Mobilne satelitske komunikacije

Zapovjednici na bojištu oduvijek su željeli dvije stvari: informacije i dobre komunikacije. Vojvoda od Wellingtona navodi da se “umjetnost ratovanja sastoji od saznavanja onoga što je s druge strane brda”, a oslanjao se na skupinu probranih pobočnika da bi dobio istinsku sliku bojišnice i da bi bio siguran da su njegove zapovijedi propisno shvaćene i provedene

Foto: RaySat

Admiral Nelson uvijek je žudio za dodatnim fregatama – i to za izviđanje i komunikaciju. Povijesno gledajući, kapacitet komunikacijskih sustava podupirao je značenje zapovijedanja i nadzora (C2) te količinu obavještajnih podataka dostupnih zapovjedniku. Tehnološki razvitak u komunikacijama doveo je signalni semafor, pomorske signalne zastavice, heliograf, telefon i radiouređaj, a svi su smišljeni da bi podupirali predračunalne C2 sustave bazirane na papirnatim kartama i pisanim (tipkanim) zapovijedima.

Digitalno doba preokrenulo je sve. Goleme količine informacija mogu biti dostupne modernim zapovjednicima čak i na nižim taktičkim razinama. Na taj način moguće je vidjeti “što je na drugoj strani brda” pomoću informacija koje se dostavljaju automatski, brzo i točno. U konačnici, značenje C2 se promijenilo. Nekada smo imali kartu i olovku, a sada imamo digitalnu kartu koja pokazuje lokacije uz minimalno kašnjenje podataka. To je situacija koja prije nije bila zamisliva i moguća, a da ne spominjemo pristup bazama podataka te videu u realnom vremenu za željeni cilj operacije.

Pristup toj razini informacija jedan je od temeljnih elementa centraliziranih mrežnih operacija – ta je filozofija trenutačno u žarištu moderne vojne doktrine. Primjena naprednih sustava i centraliziranih mrežnih operacija sve je češća u stvarnosti. Čitav je koncept temeljen na mogućnosti prosljeđivanja podataka gotovo do svih dijelova bojišnog prostora, dijeleći rezultate koji prožimaju obavještajne i nadzorne službe, praćenje ciljeva i izviđanje (ISTAR) te uspostavljanju brzog i preciznog odziva na tako prikupljene podatke. No, to sve zahtijeva visoke kapacitete komunikacija sposobne prenijeti mnoštvo podataka u realnom vremenu ili uz minimalno kašnjenje.

Sposobnosti komunikacijskih sustava u području zapovijedanja i nadzora sada su postali važan dio doktrine i tehnologije, osobito na nižim taktičkim nivoima kopnenog ratovanja. To se ponekad opisuje kao rub bojišnog prostora gdje te informacije mogu biti vrlo važne. Zahtjev za propusnim pojasom daleko premašuje propusnost borbenog umreženog radija (CNR-Combat Net Radio). Priroda operacija također se promijenila. Prilikom napredovanja prema Bagdadu 2003. godine, Američke su se snage kretale tako brzo da su premašile kapacitete svojih starih komunikacijskih sustava koji su trebali ponuditi nešto veće kapacitete pristupnosti. Brza djelovanja mobilnih postrojbi u budućnosti bi trebala biti vođena jednako velikom brzinom. Nadalje, operacije u Iraku i posebno Afganistanu, bile su razasute na terenu čime je komunikacija bila veoma otežana.

Foto: RaySat

Osnovni je zahtjev za visoko-kapacitivnom komunikacijom, izvan zone optičke vidljivosti (Blos – Beyond line of sight), koja može osigurati pristup na razini grupe, bez obzira na pomicanje snaga. Premda se to može postići pomoću prijenosnih sustava za određeno područje, isto podrazumijeva osiguravanje sposobnosti za satelitsku komunikaciju (satcom) koja može održavati satelitsku vezu u vozilu tijekom vožnje bilo kojim područjem. Ovaj način poznat je pod nazivom satcom-u-pokretu, a zahtjeva antenu koja se može nositi sa brzim i neočekivanim promjenama smjera u svim osima. Takvi se zahtjevi postavljaju pred satelitske antene koje su ugrađene na pomorske platforme, ali na kopnenim vozilima težina i potrošnja energije najčešća su kritična ograničenja. Bilo bi idealno smanjiti antenski profil zbog toga što tipična satcom antena označava svoje vozilo na koje je postavljena kao zapovjedno vozilo pa je zbog  toga vrijedan cilj, ali ovo također smanjuje ograničenje težine i dimenzija u slučaju prijevoza vozila zrakoplovom.

