Занурення у LEO-PNT
Що таке LEO PNT? Які переваги та недоліки? Які частоти, чіпсети й підходи застосовуються? Що саме пропонують ключові гравці - Iridium, Starlink, OneWeb/Eutelsat, Kuiper, ESA Celeste, SDA/DARPA, Китай?
Всі подальші матеріали цього циклу, як і інші подібні, будуть доступні лише платним підписникам.
Пояснення в кінці у зверненні від автора
Чому світ переходить до LEO-PNT
У сучасному світі поняття PNT (Positioning, Navigation and Timing — позиціонування, навігація та час) давно вийшло за межі військової чи наукової сфери. Воно лежить в основі функціонування глобальних фінансових транзакцій, мобільного зв’язку та 5G-мереж, транспорту й логістики, енергетичних систем і синхронізації електромереж, безпілотних технологій та «розумних» міст.
Без точного часу та координат — буквально зупиняється економіка.
Цій темі вже було присвячено дві попередні статті: «PNT — три букви, без яких сучасний світ зупиниться» та «Resilient PNT: маніфест нового покоління навігації». Тепер логічний наступний крок — занурення у тему LEO PNT.
Переваги
Супутники на низькій навколоземній орбіті (LEO, 500–1200 км) можуть стати альтернативою чи доповненням GNSS, і чому цим активно займаються провідні країни та компанії світу.
Глобальні навігаційні супутникові системи (GNSS: GPS, Galileo, BeiDou, ГЛОНАСС) працюють на середній орбіті (MEO, ~20 000 км). Це означає слабкий сигнал на поверхні (~–160 dBW), високу вразливість до глушіння та спуфінгу, затримки при оновленні навігаційних повідомлень, складнощі роботи в «міських каньйонах» і під дахом.
У військових конфліктах ці слабкості стали очевидними: GNSS можна заглушити чи підмінити на локальному чи навіть регіональному рівні. Це створило політичний та економічний запит на Resilient PNT — системи, які залишаються працездатними навіть у критичних умовах. LEO-супутники стали природним кандидатом для цієї ролі.
LEO має кілька фундаментальних переваг: сильніший сигнал (потужніший на 20–30 dB порівняно з MEO), менша затримка (мілісекунди проти десятків мілісекунд у MEO), велика кількість супутників у мегасузір’ях (Starlink, OneWeb, Kuiper) та міжсупутникові канали (OISL), що дозволяють поширювати точний час з мінімальними похибками.
Впровадження
Ідея використання LEO для навігації не нова. Ще у 1990-х мережа Iridium (66 супутників для голосового зв’язку) показала, що сигнали з низької орбіти можна використати для визначення положення за доплерівським ефектом. У 2010-х стартап Satelles створив комерційний сервіс STL (Satellite Time and Location) на базі Iridium. У 2024 Iridium викупив Satelles і офіційно інтегрував STL у свою пропозицію, позиціонуючи як захищене доповнення до GNSS. Детальніше – у одному з подальших матеріалів.
Тим часом інші гравці — SpaceX, OneWeb, Amazon — почали будувати масивні LEO-сузір’я для інтернету, які виявилися придатними і для PNT. Ймовірно з часом власні PNT з’являться в кожного з великих LEO сузірь – термінали з АФАР попросту не здатні ефективно керувати промінем без чіткої космічної геометрії. А як показує практика – на GNSS тут сполягати попрости неможливо.
Але домінуючим драйвером процесу скоріш за все стане саме SpaceX. Останнім часом супутникові термінали Starlink демонструють гарну роботу з використанням власного PNT функціоналу, в умовах пригнічення ГНСС. Хоча офіційних публічних коментарів SpaceX не дає, можемо бути впевнені, що звернення Ілона Маска до FCC, із пропозицією розраховувати саме на PNT сервіс від Starlink, було побудовано на впевненості його команди щодо можливості доведення цієї критичної функції до рівня надійного сервісу критичної інфраструктури.
У геополітичному вимірі: США через SDA та DARPA розвивають ідею Proliferated LEO; ЄС через ESA запускає програму Celeste як доповнення до Galileo; Китай розбудовує GuoWang і інтегрує BeiDou з LEO-сигналами; РФ декларує «Сферу» (та деякі інші), але реального прогресу там закономірно немає (і сподіваюсь не буде). Таким чином, LEO-PNT стає не просто інженерним трендом, а геополітичною гонкою.
