Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обществу. (Развитие спутниковых телекоммуникационных систем)

Москва
Горячая линия – Телеком
2014

УДК 621.396.946:621.37/.39(091) 
ББК 32.884.1 
      Б95 
Р е ц е н з е н т ы :  
Ректор Московского технического университета связи и информатики,  
лауреат премии Правительства РФ в области образования,  
доктор техн. наук, профессор  А.С. Аджемов; 
Главный научный сотрудник НИИР, лауреат Государственных премий,  
доктор техн. наук, профессор  Л. Я. Кантор; 
Зав. кафедрой систем радиосвязи СибГУТИ, заслуженный работник высшей 
школы, доктор техн. наук, профессор  В. И. Носов 

Быховский М. А. 
Б95        Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному 
обществу. (Развитие спутниковых телекоммуникационных 
систем). Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – 
Телеком, 2014. – 436 с: ил. 
ISBN 978-5-9912-0405-7. 

Книга посвящена истории создания и развития спутниковых систем телекоммуникаций, возникших в середине ХХ столетия и быстро 
получивших широкое распространение. Уникальным свойством спутниковых телекоммуникаций является возможность создания глобальных систем, предоставляющих широкий спектр современных услуг 
десяткам миллионов своих пользователей. В работе описаны основные 
этапы развития спутниковых телекоммуникационных систем гражданского и военного назначения. Приведены краткие биографические 
сведения о многих видных отечественных и зарубежных ученых и 
инженерах, внесших особый вклад в создание ракетной техники (К. Э. 
Циолковский, С. П. Королев, В. Браун и др.) и телекоммуникационных систем (А. Кларк, Дж. Пирс, Б. Е. Черток, М. Р. Капланов, М. Ф. 
Решетнев и др.). 
Для широкого круга читателей – специалистов в области телекоммуникаций, историков науки и техники, будет полезна в качестве 
учебного пособия для студентов радиотехнических и инфокоммуникационных специальностей.  
ББК 32.884.1 
 
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9912-0405-7                                               ©  М. А. Быховский, 2014 
©  Издательство «Горячая линия – Телеком», 2014 

Предисловие

...Невозможное сегодня станет возможным
завтра...
Константин Циолковский

Данная книга является четвертым томом книги «Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обществу». Ее первый
том «Истории телеграфа, телефона и радио до начала ХХ века»,
был издан в 2010 г., второй — «История развития электроники в ХХ
столетии» в 2012 г., а третий — «Развитие радиотехники и знаний о
распространении радиоволн в ХХ столетии» в 2013 г.
Книга посвящена впечатляющей истории создания спутниковых
телекоммуникационных систем, которые основаны на использовании искусственных спутников Земли (ИСЗ). Спутниковые телекоммуникационные технологии являются самыми молодыми из тех, которые были созданы в ХХ веке. Их появление во второй половине
ХХ века стало возможным после того, как были созданы мощные
ракеты, способные вывести космические аппараты (КА) на околоземную орбиту.
Первые идеи создания кораблей, запускаемых человеком для освоения космоса, в том числе и для полетов на другие планеты, выдвинул и научно обосновал в самом начале ХХ столетия наш великий
соотечественник Эдуард Константинович Циолковский. B то время
многие ученые относились к таким исследованиям как к упражнениям досужего ума, которые вряд ли когда-нибудь будут иметь практическое значение. Однако, делая первый шаг, Циолковский твердо
верил в то, что эти идеи будут подхвачены другими учеными и в
результате будет создана та техника, которая откроет Человечеству
новые пути развития.
Он писал: «Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия,
сказка.
За ними шествует научный расчет, и уже, в конце концов, исполнение венчает мысль». Жизнь подтвердила его
взгляды, и в первые десятилетия ХХ века в нашей стране, в других
странах (Австро-Венгрии, Германии, Франции и США) появились
ученые, ведущие теоретические и экспериментальные исследования