Kao i kod brojnih drugih vojnih sustava s područja visoke tehnologije, glavnina tih sposobnosti dolazi iz SAD-a kao digitalizacija sustava zapovijedanja i nadzora C2 te razvoja mrežnih sposobnosti koje iz toga proizlaze.

Foto: SweDiss Omogućena je ugradjna i na manje brze plovne jedinice

Opcije za satelitske komunikacije su široko dostupni komercijalni UHF i L-pojas, te SHF X i Ku-pojasni sistemi koji su poznati kao EHF Ka-pojas. Niže frekvencije osiguravaju bolji prijam u slučaju kiše i krošnji drveća. Više frekvencije imaju veće rasipanje snopa što zahtjeva algoritme za precizno pozicioniranje platforme, ali su otpornije na ometanja te imaju veću podatkovnu propusnu moć. Kako se frekvencija povećava, pozicioniranje postaje sve teže te zahtjeva vrlo sofisticirane i osjetljive (ali i skuplje) mehanizme za podešavanje. Idealni sustav trebao bi imati multipojasne sposobnosti – mogućnost rada u X-, Ku- i Ka- pojasima kako bi se proširila dostupna propusnost i operativna fleksibilnost.
Slijedeći zahtjevi su antene sa malenom rešetkom koje uobičajeno imaju manji dobitak (pojačanje) i veće rasipanje snopa, a to utječe na preformanse odlaznog linka (prema satelitu) koji pak zahtjeva jače izlazno pojačalo kako bi se zatvorio link, a tada se za dolazni link mora koristiti više satelitskih resursa. Veće rasipanje snopa zahtjeva vrlo preciznu kontrolu usmjerivačkog mehanizma kako bi se izbjegle satelitske interferencije.

Načelno, antene za mobilni satcom mogu biti konvencionalnog tipa sa mehaničkim upravljanjem postolja antene (zahtijevaju više energije i imaju veći fizički profil), ili elektronički upravljane (vrlo skupe ali imaju puno manji profil tj. dimenzije). Moguće su i kombinacije te dvije varijante. Važni aspekt mehaničkih podnožja je osigurati njihovo pomicanje duž dostupnih osi kako bi se zadržao kontakt sa satelitom cijelo vrijeme bez obzira na kretanje platforme. Ovo je važno pogotovo prilikom velikih kutova nagiba, kada se može dogoditi “efekt rupe”, uzrokovanog dužim podešavanjem dvoosne antene (čak do 180° u djeliću sekunde) čime se može izgubiti kontakt sa satelitom.

Učinkoviti operativni satelitski komunikacijski sustavi moraju osigurati dovoljni propusni pojas pri velikim brzinama kako bi se poduprle napredne aplikacije, te biti dijelom šireg sustava koji ih može povezati s ostalim komunikacijskim sustavima kako bi se ponašao kao mrežni preusmjerivač, i za kratke udaljenosti za grupu vozila putujući zajedno i koristeći bežične tehnologije, te za velike udaljenosti preko CNR-a. Sve ovo treba biti i financijski dostupno, pogotovo ako je propusnost u pitanju.

Foto: RaySat – Unutrašnjost niskoprofilne antene otkriva posebne fazne nizove koji omogućavaju izradu plosnatijih antena

Komercijalni mobilni satcom već je široko dostupan u obliku komercijalnih UHF, L i Ku pojasnih sustava kao što su Inmarsat i Iridium, a koji već naveliko rabe vojni korisnici. Oklopno vozilo – zapovjedna inačica LAV C2 američkih marinaca koji je nadograđen od Lockheed Martina, biti će opremljen sa multipojasnim primopredajnikom Harris VRC-103 (varijanta modela PRC-117 za postavljanje na vozila). Nadalje, tu su C2 inačice oklopljenih vozila Bradley i Striker koje su opremljene Inmarsatom, isto kao i američki helikopter UH-60 Blackhawk u inačici zrakoplovnog zapovjedno-nadzornog sustava (A2C2S Army Airborne Command and Control System).

