i monitorowania satelity (zbudowane przez Telespazio) znajduje się we Włoszech w miejscowości
Vigna di Valle.
Satelita Sicral ma masę 2600 kg. Na jego pokładzie znajduje się 9 transponderów na pasmo SHF (7/8 GHz),
jeden transponder na pasmo UHF (260-300 MHz) i jeden na pasmo EHF(20-44 GHz). Transpondery są zasilane
z baterii słonecznych. Moc pobierana: 3,28 kW. Urządzenia satelity są zabezpieczone przed działaniem impulsu
elektromagnetycznego.
Sicral jest pierwszym europejskim (oraz pierwszym na świecie) satelitą militarnym oferującym usługi łączności
w paśmie EHF (20-40 GHz). Jego czas Ŝycia został obliczony na 10 lat.
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
Sicral jest, w paśmie SHF, kompatybilny z innymi narodowymi satelitami wojskowymi jak: DSCS /USA/,
Skynet /UK/, Syracuse /Francja/ oraz z satelitami NATO.
Wiązki antenowe satelity Sicral są ukierunkowane jak na
rysunku 1.3. Wiązka EHF obejmuje Włochy, wiązka SHF
Europę, rejon Morza Śródziemnego oraz północne
wybrzeŜe Afryki i Półwysep Arabski. Łączność w zakresie
UHF moŜe być realizowana w obrębie powierzchni ziemi
(półkuli) jak na przedstawionym rysunku.
System satelitarny Sicral obsługuje 100 terminali
naziemnych
(stacjonarnych,
przewoźnych
oraz
przenośnych), morskich oraz umieszczonych na obiektach
latających.
Sukces uruchomienia systemu Sicral spowodował, Ŝe
przewiduje się jego rozbudowę poprzez umieszczenie na
orbicie kolejnych satelitów: Sicral 1 bis – w roku
2006/2007, a Sicral 2 – w roku 2010.
Rys. 1.3. Ukierunkowanie anten satelity Sicral. Źródło: Alcatel-Lucent.
Hispasat (Spainsat)
Satelity Hispasat są przeznaczone do komunikacji cywilnej oraz komunikacji specjalnej wykorzystywanej przez
siły zbrojne oraz róŜne agencje rządowe.
Pierwszy hiszpański satelita telekomunikacyjny Hispasat 1A został wyniesiony na orbitę geostacjonarną
w roku 1992 i umieszczony na pozycji 30
0
W. W dziesięć miesięcy później został wystrzelony kolejny satelita
Hispasat 1B. Obydwa satelity bazowały na platformach opracowanych przez British Aerospace oraz Matra
Marconi. Plan przewidywał ich funkcjonowanie na orbicie do 2003 roku.
W roku 2002 wprowadzono na orbitę kolejnego satelitę Hispasat 1C, który zastąpił dwa poprzednie. Misja
Hispasat 1C ma potrwać 15 lat.
Satelita Hispasat 1C ma na pokładzie łącznie 24 transpondery oraz anteny umoŜliwiające łączność pomiędzy
Europą a Ameryką. Za pomocą Hispasat 1C, oprócz usług specjalnych świadczonych na rzecz armii,
realizowane są usługi transmisji danych oraz radiodyfuzji programów radiowych, jak równieŜ programów
telewizji analogowej i cyfrowej. Sygnał z satelity moŜna odbierać w Europie, na Bliskim Wschodzie, w
Północnej Afryce oraz na terytoriach obydwu Ameryk. W oparciu o satelitę budowane są równieŜ sieci VSAT.
Satelita w części obejmującej transpondery na pasmo SHF jest kompatybilny z innymi narodowymi satelitami
wojskowymi jak: DSCS /USA/, Skynet /UK/, Syracuse /Francja/ oraz z satelitami NATO.
