3.3.1 Спутники связи
3.3.1 Спутники связи
Система связи и управления войсками является важнейшим звеном в организации деятельности вооруженных сил, обеспечивая их функционирование как единого целого.
Географическая протяженность СССР и распространенность сферы деятельности вооруженных сил далеко за пределы государственных границ делают системы космической связи незаменимыми для организации как стратегического, так и оперативного управления войсками. При этом для СССР поддержание постоянной связи между подразделениями и вышестоящими инстанциями представляется особенно важным, т к., насколько можно судить, в советской военной иерархии нижестоящие звенья обладают меньшей свободой действий. Эти обстоятельства отчасти могут объяснить разнообразие существующих в СССР систем космической связи, использующих спутники как на низких, так и на высокоэллиптических и геостационарных орбитах.
Спутники связи на высокоэллиптических орбитах.
Разработка спутников связи началась в СССР в первой половине 60-х гг. Отдаленность территории СССР от экватора затрудняла использование геостационарной орбиты, поэтому в первой системе космической связи были применены сильно вытянутые эллиптические орбиты с апогеем около 40 тысяч километров и перигеем около 450—500 километров, обеспечивающие период обращения близкий к 12 часам.
При расположении апогея такой орбиты над Северным полушарием спутник находится в зоне радиовидимости с территории СССР 8—9 часов в сутки. Правда из-за возмущающего влияния экваториального сжатия Земли большая ось вытянутой орбиты, вообще говоря, не остается неподвижной, а вращается в плоскости орбиты. Скорость ее вращения, однако, обращается в нуль для наклонения 63,4 градуса, которое как нельзя более подходит как для наблюдения таких спутников с территории СССР, так и для их запуска по штатным траекториям выведения с Байконура и Плесецка, обеспечивающим наклонения орбит 65 и 62,8 градуса соответственно.
Период обращения по высокоэллиптической орбите подбирается несколько меньшим 12 часов, так чтобы с учетом прецессии плоскости орбиты обеспечить ежесуточное повторение наземной трассы, что значительно облегчает задачу наведения наземных приемных станций.
Первый такой спутник был выведен на орбиту 22 августа 1964 г., но из-за нераскрытия бортовой остронаправленной антенны он не мог использоваться по назначению и был назван «Космосом-41» [la]. Первым советским спутником связи стал ИСЗ «Молния-1», запущенный 23 апреля 1965 г. Разработка этих аппаратов начиналась в ОКБ-1, а затем была передана образованному в Красноярске «филиалу № 2», возглавленному М. Ф. Решетневым и ныне известному как НПО прикладной механики [1б].
Спутники «Молния-1» имеют массу около 1500 кг и оборудованы ретрансляторами на лампах бегущей волны мощностью 40 и 20 ватт, работающими соответственно в диапазонах 4,1/3,4 ГГц для телевещания на систему наземных станций «Орбита» и 1/0,8 ГГц для телефонно-телеграфной связи[22]. Прием и передача информации осуществляются через одну из двух остронаправленных антенн зонтичного типа. Наряду с ретрансляцией одного телевизионного канала бортовая аппаратура обеспечивает многоканальную телефонную и высокочастотную телеграфную связь, осуществляемую путем мультиплексирования ряда телефонных каналов [2].
Последнее обстоятельство прямо указывает на двойное назначение системы «Молния». Хотя ретрансляция телепрограмм является чисто народнохозяйственным приложением, ВЧ-связь всегда использовалась для правительственных и военных нужд.
Систему из трех спутников «Молния-1», минимально необходимых для поддержания круглосуточной связи, удалось создать только в 1968 г. с запуском «Молнии 1-10». В 1969—70 гг. она была заменена системой из 4 спутников, плоскости орбит которых отстояли друг от друга на 90 градусов, обеспечивая большее перекрытие зон связи. Относительное расположение самих спутников на орбитах синхронизировалось так, чтобы все они следовали вдоль одной и той же наземной трассы.
В 1970 г. запуски «Молний» были перенесены из Байконура в Плесецк, что с 1973 г. сопровождалось уменьшением наклонения используемых орбит с 65 до 62,8 градусов и некоторым изменением вследствие этого процедуры стабилизации трассы.
