РКС 2019 2

ОТ ОДНОГО БИТА ДО ГИГАБИТА 99 Одному из авторов данного материала в 60-х го- вания Венеры на космических аппаратах «Вене- дах прошлого века пришлось начинать работать по ра 4–8» с 1967 до 1972 гг. [2, 3]. программам дальнего космоса со структурой сиг- налов ФМ120◦ (т. е. с остатком несущей) + ЧМн Полученный опыт работы позволил в даль- на двух поднесущих. Заложенные в этом режиме нейшем создать радиолинию со скоростями пе- скорости передачи — 1, 4, 16 и 64 бит/с. редачи сначала 3,072 Кбит/с (черно-белое видео) и далее 30,720 Кбит/с (цветное видео), осуществля- Такие скорости позволяли работать на очень ющую связь как с поверхности Венеры, так и через низкой по современным понятиям промежуточной орбитальный ретранслятор, установленный на про- частоте — 25 кГц. летном по орбите Венеры объекте. Таким образом была обеспечена передача видеоизображений с по- При этом использовался примитивный 6-раз- верхности планеты. Причем здесь оказалось целе- рядный код с дополнением до четности (код Ваг- сообразным вернуться к структуре ФМ120◦/ФМ180◦, нера). По своему классическому определению этот но уже с «манчестерским кодированием»* подне- код мог обнаруживать одну ошибку, однако за счет сущей. инвертирования символа с минимальным весом, полученным в результате оцифровки уровня сим- (*Примечание: понятие «манчестерский код» вола, в случае обнаружения ошибки уверенно ис- не относится к общепринятому классу коррек- правлялась одиночная ошибка. тирующих кодов, как это достаточно часто пы- тается интерпретировать некоторая часть со- Через несколько лет этот режим был несколь- става инженеров-разработчиков. По своей физи- ко модернизирован — вместо двух ЧМн-поднесущих ческой сущности «манчестерское» кодирование использовалась одна — с манипуляцией ФМ180◦ есть вырожденный случай модуляции ФМ2, когда и скоростью передачи до 128 бит/с. Таким образом частота модулируемого сигнала равна символь- был реализован энергетический выигрыш 3 дБ отно- ной частоте. Это делается по двум причинам: сительно предыдущего режима. • с целью очистить спектральные составляю- Эти методы с успехом использовались на щие в области «несущей» модулированного объектах дальнего космоса на приземных участ- сигнала для уверенной работы ФАП; ках и трассах перелета. Данная структура сигнала (с остатком несущей) в условиях нехватки энер- • с целью создать максимально возможное чис- гетики радиоканала при реализации марсианских ло переходов из единичного состояния в ну- программ позволила на 16-м пункте Центра даль- левое и наоборот для оптимизации условий ней космической связи (под г. Евпаторией) решить работы системы символьной синхронизации, задачу когерентного сложения сигналов с пяти ан- поскольку при этом число переходов стано- тенн [1]. вится независимым от статистики перехо- дов исходного информационного сигнала.) При решении задачи приема сигнала из атмо- сферы и с поверхности Венеры (1 бит/с) в связи В дальнейшем резкий скачок роста пропуск- с чрезвычайно сложными условиями приема (тур- ной способности каналов связи потребовался в свя- булентность среды распространения, порывы ветра зи с началом и развитием программы ДЗЗ. при снижении спускаемого аппарата, скачки часто- ты при раскрытии парашюта, резкое торможение Задача передачи видеоизображений с видео- при касании поверхности планеты, аварийное пере- сканеров малого, среднего и высокого разреше- ключение ЗГ из-за внутриобъектового повышения ния потребовала разработки радиолиний 15,36, температуры) было принято решение отказаться от 30,72, 61,44 и 122,88 Мбит/с. Эта задача бы- когерентных методов передачи и перейти на клас- ла успешно решена методами модуляции ОФМ сический метод двоичной ЧМн. Прием осуществ- и ДОФМ. Однако в связи с разработкой в кол- лялся на гребенку камертонных фильтров (с выбо- ром максимального сигнала панорамой из 400 штук лективе А. С. Селиванова электронного сканера одногерцевых камертонных фильтров). Этот метод на ПЗС-структурах (приборах с зарядной связью) с успехом использовался по программе исследо- производительностью 8 Мбит/с (который на мно- го лет по своим параметрам устроил большинство РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 2 2019

