Низкопрофильные антенные системы для спутниковой связи в движении на территориях Крайнего Севера и Арктики

Цель проекта–развитие методов построения низкопрофильных высокоэффективных антенных систем для наземных терминалов новейших систем спутниковой связи. Достижение этой цели является неотъемлемой частью решения проблемы обеспечения доступа к информационным ресурсам (телефония, сеть Интернет, телевидение, радио) вне зависимости от географического местоположения от потребителя. Поскольку связанность территорий РФ является приоритетом в Стратегии научно-технологического развития РФ очень важно обеспечить доступ к телекоммуникационным услугам на всей территории страны, включая территории Крайнего Севера и Арктики. Достижение цели проекта также приведёт к ещё большему освоению и использованию космического пространства Российской Федерации, укреплению независимости и конкурентоспособности страны в космической отрасли. Задачи проекта: В рамках поставленной цели сформированы следующие задачи исследования: 1. Проведение поисковых работ по созданию эффективных излучателей Ku и Ka-диапазонов частот; 2. Поиск оптимальных диаграммообразующих схем для излучателей различного типа; 3. Разработка различных СВЧ-узлов антенной системы, таких как вращающиеся переходы, управляемые поляризаторы, схемы коммутации; 4. Проведение поисковых исследований различных способов управления пространственным положением луча низкопрофильной антенны с широкоугольным сканированием; 5. Разработка замедляющих структур для антенной системы на основе непрерывных поперечных шлейфов с переменным наклоном и для волноводной антенной решётки; 6. Исследование способов расширения рабочей полосы частот и уменьшения КСВ разработанной замедляющей структуры для антенной системы на основе непрерывных поперечных шлейфов с переменным наклоном и для волноводной антенной решётки; 7. Разработка новых механически управляемых фазовращателей, линий задержки на основе новых СВЧ линий передачи типа «gap waveguide». Основной научной проблемой, решаемой в ходе проектных исследований, является развитие методов построения высокоэффективных низкопрофильных антенных систем для новейших Российских систем спутниковой связи. Объектами исследований являются антенные системы для наземных терминалов перспективных низкоорбитальных, среднеорбитальных, высокоэллиптических и геостационарных систем спутниковой связи. Цель и задачи проекта полностью соответствуют направлению приоритетному направлению поддерживаемого регионом исследования в части технологий обеспечения связанности территории Красноярского края в плане создания телекоммуникационных систем с использованием низколетящих, высокоэллиптических и геостационарных Разработки ССC с использованием низкоорбитальных КА ведутся ведущими зарубежными корпорациями и национальными исследовательскими институтами, в т. ч. разработки антенн наземных терминалов. Однако, в подавляющем большинстве, данные работы ведутся в стадиях исследований и разработок, т.е. разрабатываемые ССС с использованием имеющимися группировками связных КА на низкооколоземных орбитах проходят тестовые испытания на географически ограниченных территориях. В настоящее время лидером среди разработчиков новейших ССС с использованием низколетящих спутников является американская компания SpaceX (глобальная спутниковая система StarLink). С 2020 года компания начала бета-тестирование своей сети на части территорий США и Канады. Однако, спутниковое вещание обеспечивается SpaceX на ограниченных территориях, как правило, эти территории относятся к развитым странам и располагаются ниже 45 град. с. ш. и выше 45 град. ю. ш., т. е. на территориях Крайнего Севера, Арктики и Антарктики наземные терминалы связи StarLink, представленные на рынке, не подлежат эксплуатации. Реализованные в РФ ССС с использованием низкоорбитальных спутников Гонец-М, Гонец-М1, главным образом для военных применений, научного и экологического мониторинга, обладают низкой скорости передачи данных, узкополосностью, что делает их пригодными только для телеметрии , но не для обеспечения широкополосного доступа к современным телекоммуникационным услугам. Таким образом, в доступных источниках не представлено методов сканирования, типов излучающих структур и антенных устройств на их основе, удовлетворяющих всем предъявляемым требованиям к антенным системам для организации спутниковой связи с использованием низкоорбитальных космических аппаратов независимо от географического положения потребителя. Наиболее перспективными для данной задачи являются излучающие структуры на основе метаматериалов и комбинированные методы сканирования. Основное содержание проектных исследований, ожидаемые результаты и их практическая значимость: 1. Исследование научно-технической и патентной литературы по тематике проекта; 2. Исследование квазиоптических способов построения низкопрофильных антенн и разработка электродинамических моделей на их основе; 3. Разработка и исследование излучателей антенной решетки микрополоскового, рупорного и других типов; 4. Исследование возможности применения метаматериалов для улучшения характеристик направленности и согласования антенных решеток; 5. Разработка и исследование ДОС на основе волноводов, gap-волноводов и микрополосковой линии передачи. 6. Исследование методов снижения уровня побочного излучения в низкопрофильных антенных решетках. 7. Разработка модели низкопрофильной антенной решетки для работы в сетях спутниковой связи на основе разработанных моделей составных частей антенной системы для работы в сетях спутниковой связи. 8. Подготовка и публикация научных работ по тематике исследования в журналах ВАК, Scopus/Web of Science. Научная и прикладная значимость результатов исследования определяется постановлениями Правительства РФ «Стратегия развития информационного общества в Российской Федерации на 2017–2030 годы», и Государственной программой «Космическая деятельность России на 2016-2025 годы», и рядом других нормативных документов, определяющих научно-техническое развитие страны в предметной области проекта на ближайшие годы. Данные программы предусматривают интенсивное развитие систем спутниковой радиосвязи, в том числе: создание полномасштабной многофункциональной космической системы ретрансляции, создание инфраструктуры широкополосного доступа на всей территории Российской Федерации, и в частности на территориях Крайнего Севера и Арктики. Создание АС для перспективных систем связи с использованием низкообитальных КА особо актуально для реализации указанных выше программ. Территории Крайнего Севера и Арктики активно осваиваются ввиду увеличения разработок энергетических и металлургических месторождений, основным способом связи с внешним миром на этих территориях является спутниковая связь, как на стационарных объектах, так и на мобильных, что обуславливает особый интерес к неосвоенной нише низкопрофильных сканирующих спутниковых АС функционирующих на данных территориях. В проекте предполагается проведение исследований различных способов управления диаграммой направленности антенны наземного терминала систем связи через низкоорбитальные спутники, а также проведение исследований и создание различных типов излучающих структур, разработка на их основе сканирующей антенны для рассматриваемых систем связи. Возможность организации широкополосной передачи больших объемов данных в любой точке земного шара, в т. ч. на территориях Крайнего Севера и Арктики, посредством систем связи через низкоорбитальные спутники является новой и перспективной задачей для ведущих ученых и разработчиков всего мира. Характеристики антенны наземного терминала систем связи с использованием низколетящих спутников во в многом определяют возможность организации широкополосного доступа потребителей к телекоммуникационным услугам. Поэтому в данной работе планируется исследование различных способов управления диаграммой направленности и исследование различных типов излучающих структур для создания на их основе сканирующей антенны наземного терминала систем связи через низкоорбитальные спутники.