Центр космической связи «Дубна». Как работает обмен данными через спутники

«Хорошо быть блогером», в который раз подумал я, когда мы въехали на территорию центра космической связи «Дубна». Блог раскрыл передо мной немало дверей, в том числе тех, которые не открываются другим даже за деньги. Например, всякие режимные объекты типа атомных электростанций, крупных заводов с жестким пропускным режимом или… центра космической связи. Когда мне предложили съездить в подмосковную Дубну, чтобы посмотреть этот центр, я не долго думал. Магическое словосочетание «центр космической связи» сделало свое дело :)

Сразу после въезда на территорию центра, в глаза бросилось немалое количество больших спутниковых тарелок, в том числе одна гигантская. Кстати, как вы думаете, какую функцию она там исполняет? Ответ будет ниже.

Итак, что же такое «центр космической связи», сколько таких центров, как они работают, какую функцию выполняют? Если бы мне задали эти вопросы до поездки в Дубну, то я бы ответил, что это что-то типа центра управления полетами спутников. И был бы неправ и прав одновременно. Ну, давайте по порядку.
2

Все это великолепие расположено на окраине города Дубна. Из Москвы сюда ехать около двух часов. По приезду, первым делом нам рассказали базовую теорию. Подобных центров связи со спутниками в мире несколько, самый крупный в Европе находится в Италии. В России построено и работает 5 подобных центров, дубненский — самый крупный из них. Четыре остальных равномерно раскиданы по территории страны: в Екатеринбурге, Железногорске, Хабаровске и Петропавловске-Камчатском. Все они входят в состав ФГУП «Космическая связь». Эта организация через спутники вещает на 52 страны мира.

Центр космической связи (ЦКС) выполняет две глобальные функции:

• трансляция сигнала через космические аппараты связи и вещания
• управление спутниками на геостационарной орбите.

Давайте сначала несколько слов про вторую функцию. Все начинается с производства и запуска спутников на орбиту. Средняя стоимость производства и запуска одного спутника — около 200 миллионов долларов. Запускают российские спутники в Казахстане, на космодроме Байконур. Центр управления полетами (ЦУП) при космодроме занимается только запуском ракеты вплоть до того момента, как спутник окажется на геостационарной орбите, повиснет в одной точке и раскроет антенны. После этого ЦУП прекращает свою работу и спутник передается в распоряжение ЦКС. Тот, в свою очередь, настраивает наземные антенны конкретно под этот спутник и начинает обмен данными. Сейчас на орбите летают 13 спутников под управлением ФГУП «Космическая связь».

Прием и передача данных на спутнике осуществляется с помощью устройств, которые называют транспондерами. На спутнике может быть от 40 до 60 транспондеров. Каждый транспондер обладает определенными характеристиками: частотный диапазон, мощность сигнала, максимальная ширина канала данных. Чтобы был корректный обмен информацией со спутником, нужно антенну и оборудование на земле настроить под конкретный транспондер на спутнике.

Так вот, спутники висят на высоте около 35.786 километров от поверхности планеты. Все было бы красиво, если бы спутник действительно висел неподвижно в одной точке относительно антенны на земле. Но это не так. Спутники могут потерять высоту или отклониться от нужной орбиты под воздействием различных факторов. Поэтому нужно постоянно следить за положением спутников и корректировать их местоположение. Делается это при помощи реактивных двигателей на спутнике, которые работают от топлива на борту. Запаса топлива хватает лет на 15, потом спутник требует полной замены. Так вот, слежение и корректировка положения спутника происходит, в том числе, отсюда — из ЦКС «Дубна».

Вторая функция — это трансляция различных видов сигналов для применения в быту и профессиональной сфере. Из форматов данных, которые передаются отсюда на вещание через спутник стоит выделить связь и телевидение. Со связью все более-менее понятно, если знаете, что такое спутниковый телефон. Такие телефоны призваны обеспечивать связь там, где нет покрытия стационарной и сотовой связи: пустыни, горы, леса. Через спутники можно обмениваться интернет-трафиком, вспомним экспедиции блогеров на Крайний Север с тарелками на крышах автомобилей. Через этот ЦКС также «гонят» правительственную связь. Иногда ЦКСы называют «телепортами», ведь с помощью антенно-аппаратного комплекса можно передать сигнал на огромные расстояния за миллисекунды.

