ЧАСТЬ 1.

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ CAPELLA 36

Космическая система радиолокационного наблюдения (КС РЛН) американской компании Capella Space создаётся для решения задач обеспечения высокой периодичности наблюдения и оперативной доставки результатов радиолокационной съёмки потребителям, прежде всего в интересах обороны и безопасности. При этом ставилась цель заменить традиционные тяжёлые и дорогостоящие космические аппараты (КА) с радиолокаторами с синтезированной апертурой (РСА) на маломассогабаритные КА с относительно невысокой стоимостью.

Высокая периодичность достигается за счёт поэтапного развёртывания орбитальной группировки (ОГ) в составе 36 КА РСА, получившей название Capella 36, а также за счёт возможности перенацеливания КА РСА с объекта на объект съёмки с высокой скоростью. ОГ полного состава планируется развернуть на орбитах высотой 550-600 км в 12 плоскостях, по три КА в каждой плоскости.

Начало оперативного использования КС РЛН положено запуском в августе 2020 года КА РСА Capella 2, или Sequoia (рис. 1), на орбиту с наклонением 45 градусов, что обеспечивало высокую периодичность наблюдения районов Ближнего Востока, КНДР, КНР, Японии и США. Ранее состоявшийся запуск КА РСА Capella 1, или Denali, имел целью проведение отработки технологических и калибровочных настроек на орбите.

Последующие запуски КА РСА Capella состоялись в 2021–2022 годах. Общие сведения о КА РСА Capella, находящихся в оперативном использовании, приведены в таблице 1. Субгруппировка в составе первых шести оперативно используемых КА РСА получила название Whitney.

Рис. 1. КА РСА Capella 2 (Sequoia)

Таблица 1. Общие сведения о КА РСА Capella (Whitney)

Потенциальные возможности ОГ полного состава по периодичности наблюдения, определяемые её баллистическим построением, приведены на рис. 2: съёмка любого района земной поверхности может быть выполнена в течение часа. Возможности ОГ по периодичности наблюдения с учётом этапности её развёртывания приведены в таблице 2. На рис. 3 приведены результаты независимого моделирования функционирования ОГ в составе 36 КА РСА, подтверждающие потенциальные возможности КС РЛН Capella 36 по периодичности.

Рис. 2. Потенциальная периодичность наблюдения ОГ Capella 36

Рис. 3. Результаты независимого моделирования для оценки периодичности наблюдения ОГ в составе 36 КА РСА Capella

Таблица 2. Периодичность наблюдения по этапам развёртывания ОГ

Частная орбитальная группировка из шести КА в двух орбитальных плоскостях, получившая название Whitney, обеспечивает проведение интерферометрических измерений с формированием временной базы в режиме repeat-pass (repeat-track). При этом баллистическое построение КА в орбитальной группировке полного состава обеспечивает возможность точного прогнозирования временных интервалов между последовательными состояниями орбитальной субгруппировки типа Whitney, при которых выполняются необходимые условия для проведения интерферометрических измерений.

Если принять за точку отсчёта первый случай выполнения этих условий, то последующие возможности для осуществления интерферометрических измерений наступают через прогнозируемые интервалы времени, которые можно представить в виде формализованного временного ряда: 0 (первая реализация), 54 ч., 120 ч., 174 ч.

Существуют и другие возможные временные ряды интервалов, отстоящих от начальной условной точки отсчёта, через которые реализуются условия для интерферометрической съёмки одного и того же района, но под различными углами съёмки. Каждый новый ряд этих интервалов формируется путём увеличения значений интервалов в «нулевой» исходной серии на 12 часов. Указанные серии (ряды) временных интервалов, определяемых по отношению к условной точке отсчёта, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Возможности орбитальных субгруппировок типа Whitney по периодичности наблюдения

Заметим, что эти серии временных интервалов повторяются через 120 часов, или пять суток, то есть после 10-й серии имеет место циклическое повторение значений, приведённых в таблице 5. При этом каждая серия временных интервалов из таблицы 5 пригодна для наблюдения процессов на земной поверхности, изменяющихся в течение пяти и более суток.

Высокие показатели по оперативности добывания и предоставления РЛИ пользователям достигаются как за счёт высокой периодичности съёмки, так и за счёт возможности оперативной закладки планов съёмки в форме командно-программной информации (КПИ) на борт КА с использованием каналов передачи данных через КА-ретрансляторы Inmarsat [2, 3].

