Новый этап развития саткома: лазерная космическая связь — один из главных трендов 2025 года

Лазерные линии связи (OISL) становятся одним из ответов на повышенный спрос на высокоскоростные спутниковые коммуникации в режиме реального времени. Растущий интерес обусловлен резким увеличением объемов передаваемой информации (в первую очередь с аппаратов ДЗЗ), а также коротким временем соединения между КА (особенно находящимися на низкой орбите, НОО) и наземной станцией. Разработчики и операторы систем высокоскоростной оптической передачи данных на специализированной секции конференции APSCC отмечали, что в основном их технологии и услуги нацелены на удовлетворение запроса рынка наблюдения за Землей (Earth Observation, EO). Подробнее — в материале SATCOMRUS.

Перспективы и прогнозы

Лазер обеспечивает пропускную способность в 10-100 раз выше, чем радиочастотные коммуникации, потребляя при этом меньше энергии. К тому же узкие лазерные лучи затрудняют перехват сигнала. Еще одно немаловажное преимущество — отсутствие необходимости получать разрешение на спектр и координировать его с другими пользователями.

Развитие OISL и переход к предоставлению услуг с НОО становятся благоприятными факторами в интеграции спутниковых сетей. Как считают эксперты, на следующем этапе будут созданы глобальные группировки, объединяющие возможности высокоскоростного подключения и мониторинга поверхности нашей планеты, реализованные на одних и тех же платформах.

Согласно прогнозам, общий объем рынка оптических коммуникаций достигнет $6,5 млрд, из которых 82% придутся на космическую (Free-space optical, FSO) или межспутниковую связь (ISL). Около 60% этого рынка будут приходиться на коммерческие системы. А всего в группировках на всех орбитах будут работать около 9 тыс. соответствующих терминалов.

Важным элементом оптических сетей являются земные станции OGS (Optical Ground Stations). Самым серьезным препятствием для их надежного функционирования становятся атмосферные помехи. Сейчас большинство станций строятся в высокогорье, а также в районах с минимальным объемом осадков. Для будущего применения в других регионах создаются адаптивные системы, которые позволяют увеличивать надежность канала за счет пропускной способности.

Коммерческий спутник на ГСО для передачи данных

Телеком-компания Skyloom Global Corp. работает в тесном сотрудничестве с японской Space Compass (совместное предприятие NTT и SKY Perfect JSAT) и нацелена на построение космической оптической релейной сети. К 2026 году Skyloom намерена запустить на орбиту стогигабитный коммерческий терминал, изготовленный вместе с NEC.

Ранее, в начале 2023 года, стартовал проект Space Compass и Skyloom по изготовлению первого геостационарного КА – оптического узла ретрансляции данных SkyCompass-1. Он будет обслуживать быстрорастущий рынок EO-систем. SkyCompass-1 планировалось вывести на ГСО до конца 2024 года, но никаких сообщений о его запуске нет — видимо, он отложен.

В свою очередь японский стартап iQPS, эксплуатирующий несколько спутников с радарами с синтезированной апертурой (SAR), планирует широкомасштабные испытания SkyCompass-1 для ретрансляции данных со своей группировки. В дальнейшем фирма намерена расширить ее до 36 КА с глобальным охватом, поэтому услуги по высокоскоростной передаче для нее крайне актуальны. 

В декабре 2024 года Airbus и агентство Франции CNES продемонстрировали высокоскоростное оптическое соединение между Землей и космосом через установленный на КА Badr-8 терминал TELEO и станцию FrOGS. CNES поддерживает французскую целевую национальную программу, а совместные исследования с Airbus стартовали в 2018 году. В ходе эксперимента был установлен надежный двусторонний сигнал со скоростью до 9 Гбит/с.

Оптическая связь становится важным элементом процесса сбора информации с низкоорбитальных КА ДЗЗ на геостационарные аппараты с последующей передачей на Землю. Здесь проявляется главное преимущество ГСО — широкий охват, позволяющий получать информационные потоки с большого числа КА на НОО и передавать их на земные станции на очень обширной территории. Такая система при наличии высокоскоростных оптических межспутниковых каналов сможет обеспечить оперативную доставку больших объемов данных мониторинга напрямую потребителю — ему не нужно будет ждать пролета над его станцией нужного аппарата ДЗЗ. Но без межспутниковой связи сервис теряет практически всю свою привлекательность.

С Земли в космос

Сингапурская TransCelestial устанавливает наземные линии лазерной связи и планирует выйти в космос для формирования глобального охвата. В 2024 году общая длина таких каналов у компании превысила 150 км, а совокупная пропускная способность — 1,8 Тбит/с. Терминалы TransCelestial обеспечивают покрытие труднодоступных районов в Австралии, Индии, Индонезии, Мексике, Монголии и на Филиппинах. В США и Канаде к ним подключаются корпоративные сети. Также в прошлом году технология TransCelestial применялась для восстановления критически важных коммуникаций во время стихийных бедствий и для обеспечения 5G-соединения на музыкальном фестивале. Морской порт в Индии при этом использует лазерное подключение, т.к. оптоволокно постоянно рвется, а микроволновые каналы недостаточно надежны из-за помех.

Дальнейшее развитие предусматривает перенос всех наработок компании в космос. В июне 2024 года TransCelestial заключила стратегическое соглашение с Axiom Space; цель — создать лазерную космическую систему в Юго-Восточной Азии. Партнеры планируют провести демонстрации совместимости сетей и орбитальных центров обработки данных (ЦОД) для предложения в перспективе соответствующих услуг.