1.3. System NATO
System NATO SAT został zbudowany w celu zapewnienia połączeń satelitarnych pomiędzy stolicami państw
członkowskich paktu NATO (połączenia pomiędzy dowództwami sił zbrojnych państw NATO).
Satelity NATO-1 oraz NATO-2 zostały wyniesione na orbity w 1970 i 1971 roku. Satelity były zbudowane
przez firmę Ford Aerospace i były podobne do satelitów brytyjskich Skynet-1.
Pierwszy z większych satelitów natowskich serii NATO-3 – NATO-3A o masie 376 kg został wystrzelony na
orbitę w roku 1976. Satelita wyposaŜony był w dwa transpondery na pasmo SHF (7/8 GHz) zasilane z baterii
słonecznych o mocy 425 W oraz w komplet kierunkowych anten nadawczo-odbiorczych (stoŜkowych). Podobne
w budowie były kolejne satelity NATO-3B i NATO-3C. Satelita NATO-3D o nieco większej masie (385 kg)
został umieszczony na orbicie w roku 1984.
Satelity NATO serii 3 mogą obsługiwać setki uŜytkowników świadcząc wąskopasmowe usługi przesyłania głosu
i telefaksów. Satelity pracują w zakresie UHF oraz w paśmie wojskowym SHF. Satelity NATO-3 są
kontrolowane przez USAF's 50th Space Wing's 5th Space Operations Squadron w Onizuka AFB, California.
Pierwszy z satelitów serii 4 NATO-4A został umieszczony na orbicie w 1991 roku na pozycji 18° W. Kolejny
NATO-4B w 1993 roku na pozycji 6° E. Obydwa satelity zostały zbudowane przy wykorzystaniu rozwiązań
zastosowanych w brytyjskich satelitach Skynet serii 4.
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
Satelity serii 4 podobnie jak ich poprzednicy zapewniają łączność w zakresie UHF oraz w paśmie wojskowym
SHF.
1.4. Komercyjne systemy komunikacji satelitarnej
Mniejsze i biedniejsze państwa, takie jak na przykład Polska, nie posiadające własnych systemów satelitarnych a
zmuszone względami politycznymi do działania w koalicyjnych operacjach militarnych poza terenem własnego
kraju, korzystają z szerokiej oferty operatorów komercyjnych systemów satelitarnych. Z systemów
komercyjnych korzystają równieŜ państwa posiadające własne systemy satelitarne w sytuacjach, gdy
zapotrzebowanie na pasmo jest większe niŜ moŜliwości posiadanego systemu satelitarnego.
Dostęp do zasobów komercyjnych przez państwa posiadające własne wielozakresowe terminale satelitarne
realizowany jest poprzez dzierŜawę odpowiedniego fragmentu pasma na danym transponderze. W przypadku
krajów bardziej zacofanych technologicznie, takich jak Polska, dostęp do zasobów satelitarnych realizowany jest
poprzez dzierŜawę od dostawcy usług satelitarnych pasma wraz z komercyjnym terminalem rzadko kiedy
przystosowanym do wymagań wojskowych (rys. 1.4).
Rys. 1.4. Widok terminala komercyjnego, częściowo dostosowanego do wymagań wojskowych. Źródło: http://www.awaks.pl/
2.
„JUTRO” - Perspektywa rozwoju łączności satelitarnej w zastosowaniach wojskowych w
horyzoncie roku 2012
W duŜym uproszczeniu moŜna stwierdzić, iŜ w większości militarnych systemów satelitarnych nie nastąpią
zasadnicze zmiany do roku 2012. W systemach takich państw jak USA, Wielka Brytania czy Francja
kontynuowana będzie polityka zastępowania starych satelitów nowymi o minimalnie poprawionych
własnościach eksploatacyjnych. Ulepszenia te będą dotyczyć głównie:
•
Poprawy niezawodności satelitów poprzez wdroŜenie nowych rozwiązań w układach zasilania
pokładowego.