В 1971 г. начались запуски спутников «Молния-2», использующих ту же базовую конструкцию, но с увеличенными на 50% солнечными батареями и новой ретрансляционной аппаратурой. Рабочая частота увеличилась до 6 ГГц, что повлекло замену зонтичных антенн на рупорные.
В отличие от «Молний-1», в сообщениях о запусках «Молний-2» говорилось об использовании их в интересах международного сотрудничества, так что эта модификация могла предназначаться для конкуренции с возглавляемой США международной организацией спутниковой связи «Интелсат». (Альтернативная «Интелсату» организация стран-членов СЭВ «Интерспутник» была учреждена как раз в 1971 г.).
Последняя на сегодняшний день модель, «Молния-3», появилась в 1974 г. и визуально не отличалась от «Молнии-2», однако была рассчитана на регулярную передачу цветных телепрограмм, которые до этого носили экспериментальный характер.
К концу 1975 г. система спутников «Молния» состояла из 4 групп, по одному представителю всех трех типов в каждой. Использование спутников «Молния-2» в 1977 г. прекратилось, а группировка «Молний-1» с 1976 г. была увеличена с 4 до 8 спутников в разнесенных на 45 градусов орбитальных плоскостях. При этом было замечено, что спутники, запускаемые в промежутки между четырьмя первоначальными плоскостями, функционируют только во время нахождения над территорией СССР, используя режим кодирования частотным смещением [3]. Это послужило основанием для предположения, что система «Молния-1» полностью переключена на военные нужды, а «Молния-3» обслуживает преимущественно гражданских пользователей.
Отметим, однако, что именно «Молния З» с 1976 г. используется в системе экстренной связи между правительствами СССР и США, а также для связи с корабельными измерительными пунктами космического командно-измерительною комплекса СССР.
Если отдельные запуски серии «Молния-1» (как правило, в зимние месяцы) продолжают осуществляться и с Байконура, то все «Молнии-3» выводятся на орбиты только с Плесецка.
В 1983 и 1985 гг. орбитальная группировка «Молний-3» также была расширена с 4 до 8 спутников. В отличие от 12 остальных задействованных «Молний», движущихся вдоль общей для всех наземной трассы, 4 спутника новой группы расположены так, что их наземная трасса смещена по долготе примерно на 90 градусов, т е. апогей ежесуточных витков оказываются не над азиатской частью СССР и северо-восточной частью Америки, а над Западной Европой и Тихим океаном (рис. 3.2).
Среднее время замены спутников серии «Молния» в 1990 г. достигло 1400 суток, т е. около 4 лет. почти удвоившись по сравнению с первой половиной 80-х. Тем не менее, увеличение количества одновременно использующихся «Молний» до 16 обусловило сохранение до последнего времени высокого темпа их запусков – 5—6 ежегодно. Всего же за 27 лет с 1965 по 1991 г. на орбиты было выведено 140 спутников под этим названием, не считая еще 7 вышедших на нерасчетные орбиты и объявленных «Космосами» (см. табл. 3.1).
Спутники связи на высокоэллиптических орбитах сохраняют свою привлекательность для СССР даже после развития сети геостационарных спутников, будучи более удобными для использования в высоких широтах. В 1990 г. было объявлено о планах замены после 1992 г. более чем пожилых «Молний» на новые ИСЗ «Маяк», Сохраняя внешние конструктивные черты «Молнии», он должен наряду с использованием обычного диапазона 6/4 ГГц обеспечивать связь с мобильными пользователями в диапазоне 1,6/1,5 ГГц [4]. В то же время говорилось о намерениях заменить «Молнию-З» геостационарными ИСЗ «Гранит» [5].
Низкоорбитальные спутники связи
Существование системы «Молния» не помешало параллельному созданию сразу нескольких систем низкоорбитальных ретрансляторов.
Первая система, предположительно, была впервые испытана в 1967 г., когда «Космос-158» был выведен стартовавшей с Плесецкого космодрома ракетой-носителем «Космос» (С-1) на круговую орбиту высотой 850 км с наклонением 74 градуса[23].