Ми розберемо далі: які частоти, чіпсети й підходи застосовуються у LEO-PNT. А що саме пропонують ключові гравці (Iridium, Starlink, OneWeb/Eutelsat, Kuiper, ESA Celeste, SDA/DARPA, Китай, РФ), які сильні та слабкі сторони кожного проєкту і як виглядає порівняльна картина – вже в окремих публікаціях.
Це дозволить тобі сформувати цілісне бачення стану LEO-PNT станом на 2025 рік.
Частоти
PNT завжди залежало від радіочастотних ресурсів. Класичні GNSS (GPS, Galileo, BeiDou, ГЛОНАСС) використовують L-діапазон (1–2 ГГц), де сигнал має гарний баланс між проникністю та стабільністю.
Але у випадку LEO-систем спектр значно ширший.
У LEO одночасно застосовуються:
L-band (1–2 ГГц) для Direct-to-Cell та спеціальних PNT-каналів;
S-band (2–4 ГГц) для експериментальних сигналів (ESA Celeste, BDS LEO);
Ku/Ka-band (10–30 ГГц) — основа широкосмугових супутникових систем (Starlink, OneWeb, Kuiper);
UHF/L-band для резервних і військових каналів.
LEO має природну перевагу: супутник набагато ближче (500–1200 км), ніж у випадку GNSS (~20 000 км). Це означає, що сигнал на поверхні в середньому на 20–30 dB сильніший, його важче заглушити, і є потенціал для роботи у складних умовах (приміщення, «міські каньйони»).
Наприклад: Starlink downlink у Ku-діапазоні має щільність потужності, достатню для стабільного прийому в SDR без спеціальних антен. Iridium STL працює у LEO і має потужність сигналу, що дозволяє проходити крізь стіни й працювати всередині будівель, де GPS «падає».
Чіпсети
Qualcomm та Broadcom підтримують можливості для LEO-сигналів, u-blox експериментує із поєднанням GNSS і «сигналів нагоди».
Комерційні рішення: Iridium STL має власні приймачі для дата-центрів і енергетики, Astra™ A-PNT (OneWeb Technologies) будується на SDR, що інтегрує GNSS і STL.
SDR-платформи широко застосовуються у наукових експериментах із сигналами Starlink та OneWeb.
І це геть не вичерпний опис – ще до кінця 2025 року на ринку очікується багато цікавих новинок від різних виробників. Певні деталі будуть надані су подальших детальних оглядах згаданих рішень та систем.
Методи
Доплерівський (Iridium STL) — позиціювання за зсувом частоти;
Псевдодіапазон (Starlink, OneWeb) — за часом приходу сигналу;
OISL-time distribution (SDA, Celeste, Starlink) — поширення точного часу між супутниками через лазери;
Гібридні рішення (Iridium STL + GNSS + OneWeb) для підвищення стійкості.
Отже в подальших оглядах я розгляну детально та окремо кожне технологічне рішення із згаданих вище. У т.ч. будемо розглядати сильні та слабкі місця. Подекуди – розглянемо практику застосування. Звісно, до публічно доступних матеріалів не потрапить чутлива інформація, не залежно від шляхів її отримання. Але вона буде доступна викладачам та інструкторам СОУ на етапі вже ТТТ-підготовки.
Звернення автора
Ті, хто слідкує за моєю діяльністю, знає – підготовка та публікація таких ось «превью» матеріалів допомагає підготувати якісний та ефективний навчальний матеріал, у т.ч. для підготовки викладачів та інструкторів. В першу чергу для Сил Оборони України.
Такі публікації дають можливість працювати із зворотнім зв'язком та покращувати все ще на етапі підготовки курсів. Це дуже прискорює процес і робить результат максимально якісним. Це підтверджує створені роки тому навчальні матеріали по Starlink (публічний посібник доступний тут) та підготовка багатьох десятків викладачів та інструкторів для Сил Оборони України.
Всі подальші матеріали цього циклу, як і інші подібні, будуть доступні лише платним підписникам.
Підписка не коштує дорого, але ці кошти допоможуть залучити необхідні для підготовки навчальних матеріалів ресурси. Тому я пропоную тобі підтримати цей процес саме через оформлення підписки.
Для бажаючих підтримати і освітню діяльність, і створення авторського новостного та аналітичного контенту проекту SkyLinker.io доступна підписка рівня Patron, де є можливість гнучко самому визначитись із рівнем допомоги. Звісно, цей рівень дасть також максимальний доступ до матеріалів та контенту, та дасть можливість пріоритетно замовляти навчання та консультації фахівців.
Підтримуючи цей прооект підпискою та репостом, ти підтримуєш підготовку саме тих українських фахівців, котрі будуть забезпечувати захист країни, працюючи із самими передовими технологіями.
Володимир Степанець