О развитии космических систем связи в вооруженных силах США
ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 8/1986, стр. 68-74
В ИНОСТРАННЫХ АРМИЯХ МИРА
О развитии космических систем связи в вооруженных силах США
(По материалам иностранной печати)
Полковник А. А. ЖОВАНИК,
кандидат технических наук
ВЗЯТЫЙ администрацией США курс на развертывание гонки вооружений в космосе является важнейшей составной частью ее авантюристической стратегии борьбы за мировое господство.
Кроме размещения ударного оружия в космосе, Пентагон большое внимание уделяет дальнейшему развитию спутников военного назначения - связи, навигации и предупреждения о ракетном нападении. В частности, большое внимание уделяется созданию систем управления, базирующихся на околоземное пространство. Причем в последнее десятилетие от научных изысканий в этой области военное руководство США перешло к практическому созданию космических систем и комплексов, с помощью которых рассчитывает повысить эффективность управления группировками войск (сил) в любом регионе земного шара, а также в воздушно-космическом пространстве. Так, например, глобальная система оперативного управления вооруженными силами США основные потребности в межконтинентальной и дальней связи удовлетворяет за счет использования каналов военной сети космической связи, объединяющей в своем составе системы DSCS, «Флитсатком» и «Афсатком».
По заключению военного ведомства, сеть космической связи вооруженных сил США обеспечивает устойчивую, непрерывную, круглосуточную многоканальную связь Белому дому и Пентагону с командованиями на театрах военных действий, основными учреждениями и штабами армии, ВВС и ВМС США, оперативное руководство мобильными силами при проведении ими боевых операций на различных континентах и надежное управление стратегическими ядерными силами. Она создавалась с учетом обеспечения-связи союзникам по блоку НАТО в конфликтных ситуациях. Так, в ходе боевых действий за Фолклендские (Мальвинские) острова военное руководство Великобритании, по сведениям иностранной печати, использовало американские спутники связи, находящиеся на геостационарной орбите над Атлантическим океаном, и портативные станции космической связи, которыми были оснащены части и подразделения морской пехоты. Практическое использование существующих средств космической связи, по мнению иностранных военных специалистов, выявило ряд недостатков, для устранения которых в Пентагоне планируется их дальнейшее совершенствование с учетом современных требований.
Развитие систем космической связи в интересах повышения устойчивости управления вооруженными силами США осуществляется по двум взаимодополняющим друг друга направлениям.
В ходе реализации первого направления проводится модернизация существующих систем космической связи (DSCS, «Флитсатком», «Афсатком») с учетом опыта их эксплуатации.
Второе направление предусматривает разработку, экспериментальную проверку и внедрение новых принципов построения (функционирования) систем и оригинальных технических решений, а также перспективной технологии изготовления элементов (устройств) для космических и наземных комплексов. Оно включает использование миллиметровых волн, межспутниковых радиолиний и новых методов многостанционного доступа к ретрансляторам для повышения помехозащищенности систем космической связи, применение изотопных энергетических установок и электронно-вычислительных машин, более совершенных антенн и твердотельных усилителей на спутниках с целью повышения качества их функционирования на орбите, разработку более эффективных способов вывода космических аппаратов йа орбиту для повышения оперативности наращивания (восполнения) систем в период подготовки к боевым действиям или в ходе их ведения.
Модернизация существующей стратегической системы космической связи DSCS проводится в основном за счет создания нового, более совершенного космического аппарата третьего поколения (DSCS-3). Первый экспериментальный образец такого космического аппарата 30 октября 1982 года выведен на геостационарную орбиту в точку 13 градусов западной долготы над экватором (более чем с двухлетней задержкой от установленных ранее сроков) и в настоящее время продолжаются испытания его бортовых устройств. После завершения перевода системы на новые спутники в ее составе будет насчитываться около 400 многоканальных станций космической связи, развернутых на всех театрах военных действий в интересах обеспечения качественного функционирования автоматизированных систем связи «Автодин», «Автовон» и «Автосевоком». В ней будет функционировать шесть спутников (четыре рабочих и два резервных).
