Петербургские учёные изобрели комплекс метеорной связи

Сотрудники Высшей школы прикладной физики и космических технологий Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций СПбПУ спроектировали и протестировали мобильный комплекс, работающий на метеорной радиосвязи. Он позволит установить стабильную передачу текстовых и голосовых сообщений даже в тех районах, где не работают другие способы коммуникации.

 
В мае 1990 года выдающийся полярник Владимир Чуков вместе с четырьмя товарищами завершали первую в мире автономную экспедицию на лыжах к Северному полюсу. Они вышли 10 марта с мыса Арктический – самой северной точки архипелага Северная Земля в Карском море. Путешествие планировалось на 55 суток, но полярникам пришлось провести в Арктике целых 64 дня.

Экспедиция шла по расписанию, но прибыв в географическую точку Северного полюса они никого не встретили. Самолёты должны были забрать группу вместе с эвакуацией научного лагеря, который был развернут на льдине в полярной области. Но льдина внезапно треснула, и учёных забрали с полюса раньше, чем до них дошли лыжники. Измотанным полярникам пришлось провести пять суток без провизии и связи в Арктике.

На их пути и так было много препятствий: группу сопровождали белые медведи, периодически приходилось преодолевать торосы высотой несколько метров, а один из участников похода провалился в полынью и с большим трудом был спасён. И вот на финише новое препятствие. Рации сели, запас продуктов на исходе. Осталось лишь немного бензина, чтобы готовить воду из снега.

Пять дней группа провела на географическом Северном полюсе на подогретой воде из растопленного снега. За экспедицией Чукова летели два самолета Ан-2, но найти их было непросто. По словам пилота Владимира Баранова, они летели за группой с куриным бульоном, которым лучше всего начинать питание после вынужденной голодовки, но без связи лыжников было практически невозможно обнаружить. Их удалось запеленговать по сигналу SOS с севшей рации только с третьего раза. Вся группа была спасена. После этого Владимир Чуков организовал ещё 22 полярные экспедиции.

 

 
Для освоения арктических зон первостепенно важна надёжная система связи и передачи данных, которая будет работать в любых условиях. К сожалению, большинство современных каналов спутниковой связи не работают выше 70 градусов северной широты. Низкие орбиты спутников не позволяют им покрывать сигналом зону, близкую к Северному полюсу.

Спутники на высоких эллиптических орбитах могут покрывать арктические широты за счёт того, что вращаются не по кругу. Они удаляются и приближаются к нашей планете и в апогее покрывают огромную территорию поверхности Земли. Но для круглосуточной работы нужно как минимум три подобных спутника, и оборудование требуется намного более мощное. В целом, такой тип связи пока имеет слишком много минусов, включая высокую стоимость обслуживания всей системы.

Классическая радиосвязь тоже не подходит для арктических районов. Северное сияние и возмущение ионосферы сильно сказываются на работе устройств, а эфир наполняется шумом и помехами. Это всё тормозит освоение Арктики и мешает стабильному функционированию Северного морского пути.

На данный момент арктические зоны слабо охвачены связью. Все современные способы передачи данных имеют серьёзные недостатки, которые при возникновении аварийной ситуации могут стоить людям жизни. В экстремальных условиях людям нужна надёжная система коммуникации, которая позволит быстро передать данные или вызвать помощь. Особенно важно иметь отечественную систему связи с защищённым каналом, который смогут безопасно применять силовые структуры.
 

 
В 1929 году английский учёный Томас Эккерсли обнаружил, что при сгорании метеоров в атмосфере образуются следы ионизированного газа, от которых хорошо отражаются радиоволны. Такой способ передачи сигнала оказался устойчив к естественным и искусственным возмущениям в атмосфере, и у него отсутствовали так называемые мёртвые зоны.

В 1950-х годах военные Канады и США разрабатывали систему метеорной радиосвязи. Такой способ передачи данных хорошо работал на длинных расстояниях и в любых широтах, а также не был чувствителен к помехам и возмущениям. Но в те времена подобная техника была огромной и неподъёмной. Американский аппарат представлял собой огромный стокилограммовый ящик, который невозможно было возить с собой по льдам на лыжах.

В СССР тоже существовали две линии метеорной связи: Норильск – Красноярск и Салехард – Тюмень с расстоянием больше тысячи километров. Обе линии находились в эксплуатации около десяти лет и на практике подтвердили безотказную стабильную работу. Но с развитием спутников практически все проекты по метеорной связи были закрыты.

 

 
Молодые учёные Высшей школы прикладной физики и космических технологий Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций СПбПУ совершили прорыв в изучении метеорной радиосвязи. Они разработали и успешно протестировали оборудование для передачи данных. Самое главное – новые комплексы имеют размеры обычного ноутбука и могут использоваться даже в экспедициях.

Группа специалистов под руководством профессора Сергея Макарова разработала весь необходимый комплекс оборудования, который включает в себя усилители и модем, а также программное обеспечение как для базовых станций, так и для мобильных абонентских устройств. Новая система связи может передавать любые текстовые и голосовые сообщения, недоступным остаётся лишь видеосигнал.

Небольшая приёмная станция размером 30x30x10 см может использоваться во всех сферах, задействованных в арктических зонах. Она готова стать основным источником аварийной и экстренной связи для экспедиций и автономных объектов в Арктике.

По словам доцента ВШПФиКТ Сергея Завьялова, базовая станция метеорной радиосвязи может передавать сигнал на расстояние до 2 тыс. км, то есть зона обслуживания одной вышки будет 4 тыс. км. При этом её максимальная мощность составляет всего один кВт. Минимальное количество базовых станций может покрыть всю территорию Российской Федерации. Таким образом, установка всего пяти-восьми вышек сделает метеорную радиосвязь дешёвым и надёжным способом коммуникации на всей территории страны.

Помимо Арктики, метеорная радиосвязь может применяться в системах раннего предупреждения о природных катаклизмах, мониторинге уровня волн и других автоматических сетях. Её можно использовать для глобальной системы сбора данных от любых датчиковых систем. К примеру, при передаче информации подсчёта популяции животных, умных систем регуляции транспортных потоков или для защиты от несанкционированных вырубок леса.

Сейчас комплексы метеорной связи готовят к серийному выпуску, он должен начаться уже в 2020 году.