Предисловие

в этом же направлении.
Во время Второй мировой войны в Германии Вернер фон Браун создал мощные боевые ракеты, которыми
фашисты обстреливали Лондон. После разгрома фашистской Германии опыт разработки таких ракет был изучен отечественными и
американскими специалистами и на этой базе были созданы мощные
ракеты, способные выводить ИСЗ на околоземную орбиту.
Космическая эра Человечества началась 4 октября 1957 г., когда
в СССР был запущен первый ИСЗ, разработанный под руководством выдающегося отечественного ученого и инженера Сергея Павловича Королева. Через 4 месяца, 1 февраля 1958 г., был запущен
американский ИСЗ, разработанный под руководством Вернера фон
Брауна. B книге кратко освещена история создания ракетной техники, с помощью которой Человечеством осваивалось космическое
пространство.
Основная часть книги посвящена истории создания спутниковых телекоммуникационных систем, расположенных на околоземных орбитах.
Впервые идея создания глобальных систем связи с помощью
ИСЗ была высказана английским инженером и впоследствии знаменитым ученым, изобретателем, писателем-фантастом и футурологом сэром Артуром Кларком. B 1945 г. в статье «Внеземные ретрансляторы», опубликованной в октябрьском номере журнала Wireless
World, он выдвинул и теоретически обосновал идею создания системы спутников связи на геостационарной орбите, с помощью которых
было бы возможно организовать глобальную систему связи. B этой
статье Артур Кларк писал: «Спутниковая связь является действенным средством распространения взглядов и идей по всему
земному шару, гораздо более эффективным, нежели газеты и
журнал». Такие системы вскоре были созданы, и за очень короткий по историческим меркам срок (всего за полвека) они колоссально расширили возможности обеспечения глобальной связью людей,
находящихся в разных точках земного шара и глобального распространения аудио- и видеосигналов. Это дало возможность всем
людям Земли мгновенно узнавать о всех важных событиях. B книге рассказывается о развитии систем спутникового телерадиовещания, фиксированной и мобильной спутниковой связи, позволившей
людям беспрепятственно осуществлять связь, где бы они не находились: на борту морских судов, самолетов, в пустынных регионах.
Телекоммуникационные спутники позволили создать глобальные навигационные системы, давшие возможность определять положение объектов в трехмерном пространстве с недостижимой ранее

Предисловие
5

точностью (до см).
Важно также то, что на основе современной
технологии интегральных схем были созданы достаточно простые
навигационные приборы, которые стали, в частности, встраиваться
в сотовые телефоны.
Такие приборы позволяют сотням миллионов людей использовать спутниковые системы навигации для своих нужд.
Спутниковые навигационные системы получили широчайшее применение во многих сферах человеческой деятельности:
для управления разными видами транспортных систем на суше, в
воздухе и на морских просторах, для глобального картографирования поверхности Земли и т. д. На их основе созданы международные
поисково-спасательные системы для оповещения о бедствии, позволившие спасти жизни тысячам людей.
Огромное значение имеют спутниковые метеорологические системы и системы исследования Земли, о которых также рассказывается в этой книге. Процессы в атмосфере носят глобальный характер. Поэтому при Организации Объединенных Наций был создан
Всемирный метеорологический союз и Всемирная служба погоды,
объединившие усилия многих страна в совершенствовании методов
предсказания погоды и природных катаклизмов на Земле. Главные
центры Всемирной службы погоды расположены в Москве, Вашингтоне и Мельбурне. B эти центры стекается информация со спутников, наземных измерительных средств, воздушных шаров, зондирующих ракет. По данным ООН ежегодно лишь на море спутниковые системы метеонаблюдений и связи предотвращают более 400
катастроф.
Помимо предсказаний погоды ИСЗ играют большую роль в изучении природных ресурсов Земли, решении проблем картографирования поверхности Земли, сельского и лесного хозяйства, геологического картирования, поисков и разведки месторождений полезных
ископаемых, пространственного планирования территорий и океанографии.
Несколько глав книги посвящено истории совершенствования
технических элементов спутниковых систем. B ХХ веке произошел
колоссальный прогресс в антенной технике, в производстве приемного и передающего оборудования, солнечных батарей, предназначенных для энергетического обеспечения спутниковых систем, и т. д.
Прогресс в этих областях техники позволил значительно усовершенствовать Земные станции (ЗС). Если в конце 1950-х годов для передачи и приема сигналов на спутниковых линиях на ЗС требовалось
применять огромные антенны весом в сотни тонн, диаметр которых
составлял 20...30 м, а их стоимость составляла десятки миллионов

Предисловие

долларов, то в конце ХХ века был освоены Ku- и Kа-диапазоны, в
которых могли работать малые ЗС, доступные по цене для массового пользователя — они стоили всего несколько сотен долларов.
B этих ЗС применялись небольшие антенны, диаметр которых мог
составлять всего около 50 см. На спутниках стали применяться многолучевые антенны, позволившие существенно повысить эффективность использования радиочастотного спектра и увеличить число
пользователей услугами спутниковых систем.
В книге везде, где это было возможно, отмечаются ученые и
инженеры, выдвинувшие основополагающие идеи, на основе которых велись важнейшие научные исследования и создавалась новая
техника. B ней помещены фотографии многих из этих людей.
Данная книга является в отечественной литературе первой, посвященной истории развития спутниковых телекоммуникационных
систем.
Книга может быть использована как учебное пособие по
курсу «История науки и техники», который изучается в высших
учебных заведениях, где готовятся специалисты в области телекоммуникаций. Однако она адресуется широкой аудитории, интересующейся историей развития науки и техники. B книге использовались многие отечественные и зарубежные публикации, посвященные вопросам развития спутниковых технологий, а также интернетисточники, указанные в списках литературы к каждой главе.
При подготовке книги я имел возможность обсуждать затронутые в ней вопросы со своими коллегами, советами и рекомендациями которых я пользовался. Я выражаю свою искреннюю признательность ректору МТУСИ проф. А.С. Аджемову, одному из разработчиков первых отечественных телекоммуникационных спутниковых систем проф. Л.Я. Кантору, заслуженному работнику высшей
школы проф. В.И. Носову, заслуженному деятелю науки и техники
РФ, известному специалисту в области космического телевидения
проф. А.С. Селиванову, вице-председателю 4-й Исследовательской
Комиссии МСЭ, к.т.н. М.М. Симонову и Генеральному директору
некоммерческого партнерства «Национальная ассамблея спутниковой связи», к.т.н. Л.С. Рогозину.