Другим фактором, определяющим высокую оперативность предоставления РЛИ пользователям, является использование территориально-распределённого наземного комплекса на базе наземных станций в составе систем AWS и KSAT (Норвегия). Особо следует отметить наличие наземных станций в арктической зоне, через зону видимости которых проходят 11-12 суточных витков.

На рис. 4 приведены зоны видимости наземных станций, привлекаемых для сброса РЛИ с КА РСА Capella, расположенных в следующих населённых пунктах: Svalbard (Норвегия), Trol (Норвегия), Punta Arenas (Чили), Boardman (США), Kilewille (США), Hartebushrock (ЮАР), Awarua (Новая Зеландия), Tripoli (Греция), Dublin (Ирландия), Vasterus (Швеция), Cape Town (ЮАР), Manama (Бахрейн), Sydney (Австралия), Honolulu (США), Mumbai (Индия), Seoul (Корея), Tokyo (Япония).

Результаты математического моделирования зон видимости приведены на рис. 4, 5. Они показали, что суммарный интервал времени приёма информации составляет до 18 часов в сутки при высоте орбиты 530 км. С учётом перекрытия зон видимости наземных станций для одного КА обеспечивается максимальная продолжительность видимости до девяти часов в сутки. Такое расположение наземных станций обеспечивает доступ для приёма РЛИ с интервалом не более 20 минут (рис. 5).

Сброс РЛИ на наземные станции осуществляется в диапазоне X (8025-8400 МГц) на средней частоте 8212,5 МГц в полосе 250 МГц. Управление КА РСА Capella осуществляется из центра управления полётами (ЦУП) в Paolo Alto, где размещается штаб-квартира компании Capella Space.

Командно-измерительные станции наземного комплекса управления (НКУ) размещаются на объекте компании в Денвере. Обмен командно-программной и телеметрической информацией осуществляется на линии «вверх» (НКУ – КА) в диапазоне 2035,3-2036,7 МГц на средней частоте 2036 МГц в полосе 1,4 МГц, на линии «вниз» (КА – НКУ) в диапазоне 8025-8029 МГц на средней частоте 8027 МГц в полосе 1,4 МГц.

Компания Capella Space, изначально ориентируясь на решение задач в интересах обороны и безопасности, обеспечила гарантированное закрытие информации, циркулирующей во всех космических радиолиниях, а также в наземных средствах приёма, обработки и доведения её до потребителей.

Оперативная командная радиолиния через КА-ретранслятор Inmarsat реализована на следующих частотах:

• приём информации на КА РСА с КА-ретранслятора в диапазоне 1518-1559 МГц; конкретная частота закрепляется оператором системы Inmarsat на период соединения с КА РСА;
• передача информации с КА РСА на КА-ретранслятор в диапазонах 1626,5-1660,5 МГц, 1668-1675 МГц в полосе 25-200 кГц.

Рис. 4. Моделирование основных зон видимости наземных станций КС РЛН Capella 36

Рис. 5. Оценка количества наземных станций, видимых с одного КА на витке

Следует отметить, что компания Capella Space, изначально ориентируясь на решение задач в интересах обороны и безопасности, обеспечила гарантированное закрытие информации, циркулирующей во всех космических радиолиниях, а также в наземных средствах приёма, обработки и доведения её до потребителей.

На рис. 6 схематично представлен регламент радиолокационной съёмки КС Capella 36: среднее время от подачи заявки на съёмку до выдачи РЛИ потребителю составляет 90 минут. 

Рис. 6. Регламент съёмки КС РЛН Capella 36

Рассмотренные выше возможности по исполнению заявок на съёмку и по доставке РЛИ потребителям носят потенциальный характер. При интенсивном поступлении заявок ограниченный ресурс КА РСА и КА-ретранслятора, а также пропускная способность наземного комплекса, используемого и другими КС ДЗЗ, не обеспечивают потенциальные возможности по их исполнению. В связи с этим в КС Capella-36 установлен регламент обслуживания заявок как на этапе формирования и закладки на борт КПИ, определяющей план съёмок, так и на этапе доставки результатов их исполнения потребителям. Соответствующие уровни обслуживания потребителей приведены в таблицах 4, 5.