•
Ograniczenia masy satelitów a takŜe ich zapotrzebowania na energię elektryczną przy jednoczesnym
zwiększaniu mocy nadajników (poprawa efektywności energetycznej).
•
Miniaturyzacji mającej na celu umieszczanie większej liczby transponderów na jednym satelicie.
•
Rozszerzenia zakresu obsługiwanych częstotliwości, szczególnie w kierunku wyŜszych częstotliwości.
•
Wprowadzenia nowych typów anten, tzw. anten inteligentnych, pozwalających na zmianę charakterystyki
kierunkowej anteny. W zaleŜności od potrzeb wiązka moŜe być skupiona na małym obszarze (np.
prowadzenia operacji militarnej) lub moŜe zostać rozszerzona do obszaru obejmującego cały kontynent.
•
Zastosowania nowych metod kodowania transmitowanego sygnału pozwalających na zwiększenie
efektywności wykorzystania pasma. Dzięki temu w tych samych pasmach częstotliwości moŜliwa będzie
realizacja transmisji danych z większą szybkością. W przypadku satelitów starszego typu, tzw.
przeźroczystych protokołowo, a więc na przykład nie dokonujących komutacji na pokładzie, zagadnienie to
dotyczy segmentu naziemnego czyli terminali satelitarnych.
•
WdroŜenia lepszych filtrów w układach nadawczo-odbiorczych satelitów. Pozwoli to na zmniejszenie
odstępu pomiędzy sąsiednimi pasmami na jednym transponderze. Zaoszczędzone w ten sposób widmo
częstotliwości moŜe zostać wykorzystane do przydziału pasma kolejnemu uŜytkownikowi lub do
poszerzenia istniejących pasm.
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
Natomiast w przypadku takich państw jak Włochy czy Hiszpania, znajdujące się na orbicie satelity będą
eksploatowane co najmniej do roku 2012. Biorąc przy tym pod uwagę często spotykaną praktykę wydłuŜania
czasu słuŜby satelitów na orbicie, naleŜy spodziewać się iŜ satelity te będą eksploatowane do roku 2020.
Jedynym novum, które moŜe pojawić się na orbicie w perspektywie roku 2012 jest amerykański system AEHF
(Advanced Extremely High Frequency).
AEHF będzie udoskonalonym następcą systemu Milstar zabezpieczającym potrzeby pewnej i skrytej wymiany
informacji pomiędzy prezydentem, naczelnymi dowództwami rodzajów sił zbrojnych oraz dowódcami jednostek
taktycznych wszystkich rodzajów sił zbrojnych USA na wszystkich poziomach konfliktów zbrojnych. Usługi
systemu będą dostępne prawie na wszystkich obszarach zainteresowania USA (zasięg globalny). Z uwagi na
duŜą pojemność, system będzie mógł oferować swoje usługi równieŜ partnerom militarnym USA.
System będzie funkcjonował w oparciu o satelity oraz wyposaŜenie naziemne pracujące w paśmie EHF (łącza
uplink i międzysatelitarne) oraz SHF (łącza downlink).
System będzie kompatybilny z systemem Milstar, poniewaŜ wszystkie satelity AEHF będą wyposaŜone w
zestawy urządzeń LDR i MDR podobne do stosowanych aktualnie na satelitach Milstar oraz w nowe zestawy
XDR (Extended data rates) umoŜliwiające wymianę danych w czasie rzeczywistym przy transmisji z szybkością
do 8 Mbit/s.
W systemie będą wykorzystywane terminale rodziny FAB-T (Family Advanced Beyond Line-of-Sight Terminals)
oferowane przez róŜnych usługodawców.
Tworzenie systemu AEHF będzie realizowane poprzez stopniową transformację (a tym samym poprzez
sukcesywne poprawianie własności uŜytkowych) eksploatowanego systemu Milstar. Budowa systemu AEHF
będzie realizowana poprzez systematyczne powiększanie konstelacji satelitów Milstar przez satelity AEHF o
poszerzonych moŜliwościach usługowych.
