Специальный выпуск. Каталог «Спутниковая связь и вещание 2018»

способна с успехом решать задачи обеспечения связью Арктической зоны и ряд других важных госу- дарственных задач, при этом капи- тальные затраты на создание си- стемы в разы ниже, чем для много- спутниковых систем, а ЭМС с гео- стационарными системами гаранти- рованно обеспечивается без приня- тия каких-либо дополнительных мер. Определенным недостатком си- стем на ВЭО можно считать их не- совместимость с глобальными мно- госпутниковыми системами в одной и той же полосе частот [14]. При большом числе спутников они по- стоянно будут попадать в луч зем- ной станции ВЭО-системы и созда- вать серьезные помехи. Регламент радиосвязи не защищает одну неге- остационарную систему от другой. О рбиты “Тундра” и “Молния” Наиболее известны два варианта ВЭО – орбиты типа “Молния” и типа “Тундра” [15]. Первая орбита – 12-часовая с высотой апогея по- рядка 40 тыс. км и наклонением около 63 град. – широко использо- валась в 60–70-х гг. прошлого века в СССР спутниками связи “Молния- 1”, затем “Молния-3”. Орбита “Тундра” с периодом обращения 24 часа менее изучена, известно о ее использовании американской систе- мой спутникового непосредствен- ного звукового вещания Sirius. Классическая трасса КА на ВЭО имеет вид восьмерки. Изменяя па- раметры орбиты, можно организо- вать такое движение КА, при кото- ром каждый следующий аппарат входит в точку узла этой восьмерки в тот момент, когда предыдущий ее покидает, так что для земных стан- ций обеспечивается непрерывность связи. Рабочим участком орбиты яв- ляется период прохождения малой петли восьмерки. В таблице 1 при- ведены в качестве примера возмож- ные наборы параметров для обоих типов орбит [15], обеспечивающие такой режим работы, а на рис. 1 показаны с о о т в е т с т в у ющ и е трассы движения КА. Для орбиты “Мол- ния” рабочий участок составляет шесть часов, так что четы- рехспутниковая си- стема с разносом орбит по долготе в 90 град. обеспечивает возможность органи- зации круглосуточной связи. При этом каждый спутник проходит за сутки два витка и формирует один рабочий участок в Восточном полу- шарии (этот виток называется ос- новным), в другой – в Западном (сопряженный виток). На орбите “Тундра” спутник проходит рабо- чий участок за восемь часов, по- этому достаточно трех спутников, разнесенных по долготе на 120 град. Важным преимуществом орбиты типа “Тундра” является возмож- ность обеспечения 15-летнего срока активного существования (САС) КА. На орбите типа “Молния” из- за пересечения космическим аппара- том радиационных поясов Земли вблизи перигея не удается добиться САС более 7–10 лет. Орбита “Тундра” выгодна также с точки зрения меньшего числа КА в груп- пировке и меньшей величины допле- ровского смещения. В работах [16, 17] рассмотрены некоторые ва- рианты построения системы связи на орбите “Тундра”. Преимуще- ствами орбиты “Молния” можно считать лучшую освоенность, более высокую энергетику радиолинии (благодаря меньшей высоте апогей- ной области), меньшие энергетиче- ские затраты при выведении КА на орбиту (масса, выводимая однотип- ной ракетой-носителем, на 70% больше, чем на орбиту “Тундра”). Наличие сопряженного витка дает еще одно преимущество, которое может стать решающим при выборе типа орбиты, – возможность значи- тельного расширения зоны покры- тия и практически удвоения про- пускной способности системы связи. Исследуем этот аспект подробнее. Для этого сначала рассмотрим осо- бенности формирования зоны по- крытия с ВЭО. З она покрытия Особенностью движения КА по ВЭО является видимый поворот земной поверхности по отношению к спутнику, вызванный суточным вращением Земли. Более того, и сам спутник должен постоянно пово- рачиваться таким образом, чтобы обеспечивалось наилучшее освеще- ние солнечных батарей (вращение батарей вокруг одной оси, приме- няемое на ГСО, здесь оказывается недостаточным). В результате зона покрытия, сформированная, напри- мер, в точке апогея, будет посто- янно смещаться по поверхности Земли (см. рис. 2), и для ее удер- жания на заданной территории при- шлось бы постоянно разворачивать и перенацеливать бортовые ан- тенны, что конструктивно трудно- выполнимо. На практике исполь- зуют два решения – антенны с кру- говой диаграммой направленности (ДН), нацеливаемые в ту же точку, куда нацеливается ось Z спутника, либо многолучевые антенны. В по- следнем случае поддержание зоны покрытия достигается постоянным независимым перенацеливанием парциальных лучей или переключе- нием сигналов из луча в луч по мере разворота КА относительно земной поверхности. Данная особенность в значительной степени определяет и выбор диапа- зона частот для организации связи. В Арктической зоне более уместным было бы использование С-диапа- зона, менее чувствительного к нали- панию снега и льда на рабочей по- верхности зеркала и к неточности наведения антенн земных станций. Однако сформировать достаточно узкие лучи для построения много- лучевой системы при ограниченных размерах бортовых антенн не уда- ется. А применение круговой ДН, охватывающей всю российскую тер- риторию, включая Арктическую зону, приводит к чрезвычайно низ- кой энергетике радиолинии, сравни- мой с энергетикой глобальной зоны обслуживания – ЭИИМ не более 36 дБВт и добротность минус 9 дБ/К. Переход в Ku-диапазон позволяет решить данную проблему. На рис. 3 красным цветом показан пример по- строения зоны покрытия террито- рии РФ в виде 12 лучей с угловым размером 2,75 x 2,75 град. (точка входа/выхода на рабочем участке). При движении спутника на рабочем участке орбиты направление лучей должно изменяться, поэтому кон- струкция КА должна предусматри- вать подстройку направления из- лучения бортовых антенн (измене- нием положения зеркала или облу- 68 Параметр Орбита “Молния” Орбита “Тундра” Большая полуось 26 252 км 42 157,5 км Эксцентриситет 0,722 0,27 Наклонение орбиты 63,4 град. 63,4 град. Высота апогея ≈ 39 400 км ≈ 47 200 км Высота перигея ≈ 1000 км ≈ 24 400 км Аргумент перигея 270 град. 270 град. О сновные параметры типовых орбит “Молния” и “Тундра” Таблица 1