Таблица 4. Уровни обслуживания заявок на съёмку

Таблица 5. Уровни доставки снимков потребителям

Линию передачи данных через КА-ретрансляторы Inmarsat планируется задействовать и для оперативного сброса на НС в масштабе времени, близком к реальному, сжатых радиолокационных снимков низкого разрешения, получивших название quick look («быстрый просмотр»). Радиолокационные снимки в режиме quick look используются для экспресс-анализа в контуре оперативного слежения за обстановкой.

По оценке, это позволит довести время ожидания результатов радиолокационной съёмки для оперативного анализа потребителями до 20 минут после закладки КПИ на борт КА РСА. Для детального анализа изображения в полном разрешении сбрасываются на наземные станции AWS и KSAT каждые 20 минут.

Следует отметить, до настоящего момента время доставки РЛИ в существующих КС РЛН – не менее 10-15 часов, что не удовлетворяет военных потребителей при решении задач оперативного выявления изменений. Время старения информации при радиолокационной съёмке районов развёртывания группировок войск в целях выявления изменений в их составе и дислокации является критически важным показателем. Вот почему именно высокая оперативность доведения информации пользователям и периодичность наблюдения районов особого внимания привлекают внимание военных и государственных организаций к применению для решения подобных «быстрых» задач создаваемой на коммерческой основе КС РЛН Capella 36.

Так, Национальное управление воздушно-космической разведки США (НУВКР; National Reconnaissance Office – NRO) ещё в 2019 году заключило контракт с компанией Capella Space, в оперативном использовании которой уже семь КА РСА (см. таблицу 1), для проработки интеграции КС РЛН в национальную наземную архитектуру, создаваемую этим управлением.

Наряду с использованием КА РСА Capella в этих целях планируется привлечение КА РСА из состава ОГ компании ICEYE, в оперативном использовании которой 16 КА РСА, а также два КА РСА компании Umbra. Заключён также аналогичный контракт с недавно образовавшейся компанией PredoSAR, анонсировавшей создание ОГ в составе 48 КА РСА, обеспечивающей периодичность наблюдения в несколько минут.

По существу, формируется уникальная космическая система военного назначения для постоянного непрерывного наблюдения районов особого внимания, прежде всего районов дислокации и применения ракетного вооружения большой дальности, с предоставлением результатов наблюдения потребителям вплоть до тактического звена практически в реальном масштабе времени.

Компания Capella Space установила также взаимодействие с Национальным агентством геопространственной разведки (National Geospatial-Intelligence Agency – NGA), космическими силами, центром ПРО и ПКО Сухопутных войск, ВВС и ВМС. Следует отметить, что для обеспечения оперативного слежения за морской обстановкой на КА Capella предусмотрен приём сигналов системы AIS на частотах 161,9625 МГц, 161,025 МГц, 156,775 МГц, 156,825 МГц.

Совместное применение РСА и аппаратуры системы AIS повышает достоверность данных о морской обстановке за счёт выявления кораблей, не взаимодействующих с системой AIS, а также кораблей, данные о которых, содержащиеся в сигналах системы AIS, не соответствуют реальной морской обстановке, устанавливаемой по РЛИ. При этом, учитывая высокие показатели по оперативности предоставления РЛИ, КС Capella 36 может применяться не только для слежения за морской обстановкой, но и для решения задачи выдачи данных для целеуказания противокорабельным ракетам.

Рассмотренные выше тактико-технические характеристики космической системы положены в основу концепции её интеграции в создаваемую американским Агентством космического развития (Space Development Agency – SDA) Национальной космической архитектуры МО (National Defence Space Architecture – NDSA), представляющую собой масштабную ОГ, состоящую из нескольких сотен КА с различными полезными нагрузками, объединённых в систему межспутниковыми лазерными радиолиниями. 

Создание NDSA имеет целью эффективное решение задач информационного обеспечения группировок войск и оружия в возможных вооружённых конфликтах будущего, включая обнаружение пусков и сопровождение в полёте ракет, в том числе гиперзвуковых. Технически такая интеграция реализуется путём применения в составе КА РСА аппаратуры лазерной связи, совместимой с транспортной подсистемой КА-ретрансляторов на низких орбитах, входящей в NDSA. Это обеспечивает обмен данными по межспутниковым лазерным радиолиниям с другими КА военного назначения, а также с группировками войск и оружия до тактического звена включительно.

