Низковысотные и средневысотные круговые орбиты

Эллиптические орбиты

Прием сигналов с геостационарной орбиты в точках, расположенных выше 81,3° северной и южной широт, весьма сложен, так как приемная антенна практически полному затеняется рельефом местности. Поэтому для обслуживания наземных территорий, расположенных выше 81,3° северной и южной широт, используются спутники, нахо­дящиеся на эллиптической орбите. Высота ее апогея в северном полушарии составляет около 40550 км, высота перигея в южном по­лушарии ­– 500 км. Движение спутника относительно Земли в области апогея замедляется, а область перигея, расположенную над южным полушарием Земли, спутник проходит очень быстро. Обслуживание северных территорий одним спутником возможно в течение не менее 8 ч, поэтому трех спутников, сменяющих друг друга с равными раз­ными фазами, достаточно для ведения круглосуточного приема. Очевидно, что антенна земной станции при передаче на спутник, а также антенны приемных станций на Земле должны отслеживать спутник на высоком участке эллиптической орбиты. Для этого нужна сложная и дорогостоящая система автосопровождения и система переключения с одного «заходящего» спутника на другой «восходя­щий». Если учесть высокую стоимость изготовления трех спутников, стоимость их запуска и эксплуатации, стоимость автосопровождения земных приемных устройств, то все вместе взятое делает экономи­чески не выгодным использование спутников на эллиптической орби­те для ретрансляции телевизионных программ. Поэтому такие спутники используются в основном для организации связи.

Осо­бый интерес представляет использование спутников на невысоких околоземных орбитах. Небольшие расстояния от Земли до спутников, находящихся на невысоких орбитах, приводят к меньшим потерям сигнала и мень­шему времени его запаздывания. Кроме того, спутники на таких ор­битах позволяют охватить и приполярные районы. Следует также отметить, что ИСЗ, находящийся на низкой орбите, попадает в зону прямой видимости абонента лишь на 8…12 минут. Значит, для обеспечения не­прерывной связи любого абонента потребуется много ИСЗ, которые последова­тельно (при помощи шлюзовых станций или межспутниковой связи) должны обеспечивать непрерывную связь.

Анализируя низкоорбитальные группировки различных космических систем, можно заметить, что высоты круговых орбит ИСЗ большинства из этих группи­ровок находятся в диапазоне от 700 до 1500 км. Это обусловлено следующими факторами:

На орбитах, высота которых не превышает 700 км, плотность атмосферы достаточно высока, что вызывает уменьшение эксцентриситета и постепен­ное уменьшение высоты апогея, что приводит к повышенному расходу топ­лива и увеличению частоты маневров для поддержания заданной орбиты. На высотах выше 1500 км располагается первый радиационный пояс, в котором невозможна работа электронной бортовой аппаратуры

Средневысотные орбиты (5000…15000 км) находятся между первым и вторым радиационным поясом. В системах, использующих расположенные на таких орбитах ИСЗ, задержка распространения сигналов через спутник-рет­ранслятор составляет примерно 130 мс, что практически неуловимо для челове­ческого уха и, следовательно, позволяет использовать такие ИСЗ для радиотеле­фонной связи.

Следует также отметить, что ИСЗ, находящийся на низкой орбите, попадает в зону прямой видимости абонента лишь на 8…12 минут. Значит, для обеспечения не­прерывной связи любого абонента потребуется много ИСЗ, которые последова­тельно (при помощи шлюзовых станций или межспутниковой связи) должны обеспечивать непрерывную связь.

Для изучения особенностей работы низкоорбитальных спут­никовых систем рассмотрим схему прохождения в ней сигналов (рисунок 13.9). В этом случае на каждой ЗС должны быть установле­ны две антенны (А₁ и А₂), которые могут осуществлять передачу и прием сигналов с помощью одного из спутников, находящегося в зоне взаимной связи. На рисунке 13.9 показаны ИСЗ, движущиеся по часовой стрелке по одной низкой орбите, часть которой показана в виде дуги mn. Анализируемая система спутниковой связи рабо­тает следующим образом. Сигнал от ЗС₁ через антенну А₁ посту­пает на ИС3₄ и ретранслируется через ИС3₃, ИС3₂, ИС3₁ к при­емной антенне А₂ ЗС₂. Таким образом, в этом случае для ретранс­ляции сигнала используются антенны А₁ и сегмент орбиты, со­держащей ИС3₄ - ИСЗ₁. При выходе ИС3₄ из зоны, лежащей левее линии горизонта аа', передача и прием сигнала будут вестись че­рез антенны А₂ и сегмент орбиты, содержащий ИСЗ₅-ИСЗ₂. Затем передача и прием сигналов будут осуществляться антеннами А₁ и сегментом орбиты, состоящим из спутников ИСЗ₆-ИС3₃ и т.д.

Использование ИСЗ, движущихся по орбите с малой высотой, упрощает аппаратуру ЗС, так как при этом возможно снижение усиления земных антенн, мощности передатчиков и работа с приемниками, имеющими несколько большую эквивалентную шумовую температуру, чем в случае геостационарных спутников. Однако в этом случае усложняется система управления движением большого числа ИСЗ по орбите.

Низкоорбитальные спутниковые системы связи нашли применение как средства подвижной радиосвязи в дополнение наземных сотовых радиосетей, так и в качестве фиксированной радиосвязи в удаленных и труднодоступных районах.

Рисунок 13.9 - Система связи с несколькими ИСЗ на низкой орбите

Кроме того, они используются:

§ для передачи данных по типу электронной почты;

§ для обмена деловой информацией;

§ для персонального радиовызова;

§ для определения местонахождения и передачи информации о местонахождении подвижных объектов;

§ для экономического, промышленного и научного мониторинга земной поверхности.

Другой вариант использования для ретрансляции сигналов нескольких ИСЗ приведен на рисунке 13.10. В этом случае с одного из группы спутников, движущихся по одной орбите, например ИСЗ₄, сигнал, излучаемый А₁ станции «а», ретранслируется к геостационарному спутнику ИСЗ_г, а затем принимается антенной А станции «б». При выходе ИСЗ₄ из области, лежащей левее линии горизонта , непрерывная связь станции «а» с ИСЗ_г будет осуществляться через антенну А₂ и ИСЗ₅, затем через А₁ и ИСЗ₆ и так далее. На станции «б» в этом случае достаточно будет иметь лишь одну антенну, направленную на ИСЗ_г.

Рисунок 13.10 - Система связи с несколькими ИСЗ.

Дата добавления: 2014-01-07