Tipičan primjer upotrebe L-pojasa je mreža za praćenje plavih (vlastitih) snaga (BFT-Blue Force Tracking) američke kopnene vojske koja upotrebljava satcom kako bi osigurala Blos dio za taktičku situaciju FBCB2 sustava, a zajedno s istom Comtech Mobile Datacom tehnologijom koja se upotrebljava u vozlima za logistiku mobilnog sustava za praćenje. BFT sustavi sada su unaprijeđeni od tvrtke Datapath.

Pa ipak, dominantne vojne satcom frekvencije u Americi za slijedeće desetljeće biti će u X i Ka pojasu, načelno zbog širokopojasne globalne satcom skupine (WGS) od šest satelita od kojih je prvi lansiran krajem 2007. te postao operativan u svibnju 2008. Jedan će financirati Australija. Svaki od satelita omogućuje osam X i deset Ka pojasnih snopova, potpunu pokrivenost zemlje u X-pojasu, X-Ka te Ka-X međuspajanje. Digitalni razdjelnik dijeli dolazni propusni pojas na gotovo 1900 neovisnih preusmjerenih podkanala na 2,6 MHz, čime se priključenje može pokriti na sve moguće načine. Ovisno o različitosti zemaljskih terminala, brzine prijenosa podataka i načinima modulacije, svaki satelit može propustiti od 2,4 do 3,6 Gbps, što je vidljivo poboljšanje u odnosu na sadašnji satelit DSCS III koji ima propusnost do 0,25 Gbps.

Nedavno je dodana komercijalna X-pojasna sposobnost koju je osigurao Xtar, zajednički projekt tvrtki Loral Space & Communications i španjolskog Hisdesata. Xtar ima X-pojasne sposobnosti preko satelita Xtar-Eur i Xtar-Lant dodatnog sustava na Hisdesatovim satelitima Spainsat.

Nije čudno što glavni komunikacijski program američke kopnene vojske, borbeni informativni mrežno taktički program (Win-T Warfighter Information Net-Tactical) uključuje i sposobnost mobilnog satcoma koji će biti predstavljen kao dio programa Increment 2, za koji je predviđena proizvodnja sredinom 2009. Prethodne mogućnosti osigurane su pomoću dvostruke Ku/Ka pojasne antene sa zamjenskim reflektorima (tanjurima) ovisno o primjeni. Mobilni satcom bit će isporučen na dvije platforme – mrežno proširenje za vojnika (SNE – Soldier Network Extension) i točka pojave (POP). Raspoređeno na razini satnije, SNE ima mogućnost satcoma jedino uz pomoć antene promjera 43 cm te se ponaša kao Blos premosnik za radio uređaje kratkog dometa te kao taktički internet niže razine. Taj način rada ima manje mogućnosti nego POP koji će biti raspoređen na razini brigade ili divizije.

Tvrtke General Dynamics Vertex RSI i L-3 Communications predstavile su svoje satcom terminale tijekom Win-T razvojnog programa. Asortiman M-20 multi-pojasnih (X/Ku/Ka) antena dolazi u veličinama od 43, 50, 60 i 75 cm te mogu raditi pri brzinama vozila do 97 km/h.

Foto: General Dynamics – Rješenje američkog General Dynamicsa omogućava postavljajne na vozila Humvee

Tvrtka Datron nudi svoju Ku-pojasnu antenu FSS-4180 u punoj veličini ili u kao niskoprofilnu varijantu. Puna veličina antene ima rešetku od 43 cm (ukupna visina 58 cm) te četvero-osnu pokretljivost čime se eliminira efekt rupe. Niskoprofilna varijanta je visine 41cm čime se ne narušava mogućnost utovara na zrakoplov C130 ako je montirana na vozilo Humvee. Takva antena ima samo tro-osnu pokretljivost koja osigurava 100%-tnu pokrivenost do nagibnih kutova od 70 stupnjeva .

Antene iz Win-T programa integrirane su zajedno s programskim modemom L-3 Linkabit MPM-1000 koji rabi centrični mrežni valni oblik – višefrekvencijsko vremensko dijeljena valna forma kojoj se pristupa sa više strana (MF-TDMA). To je posebno izrađeno za slabije terminale, a modem se također upotrebljava za ostale programe. Više od 25 L-3 sustava radi unutar američkih snaga u Afganistanu (na platformama Striker i Hummer) te još na nekim platformama u Iraku. Kanadske snage kupile su dva sustava, ali bi mogle kupiti još dva kao što su to učinile i njemačke snage. Američki ured za unutrašnju sigurnost također planira nabavku pet sustava u sklopu programa za inicijativu sigurnih granica. Australija (u svrhu združenog programa 2008.) i Velika Britanija (za zemaljski segment sustava Skynet 5) također pokazuju interes za proizvode tvrtke L-3.

