Předchozí kapitola se věnovala problematice rádiové komunikace směrem k zajištění obousměrné komunikace pro telemetrii, sledování a povely (TT&C) jak v pozemním, tak kosmickém segmentu. Zcela zásadním předpokladem pro rádiovou komunikaci jsou kmitočty vhodné pro komunikaci z hlediska podmínek šíření a ochrana před nežádoucími interferencemi. Tyto interference mohou být způsobeny rádiovými systémy kosmických a pozemských služeb v blízkém kmitočtovém pásmu nebo elektromagnetickým rušením způsobeným dalšími systémy malé družici nebo jinými objekty.

Danou situaci možností nežádoucích interferencí ukazuje obr. 32.

Proto je nezbytné přijmout technicko-administrativní opatření globálního charakteru směrem ke správě rádiového spektra pro družicové služby (pevné, mobilní, navigační, rozhlasové a televizní vysílání, …). Těmito záležitostmi se zabývá Mezinárodní telekomunikační unie – ITU (International Telecommunication Union) a její Radiokomunikační řád (RR – Radio Regulation). Ten je volně ke stažení na: https://www.itu.int/en/history/Pages/RadioRegulationsA.aspx?reg=1.41.

Radiokomunikační řád je předmětem pravidelné tří až čtyřleté aktualizace projednávané v rámci Světových radiokomunikačních konferencí (WRC – World Radiocommunication Conference) organizované radiokomunikačním sektorem ITU-R. Administrativní záležitosti (regulace) budou z detailnějšího pohledu předmětem následující kapitoly 1.8.

Radiokomunikační řád ITU (RR – Radio Regulation) ve čtyřech svazcích vymezuje kmitočtová pásma v rozsahu rádiového spektra od 9 kHz do 3000 GHz, které mohou jednotlivé radiokomunikační služby využívat spolu s dalšími technickými a regulačními opatřeními (koordinace přídělů kmitočtů a oběžných drah, doporučení, rezoluce a technické zprávy k jednotlivým radiokomunikačním službám). Tento řád je také součástí vyhlášky 105/2010 Sb., o plánu přidělení kmitočtových pásem (národní kmitočtová tabulka) k zákonu č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích.

Pro tyto potřeby je svět rozdělen na tři regiony, které jsou uvedeny na obr. 33.

Přidělování (alokace) úseků rádiového spektra jednotlivým službám rozlišuje tři kategorie - přednostní, podružnou a skupinovou. Přednostní služba má právo na ochranu před interferencemi od ostatních služeb, podružné přidělení nesmí při svém provozu rušit služby s přednostním právem a nemá právo ochrany, skupinové podléhá dalšímu rozdělení v geografických částech světa.

Příkladem skupinového přidělení jsou kmitočtová pásma pro radioamatérskou službu, která jsou dále spravována a koordinována Mezinárodní radioamatérskou unií (IARU – International Amateur Radio Union, http://www.iaru.org/). Výjimky z radiokomunikačního řádu jsou u kmitočtových přídělů uvedeny v poznámkách („footnote“ – označováno jako No. 5. xxx).

Radiokomunikační řád (Vol 1, Chapter II, Article 5) po WRC 15 umožňuje využívat pro malé družice následující kmitočtová pásma:

Tato pásma jsou v IARU následovně koordinována pro radioamatérskou družicovou službu takto:

No. 5.282 Pásma 435–438 MHz, 1260–1270 MHz, 2400–2450 MHz, 3400–3410 MHz (jen v Regionu 2 a 3) a 5650–5670 MHz může využívat družicová amatérská služba s podmínkou, že nebude působit škodlivé rušení ostatním službám provozovaným v souladu s tabulkou kmitočtových přidělení (viz ustanovení RR č. 5.43). Správy, které povolují toto využívání, jsou povinny zajistit, že každé škodlivé rušení působené vysíláním stanice družicové amatérské služby bude okamžitě odstraněno v souladu s ustanovením RR č. 25.11. Využívání pásem 1260–1270 MHz a 5650–5670 MHz družicovou amatérskou službou je omezeno na vzestupný směr (uplink).

Vlnové pásmo 2 m a 70 cm je využíváno v řadě misí malých družic, které nemají charakter radioamatérské služby. Jde zejména o různé školní a univerzitní projekty využívající malých družic kategorie CubeSat. Je to do značné míry způsobeno tím, že pro tyto projekty nebylo historicky potřeba provádět koordinace v ITU-R a využívání těchto kmitočtů není zpoplatňováno.

Avšak pro radioamatérský provoz je na použití amatérských vysílacích radiostanic potřebná radioamatérská licence (zkouška, přidělení volací značky a udělení práva na využívání vyhrazených rádiových kmitočtů) od národního regulačního úřadu. V České republice je národním regulačním úřadem Český telekomunikační úřad (www.ctu.cz).

