Хорошая связь разного назначения

Как получить интернет из космоса? Что такое мягкий хендовер? Как сделать беспилотник зрячим? Российский физик, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией радиофотоники МФТИ Дмитрий Филонов ответил на эти и другие вопросы «Ъ-Науки».

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Мы делаем спутниковый терминал связи. Активный его элемент — это фазированные антенные решетки, которые позволяют управлять диаграммой направленности луча. Давайте представим: мы находимся на планете Земля и хотим, чтобы в каком-то отдельно взятом домике в дальнем уголке страны спутниковая связь давала хороший интернет, хорошую коммуникацию. Для этого мы должны подключаться к летающим по орбите бортам. Они делятся на несколько категорий. Первая — это геостационарные аппараты, они в пространстве практически не двигаются, поэтому на них легко навестись и отслеживать сигналы. Через них большой скорости интернета добиться не удается, и подключение требует много энергии. Если мы хотим тратить меньше энергии, это должны быть более экономически выгодные решения. Мы работаем на спутниках, которые летают на средних и низких орбитах. Эти спутники двигаются, а значит, диаграммы направленности, которые мы от нашей решетки терминала формируем и направляем на космический аппарат, должны постоянно управляться. Наши решетки позволяют это делать.

Вторая задача — обеспечить бесперебойное переключение между спутниками. Спутник движется по орбите и неизбежно выходит из зоны видимости. Что произойдет дальше? Ну, первое, очевидно, пропадет связь. Мы этого не хотим. Поэтому спутниковая группировка планируется так, что, когда этот момент происходит, должен прилететь второй спутник, по той же траектории двигаться он должен с той же скоростью, и мы должны на него перенавестись. Так вот, если у нас будет только один луч в тот момент, когда мы с первого спутника переключимся на второй, у нас связь все равно пропадет на какое-то время.

— Как этого избежать?

— Чтобы этого не было, мы можем оснастить нашу антенную решетку двумя и более лучами. Второй луч заранее наводится на второй спутник, через него проходит стартовое подключение, и как только первый выходит из зоны видимости, мы сразу начинаем получать информацию со второго.

— Расскажите о разработке подробнее. Как она устроена?

— Ключевой элемент нашей разработки — это активная фазированная антенная решетка с управляемыми лучами. Второй элемент — «мягкий хендовер». Так называется процесс переключения между лучами или спутниками без потери связи. Благодаря хендоверу мы можем оставаться в активном канале вне зависимости от того, как устроено движение как сверху, так и снизу.

— На каком вы сейчас этапе? На какие сроки ориентируетесь?

— Сейчас мы находимся на этапе научно-исследовательской работы, итогом которой станут макеты терминалов, демонстрирующие работоспособность всей системы. Конечно, еще много предстоит сделать по ее оптимизации, но в конце 2025 года мы должны подтвердить, что это возможно.

Затем планируется этап опытно-конструкторских работ, когда мы согласуем проект с линией производства, отлаживаем все требования для потребителя и т. д. В конечном итоге у нас должен получиться коммерческий продукт, который будет доступен как для физических, так и для юридических лиц. Ключевым вопросом будет его стоимость, и значительная часть данного этапа будет посвящена ее минимизации.

Отдельный блок работ будет посвящен использованию терминала не только на статических объектах, таких как стол, крыша и т. д., но и, к примеру, на судах, когда есть качка и прочие движения по воде. Для этого терминал будет оснащен так называемой гидростабилизированной платформой, которая будет частично компенсировать внешние воздействия.

В 20262027 годах должна пройти разработка полной рабочей конструкторской документации с учетом отечественных производственных мощностей, далее — выход на квалификационные испытания и массовое производство.

— Есть какие-то аналоги — российские, зарубежные?

— Есть зарубежные аналоги, которые осуществляют услугу по предоставлению широкополосного доступа в интернет для пользователей. По тем или иным причинам доступ к ним с территории России затруднен. Наш терминал будет российским аналогом этих продуктов. Отечественных аналогов этой разработки, тем более действующих, нет. По крайней мере для открытого использования.

Наша разработка адаптирована именно под отечественные производственные мощности и имеющуюся спутниковую группировку. Ключевое отличие от западных аналогов в том, что наша система имеет свои характеристики по подключению, организации каналообразующего оборудования и т. д. То есть аналогия будет в функционале, но не на уровне железа.

— А преимущества какие-то закладываются? Или нам бы догнать?