Введение

Счастье — трата себя на творение своих рук,
что будет жить и после твоей смерти.
Антуан де Сент-Экзюпери

Создание спутниковых систем телекоммуникаций является
крупнейшим достижением техники ХХ века, оказавшим огромное
влияние на развитие связи, телерадиовещания, навигации, метеорологии, исследований Земли и многих других областей, крайне необходимых для экономического процветания Человеческого общества.
Их создание инициировало многие инновации в области телекоммуникационной техники.
Уникальным свойством спутниковых телекоммуникационных
систем является их глобальность. Такие системы создали возможность организации связи и распространения информации на значительных территориях, особенно в малонаселенных и труднодоступных регионах.
Сегодня уже созданы космические системы, в которых реализован принцип аудио- и видеосвязи «каждый с каждым». Передача
программ телевидения для любого жителя Земли в реальном времени — сегодня это проблема уже не техническая, а экономическая.
Глобальные системы навигации позволяют решать многочисленные задачи, которые требуют точного знания местоположения
объектов. Это необходимо для управления транспортом, проведения кадастровых работ, планирования сетей связи и многого другого. Глобальные спутниковые системы широко применяются для
предсказания погоды, картографии, поиска полезных ископаемых,
организации дистанционного мониторинга лесных пожаров и их последствий; мониторинга состояния сельскохозяйственных культур (в
том числе оценок последствий засухи); исследования динамики водной и земной поверхности; оценки антропогенных загрязнений (в
том числе оценка последствий крупных катастроф на нефтяных
платформах) и др.
В XXI веке произойдет переход нашей цивилизации от «постиндустриальной» фазы развития к «информационной», и в этом переходе спутниковые телекоммуникационные системы будут играть
значительную роль.

Введение

В данной главе для удобства читателей представлен краткий
обзор исторических событий, связанных с развитием телекоммуникационных спутниковых систем, которые более обстоятельно излагаются в главах этой книги. Кроме того, в ней приводятся данные,
характеризующие развитие в мире телекоммуникационных спутниковых систем.

B.1. Начало создания космических аппаратов
и запуска телекоммуникационных спутниковых
систем

Что двигает людьми в их устремлениях к творчеству? Почему
некоторые из них задумываются над проблемами, которые современникам кажутся иллюзорными и не имеющими ни сегодня, ни в
будущем никакого практического значения, и упорно работают над
их решением, отдавая этому все свое свободное время и часто тратя
на эти занятия свои деньги? Далеко не всегда при жизни они добиваются общественного признания результатов своей деятельности, и большинство окружающих их людей относятся к ним как к
«чудакам», не понимающим «реальных» проблем и не желающим
заниматься актуальными проблемами сегодняшнего дня.
Но проходит время и неожиданно оказывается, что те проблемы, которые прежде казались фантастическими и никому не были
интересны, приобретают актуальность и люди, указавшие на возможности решения этих проблем, на самом деле указали Человечеству новые пути его развития. B открытых ими областях начинают
работать многие тысячи других людей — ученых и инженеров, рождаются новые знания, на основе которых развивается промышленность и создается более совершенная техника. Эта техника становится необходимым элементом жизни для миллионов людей, таким,
например, как радиоприемник, телевизор, сотовый телефон и т. д.
История развития космических систем дает повод для того, чтобы задуматься над этими вопросами и попытаться найти на них ответ. Ведь пионеры космонавтики, работавшие долгие годы в одиночестве, выдвинули идеи, которые получили в середине ХХ столетия
широчайшее развитие и привели к созданию ракетной техники, искусственных спутников Земли, полету человека в космос, высадке
людей на Луне, а также к созданию спутниковых телекоммуникационных систем.
Такие системы широко используются для организации линий радиосвязи и сетей телерадиовещания, для создания глобальных систем подвижной связи и навигации, для научных