3.
„POJUTRZE” - Perspektywa rozwoju łączności satelitarnej w zastosowaniach wojskowych w
horyzoncie roku 2020
W dalszej perspektywie czasowej (po roku 2020) rysują się pewne tendencje wskazujące na moŜliwe ścieŜki
rozwoju wojskowych systemów łączności satelitarnej.
Najprawdopodobniej na tzw. „pierwszy ogień” pójdzie miniaturyzacja wojskowych terminali satelitarnych.
NaleŜy tu zdać sobie sprawę z faktu, iŜ tzw. przewoźny terminal satelitarny w wydaniu wojskowym jest obecnie
wielkości średniego samochodu cięŜarowego dla szybkości transmisji danych powyŜej 2 Mbit/s lub samochodu
terenowego dla szybkości transmisji danych do 2 Mbit/s. Natomiast tzw. zestaw przenośny bywa
niejednokrotnie wielkości połowy przeciętnej lodówki. Terminale satelitarne dla grup specjalnych, moŜna by
rzec „osobiste”, są wielkości dość sporej walizki lub średniego plecaka stanowiąc pełne obciąŜenie jednego
Ŝ
ołnierza. W przypadku grup 3-4 osobowych, w których jeden z Ŝołnierzy jest praktycznie wyłączony z działań
ze względu na obciąŜenie terminalem satelitarnym sprawność działania takiej grupy znacznie maleje.
Ponadto w wojsku praktycznie nie istnieją telefony satelitarne typu Iridium ze względu na brak niskoorbitowych
wojskowych systemów łączności satelitarnej. W dającej się przewidzieć perspektywie czasowej Ŝadne z państw
członków NATO nie przewiduje budowy własnego lub koalicyjnego systemu łączności opartego na satelitach
niskoorbitowych.
Dlatego teŜ, biorąc pod uwagę powyŜsze problemy, wydaje się naturalnym dąŜenie do takiej miniaturyzacji
terminali satelitarnych aby wspomagały a nie utrudniały wykonywanie właściwych działań przez Ŝołnierzy.
Przykładowo
terminal
satelitarny
przyszłości
przeznaczony
dla
grup
specjalnych
powinien
składać się z:
•
modemu wbudowanego w lornetkę lub noktowizor pozwalającego na transmisję obserwowanego obrazu
lub co najmniej sekwencji zdjęć przy jednoczesnej dwukierunkowej transmisji fonii,
•
układu zasilania opartego np. na ogniwie paliwowym wbudowanego w pustą przestrzeń kolby karabinu,
•
anteny wraz z konwerterem i wzmacniaczem składającej się do rozmiarów magazynka mieszczącego się
w ładownicy (dotychczas stosowane w wojsku ładownice posiadały trzy przegrody na magazynki) lub
składającej się do rozmiarów latarki.
Terminale przewoźne i przenośne powinny być równieŜ odpowiednio mniejsze i wygodniejsze w uŜyciu.
Kolejną sprawą są zmiany w samych systemach satelitarnych. Zwiększenie tzw. inteligencji satelitów poprzez
wprowadzenie komutacji na ich pokładzie a takŜe szersze stosowanie połączeń międzysatelitarnych tak aby
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
odległość ziemia – satelita była pokonywana tylko dwa razy przy korzystaniu z róŜnych narodowych systemów
satelitarnych podczas prowadzenia operacji koalicyjnych. Wymaga to opracowania i wdroŜenia nie istniejącego
dziś międzynarodowego standardu interfejsu międzysatelitarnego.