100 В. В. БЕРЕЗКИН, А. Н. ЕРШОВ, С. В. ПЕТРОВ, А. В. ПЕТРОВ потребителей информации ДЗЗ) под эту скорость предприятие обеспечило бортовую и наземную ап- была адаптирована радиолиния с видом модуляции паратуры для формирования, модуляции, передачи, ДОФМ. Электронный сканер был установлен на приема, демодуляции и «распаковки» информации объекте «Ресурс-О», а наземная часть была раз- (пункт приема г. Нойштрелиц, 1996 г.). Параметры вернута на региональных пунктах Гидрометцентра видеокамеры были адаптированы под скорость пе- в городах Обнинске, Новосибирске и Хабаровске. редачи 61,44 Мбит/с (ОФМ), однако когда немец- кие специалисты узнали, что у нас имеется режим Кроме того, в 1995 г. аппаратура для приема, 2 × 61,44 (ДОФМ), они очень жестко настояли, демодуляции, регистрации и первичной обработки чтобы мы включили и этот вариант в ТЗ. этой информации была также установлена и экс- плуатировалась на шведском пункте приема спут- При первых тестах обнаружилось, что из-за никовой информации Esrange в г. Кируне (за по- обрыва кабеля принятый видеосигнал не соответ- лярным кругом). ствует заложенной разрядности оцифровки, и кос- монавты его поменяли, восстановив тем самым ис- Не могу не остановиться на трагикомиче- ходное качество изображения. ской ситуации, сложившейся с историей постав- ки и ввода в эксплуатацию нашей аппаратуры. К этой работе немецкие коллеги отнеслись Дело в том, что шведская сторона предложила очень серьезно, с должным системным подходом, нам не очень большую оплату за эту работу. синхронизировав сеансы космической связи с вы- И наша сторона объяснила им, что за предла- летом авиации со средствами многоспектральной гаемые средства мы можем собрать комплекс аэрофотосъемки в районы с «опорной» структурой средств из ранее разработанных блоков и, как подстилающей поверхности для верификации и ва- следствие, аппаратура будет иметь несовре- лидации качества принятых из космоса видеоизо- менные габариты и соответственно вес (наша бражений и методов их обработки. стандартная стойка), но при этом параметры, заданные в ТЗ, мы им гарантировали. Шведы со- Вышеупомянутые методы модуляции до сих гласились на такой вариант. пор активно используются на объектах «Метеор», «Канопус», «Кондор», причем в двухканальном ре- Однако где-то в аэропорту при перегрузке жиме с частотным уплотнением, повышающим ин- оборудования не выдержали стропы подъемно- формативность примерно до 250 Мбит/с (потенци- го крана и наша стойка рухнула на жесткое альная возможность до 320 Мбит/с). покрытие летного поля. Удар был такой силы, что оказались срезанными шпильки крепления В последние годы у нас в стране и за рубе- трансформаторов источников питания. жом резко возросла потребность в еще более вы- сокоинформативных радиолиниях. Так, в середине В результате первое время пребывания в Es- 2000-х гг. по настоятельным просьбам специали- range нам до глубокой ночи пришлось восстанав- стов из КНР были организованы достаточно плот- ливать работоспособность аппаратуры. ные контакты по построению спутниковой радио- линии 800 Мбит/с. В результате взаимных поездок Напряжение было столь велико, что на тре- делегаций специалистов в КНР и РФ было согласо- тий день у одного из молодых шведских инже- вано ТЗ и подписан контракт, однако дальше этого неров, приставленных к нам в помощь, случился дело не пошло. обморок, а у второго пошла кровь из носа. Тем не менее к настоящему времени нашим Но все в конце концов закончилось хорошо — предприятием была создана и реализована (про- мы сдали аппаратуру по всем параметрам ТЗ шла натурные испытания) радиолиния с вида- и запустили ее в эксплуатацию. ми модуляции QPSK, 8PSK и 16APSK на одной несущей со скоростью передачи несколько более Дальнейший опыт работы с созданными на- 1 Гбит/с в режиме 16APSK. При этом использо- ми на тот момент высокоскоростными радиолини- вался турбокод с кодовой скоростью R = 0,8 [4]. ями мы получили при сотрудничестве с коллекти- Зарубежные аналоги получили подобные результа- вом специалистов из Германии, который создал ви- ты только с использованием поляризационной раз- деокамеру, установленную на обитаемой космиче- ской станции «Мир» (модуль «Природа»), а наше РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 2 2019