— Ключевое здесь — правила рынка. Общее население нашей страны — около 150 млн человек. Когда мы говорим про аналоги, это миллиардные населения и такие же финансовые обороты. Поэтому в первую очередь мы должны работать над задачей собственного суверенитета и обеспечивать связь там, где она должна быть при любых обстоятельствах. Это самая главная наша задача. Поэтому вопрос конкуренции здесь сомнителен.

— Вернемся к технологии. Что еще можно о ней рассказать?

— Один из важнейших ее элементов — это так называемые многослойные печатные платы, топология которых и обеспечивает нам управление лучом, формирование диаграмм и все остальное. Обычно это восемь—десять слоев, как в нашем случае, которые включают в себя управление, питание и высокочастотные каналы. Вот их конфигурация — это и есть основная разработка. Размер такой платы во многом определяется бортом, находящимся на орбите, к которому мы подключаемся. Чем выше он находится, тем больше нужно энергии и больше получаются массогабаритные характеристики печатной платы.

— А есть ли у вас индустриальные партнеры?

— Да, нашим партнером в этом проекте выступает АО «Спутниковая система “Гонец”» — единый оператор спутниковой связи госкорпорации «Роскосмос». Эта компания занимается предоставлением услуг связи и ретрансляции с помощью многофункциональных спутниковых систем различных типов. Акцент оператор делает на районы вне зон доступности наземных сетей.

— С какими трудностями вы сталкиваетесь в работе?

— Трудность у нас только одна — это квалифицированные специалисты. Несмотря на то что мы находимся в лучшем инженерном вузе страны, в МФТИ, именно квалифицированные инженеры, разработчики антенной части, являются для нас самым ценным ресурсом, их мы постоянно ищем и стараемся привлекать. Поэтому всех, кто в этой части видит себя как специалист или хотел бы попробовать поработать с нами, мы всегда ждем, у нас команда молодая, мы активно развиваемся.

— Расскажите о планах на будущее.

— Два ключевых направления, на которые мы сейчас нацелены,— это терминалы связи для наземного и морского базирования. Следующий блок — интеграция антенных систем в беспилотные летательные аппараты. Это позволит изменить подход к различным задачам. Например, такие антенные системы позволят организовать прямой видеоканал связи «беспилотник—космический аппарат—пользователь». То есть БПЛА-оператор в режиме реального времени начнет видеть с дальнего расстояния картинку того, что происходит на земле. Это нужно для решения всевозможных геодезических вопросов: картография, определение техногенных ситуаций, утечки газа, какие-то возгорания, поиск кого бы то ни было в различных условиях.

— В каких подразделениях Физтеха идет эта работа?

— Стоит отметить два ключевых подразделения. Это научно-технический центр телекоммуникации и лаборатория радиофотоники, которая входит в состав центра фотоники двумерных материалов. Большая часть команды — это молодые квалифицированные специалисты со всеми необходимыми степенями, знаниями и навыками. Общая численность команды составляет примерно 20 человек.

Во многом добиться результатов мы смогли и потому, что вуз нас поддержал, дал возможность построить на территории МФТИ первую безэховую камеру. Основная отладка и корректировка результатов, а также многие итоговые испытания происходят именно в ней.

Безэховая камера была построена в 2024 году. Благодаря ее появлению в МФТИ проводится основная часть научно-конструкторских работ по проекту.

Также в работе участвует спин-офф компания МФТИ «Физтех-Телеком». Ее вклад — это формирование требований к каналообразующим элементам. У коллег большой опыт по организации спутниковой связи, например, на кораблях «Норникеля», которые ходят по Северному морскому пути.

— Подытожим. Как вы оцениваете роль вашей разработки в развитии системы коммуникаций в России?

— В нашей стране, как мне кажется, очень важна задача обеспечения связности территорий. Об этом говорится на всех уровнях, это заложено во многих государственных программах. То есть мы должны обеспечить внутри страны хорошую связь разного назначения. Она невозможна, когда мы говорим только о космосе, но не говорим о том терминале, о том устройстве, которое будет использовать конечный пользователь — будь то пассажир поезда, корабля, личный автомобиль или что-то еще. Когда у нас появится возможность изготавливать такие терминалы массово и по доступной цене, мы перейдем на действительно новый уровень коммуникации между удаленными регионами. Это может быть актуально как в крупных городах типа Москвы и Питера для решения задач, касающихся, например, геолокации, геодезии, так и в отдаленных уголках страны, где задачи могут быть совершенно другими, а коммуникация должна быть оперативной.

Наталья Анисимова