С 1970 г, начались систематические запуски с частотой 1—2 пуска в год (см табл. 3.2). Средняя высота орбит спутников составляла 800—820 км, что соответствовало периоду обращения 100,8—101,0 минут. Их точное назначение представлялось неясным, т к. орбиты были выше, чем у спутников радиотехнической разведки, а, в отличие от навигационных, которые с 1967 по 1970 г. запускались на почти такие же орбиты, данные спутники не излучают характерных синхронизованных сигналов.
По мере продолжения запусков выяснялось, что новые спутники образуют самостоятельную систему, располагаясь в 3 орбитальных плоскостях, восходящие узлы которых отстоят друг от друга на 120 градусов. Поскольку от них не фиксируется никаких передач, кроме непрерывного излучения радиомаяка мощностью не более 1 ватта, предполагается, что над иностранной территорией они работают только в режиме приема информации, а сбрасывают ее во время прохождения над территорией СССР. Подобный режим записи/воспроизведения или «ретрансляции с задержкой» применяется, например, в системах тина электронной почты. Малое количество спутников, при котором время ожидания связи может составлять несколько часов, свидетельствует об использовании их для ретрансляции не самых срочных сообщений, например, для связи с разведывательной агентурой, работающей в различных частях света.
Впрочем, время ожидания связи значительно снижается, если в каждой плоскости одновременно функционируют несколько спутников. Долгое время считалось, что в каждый момент времени система состоит только из трех работающих спутников, хотя и предполагалось, что «списанные» ранее аппараты могут вновь задействоваться при преждевременном выходе из строя пришедших им на смену. Впоследствии, однако, обнаружилось, что радиомаяки спутников данного типа используют как минимум две различные частоты, что свидетельствует о возможности одновременного функционирования в каждой плоскости нескольких ИСЗ. В течение же 1989 г Кеттерингская группа слежения зафиксировала сигналы двенадцати (!) таких спутников, старейший из которых был загущен еще в 1983 г [6].
По этой причине оценить реальную долговечность спутников рассматриваемого типа весьма затруднительно. Средний интервал между повторными запусками в каждую отдельную плоскость в 1989—1991 гг. возрос до 26 месяцев по сравнению с 14-ю, сохранявшимися на протяжении 1980—1988 гг. Однако, учащение запусков в начале 80-х могло объясняться и стремлением улучшить эксплуатационные характеристики системы за счет увеличения числа задействованных спутников.
Вторая низкоорбитальная система отличается тем, что спутники-ретрансляторы массой всего по 40—60 кг[24] запускаются носителем «Космос» (С-1) сразу по 8 штук. Спутники, очевидно, поочередно отделяются от второй ступени носителя еще до полной отсечки ее двигателя, оказываясь благодаря этому на несколько различающихся орбитах высотой около 1500 км с периодами обращения от 114,5 до 116 минут. Из-за небольшого различия параметров орбиты постепенно расходятся, но последующие пуски синхронизуются так, что новые партии спутников всякий раз доставляются в середину этого пучка траекторий.
При достаточной долговечности бортовой аппаратуры три-четыре запуска обеспечивают довольно густое и случайное распределение ретрансляторов по орбите, так что в пределах отдельного театра военных действий можно было бы поддерживать прямую связь. По этой причине данная система считается предназначенной главным образом для тактической связи. Она могла бы обеспечивать передачу сообщений и в глобальном масштабе с незначительным или даже нулевым временем ожидания доступа, но с задержкой ретрансляции. Развертывание «октетной» системы началось в 1970 г.[25] и до конца 1991 г. состоялось 44 запуска – в среднем по два в год (см. табл. 3.3). За все время существования она не претерпела никаких видимых изменений, и только в 1985 г. появились признаки возможного дополнения или замены ее более новой.
Новая система состоит из более крупных спутников, запускаемых примерно втрое более грузоподъемным носителем «Циклон» (F-2) по 6 штук за раз. Группы из 6 спутников также, выводятся на орбиты высотой около 1500 км, но с наклонением 82,6 градуса, что улучшает охват приполярных районов. В двух первых запусках на орбиту доставлялось только по одному полноразмерному аппарату и по 5 макетов, имевших вчетверо меньшие радиолокационные сечения и предназначавшихся для отработки системы последовательного oотделения спутников при групповом выведении. Эксплуатация системы началась два года спустя, в 1987 г. При этом партии из 6 рабочих спутников стали запускаться поочередно в две взаимно перпендикулярные плоскости, обеспечивая более равномерное распределение ретрансляторов по орбите.