ОТ ОДНОГО БИТА ДО ГИГАБИТА 101 вязки (WorldView-3 [5]). Структура сигнала в на- Обозначен вектор развития и имеющийся за- шей радиолинии оптимизирована с точки зрения дел для последующего продвижения разработок использования частотно-энергетических ресурсов в этой области. и полностью удовлетворяет требованиям междуна- родного стандарта CCSDS [6]. Список литературы В настоящее время предприятие имеет реаль- 1. Курбатов А. В. Мы родились в нужное время. М.: ный задел средств для построения радиолинии Капитал и культура, 2017. С. 286–288. с информативностью 1500 Мбит/с с видом моду- ляции 32APSK и кодированием LDPC R = 7/8, 2. Березкин В. В. «Однобитовая» эпопея в дальнем а также реальные планы по удвоению этих резуль- космосе // T-Comm. Телекоммуникации и транс- татов с помощью поляризационного уплотнения. порт, 2013, № 2. С. 11–13. http://media-publisher.ru/ content-2-2013/ (Дата обращения 06.06.2019). Заключение 3. Березкин В. В. Однобитовая эпопея в дальнем кос- В статье подведен исторический итог разви- мосе // Газета ОАО «Российские космические си- тия космических радиолиний дальнего космоса стемы» «Навигатор», 2014, № 5(5). и ДЗЗ, спроектированных и эксплуатировавшихся в АО «Российские космические системы» за пери- 4. Ершов А. Н., Березкин В. В., Петров С. В., Пет- од от начала 60-х гг. прошлого века по настоящее ров А. В., Почивалин Д. А., Ковалев С. В., Смир- время. нов Д. А. Экспериментальная отработка комплексов высокоскоростной передачи информации для КА Основным результатом развития за этот пери- ДЗЗ // Ракетно-космическое приборостроение и ин- од можно считать увеличение производительности формационные системы, 2018, т. 5, вып. 4. С. 56–64. радиолиний предприятия АО «Российский косми- ческие системы» на девять порядков. 5. www.ecoruspace.me/?name= WorldView-3 (Дата об- ращения 07.06.2019). Созданная предприятием сверхскоростная ра- диолиния к настоящему времени по своим пара- 6. TM Synchronization and Channel Coding, Recom- метрам соответствует самым высоким требованиям mended Standard CCSDS 131.0-B-2, Issue 2, Blue международных стандартов. Book, Consultative Committee for Space Data Sys- tems, August 2011. https://public.ccsds.org/Pubs/ 131x0b2ec1s.pdf (Дата обращения 06.06.2019). РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 2 2019

Научно-технический журнал РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ТОМ 6. ВЫПУСК 2. 2019 № Рубрика журнала Отрасли науки, Шифр научной п/п группа специальностей специальности 1 Космические навигационные Технические науки 05.12.14 системы и приборы. Радиолокация и радионавигация Радиолокация и радионавигация 2 Радиотехника и космическая связь Технические науки 05.12.04 Радиотехника в том числе системы и устройства телевидения Антенны, СВЧ-устройства 05.12.07 и их технология Системы, сети и устройства 05.12.13 телекоммуникаций 3 Системный анализ, управление Технические науки 05.13.01 космическими аппаратами, 05.27.01 обработка информации Системный анализ, управление и системы телеметрии и обработка информации 4 Твердотельная электроника, Технические науки радиоэлектронные компоненты, Твердотельная электроника, микро- и наноэлектроника, радиоэлектронные компоненты, приборы на квантовых эффектах микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Свидетельство ПИ №ФС77-55464 от 25 сентября 2013 г. Журнал включен в РИНЦ. Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК. Подписной индекс издания 94086 в Объединенном каталоге «Пресса России» Редактор В.Р. Игнатова Оригинал-макет: Д.П. Вакуленко Оформление переплета: Н.Л. Лисицына ¢Подписано в печать 12.07.2019. Формат 60 88/8. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 12,47. Уч.-изд. л. 13,72. Тираж 220 экз. Заказ № Издательская фирма «Физико-математическая литература» МАИК «Наука/Интерпериодика» 117342, г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17 Б E-mail: [email protected], [email protected] Сайт: http://www.fml.ru Интернет-магазин: http://www.fmllib.ru Отпечатано с электронных носителей издательства в OОO «Паблит» 127282, г. Москва, ул. Полярная, д. 31 В, стр. 1 Сайт: www.publit.ru Тел.: 8 (495) 685-93-18