Как сказал на APSCC представитель TransCelestial Ян Смишек (Jan Smisek), стартап уже провел два демонстрационных запуска, которые помогли извлечь ценные уроки для последующего проектирования космических кораблей. По результатам испытаний был сделан главный вывод: ключевым фактором успеха является простота проведения операций и управления системами.

В IV квартале 2025 года TransCelestial планирует отправить на орбиту первую партию спутников группировки, затем — через полгода-год — вторую. Для реализации амбициозных проектов TransCelestial строит производство в Торонто. Тесное сотрудничество с NASA и ЕSA стимулирует компанию довольно жестко придерживаться сроков.

Kepler хочет стать первым

Kepler намерена создать первую коммерчески доступную оптическую группировку. В 2024 году она установила соответствующие межспутниковые каналы, продемонстрировала работу сотовой IP-сети на орбите, установив соединение с несколькими КА по одному наземному каналу с использованием стандартных протоколов.

Также Kepler в альянсе с Axiom Space и Skyloom проектирует терминал демонстрации технологии OISL со скоростью до 10 Гбит/с. Блок будет испытан на МКС в 2026 году, а его рыночное применение ожидается уже на коммерческой станции следующего поколения.  В октябре 2024 года Kepler заключила соглашение c NASA о совместной демонстрации возможностей ретрансляции космических данных по оптическим каналам. Аналогичный контракт Kepler тогда же заключила и с ESA, возглавив группу по проектированию и тестированию сети HydRON. В прошлом году на своем заводе в Торонто предприятие начало производство 10 КА для запуска до конца 2025 года.

Проекты и планы Starlink

Межспутниковую лазерную связь на НОО продемонстрировали York Space Systems и SpaceX, соединив свои экспериментальные аппараты Tranche 0. Главным успехом стала интеграция двух КА разных разработчиков, что доказало надежность стандартизированного протокола оптического терминала. Стандартизация в свою очередь сделает возможным объединение ресурсов разных операторов. Некоторые компании — например, Aalyria — создают инструменты для управления такими гибридными сетями.

VAST — разработчик, будущий эксплуатант и оператор коммерческой космической станции Haven-1 — планирует использовать лазерные терминалы Starlink для обеспечения широкополосного подключения. Они должны показать скорость подключения до 1 Гбит/с. Лазер станет дополнением к традиционной радиочастотной связи. Запуск Haven-1 запланирован на текущий год.

Amazon в ноябре 2023 года продемонстрировала возможности лазера и скорость 100 Гбит/с на прототипах спутников Kuiper.

А Warpspace Group предлагает аппаратные средства и программное обеспечение для оптической связи. С 2020 года компания проводит тесты на экспериментальном КА, в 2026-м планирует запустить первый КА для передачи данных. Технологию WarpHub InterSat рассматривает SpaceX для использования системе Starlink в будущем. Недавно фирма получила финансирование от нескольких министерств Японии — например, от Министерства экономики и коммуникаций — на создание оборудования нового поколения. Это несколько замедлило деятельность по спутнику, но взаимодействие с генеральным подрядчиком — Reorbit — идет, и от этих планов никто не отказывается.

Лазер для китайских мегагруппировок

В КНР тесты с лазерной связью начались еще в декабре 2019 года, когда на геостационарную орбиту был выведен первый спутник на платформе Dongfanghong 5. Помимо основной полезной нагрузки, на него был установлен лазерный терминал, обеспечивающий передачу данных на линии «космос-Земля» с пропускной способностью 10 Гбит/с. По прошествии пяти лет все системы работают стабильно, а эксперименты стали базой для важных прорывов в космических телекоммуникациях.

При этом в 2019 году в Китае почти не было коммерческих компаний, создающих подобные терминалы — это оставалось прерогативой крупных игроков, таких как CASC, Shanghai Institute of Optics and Precision Mechanics и пр. Они делали узкоспециализированное оборудование в небольших количествах для определенных миссий. Но с начала 2020 года в этой области появились стартапы — HiStarlink, Laser Link и Laser Starcom, а уже в 2021 году были выведены их первые лазерные устройства. В 2024-м HiStarlink запустила на орбиту два терминала четвертого поколения, а Laser Starcom тогда же вывела восьмой. Laser Link испытывала свои разработки на КА Yaogan, запущенных в августе 2024 года. Успешные эксперименты стали стартом к массовому внедрению: HiStarlink открыла производственную линию с годовой мощностью в 400 единиц оборудования, Laser Link, проведя очередной раунд финансирования, объявила о выделении почти всех полученных средств на организацию крупномасштабного коммерческого применения.

В декабре 2024 года КНР запустила серию аппаратов для тестирования межспутниковой лазерной связи. Она может стать ключевым фактором при развертывании китайских коммуникационных мегагруппировок и позволит серьезно уменьшить число необходимых станций сопряжения. Тогда же китайская Everbright Satellite Technology Co провела тестовую передачу информации ДЗЗ по каналу «космос-Земля» со скоростью 100 Гбит/с.

Развитие спутниковых технологий, минимизация комплектующих для аппаратов, снижение ценового порога доступа на орбиту, все больший запрос на высокоскоростные каналы как для интернет-доступа, так и для передачи информации, увеличение объема данных, генерируемых системами EO — все это делает космическую лазерную связь одним из ведущих трендов в отрасли ближайшего будущего.