В свою очередь, NDSA рассматривается в качестве ядра АСУ нового поколения JADC2 – Joint All Domain Command and Control, предназначенной для «замыкания» всех военных средств добывания информации на командные пункты и пункты управления войсками и оружием всех видов базирования в масштабе времени, близком к реальному.

Интеграция КС Capella 36 в состав АСУ JADC2 рассматривается как критический для создаваемой на коммерческой основе системы шаг в направлении непосредственного взаимодействия с американским разведывательным и оборонным сообществом. Агентство SDA заключило контракт с компанией Capella Space на эксперименты по отработке технологии межспутниковой лазерной связи между КА РСА и ОГ под названием TIDES-Tranche 1 Demonstration and experimentation System, состоящей из 18 КА с экспериментальной полезной нагрузкой. К концу 2024 года планируется довести ОГ Tranche 1 до 150 КА.

Рождённые «новой космической революцией» стартапы, к числу которых относится и компания Capella Space, ускоренно создают мощные космические системы, развёртывание которых обеспечивает беспрецедентное информационное доминирование США, порождающее однополярный информационный мир.

По существу, формируется уникальная космическая система военного назначения для постоянного непрерывного наблюдения районов особого внимания, прежде всего районов дислокации и применения ракетного вооружения большой дальности, с предоставлением результатов наблюдения потребителям вплоть до тактического звена практически в реальном масштабе времени.

Следует обратить внимание на темпы запусков КА Capella. Такие темпы диктуются конъюнктурой рынка: периодичность наблюдения и оперативность получения РЛИ – «приоритетный товар» для потребителей коммерческой РЛИ. Ключевые игроки на рынке коммерческой РЛИ – агентства NRO, NGA, SDA – заказывают и покупают не ОГ КА, а непосредственно информационную услугу, качество и цена которой определяются качеством РЛИ и оперативностью её получения.

Они не выступают заказчиками КА и не контролируют их изготовление. Поэтому конкурирующие между собой стартапы стремятся к созданию крупных ОГ из недорогих МКА РСА путём их комплектации готовыми покупными модулями бортовой аппаратуры, имеющими лётную квалификацию, из имеющегося на рынке универсального набора и последующей ускоренной сборки и испытания. Компания Capella Space преуспела в реализации такого подхода и создала уникальную КС РЛН двойного назначения.

Способность быстрого наращивания ОГ позволяет оператору КС РЛН Capella-36 адаптировать её возможности по периодичности наблюдения, а следовательно, и оптимизировать свои затраты в зависимости от складывающейся обстановки.

При повседневной обстановке, когда спрос на оперативную РЛИ умеренный, оператор КС РЛН может ограничиться применением одной-двух субгруппировок типа Whitney в составе шести КА РСА. В особые периоды обстановки, когда возрастают потребность в высокопериодическом наблюдении и спрос на оперативную РЛИ, ОГ КА РСА Capella 36 может быть ускоренно доведена до полного состава.

Изложенные выше факты приводят к выводу, что рождённые «новой космической революцией» стартапы, к числу которых относится и компания Capella Space, ускоренно создают мощные космические системы, развёртывание которых обеспечивает беспрецедентное информационное доминирование США, порождающее однополярный информационный мир.

Принятые сокращения:

КС РЛН – космическая система радиолокационного наблюдения,

КА РСА – космический аппарат с радиолокатором с синтезированной апертурой,

ОГ – орбитальная группировка,

КПИ – командно-программная информация,

РЛИ – радиолокационная информация,

НКУ – наземный комплекс управления.