Druhým důvodem využívání amatérských rádiových pásem je dostupnost levných radiostanic s výkony do 100 W, které dostačují pro komunikaci s malými družicemi na LEO oběžných drahách. Dále pak široká nabídka na trhu elektronických součástek a komponent (např. SDR chipsety, levné amatérsky vyrobitelné YAGI antény, …) pro stavbu malé družice a pro realizaci pozemní stanice, jak bylo pospáno v předchozí kapitole 1.6.

Tato situace do značné míry přetrvává a má negativní odraz v přetížení pásem původně určených pro amatérskou službu. Důsledkem této skutečnosti je nárůst rizika, že nespolehlivá rádiová komunikace s malou družicí může zapříčinit předčasné ukončení mise nebo nehody na oběžné dráze. To vše se může promítnout do finančních ztrát takového projektu, případně i hrazením škod způsobených takovou malou družicí.

Použití těchto pásem vyžaduje u ITU-R podle ustanovení Radiokomunikačního řádu (sekce II čl. 9 RR) požádat o koordinaci a notifikaci přidělení kmitočtů a pozici na oběžné dráze. To je proces značně zdlouhavý, který může trvat i několik let, následná platnost notifikace je omezena na 3 roky, navíc je zatížen poplatky, které je za využívaní kmitočtů u ITU nutné platit. To je velice omezující faktor pro většinu misí malých družic, zejména pro školní a univerzitní projekty. Navíc s rozvojem využívání a současného vypouštění většího počtu malých družic jako součásti konstelací různých sítí s životností do tří let vyžaduje nalézt další vhodné kmitočty a regulační mechanismy jejich využívání.

Proto na WRC 15 byla přijata rezoluce č. 659, která uložila studovat požadavky na rádiové spektrum pro telemetrii, sledování a povely (TT&C – Telemetry, Tracking and Command) ve službě kosmického provozu pro negeostacionární družice (NGSO) s krátkou dobou trvání misí, vyhodnotit vhodnost stávajících přidělení pro službu kosmického provozu, a pokud to bude zapotřebí, posoudit nová přidělení pro malé družice kategorií nano a piko.

Výsledky studií, které budou projednávány na nadcházející WRC 19 v agendě AI 1.7, ukazují, že stávající přidělení v pásmech pro kosmické služby pod 1 GHz, které vyžadují provádět koordinaci a notifikaci podle RR 9.21, nejsou pro nano a piko družice vhodné. Je navrhováno přidělení kmitočtového pásma 150,05–174,0 MHz a 400,15–420,0 MHz. Přičemž nemůže být využito pásmo 406,0–406,1 MHz, které je vyhrazeno pro záchranné rádiové bóje (letecké a námořní EPIRB, osobní PLC, …).

Na přípravné konferenci CPM 19 byly ve zprávě pro jednání WRC 19 navrženy tyto způsoby řešení (metody) [https://www.itu.int/pub/R-ACT-CPM-2019]:

Metoda A: žádná změna v RR.

Metoda B1: přidělení 1 MHz nepodléhající koordinaci podle sekce II čl. 9 RR službě kosmického provozu pro vzestupný směr (uplink) pro systémy nano a piko družic s krátkou dobou trvání (NGSO SD) v pásmu 403–404 MHz.

Metoda B2: přidělení 1 MHz nepodléhající koordinaci podle sekce II čl. 9 RR pro vzestupný směr v pásmu 404–405 MHz.

Metoda C: využít stávající přidělení služby kosmického provozu v pásmu 137–138 MHz pro sestupný směr (downlink) a 148–149,9 MHz pro vzestupný směr a vypracovat příslušná regulatorní ustanovení v RŘ pro TT&C spoje NGSO SD misí.

Součástí všech metod je návrh na zrušení Rezoluce 659 (WRC-15).

Lze tedy očekávat, že případné přidělení určitých úseků z výše uvedených pásem bude doprovázeno řadou dalších podmínek a omezení. Zejména jde o otázky týkající se plánů velkých (mega) konstelací ve vztahu ke kompatibilitě stávajících kosmických služeb.

Je také zřejmé, že rádiové spektrum má svoje limity. S dalším nárůstem velkých konstelací malých družic bude zapotřebí hledat i jiné způsoby řešení bezpečné a spolehlivé komunikace.

Jako perspektivní a nadějné se ukazuje využití optických spojů (nosným médiem je laserový paprsek) jak pro komunikaci mezi pozemní stanicí a malými družicemi (pozemní segment), tak mezi sebou v kosmu (kosmický segment).

Příkladem ověřovaní možností využití optické komunikace u malých družic mohou být nadějné experimenty s malými družicemi CubeSat realizované v rámci programu NASA Small Spacecraft Technology (SST) (https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/small_spacecraft/index.html).

V tomto směru probíhá řada nadějných experimentů, ve kterých je aktivní NASA [https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/feature/cubesat_laser_communications_capability].

Je nepochybné, že optická komunikace bude hrát důležitou roli v rozvoji využívání malých družic a zejména pak velkých konstelací.