По мнению разработчиков, спутники третьего поколения стратегической системы космической связи будут иметь менее уязвимые от преднамеренных помех бортовые ретрансляторы, повышенную в несколько раз пропускную способность, большую продолжительность (по сравнению с аппаратами второго поколения) функционирования на орбите (семь лет), а также более гибкую автоматизированную систему управления бортовым оборудованием. Этот спутник разработан с учетом обеспечения связи в стратегическом, оперативном и тактическом звеньях управления вооруженных сил США, Через его бортовые ретрансляторы смогут работать почти все существующие станции космической связи США и других стран НАТО. Однако режим работы через ИСЗ малоканальных станций тактического звена считается малоэффективным и предусматривается только на случай выхода из строя космических аппаратов, обеспечивающих связь в этом звене управления.
При переводе системы DSCS на спутники третьего поколения предусматривается осуществление нового способа организации космической связи по двухсторонней (дуплексной) циркулярной сети (организация конференц-связи) для оперативной постановки задач на проведение операций и заслушивания докладов о готовности сил и средств к ведению боевых действий. Для этого используются специальные модемы, абонентские видеоконтрольные устройства (просмотровые мониторы) и громкоговорители, а также широкополосные каналы космической связи, позволяющие за счет временного уплотнения передавать видеоинформацию и сигналы звукового сопровождения в цифровом виде. Сети конференц-связи организуются на короткое время по указанию должностного лица, обеспечивающего руководство подготовкой и ведением боевых действий. Основным достоинством, по мнению зарубежных специалистов, космической кояференц-связи является то, что она может осуществляться между абонентами, удаленными друг от друга на большие расстояния или рассредоточенными на всей площади театра военных действий. В перспективе Пентагон рассчитывает широко использовать космическую конференц-связь для управления войсками и силами при ведении ими операций на заморских территориях.
Система космической связи ВМС «Флитсатком» является дополнением к стратегической системе DSCS и обеспечивает связь большому количеству мобильных абонентов. Для нее были разработаны специальный спутник «Флитсат» и несколько типов корабельных станций. В настоящее время в ее составе эксплуатируются четыре ИСЗ и более 500 приемопередающих станций, установленных на военных кораблях основных классов. Помимо этого, на всех кораблях имеется оборудование, обеспечивающее прием команд, и сигналов оповещения. В ближайшие годы на спутниках «Флитсат» предусматривается смонтировать ретрансляторы миллиметрового диапазона (массой около 90 кг) для проведения эксперимента в этом перспективном диапазоне волн. Для расширения возможностей системы «Флитсатком» в мирное время в ее состав включены арендованные у коммерческой фирмы спутники «Лисат».
В соответствии с принятой министерством обороны США программой заказано пять спутников «Лисат» (один - резерв на орбите), создается специализированный комплекс управления, включающий подвижные станции, предназначенные для наращивания возможностей по обеспечению связи мобильным абонентам.
Для работы через спутники «Лисат» изготовлена дополнительная аппаратура многостаиционного доступа с временным уплотнением сигналов абонентов. С помощью ЭВМ осуществляется перераспределение каналов в реальном масштабе времени по требованию абонентов, что повышает пропускную способность ретрансляторов этого космического аппарата по сравнению со спутником «Флитсат». Аппаратура многостанционного доступа изготовлена с учетом возможности ее сопряжения с автоматизированной сетью цифровой связи «Автодин» для обмена данными с ее абонентами.
Система космической связи ВВС «Афсатком» была создана в качестве дополнения к системам DSCS и «Флитсатком» с целью повышения живучести и помехозащищенности системы управления ядерными силами в ходе глобального,конфликта. В этой системе используются большое количество спутников военного назначения, находящихся на различных орбитах, а также мобильные станции (самолетные, вертолетные, автомобильные и др.). Применение геостационарных и высокоэллиптических ИСЗ в системе повышает надежность связи при ведении боевых действий и обеспечивает глобальную связь с мобильными объектами, в том числе при их нахождении в полярных областях.
Командование ВВС США планирует модернизировать систему космической связи «Афсатком» путем включения в ее состав специальных спутников, выведенных на более высокие орбиты для большего охвата поверхности земного шара и уменьшения их уязвимости от средств противокосмического нападения.
