В КазНУ имени аль-Фараби проводится исследование системы связи LoRaWAN на базе наноспутника

Развитие информационно-коммуникационных технологий в настоящее время требует совершенствования космических систем связи. Особенно актуальным становится расширение применения технологий Интернета вещей (IoT) для передачи данных в удалённых и труднодоступных регионах. В данном направлении проводится научное исследование в Казахском национальном университете имени аль-Фараби, где учёные университета работают над развитием современных космических технологий связи.

Проект направлен на изучение возможностей размещения базовой станции LoRaWAN на борту наноспутника для создания энергоэффективной и масштабируемой системы передачи данных. Технология LoRaWAN отличается низким энергопотреблением и способностью передавать данные на большие расстояния, что делает её перспективным решением для сбора небольших объёмов информации с IoT-устройств. В ходе исследования анализируются устойчивость сигнала LoRaWAN на низкой околоземной орбите (LEO), параметры энергопотребления и характеристики связи.

Одной из ключевых задач научной работы является разработка архитектуры бортовой системы связи для наноспутника. Для этого подбираются LoRa-модули, микроконтроллеры и электронные компоненты, адаптированные для спутниковых платформ. При создании экспериментальной модели учитываются стандарты CubeSat. Также исследуется устойчивость системы к вибрационным нагрузкам, температурным колебаниям и электромагнитным помехам.

В процессе исследования применяется комплекс экспериментальных и аналитических методов. На первом этапе проводится теоретический анализ возможностей использования технологии LoRaWAN в космической среде. Далее создаётся экспериментальная модель системы и выполняются лабораторные испытания. Основными параметрами оценки являются скорость передачи данных, уровень потерь сигнала и стабильность связи.

Проект включает выполнение четырёх основных задач. На первом этапе исследуется применимость технологии LoRaWAN на низкой околоземной орбите. Анализируются устойчивость сигнала, дальность связи и параметры энергопотребления. Это формирует научную основу для проектирования спутниковой системы связи.

На втором этапе разрабатывается концепция бортовой системы связи. Осуществляется выбор LoRa-трансиверов, интегрируемых в спутниковую платформу, и формируется архитектура связи. Этот этап является важным для создания экспериментального прототипа.

На третьем этапе выполняется сборка экспериментального прототипа базовой станции. Начальный уровень технологической готовности проекта соответствует TRL 3, а по завершении проекта планируется достижение TRL 6, что означает демонстрацию прототипа в условиях, приближённых к реальным.

На четвёртом этапе проводятся лабораторные испытания прототипа. Проверяется устойчивость системы к вибрационным воздействиям, экстремальным температурам и электромагнитным помехам. Также оценивается качество передачи данных и функциональная эффективность системы.

Научная новизна проекта заключается в исследовании применения технологии LoRaWAN в космических системах связи. В настоящее время большинство исследований сосредоточено на наземных IoT-сетях. Данный проект направлен на адаптацию стандарта LoRaWAN для использования на платформе наноспутников.

Мировая практика показывает развитие спутниковых IoT-решений компаниями Swarm и Lacuna Space, однако многие существующие системы используют собственные протоколы связи. В отличие от них, данный проект ориентирован на применение стандартизированной технологии LoRaWAN в космических приложениях. Исследование выполняется в рамках научной деятельности Казахского национального университета имени аль-Фараби, что способствует развитию отечественной научной школы в области космических технологий.

Проект имеет важное социально-экономическое значение. Развитие наноспутниковых систем связи открывает новые возможности для мониторинга сельского хозяйства, экологического контроля и промышленного управления данными. Учитывая большую территорию Казахстана, такие технологии могут способствовать развитию инфраструктуры связи в удалённых регионах.

Результаты исследования могут быть применены как на национальном, так и на международном уровне. Проект способствует укреплению научно-технологического потенциала Казахстана и развитию международного сотрудничества в области космических технологий. Полученные результаты могут также стимулировать развитие индустрии IoT и создание новых технологических продуктов.

Для защиты интеллектуальной собственности планируется патентование технологических решений и публикация научных результатов. Авторские права будут распространяться на научные работы и технологические разработки. Механизмы патентной защиты позволят обеспечить возможность коммерциализации результатов исследования.

В целом проект направлен на развитие космических коммуникационных технологий, создание энергоэффективных систем связи и повышение научно-технологического потенциала Казахстана. Результаты исследования сформируют научную основу для дальнейшего развития спутниковых IoT-сетей.