Больше всего аппаратных и людских ресурсов уходит на трансляцию видеосигнала на бытовые спутниковые тарелки. Россия — страна очень большая, есть ней районы с очень малой плотностью населения. Проводить до каждого населенного пункта кабели и строить телебашни было бы очень дорого, да и бессмысленно. Там экономически целесообразнее только спутниковая связь. Поставил тарелку и хоть в глухой тайге смотри уйму ТВ-каналов.

Самый крупный российский провайдер телевещания через спутники — это «Триколор ТВ». Компания отметила свое десятилетие значимым событием — началом трансляции каналов в формате сверхвысокой четкости. Они запустили пакет телеканалов в формате Ultra HD (3840?2160, 50 кадров в секунду, без апскейлинга) по России, а это требует немалых мощностей, приходится посылать на спутники большие объемы трафика. Сегодня «Триколор ТВ» — это лидер рынка спутникового вещания в России, у нее 11.6 миллионов живых абонентов (которые исправно оплачивают трансляцию и у которых спутниковая тарелка не висит мертвым грузом).
3

После теоретической части мы вышли пройтись по открытой территории ЦКС. Полюбоваться на россыпь параболических антенн разных размеров и даже форм. Смотрится красиво и загадочно:
4

Здесь можно наглядно сравнить среднюю по размерам антенну с человеком:
5

Всего на территории ЦКС установлено 66 антенн. Из них 27 предназначены для управления спутниками (корректировки положения на орбите), 24 — для трансляции и приема спутниковых телеканалов. Не все из них работают одновременно. В нормальных условиях сигнал передает примерно половина антенн, обычно самые маленькие. Во время сильной грозы или шторма условия для приема-передачи сигнала могут ухудшиться, и тогда в дело могут вступить «тарелки» побольше, с увеличенной мощностью сигнала, способные пробить непогоду.
6

Спутниковые антенны, при кажущейся сложности, на самом деле довольно простые устройства. Сама тарелка у профессионалов называется «зеркалом», а иногда «фонарем». Зеркало, как линза, ловит радиосигнал со спутника, собирает его в один узкий луч и передает на приемник — конвертер. Здесь важно направить антенну в нужную точку, чтобы она смотрела на необходимый спутник, транслирующий телеканалы. Далее радиосигнал попадает в ресивер, который переводит (декодирует) сигнал и подает на телевизор (или другое устройство). Примерно так же, только в обратном порядке, осуществляется вещание сигнала на спутник.
7

Спутниковые тарелки бывают двух видов: прямофокусные и офсетные. В квартиры и дома часто ставят офсетные, так как их можно направлять вертикально, чтобы снег и вода не скапливались на поверхности зеркала и не ухудшали качество сигнала. Также на качество сигнала прямо влияют здания, деревья и неровности земли на пути радиосигнала до антенны.
8

В ЦКС большинство антенн прямофокусные и должны смотреть зеркалом прямо на спутник. Здесь для этого созданы идеальные условия: ровное поле без деревьев, некоторые антенны приподняты над землей, и почти все обладают механизмом, двигающим антенны вокруг своей оси. Все спутники висят примерно над экватором Земли, поэтому антенны направлены на юг.
9

ЦКС выиграл тендер на обслуживание и трансляции сигнала со спутников Eutelsat для Европы. Так что отсюда ведется управление некоторыми европейскими спутниками, а также трансляция телеканалов не только на Россию, но и европейскую часть континента. Можете себе представить важность этого ЦКС не только для России, но и европейских пользователей? В свою очередь, ЦКС транслирует на Россию некоторые зарубежные каналы.
10

Заглянули в помещение, где обрабатываются телеметрические сигналы от спутников. Другими словами, здесь происходит управление спутниками и корректировка их местоположения. Большинство операция делается здесь автоматически, нужно только следить за тем, чтобы все работало как надо. Этим здесь занимается, что интересно, один человек — женщина в возрасте около 40 лет.
11