Ввод «секстетной» системы в эксплуатацию немедленно отразился па запусках «октетов», частота которых с 1987 г. была сокращена с двух до одного в год.
Наметившаяся в последние годы тенденция к коммерциализации деятельности космических предприятий СССР привела к тому, что в 1990 г. НПО прикладной механики и НПО точных приборов предложили создать на базе «секстетных» спутников коммерческую систему связи «Гонец». Представленные при этом данные позволили впервые увидеть реальный облик советского военного связного спутника (рис. 3.3).
Каждый «Гонец» представляет собой цилиндр массой 225—250 кг, покрытый солнечными элементами и снабженный выдвижной штангой гравитационного стабилизатора. Две малонаправленные конические антенны обеспечивают связь по 2—3 каналам в диапазоне 200—400 МГц при емкости бортового запоминающего устройства 8 Мбайт.
При коммуникации отдаленных группировок с центральным командованием системы низкоорбитальных ретрансляторов уступают высокоэллиптическим или стационарным ИСЗ по оперативности, однако избыточность такой распределенной системы делает ее менее уязвимой. Потеря одного или даже нескольких ретрансляторов практически не сказывается на операционных характеристиках системы, что особенно важно при ведении боевых действий.
Это обстоятельство в сочетании с относительной простотой и дешевизной низкоорбитальных ретрансляторов объясняют, почему низкоорбитальные спутники связи продолжают интенсивно применяться, несмотря на появление целого ряда геостационарных.
Геостационарные спутники связи
Использование геостационарной орбиты в СССР затруднялось географическим положением, осложняющим выведение на экваториальные орбиты и, видимо, техническими проблемами. Первую заявку на резервирование мест и частот на геостационарной орбите СССР подал в Международный союз электросвязи еще 3 февраля 1969 г., а первый реальный запуск состоялся только в марте 1974 г. – на 12 лет позже, чем в США.
Начиная со второй половины 70-х гг. использование стационарной орбиты постепенно расширялось, и в конце 1990 г. на ней находилось сразу 33 функционирующих спутника как минимум пяти типов [4]. Геостационарные спутники запускаются под четырьмя названиями: «Радуга», «Экран», «Горизонт» или «Космос», но среди последних явно выделяются несколько разновидностей. Все типы, отождествленные официально, разработаны НПО прикладной механики, изготовляющим также спутники серии «Молния» и являющимся, таким образом, монополистом в области крупных связных спутников.
Спутники «Экран», запускавшиеся с 1976 по 1989 г., применяются для непосредственного телевещания на сеть приемников коллективного пользования и выходят за рамки нашего рассмотрения.
Спутники «Радуга» и «Горизонт» помимо телевещания рассчитаны на ретрансляцию телефонно-телеграфной информации и могут быть использованы в системах правительственной и военной связи. В западных источниках считается, что для военной связи используются именно «Радуги» – старейшие из советских стационарных спутников, запускаемые с 22 декабря 1975 г. и располагающиеся в настоящее время в 8 различных точках стояния.
Дополнительным свидетельством военного назначения «Радуги» считается то, что она ни разу не демонстрировалась публично [7]. По этому поводу надо отметить, что в [8] имеется фотография с подписью «ИСЗ «Радуга». Изображенный на ней спутник ничем не отличается от известных фотографий «Горизонта», зато сам «Горизонт» представлен в той же книге лишь в виде штрихового рисунка, воспроизводящего все детали фотографии «Радуги»заисключением 4 маленьких солнечных батарей, откидывающихся в стороны от двух основных (рис. 34).
Ошибка ли это или «утечка информации» (что крайне маловероятно в условиях советской секретности), не вызывает сомнений, что появившийся в 1978 г. «Горизонт» конструктивно близок к «Радуге». Согласно [8], средняя масса «Радуги» составляет 1965 кг, а «Горизонта» – 2120 кг. Основной рабочий диапазон спутников обоих типов 6/4 ГГц (как и у «Молнии-3»), но «Горизонт» помимо 6 ретрансляторов этого диапазона имеет также по одному ретранслятору для диапазонов 1,6/1,5 и 14/11 ГГц.
