Реферат: 73. Типы и параметры орбит спутниковых систем связи (ссс). Их достоинства и недостатки

73. Типы и параметры орбит спутниковых систем связи (ССС). Их достоинства и недостатки.
Орбиты телекоммуникационных космических аппаратов

Для создания спутниковых телекоммуникационных систем используются следующие группировки космических аппаратов:

• на геостационарной орбите;

• на высокой эллиптической орбите типа "Молния";

• на круговых и эллиптических средневысотных орбитах;

• на круговых низких орбитах.

Высоты КА определяются расположением радиационных поясов Земли. Boкруг Земли существует три радиационных пояса: 1)внутренний пояс - от 1500 км над поверхностью Земли до 9000 км; 2)внешний - от 13000 до 19000 км и 3) самый внешний - от 55000 до 75000 км (рис.1).



Рис. 1. Радиационные пояса Земли: 1 - внутренний; 2 - внешний; 3 - самый внешний

Плотности потока частиц во внутреннем и внешнем радиационных поясах весь­ма велики, в самом внешнем радиационном поясе - много меньше, чем в двух пер­вых радиационных поясах.

Пребывание КА в радиационных поясах Земли существенно увеличивает веро­ятность отказа электронной аппаратуры и требует ее радиационной защиты, что уве­личивает массу КА или уменьшает массу полезной нагрузки (телекоммуникацион­ного ретрансляционного комплекса).

С учетом вышесказанного наиболее привлекательными являются орбиты КА, ле­жащие между радиационными поясами.

Для низкоорбитальных КА лучшими следует считать круговые орбиты на высотах 700 - 1400 км; количество космических аппаратов - 48-66; зона покрытия одним спутником - 3-7%; задержка при передаче речи для глобальной связи - 170-300 мс.

Для среднеорбитальных КА - кру­говые орбиты на высотах 10000км (между внутренним и внешним радиационными поясами) и 20000 км (между внешним и самым внешним радиационными поясами). Количество космических аппаратов - 8-12; зона покрытия одним спутником - 25-28%; задержка при передаче речи для глобальной связи - 250-400 мс.

Благополучной с точки зрения радиационной безопасности является и геостационар­ная орбита (36000км; количество спутников для GEO-группировки - 3, один спутник покрывает 34% земной поверхности, задержка при передаче речи для глобальной связи - 600 мс).

КА на высокоэллиптической орбите типа "Молния" (рис.2) имеют апогей в север­ном полушарии на высоте около 40000 км относительно поверхности Земли и перигей в южном полушарии на высоте 500 км. Плоскость орбиты имеет наклонение 63,5°. КА вращается синхронно с Землей, имеет период 12 часов и появляется над одними и теми же районами Земли в одно и то же время. КА медленно перемещается в апогее, обеспе­чивая длительность сеансов связи на территории России около 8 часов. Для непрерыв­ной связи необходимо иметь группировку КА на орбите из трех-четырех спутников.


Рис. 2. КА на высокоэллиптической орбите

Достоинствами высокоэллиптических орбит являются:

• большие углы места для наземных станций, расположенных в северном полу­шарии, что позволяет мобильным наземным станциям избежать экранирования трассы распространения сигнала местными предметами: лесом, холмами, зданиями и др.;

• возможность обслуживания связью приполярных районов выше 76° с. ш., ко­торые не могут обслуживаться геостационарными КА;

• возможность вывода на орбиту одной и той же ракетой-носителем КА с массой, почти в два раза превышающей массу КА, выводимого на геостационарную орбиту.

Достоинствами сред­не- и низкоорбитальных группировок КА являются обеспечение глобальности свя­зи и, главное, возможность работы на­земных терминалов под высокими углами места, что принципиально необходимо для надежной работы мобильных и пер­сональных терминалов.

Большинство существующих спутниковых систем связи имеют геостационарные спутниковые группировки, что легко объяснимо: небольшое количество спутников, охват всей поверхности земли. Однако большая задержка сигнала делает их применимыми, как правило, только для радио- и телевещания. Для систем радиотелефонной связи большая задержка сигнала крайне нежелательна, так как приводит к плохому качеству связи и повышению ее стоимости. Поэтому первоначально большинство спутниковых систем связи обеспечивали в основном фиксированную спутниковую связь (связь между стационарными объектами), и лишь с внедрением цифровых методов связи и запуском негеостационарных космических аппаратов широкое развитие получила подвижная спутниковая связь. Современные системы подвижной спутниковой связи, во-первых, совместимы с традиционными наземными системами подвижной связи (в первую очередь - с цифровыми сотовыми), и, во-вторых, взаимодействие сетей подвижной спутниковой радиосвязи с телефонной сетью общего пользования возможно на любом уровне (местном, внутризонном, междугороднем).

В настоящее время на территории России действуют два оператора подвижной спутниковой связи: "INMARSAT" и "Globalstar".

Спутники системы "INMARSAT" располагаются на геостационарной орбите. Наземная или судовая станция внутри зо­ны обслуживания видит КА под углом места 5° и выше. Антенна спутникового ретранслятора, формирующая такую зону обслуживания, имеет ширину диаграммы направленности 17° и называется антенной с глобальным лучом. Гарантированная связь обеспечивается в среднем от 70° ю.ш. до 70° с.ш. Каждый спутник покрывает приблизительно третью часть Земли. Система "INMARSAT" имеет довольно много абонентов в России, но высокая цена пользовательских терминалов и высокий тариф за связь не позволяют использовать ее широкому кругу абонентов.

Дочерняя компания "ГлобалТел" (совместное предприятие "Globalstar" и "Ростелеком") начала оказывать свои услуги на территории РФ с мая 2000 г. В настоящий момент это телефония (передача голоса) и переадресация вызова. Также в системе предусмотрены, но пока не реализованы следующие услуги: передача данных, факсимильная связь, передача и прием коротких сообщений, глобальный роуминг, определение местоположения объекта, голосовая почта, вызов аварийных служб. Космический сегмент включает группировку из 48 низкоорбитальных (и 4 резервных) спутников, обеспечивающих покрытие от 70° с.ш. до 70° и размещенных по 6 спутников на 8 круговых орбитах на высоте 1414 км. Система низкоорбитальных спутников позволяет резко снизить стоимость абонентского терминала и минуты разговора. Пользовательский сегмент состоит из портативных мобильных и стационарных терминальных устройств. Система отличается сравнительно невысокими ценами на оборудование и тарифами на услуги связи, что позволяет применять ее для массового использования.