Введение
9

исследований (исследований Земли и метеорологических исследований) и т. п.
История развития космических систем дает уникальный пример того, как опережающая свое время мечта, казавшаяся многим
современникам совершенной утопией, в течение очень короткого по
историческим меркам времени, превратилась в реальность. B самом
начале ХХ века К.Э. Циолковский теоретически обосновал возможность создания космических аппаратов, на которых Человечество
сможет проникнуть в космос, а 1957 г. в СССР был запущен в космос первый искусственный спутник Земли. Для контроля за полетом ИСЗ на нем был помещен маленький радиопередатчик — маяк,
работавший в диапазоне 27 МГц. Через несколько лет, 12 апреля
1961 г., впервые в мире на советском космическом корабле «Восток» Ю.А. Гагарин совершил исторический облет Земли. При этом
космонавт имел регулярную связь с Землей по радио. Так началась
систематическая работа по изучению и использованию космического
пространства для решения различных мирных задач. Вскоре состоялись успешные полеты на Луну американских астронавтов.
Удивительно то, что пионеры космонавтики выдвинули свои
идеи в те годы, когда техника еще не достигла того уровня развития,
который был необходим для их реализации. Тем не менее, они верили, что, начав исследования (теоретические и экспериментальные)
возможностей реализации этих идей, они смогут убедить современников развернуть работы в данном направлении. Они строили свою
жизнь, руководствуясь кредо, которое ярко выражено в стихах жившего в США в начале ХХ столетия ливанского философа и поэта
Джебрана Халиля Джебрана:
Жизнь есть тьма, когда нет стремления. Всякое стремление слепо, когда нет знания. Всякое знание тщетно, когда
нет труда. Всякий труд бесплоден, когда нет любви.
Пионерами космонавтики являются отечественные ученые Константин Эдуардович Циолковский, Фридрих Артурович Цандер и
Сергей Павлович Королев. Значительный вклад в развитие космонавтики внесли зарубежные ученые: в Германии — Герман Оберт
и Вернер фон Браун, во Франции — Робер Эсно-Пельтри — летчик, изобретатель, один из пионеров авиации, а в США — Роберт
Хитчингс Годдард. B результате исследований и разработок этих
людей в середине ХХ века были созданы ракеты, способные, преодолевая земное притяжение, доставлять в космос аппараты для научных исследований и спутниковых телекоммуникационных систем.
К пионерам космонавтики относится и словенский теоретик Герман

Введение

Поточник (псевдоним Ноордунг) (Herman Potoˇсnik — Noordung), который после знакомства с книгой Г. Оберта разработал ряд проектов космических станций и в 1928 г. указал на возможность запуска
искусственного спутника Земли (ИСЗ) на геостационарную орбиту
(ГСО). Уникальность этой орбиты состоит в том, что оказавшийся
на ней спутник двигается синхронно с вращением Земли вокруг своей оси и, следовательно, его положение в точке стояния на орбите
относительно Земли все время остается неизменным.
Первым, кто пришел к идее использования ГСО для создания
глобальной всемирной системы телекоммуникаций, стал английский
ученый и знаменитый писатель Артур Ч. Кларк. Эту идею он изложил в получившей широкую известность статье, опубликованной в
1945 г. в журнале Wireless World. Поэтому на Западе геостационарную и геосинхронную орбиту иногда называют «орбитой Кларка»,
а «поясом Кларка» называют область космического пространства
на расстоянии 36000 км над уровнем моря в плоскости земного экватора, где параметры орбит близки к геостационарной. B 1954 г.
Артур Кларк выдвинул еще одну важную идею создания космической метеорологии.
Эта идея вскоре (в 1960 г.)
также получила
практическое воплощение.

B.2. Начало развития спутниковых систем связи
и телерадиовещания

После запуска в СССР первого искусственного спутника Земли
почти сразу же были выдвинуты идеи их использования для создания специализированных телекоммуникационных систем, предназначенных для решения насущных задач Человечества.
В середине ХХ века одной из острых проблем в области телекоммуникаций было создание международных систем, в частности
трансокеанских, предназначенных для организации каналов, по которым можно было передавать сигналы многоканальной телефонии
и телевидения. B те годы радиотелефонные линии связи большой
протяженности (например, между Америкой и Европой) создавались в коротковолновом диапазоне частот. Эти линии имели очень
незначительную пропускную способность, и их работа из-за особенностей распространения радиоволн была крайне ненадежна. Только
в 1956 г. между США и Англией была проложена трансатлантическая кабельная линия, имевшая пропускную способность всего 36
телефонных каналов.
Поэтому инженеры крупнейших телекоммуникационных компаний в США AT&T, RCA, Hughes Aircraft Company в качестве од