Отработка новых принципов построения и технических решений перспективных систем космической связи была начата с проектирования специальных экспериментальных спутников LES-8 и LES-9. Основными целями их создания были исследование способов организации связи с использованием миллиметрового диапазона волн и практическая реализация (изготовление) устройств (комплексов) для обеспечения помехозащищенности космической связи в этом диапазоне; испытание изотопной энергетической установки и системы стабилизации ИСЗ, обеспечивающих соответственно увеличение живучести и срока активного существования спутников на орбите.
Испытанию способов организации связи с использованием межспутниковой радиолинии миллиметрового диапазона в США придается исключительно большое значение. По мнению американских специалистов, это важный шаг к созданию глобальной космической радиорелейной сети, способной обеспечивать устойчивую связь военному командованию, особенно в ядерной войне, без использования малонадежных наземных ретрансляционных станций и соединительных кабельных линий к узлам связи, пунктам управления и отдельным особо важным абонентам. Для этого, по мнению разработчиков, станции космической связи надо устанавливать на мобильных объектах (самолетах, подводных лодках, надводных кораблях, бронированных объектах и Др.), оборудованных для размещения командования и предназначенных для управления боевыми действиями в процессе их перемещения и на стоянках (остановках).
Использование для межспутниковой и наземной связи ретрансляторов миллиметрового диапазона позволяет с помощью мобильных станций с малогабаритными антеннами повысить концентрацию излучаемой энергии в узком радиолуче, а следовательно, затруднить радиоперехват сигналов и создание преднамеренных помех на всех участках радиолинии «земля - спутник - спутник - земля».
Зарубежные специалисты отмечают, что важные достоинства радиолинии миллиметрового диапазона достигаются немалой ценой. Дело в том, что на качество связи в этом диапазоне сильно влияют погодные условия, и прежде всего интенсивные осадки, которые приводят к существенному ослаблению сигналов, а иногда и к полному прекращению связи. В целях уменьшения вероятности потери ценной оперативной информации ее требуется передавать одновременно нескольким (размещенным на некотором удалении друг от друга) пунктам управления, которые при необходимости могут в короткие сроки передать эту информацию нужным абонентам по другим каналам связи.
Управление узкими радиолучами при обеспечении межспутниковой связи требует использования довольно сложных устройств и алгоритмов наведения антенн. Установление связи на миллиметровых волнах возможно, если наземные станции будут иметь устройства наведения антенн более высокой точности, а спутник - систему стабилизации и ориентации повышенного качества. Для достижения необходимой точности ориентации на борту экспериментальных спутников, помимо инфракрасных датчиков, обладающих, по мнению разработчиков, недостаточной точностью и защищенностью от средств противодействия противника, установлены специальные дополнительные гироскопы нового типа, увеличена частота измерений положения космического аппарата на орбите и его коррекции по сигналам, подаваемым бортовым программно-временным устройством. Это в конечном итоге позволило, по данным специалистов, увеличить автономность работы спутников-ретрансляторов, существенно уменьшить их зависимость от работоспособности средств наземного командно-измерительного комплекса.
Отличительная особенность экспериментальных спутников LES-8 в LES-9 - отсутствие на их борту солнечных батарей. Источником электропитания ретрансляторов миллиметрового и дециметрового диапазонов служат ядерные (радиоизотопные) энергетические установки с термоэлектрическим преобразованием энергии. Для повышения суммарной мощности и надежности работы на каждом спутнике имеются две одинаковые установки, использующие в качестве «топлива» радиоактивный плутоний. Вырабатываемое ими тепло специальные кремниево-германиевые преобразователи превращают в электрическую энергию. В начале полета спутников каждая такая энергетическая установка генерирует мощность 150 Вт, а в конце, полета мощность снижается только до 130 Вт. Радиоизотопные источники энергии, по замыслу конструкторов, способны увеличить время активного существования спутников на орбите до 10 лет и более. При этом упрощается конструкция космического аппарата, уменьшаются его масса и габариты в связи с отказом от использования на борту панелей солнечных батарей и аккумуляторов.