Znaczącą zmianę w koncepcji wykorzystania systemów satelitarnych mogłoby stanowić wprowadzenie do
eksploatacji rozwaŜanych juŜ od wielu lat tzw. platform stratosferycznych. Platformy te w załoŜeniach stanowią
rodzaj bezzałogowych obiektów latających umieszczanych na wysokości od 20 do 40 km, utrzymujących stałe
połoŜenie względem określonego obszaru na powierzchni ziemi. Wówczas satelity połączone liniami
optycznymi (np. laserowymi) stanowiłyby swego rodzaju sieć szkieletową o bardzo duŜej przepływności
opinającą Ziemię. Platformy stratosferyczne pełniłyby rolę węzłów dostępowych do sieci szkieletowej czyli
satelitarnej, tzn. terminale abonenckie łączyłyby się drogą radiową lub optyczną z platformami a te z kolei w
przypadku konieczności przesłania danych poza obszar obsługiwany przez daną platformę łączyłyby się drogą
radiową lub optyczną z najbliŜszym satelitą.
Istnieje jeszcze inna moŜliwość rozwoju militarnych systemów łączności satelitarnej, polegająca na tym, iŜ
kaŜdy satelita pełniłby rolę zarówno węzła dostępowego dla terminali abonenckich jak i węzła tranzytowego dla
łączy międzysatelitarnych. W wariancie tym waŜne jest aby satelita był w stanie utrzymywać łączność z
terminalami osobistymi wielkości palmtopa zapewniając kaŜdemu abonentowi szybkość przekazu
multimedialnego na poziomie co najmniej 1 Mbit/s przy jednoczesnej zdolności do równoczesnej obsługi
kilkuset terminali funkcjonujących na obszarze prowadzenia danej operacji militarnej. Terminale takie mogłyby
być umieszczane równieŜ na pokładach małych samolotów bezpilotowych realizujących zadania rozpoznawcze
na terenie objętym działaniami wojska.
Z punktu widzenia uŜytkowników wojskowych najlepszym wariantem rozwoju satelitarnych systemów
łączności jest wariant ostatni, pozwalający na ograniczenie sprzętu łączności przemieszczanego na teren misji
tylko do osobistych terminali multimedialnych. Znacznemu uproszczeniu ulega równieŜ system serwisowy w
przypadku takiego rozwiązania.
4.
Szanse dla Polski
Podsumowując rozwaŜania na temat perspektyw i kierunków rozwoju wojskowych systemów łączności
satelitarnej naleŜy się zastanowić jakie wynikają z tego szanse na rozwój sektora naukowego i przemysłowego w
Polsce.
Przede wszystkim warto pamiętać o tym, iŜ technologie kosmiczne (satelitarne) w jakiejkolwiek odmianie naleŜą
do najbardziej zaawansowanych technologii. Udział środowisk naukowych czy teŜ przemysłowych w projektach
i pracach związanych z tymi technologiami zawsze jest motorem napędowym rozwoju gospodarki.
Metody wejścia w świat technologii kosmicznych mogą być róŜne, jednakŜe z punktu widzenia decydentów
wojskowych muszą być one moŜliwie jak najtańsze. Mając w pamięci niechęć polskich władz do posiadania
własnego satelity naleŜy poszukiwać kooperanta wśród państw posiadających własne wojskowe systemy
satelitarne.
Wydaje się mało prawdopodobne aby w początkowej fazie rozwoju wojskowej łączności satelitarnej w Polsce
udało się nam nawiązać współpracę z którymś z duŜych operatorów satelitarnych takich jak USA, Wielka
Brytania czy Francja. Pozostaje więc poszukiwać nam moŜliwości współpracy z mniejszymi operatorami takimi
jak Hiszpania czy Włochy.
Analizując moŜliwości satelitów hiszpańskich i włoskich wydaje się, iŜ Polska strategia wykorzystania
wojskowej łączności satelitarnej w misjach pokojowych NATO bliŜsza jest moŜliwościom oferowanym przez
włoskiego satelitę Sicral. W początkowym etapie współpraca mogłaby się sprowadzać do dzierŜawy pasma na
satelicie Sicral oraz współpracy środowisk naukowych celem pozyskania nowych technologii oraz określenia
moŜliwości wspólnej budowy kolejnego satelity np. Sicral 2. Równocześnie powinny być prowadzone prace nad
wspólną budową i unowocześnianiem terminali satelitarnych.