Литература

1. Capella X-SAR (Synthetic Aperture Radar) Constellation [Электронный ресурс]. URL: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/capella-x-sar (Дата обращения: 31.03.2022).
2. Клименко Н. Н., Занин К. А. Новое поколение космических аппаратов для наблюдения за морской обстановкой // Воздушно-космическая сфера. 2019. № 2. С. 73-82.
3. Theresa Hitchens. Capella First For ‘Holy Grail’ of Real-Time SAR-Sat Images [Электронный ресурс] // Moralepatcharmorg.com. 2019. August 06. URL: https://www.moralepatcharmory.com/blogs/breaking-defense/capella-first-for-holy-grail-of-real-time-sar-sat-images (Дата обращения: 31.03.2022).
4. Rao S. Ramayanam. Capella Space's X-Band Synthetic Aperture Radar Satellite Constellation with Hourly Monitoring Capability for National Security [Электронный ресурс]. URL: https://geosmartindia.net/speaker/presentions2019/Capella-Space-X-Band-Synthetic-Aperture-Radar-Satellite-Monitoring-Capability-for-National-Security-Rao_S_Ramayanam.pdf (Дата обращения: 31.03.2022).
5. Response to question 7 of FCC form 442 (Purpose of experiment). Appendix A. [Электронный ресурс]. URL: https://fcc.report/ELS/Capella-Space-Corporation/0029-EX-CM-2020/246358 (Дата обращения: 31.03.2022).
6. Sandra Erwin. National Reconnaissance Office signs agreements with five commercial radar satellite operators // Spacenews.com. 2022. January 20. URL: https://spacenews.com/national-reconnaissance-office-signs-agreements-with-five-commercial-radar-satellite-operators/ (Дата обращения: 31.03.2022).
7. Application of Capella Space Corp. for Authority to Launch and Operate a Non-Geostationary Orbit Satellite System in the Earth Exploration Satellite Service [Электронный ресурс]. URL: https://fcc.report/IBFS/SAT-LOA-20200914-00108/2710023.pdf (Дата обращения: 31.03.2022).
8. Theresa Hitchens. Capella to demonstrate first SARsat-based laser communications for SDA // Breakingdefense.com. 2021. November 09. URL: https://breakingdefense.com/2021/11/capella-to-demonstrate-first-sarsat-based-laser-communications-for-sda/ (Дата обращения: 31.03.2022).

References

1. Capella X-SAR (Synthetic Aperture Radar) Constellation. Available at: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/capella-x-sar (Retrieval date: 31.03.2022).
2. Klimenko N. N., Zanin K. A. Novoe pokolenie kosmicheskikh apparatov dlya nablyudeniya za morskoy obstanovkoy. Vozdushno-kosmicheskaya sfera, 2019, no. 2, pp. 73-82.
3. Theresa Hitchens. Capella First For ‘Holy Grail’ of Real-Time SAR-Sat Images. Moralepatcharmorg.com. 2019. August 06. Available at: https://www.moralepatcharmory.com/blogs/breaking-defense/capella-first-for-holy-grail-of-real-time-sar-sat-images (Retrieval date: 31.03.2022).
4. Rao S. Ramayanam. Capella Space's X-Band Synthetic Aperture Radar Satellite Constellation with Hourly Monitoring Capability for National Security. Available at: https://geosmartindia.net/speaker/presentions2019/Capella-Space-X-Band-Synthetic-Aperture-Radar-Satellite-Monitoring-Capability-for-National-Security-Rao_S_Ramayanam.pdf (Retrieval date: 31.03.2022).
5. Response to question 7 of FCC form 442 (Purpose of experiment). Appendix A. Available at: https://fcc.report/ELS/Capella-Space-Corporation/0029-EX-CM-2020/246358 (Retrieval date: 31.03.2022).
6. Sandra Erwin. National Reconnaissance Office signs agreements with five commercial radar satellite operators. Spacenews.com. 2022. January 20. Available at: https://spacenews.com/national-reconnaissance-office-signs-agreements-with-five-commercial-radar-satellite-operators/ (Retrieval date: 31.03.2022).
7. Application of Capella Space Corp. for Authority to Launch and Operate a Non-Geostationary Orbit Satellite System in the Earth Exploration Satellite Service. Available at: https://fcc.report/IBFS/SAT-LOA-20200914-00108/2710023.pdf (Retrieval date: 31.03.2022).
8. Theresa Hitchens. Capella to demonstrate first SARsat-based laser communications for SDA. Breakingdefense.com. 2021. November 09. Available at: https://breakingdefense.com/2021/11/capella-to-demonstrate-first-sarsat-based-laser-communications-for-sda/ (Retrieval date: 31.03.2022).

© Занин К. А., Клименко Н. Н., Москатиньев И. В., 2022

История статьи:

Поступила в редакцию: 01.03.2022

Принята к публикации: 31.03.2022

Модератор: Гесс Л. А.

Конфликт интересов: отсутствует

Для цитирования: Занин К. А., Клименко Н. Н., Москатиньев И. В. Космическая система радиолокационного наблюдения Capella 36. Часть 1 // Воздушно-космическая сфера. 2022. № 1. С. 48-57.