В 1981 г. СССР подал в комиссию по распределению частот МСЭ заявку на развертывание в точках стационарной орбиты, занятых сейчас «Радугами» и «Горизонтами» ретрансляторов «Луч» и «Луч П» для связи в диапазоне 14/11 ГГц, «Волна» для связи с мобильными пользователями (0,4/0,3 и 1,6/1,5 ГГц) и «Галс» для правительственной связи[26]. Заявленная для «Галса» полоса 8/7 ГГц общепризнанна как диапазон правительственной и военной связи, и во всех указанных местах расположения этих ретрансляторов находятся «Радуги» (см. табл. 3.4).
Система мобильной связи «Волна», предлагавшаяся, очевидно, прежде всего для удовлетворения потребностей правительственных и военных пользователей, задействует точки нахождения как «Радуг» так и «Горизонтов». «Радугам» соответствуют ретрансляторы с нечетными номерами, рассчитанные на связь с воздушными и наземными транспортными средствами, а «Горизонтам» – четные, для связи с самолетами и судами.
Экспериментальные ретрансляторы «Луч» и «Волна» устанавливались на некоторых «Горизонтах» с 1982 г.
В июне 1989 г. очередная запущенная «Радуга» была неожиданно объявлена как «Радуга-1», что, очевидно, означает появление новой модификации спутника, хотя до сих пор в таких случаях первый номер сохранялся за исходной моделью. Сообщение о запуске отличалось от обычного для «Радуг» указанием на наличие на борту «многоканальнойретрансляционной аппаратуры, предназначенной для дальнейшего расширениятелефонно-телеграфной связи на территории СССР» (выделенные слова ранее отсутствовали). «Радуга-1» заняла пустовавшую до того точку стояния над 49 градусом восточной долготы и через полтора года к ней присоединился второй спутник под таким же обозначением.
Из 92 советских спутников, выведенных на геостационарную орбиту с 1974 по 1991 г., 19 носят имя «Космос».
Официальные сообщения о запуске одиннадцати из них прямо указывали на использование спутников для ретрансляции данных. Эта группа по своим характеристикам распадается на две. Первая, начатая в мае 1982 г. «Космосом-1366», может быть связана с заявленной СССР системой «Поток», назначение которой остается неясным, а потому заставляет предположить военное использование, вероятнее всего – для ретрансляции информации с разведывательных спутников. Спутники данного типа сначала выводились в точку, зарегистрированную как «Поток-2» (80 градусов в д.), но в 1986 г. «Космос-1738» впервые занял точку «Поток-1» над 13,5 градуса з д., где в 1988 г. его сменил «Космос-1961». В 1991 г. «Космос-1961» был заменен «Космосом-2172».
Вторая, более открытая система передачи данных аналогична системе TDRSS[27], использующейся в командно-измерительном комплексе НАСА, и предназначена для поддержания связи между пилотируемым комплексом «Мир» и Центром управления полетом. Система зарегистрирована как «SDRN»[28], но первый из входящих в нее спутников – «Космос-1700» – впоследствии назывался «Луч». С ретрансляторами «Луч» и «Луч П», заявлявшимися ранее, его роднит только рабочий диапазон 15/11 ГГц. Путаницу в названиях усугубил последний на сегодняшний день спутник этой серии «Космос-2054» названный после запуска «ретранслятором „Альтаир“.
В отличие от обоих предшественников, «Космоса-1700» и «-1897», «Космос-2054» был выведен не в «восточную» (над Индийским океаном), а в «западную» точку системы (над Атлантикой). В сообщении о его запуске бортовая ретрансляционная аппаратура впервые не называлась «экспериментальной».
Последнюю группу образуют «Космосы», выводимые без каких бы то ни было комментариев в точку над 25 градусом з д. Эти спутники обычно также ассоциируются со связными, но в последнее время появилось больше оснований квалифицировать их как экспериментальные спутники раннего оповещения (см. раздел 3.2.3).