Применение ядерных реакторов на борту спутника имеет и свои недостатки. Так, источник радиоактивности создает опасность облучения бортовой аппаратуры и приборов, во избежание чего применяются защитные экраны и максимально удаляется коитейнер с радиоактивным веществом от радиоэлектронной аппаратуры. Хотя защитные экраны, отмечают зарубежные специалисты, несколько уменьшают выигрыш в массе, зато способствуют повышению защищенности космического аппарата от поражающих факторов ядерного взрыва.
Управление бортовыми ретрансляторами этих спутников может обеспечиваться специальными наземными и самолетными станциями. Для повышения надежности функционирования сети космической связи в условиях ведения боевых действий оборудован и испытан специальный самолетный командно-измерительный пункт, с помощью которого обеспечивалось управление спутниками при его нахождении как в экваториальной, так и полярных зонах. В обоих случаях поддерживалась связь через спутники в диапазоне миллиметровых волн, что позволило сделать вывод об устойчивости связи в этом диапазоне при возмущениях ионосферы вблизи полюсов и экватора.
С учетом опыта, полученного при создании аппаратуры миллиметрового диапазона и экспериментальных спутников, ведется доработка ИСЗ «Флитсат» и проектирование нового космического аппарата «Мил-стар», разрабатывается перспективная структура системы космической связи вооруженных сил США и ведутся конструкторские проработки по подготовке выпуска новых станций.
Командование ВМС уже планирует дооборудовать подводные лодки и надводные корабли станциями космической связи миллиметрового диапазона. Первоначально (с 1986 года) для проведения испытаний в этом диапазоне будут использоваться доработанные спутники «Флитсат», а позже (с 1988 года) для обеспечения связи - спутники «Милстар». Полное развертывание сети космической связи ВМС на миллиметровых волнах ожидается к 1991 году. Для работы через ИСЗ «Флитсат» в 1986 году предусматривается изготовить 20 комплектов корабельной приемопередающей аппаратуры этого диапазона, а к 1991 году общее их количество должно возрасти до 376 станций. В первую очередь такой аппаратурой будут оснащаться подводные лодки, имеющие ядерные боеприпасы, а затем самолеты и корабли основных классов.
Специалистами ВВС изучается также возможность размещения в перспективе таких ретрансляторов на других спутниках для проведения исследований по организации стратегической связи в диапазоне миллиметровых волн.
В соответствии с проектом, принятым министерством обороны, спутник «Милстар» должен обеспечивать в миллиметровом диапазоне волн как стратегическую, так и оперативно-тактическую связь. Первоначально в систему космической связи предполагается включить четыре работающих спутника на геостационарной орбите. В дальнейшем для охвата полярных областей и повышения выживаемости могут быть выведены ИСЗ на высотные полярные орбиты. На первых спутниках такого типа предусматривается устанавливать также ретрансляторы дециметрового диапазона для обеспечения связи существующим станциям, которыми оснащены самолеты стратегической и тактической авиации, а также другие мобильные абоненты.
На космическом аппарате «Милстар» планируется использовать способ многостанционного доступа с коммутацией каналов на борту ИСЗ, обеспечивающий оперативную связь между двумя любыми абонентами, работающими через этот спутник. Большая часть каналов такого космического аппарата не должна закрепляться за абонентами, а будет предоставляться по их требованию при необходимости с учетом установленного приоритета.
Военные специалисты США считают, что в системе спутниковой связи миллиметрового диапазона будет одновременно использоваться несколько спутников «Милстар» (не более восьми) и значительное число (несколько тысяч) работающих через них мобильных станций. С учетом критерия «стоимость - эффективность» в этой системе предполагается пойти на разумное усложнение космического аппарата и максимально возможное упрощение (удешевление) конструкции наземных станций, и в первую очередь уменьшение габаритов антенн и мощности излучения передатчиков.
