В мире спутниковой навигации происходят значительные технологические изменения, связанные с совершенствованием наземной инфраструктуры. Традиционные параболические антенны, многие годы служившие надежным инструментом связи с космическими аппаратами, постепенно уступают место более совершенной технологии — фазированным антенным решеткам. Эта технология способна кардинально преобразовать взаимодействие между наземными станциями и спутниковыми группировками, предлагая целый ряд операционных преимуществ.
От механического движения к электронному управлению
Ключевое различие между традиционными параболическими антеннами и фазированными решетками заключается в принципе управления лучом. Параболические антенны требуют механического поворота всей конструкции для наведения на конкретный спутник и поддержания связи с ним. Этот подход имеет естественные ограничения по скорости перенаведения и надежности механических компонентов в долгосрочной перспективе.
Фазированная антенная решетка функционирует иначе. Она состоит из множества излучающих элементов, каждый из которых оснащен фазовращателем. Направление радиолуча формируется не механическим перемещением антенны, а путем электронного управления фазой сигнала в каждом элементе решетки. Это позволяет практически мгновенно перенаправлять луч с одного спутника на другой, обеспечивая одновременную связь с несколькими космическими аппаратами без физического перемещения антенной системы.
Принципы работы и архитектурные особенности
Физической основой работы фазированной антенной решетки является явление интерференции электромагнитных волн. Когда множество излучающих элементов передают сигналы со строго контролируемым фазовым сдвигом, их волны определенным образом усиливают друг друга в заданном направлении и ослабляют в других направлениях. Именно так формируется остронаправленный луч, который можно электронным способом перемещать в пространстве.
Конструктивно решетка может быть выполнена в виде плоской панели или составлена из нескольких панелей, образующих более сложную геометрию. Каждая такая панель содержит сотни или тысячи отдельных передающих элементов. В случае разработки для Европейского космического агентства, одна панель фазированной решетки включала примерно 1500 индивидуальных передающих элементов, собранных в единую систему.
Практическая реализация в проекте Galileo
Европейская спутниковая навигационная система Galileo становится практическим примером внедрения этой технологии. В рамках программы исследований и разработок Horizon 2020 специалисты разработали и испытали прототип фазированной антенной решетки, соответствующей требованиям системы Galileo .
Ключевым этапом стали испытания, проведенные 4 июля 2025 года в Европейском центре космической безопасности и образования ЕКА в Реду, Бельгия. В ходе испытаний одна панель фазированной антенной решетки успешно установила надежную связь с тестовым спутником Galileo, находившимся на средней околоземной орбите высотой более 23 000 километров. Для проверки успешности передачи использовались тестовый пользовательский приемник Galileo и телеметрические данные, доступные в Европейском центре космических исследований и технологий ЕКА в Нордвейке, Нидерланды.
Перспективы для спутниковых группировок нового поколения
Внедрение фазированных антенных решеток особенно актуально для развивающихся спутниковых группировок, таких как Galileo второго поколения (G2). Способность одной антенны одновременно поддерживать связь с несколькими спутниками открывает возможность создания более эффективной наземной инфраструктуры.
По мере расширения сервисных возможностей спутниковых навигационных систем возникает потребность в более частом обмене данными между наземными станциями и космическими аппаратами. Фазированные антенные решетки предлагают решение этой задачи без необходимости строительства многочисленных параболических антенн. Одна многопанельная решетка способна заменить несколько традиционных антенн, что позволяет сократить площадь наземных станций и объем необходимого технического обслуживания.
Ожидается, что технология фазированных антенных решеток займет свое место в будущем развитии инфраструктуры наземного сегмента системы Galileo, способствуя повышению надежности и расширению функциональных возможностей одной из самых точных спутниковых навигационных систем в мире.