Кстати, во всем центре работает всего 115 человек. Это немного, учитывая количество оборудования сложности возложенных на ЦКС функций. Здесь здорово помогает автоматизация большинства операций.
12

Впервые вижу сервера со встроенными ЖК-экранами. Очень удобно, учитывая, что управление большинством серверов происходит удаленно по компьютерной сети, а встроенный экран служит только для первичной настройки сервера, подключению к сети и мониторингу некоторых параметров.
13

Все это, конечно, хорошо. Но что делать, если случится блэкаут, то бишь по всему городу вырубят свет? Ну, первое время тут ничего не поменяется, все будет продолжать работать. Все важные электрические устройства подключены к источникам бесперебойного питания (ИБП), и в то же время запускаются резервные дизельные генераторы электричества. Топлива на территории центра хватит, чтобы обеспечивать оборудование резервным электричеством четверо суток. Если основное электричество к тому времени не подадут, то в центр завезут еще топлива.
14

У вас, наверное, при таком количестве антенн, возникли мысли типа «там же вредно работать, высокий уровень излучений, мощный радиосигнал». На самом деле, общий радиочастотный фон здесь в пределах нормы и никаких мер по изоляции сотрудников от излучения не требуется. Современные антенны излучают не так сильно, как раньше. Неладное можно почувствовать, если подолгу стоять в непосредственной близости за антенной. Именно там, а не перед зеркалом, наибольший уровень излучения. Если начнут болеть глаза, то это верный признак облучения.
15

16

А мы, неспешным ходом, приближаемся к самой большой антенне, установленной в ЦКС.
17

Вон он, великан среди антенн, с диаметром зеркала в 32 метра. Это антенна MARK-IV производства известной японской компании NEC. Выглядит довольно несвежим. Так и есть, его поставили здесь в 1980 году. На ней решили не экономить и взяли самое лучшее (вы же помните, какое отношение тогда было к японской технике). Собственно, с этой антенны и начался ЦКС «Дубна» — это первая антенна, установленная здесь. Изначально ЦКС «Дубна» был учрежден как Олимпийский объект приказом Министра связи СССР. А эту антенну поставили для того, чтобы транслировать видеорепортажи с Олимпиады 80-го года на другую сторону земного шара. В данный момент она не используется и стоит больше как памятник. После Олимпиады ЦКС начал свое расширение, количество антенн увеличивалось, и все постепенно превратилось в то, чем является сейчас.
18

В наши дни нет необходимости строить такие большие антенны, как вышеописанный. Со всеми задачами вполне справляются небольшие антенны с диаметром от 2,5 метров.
19

Заметил среди всех тарелок четыре, которые отличались от всех формой зеркала. Это, кстати, уже офсетный тип спутниковых антенн, судя по форме кронштейна для конвертера и расположению самого конвертера.
20

Напоследок нам показали корпус ЦКС, где расположен комплекс для управления и мониторинга за обменом данными со спутниками, в том числе и трафиком спутниковых телеканалов:
21

На втором этаже есть такое помещение, где работает три сотрудника:
22

Здесь ведется наблюдение за качеством передачи сигналов со спутников, в том числе за трансляцией ТВ-картинки:
23

Если на экране пропадет изображение с какого-то канала, то специалисты сразу начнут принимать меры по восстановлению трансляции:
24

На многочисленных мониторах выводится различная служебная информация о мощности сигнала, о связи со спутниками, об обмене данными с ТВ-студиями, другими ЦКС и прочее.
25

26

Солидная аппаратная часть комплекса:
27

28

Впечатляет, правда? Не знаю, как у вас, а у меня, до приезда сюда, был определенный стереотип. Фраза «центр космической связи» у меня вызывала ассоциацию с государственными учреждениями, где время остановилось в 80-90 годах. Старое оборудование, советская мебель, тусклый свет, обшарпанные стены и потолок. Я был удивлен, ибо увиденное было все с точностью до наоборот. Везде чисто, отремонтировано, трава на территории коротко пострижена, установлено современное оборудование, да и молодежи работает немало.