Считается, что стоимостные ограничения в дальнейшем будут препятствовать быстрому и широкому развертыванию работ в этом новом диапазоне, поскольку большие финансовые затраты на создание станции космической связи дециметровых и сантиметровых волн будут окупаться еще в течение многих лет. Поэтому развертывание системы связи миллиметрового диапазона планируется путем постепенного внедрения мобильных станций для обеспечения наиболее важной связи через дополнительные ретрансляторы, устанавливаемые на существующих ИСЗ, затем появятся специальные спутники для этих целей. По мнению американских специалистов, их надо выводить в такие точки геостационарной и высокоэллиптической орбиты, чтобы в ходе сеансов связи угол места антенн работающих друг с другом наземных станций имел максимально возможное значение, обеспечивая сокращение пути прохождения радиоволн миллиметрового диапазона в плотных (непрозрачных) слоях атмосферы, что в свою очередь приведет к уменьшению потерь мощности сигналов на участках радиолиний «земля- спутник», «спутник - земля».
Расширение зоны действия системы космической связи миллиметрового диапазона на новые регионы земного шара США рассчитывают осуществлять (по мере необходимости) путем вывода на орбиту дополнительных спутников или соединения существующих ИСЗ межспутниковыми линиями связи. За счет сужения диаграммы направленности бортовых антенн, работающих на миллиметровых волнах, и отсутствия у них боковых лепестков уменьшится расстояние между спутниками, повысится эффективность использования геостационарной орбиты, а также помехозащищенность и скрытность связи.
При создании космических средств связи миллиметрового диапазона США используют не только объединенные усилия армии, ВВС и ВМС, но и опыт коммерческих фирм своей страны, Японии, Франции и других государств, которые ведут разработку перспективных радиорелейных и космических средств связи в этом диапазоне. В частности, предполагается в ходе разработки мобильных станций миллиметрового диапазона для сухопутных войск США максимально внедрить технические решения, использованные при создании экспериментальной станции такого типа в Японии. Она имеет модульный принцип построения. В ее состав входят три отдельных автономных унифицированных модуля (антенна, передатчик, приемник), которые порознь могут перебрасываться любым видом транспорта в пункт развертывания. Время сборки и вхождения в связь в новом районе составляет меньше одного часа. Все оборудование этой японской станции размещается на одном автомобильном прицепе.
Контейнерно-модульный принцип построения станций космической связи считается перспективным для внедрения в вооруженных силах, поскольку он позволяет эффективно использовать транспортные средства, обеспечивает необходимую мобильность и сокращает обслуживающий персонал.
Наряду с разработкой спутников связи, выводимых на орбиту заблаговременно в мирное время, Пентагон ведет исследования по созданию связных ИСЗ, которые можно было бы вывести в космос непосредственно перед началом или в ходе боевых действий для наращивания (восполнения) орбитальной группировки системы космической связи.
Одним из важных путей снижения уязвимости космических систем связи считается также создание спутников, имеющих более длительный срок автономного функционирования на орбите без управляющего воздействия с Земли. Для этого предполагается шире использовать спутниковые вычислительные комплексы, обеспечивающие управление всеми бортовыми системами ИСЗ, что позволит исключить на продолжительное время необходимость слежения за ними с помощью наземного командно-измерительного комплекса. Бортовая ЭВМ, входящая в такой комплекс, сможет выявлять возникающие неисправности и автоматически подключать для работы резервные комплекты оборудования и элементы, вести обработку самой разнообразной информации, поступающей от бортовых приборов, способствуя резкому сокращению данных, передаваемых по телеметрическим каналам для обработки на Земле. Считается, что такой объем информации значительно легче защитить от перехвата и дешифрования противником.
Помимо реализации технических предложений, обеспечивающих повышение живучести космических аппаратов и систем на случай войны, американские специалисты большое внимание уделяют вопросам надежности функционирования и увеличения времени безотказной работы бортовой аппаратуры и оборудования в обычных условиях космоса. С этой целью разработана специальная программа, предусматривающая проведение НИР и ОКР по совершенствованию технологии изготовления космического оборудования, а также осуществляется поиск новых методов и принципов конструирования радиоэлектронной аппаратуры ИСЗ. На основе результатов исследований в США при создании перспективных космических аппаратов и совершенствовании существующих систем космической связи рекомендуется широко внедрять твердотельную технологию с учетом модернизации аппаратуры и оборудования.
Военная Мысль, 1983, № 4, с. 35.