L-3 Linkabit antene također koriste druge agencije i korisnici. Viasat rabi niskoprofilnu varijantu A2C2S integriranu sa vlastitom Arclight tehnologijom. Pomoću dinamičkog zauzimanja resursa propusnog pojasa na proslijeđenom linku te sa Viasatovom patentiranom tehnologijom upotrebe frekvencije pomoću “uparenih nosioca za višestruki pristup”, koja omogućuje povratnim linkovima simultano dijeljenje istog propusnog opsega kao i link koji proslijeđuje, čime se povećava efikasnost propusnog pojasa. Kao dodatak imamo i Viasatovu patentiranu tehnplogiju pristupa pod nazivom “kodni višestruko korišten pristup” koji ostvaruje efikasni prijenos u slučaju trenutnih blokada, omogućujući svakom terminalu odluku kada odašiljati bez potrebe za zauzimanjem propusnog pojasa, omogućujući mobilnim uređajima odašiljanje kada nema blokade te onemogućujući odašiljanje dok je blokada prisutna. To je naročito korisno za mobilne terminale u slučaju isprekidanih veza.

Foto: SweDiss

Kao i A2C2S, Arclight tehnologija također je bila rabljena u Viasatovoj ponudi satcom usluga, s antenom montiranoj na letećoj topovnjači AC-130 američkog zapovjedništva specijalnih operacija (SOCOM), a zbog potrebne visokopropusne komunikacije za identifikaciju i potvrđivanje ciljeva, te također u ostalim instalacijama američke vojske gdje se upotrebljavaju niskoprofilne elektroničke antene.

Jedan od pokretača u razvoju tehnologije satcoma-u-pokretu bio je potaknut programima američke kopnene vojske i marinskog korpusa koji su kombinirani u formu programa zapovjedno-nadzornognog vozila vojske i marinaca. Program je postupno ugašen nakon što je Lockheed Martin Information Systems & Global Services dobio ugovor za razvoj. Za taj je program Lockheed Martin razvio dva potpuno funkcionalna prototipna vozila koja su prvi puta demonstrirani tijekom pokusa urbane operacije zračnoj bazi Creech u rujnu 2006. godine. Svako vozilo Hummer sadrži punu opremu za glasovnu, podatkovnu i video komunikaciju, te Ku- i L-pojasni satcom, određeni broj Lockheed Martinovih razvijenih združenih C2 sustava, te antene proizvođača GD Vetrix i L-3 Datron. Poseban je uspjeh postignut upotrebom prethodno navedenog s bežičnim internetom, pojačanog 802.11 i 802.16 Wimax (standardi za bežični internet) tehnologijama kako bi se stvorila mobilna visokopropusna “vruća točka” (područje na kojem se može spojiti na bežični internet pomoću laptopa ili mobitela) za vozila koja putuju zajedno. Lockheed Martin nastavlja prodaju onoga što se sada naziva vozila za C2 adaptivne modularne mobilne operacije. Jedan dio se prodaje stranim kupcima, a dio kao modernizacijski program američkog ratnog zrakoplovstva USAF.

Tvrtka DRS Codem Systems posebno se usredotočila na X-pojasne sustave za upotrebu na kopnu i moru. Izvedena je uspješna demonstracija X-pojasnih terminala na eksperimentalnom, i brzom, plovilu Stiletto koje se kretalo brzinom od 40 čvorova, te na 11-metarskom plovilu Rhib koje se kretalo brzinom od 20 čvorova. U oba slučaja sustav je postigao brzinu prijenosa od 3 Mbps uz upotrebu Xtar-Lant satelita. DRS antene su bazirane na njihovom dvo-osnom minijaturnom antenskom sustavu za pozicioniranje (Maps) s antenom primjera 43 cm i ukupnom visinom od 60 cm te mogućem radu na Ku i Ka pojasu. Niskoprofilna antena, koja je visine samo 20 cm, još je u razvoju. DRS je svoju X-pojasnu opremu isporučio španjolskoj vojsci krajem 2006. te još dodatno u 2007. godini, a ta je oprema sad u operativnoj upotrebi u Afganistanu.