Po zdobyciu pewnych doświadczeń podczas powyŜszej współpracy Polska mogłaby wejść na szerszy rynek
satelitarny z wiarygodną ofertą dotyczącą podzespołów i komponentów do budowy terminali satelitarnych i
satelitów.
Oprócz powyŜszych form współpracy naleŜy równieŜ wspomóc zaangaŜowanie polskich środowisk naukowych
w prace nad bardziej efektywnymi metodami kodowania sygnałów transmitowanych w kanałach satelitarnych.
Opracowanie wydajniejszych sposobów kodowania sygnałów cyfrowych pozwoliłoby na rozpoczęcie produkcji
nowych typów kodeków moŜliwych do zastosowania w róŜnorodnych typach terminali satelitarnych.
©
Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
5.
Bariery dla rozwoju łączności satelitarnej w zastosowaniach wojskowych w Polsce
Niestety głównym zagroŜeniem lub teŜ barierą do rozwoju czegokolwiek w Polsce jest niechęć lub wręcz strach
przed podejmowaniem przez decydentów jakichkolwiek decyzji a w szczególności decyzji związanych z
wydatkowaniem znacznych środków budŜetowych. Bariera ta praktycznie uniemoŜliwia samodzielne rozwijanie
technologii kosmicznych przez krajowe ośrodki naukowe i produkcyjne.
W celu obniŜenia kosztów pozostaje więc poszukiwanie zagranicznych kooperantów gotowych do podzielenia
się swoją wiedzą za stosunkowo niewielką opłatą. Ale tu pojawia się kolejna bariera. A mianowicie bariera
językowa, która dość rzadko występuje w środowiskach naukowych ale juŜ znacznie częściej na wyŜszych
szczeblach decydenckich. Skutkuje to znacznym spowolnieniem dynamiki kontaktów zagranicznych i
wydłuŜeniem czasu zawierania umów kooperacyjnych. W konsekwencji tego wiedza docierająca do krajowych
ś
rodowisk naukowych i przemysłowych jest przestarzała czyli w zasadzie bezwartościowa.
Kolejnym zagroŜeniem dla rozwoju krajowego sektora technologii kosmicznych, choć wydaje się to kuriozalne,
moŜe stać się sam raport projektu Foresight. W raporcie tym będzie moŜna znaleźć oczekiwania uŜytkowników
w stosunku do technologii kosmicznych. Wiedza ta odpowiednio wykorzystana przez zagraniczne koncerny
moŜe wytworzyć w Polsce presję popytową, która nie będzie mogła być zaspokojona przez krajowe ośrodki
naukowe i produkcyjne. To z kolei doprowadzi do sytuacji, w której aby szybko zaspokoić popyt na technologie
kosmiczne konieczny będzie import gotowych rozwiązań. W konsekwencji doprowadzi to do sytuacji, w której
ś
rodki przewidywane na rozwój krajowego sektora technologii kosmicznych zostaną wydatkowane na zakup
gotowych produktów, czyli konsumpcję, powodując jeszcze głębszą degradację krajowego sektora naukowego i
produkcyjnego.
Dlatego teŜ naleŜy podjąć działania ograniczające moŜliwość wystąpienia tego niekorzystnego zjawiska.
Pewnym przykładem moŜe być tu rozwiązanie zastosowane na Ukrainie. Tam Ŝaden nowy sprzęt wojskowy nie
moŜe zostać wdroŜony do eksploatacji w armii jeŜeli produkcja tego sprzętu w pełnym cyklu nie miała miejsca
na terenie Ukrainy.
Opracowanie: K. Zubel