Tvrtka Datapath je nedavno sklopila ugovor s američkom kopnenom vojskom radi opskrbe sustavima za uporabu u Iraku. Ugovor inicijalno govori o dva mobilna sustava koji će biti instalirana na oklopljena vozila otporna na mine i zasjede (MRAP), a uz to ide i razdjelni terminal (hub). Mobilni će sustavi imati niskoprofilnu antenu sposobu za prijenos 1 Mbps pri brzini vozila od 137 km/h. Uz sve ovo biti će uključen Datapathov nedavno predstavljeni Mobilink koji osigurava poveznicu između satcoma i kopnenog mobilnog radio uređaja (LMR – Land Mobile Radio). Ima ugrađeni preusmjerivač (router) i modem, pa se može ugraditi u standardno ugradbeno kućište radiouređaja Sincgars te biti spojeno sa bilo kojim LMR-om koji ima sličnu gabaritnu formu te na taj način biti jednake veličine kao i kompletna Sincgars instalacija.

Datapathova podružnica Swe-Dish, u suradnji sa Saabom, prikazala je 2006. godine inovativno rješenje – oružnu stanicu s daljinskim upravljanjem. Razvijena je kao lagana i potpuno stabilizirana senzorko-oružna platforma sa višenamjenskim ležištem za oružje te senzorskim optroničkim kompletom koji sadrži termalnu kameru, dnevnu CCD kameru i laserski daljinomjer. Swe-Dish 900-cm Ku-pojasni terminal je ugrađen u platformu te omogućuje efektivni četvero-osni antenski sistem. Varijante za X- i Ka- pojase biti će razvijene. Ka-pojasni terminal promjera 500-cm sa dvo-osnom ugradnjom sada se nalazi u ponudi iako će u budućnosti biti integriran sa četvero-osnom ugradnjom te na taj način proširiti djelovanje na područje Ku-pojasa.

Foto: SweDiss

Postoje neki proizvođači koji su razvijali antene koje mogu kombinirano raditi sa mehaničko-elektroničkim upravljanjem. Na sajmu Eurosatory 2006, tvrtka Thales je predstavila svoj Satmove Xotm X-pojasni sustav koji se sastoji od faznog niza na dvoosnom mehaničkom nosaču i uključuje modem za antene sa malenom rešetkom, a koja uzima u obzir i efekt maskiranja urbane okoline. U razvoju je od 2003. godine, pa iako nema rezultata oko ugovora za proizvodnju, moglo bi se dogoditi da ovo postane dio kopnenog segmenta za francuski satcom sustav Syracuse III.

Raysat Stealthray niskoprofilna Ku-pojasna antena odabrana je od tvrtke Datapath kao dio ugovora za vozilo kategorije MRAP, a kombinira mehaničko i elektroničko rješenje. Sastoji se od četiri panela od koji su tri prijemna i jedan predajni, te se montira na platformu promjera 82 cm koja se može kontinuirano rotirati po azimutu. Paneli se mogu zakretati po visini, a ukupni antenski profil iznosi samo 15,25 cm.

Izraelski Aerospace Industries razvio je OTM satcom terminale kao dio EL/K-1891 X- i Ku-pojasne satelitske mreže. Riječ je o jednom tanjuru promjera 80 cm sa dvostrukim 25x10cm panelom, a sve je montirano na dvo-osno mehaničko postolje. Brzina prijenosa je do 128 Kbps.

Australska tvrtka EM Solution (EMS) u suradnji sa BAE Systemsom radi na razvoju Ka-pojasnog sustava za potrebe programa Round 12. Na taj se način pokazuje australsko investiranje i interes razvoj globalnog širokopojasnog satcoma. EMS je u veljači 2008. godine predstavio rad na razvoju Ku-pojasne antene, a uz podršku Izraelske Starling Advanced Communications koja pak proizvodi panelne Ku-pojasne antene za zrakoplovne aplikacije. U isto vrijeme EMS razmatra razvoj niskoprofilnog X-pojasnog antenskog sustava za upotrebu sa širokopojasnim globalnim satcomom kao što je Britanskim Skynet 5.

Marijo PETROVIĆ