Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2012

80 таких прогнозов принимается реше- ние о замещении аппаратов новыми спутниками или перемещении их из одной позиции геостационарной ор- биты в другую, например, в пози- цию с менее напряженным трафи- ком. Такие масштабные перемещения спутников возможны только благо- даря соблюдению правила идентич- ности и преемственности частотного плана работы стволов для спутни- ков старых и новых серий. В системе Inmarsat принят не- сколько иной подход. Здесь пред- усмотрено использование действую- щих спутников в соседних позициях даже без перевода в штатные рабо- чие позиции. Это обеспечивается за счет специфики системы подвижной спутниковой службы – все назем- ные абоненты имеют антенны с ши- рокой диаграммой направленности, а береговые станции оснащены ав- томатическими системами наведе- ния. Соответственно переход на спутник, расположенный в другой (но близкой) позиции, практически не ощутим для множества наземных абонентов. Резервирование спутников, обес- печивающих вещание, осуществ- ляется за счет их кластерного рас- положения в выделенной точке гео- стационарной орбиты. Например, организация SES создала мощный кластер спутников серии Astra в по- зиции 19,2 град. в.д. Причем спут- ники имеют избыточный частотный ресурс, частично перекрывающий по полосе частот друг друга с целью взаимного резервирования. Анало- гичный по идее кластер спутников создан и организацией Eutelsat. На- пример, в позиции 13 град. в.д. рас- положено пять спутников серии Hot Bird. Создание кластера спутников приводит к тому, что в случае от- каза ствола или даже спутника ра- бота системы вещания не прерыва- ется. О ценка надежности и восполнения космического сегмента РСС-ВСД Основным параметром, определяю- щим срок службы аппаратуры, яв- ляется интенсивность отказов λ , ко- торая в общем случае зависит от временного фактора λ (t). Типичная временная зависимость частоты от- казов приведена на рис. 1, которую часто определяют как кривую Вей- булла. В период времени 1 происходит вы- явление подавляющего большинства отказов, связанных с производ- ственными и конструктивными не- доработками в аппаратуре. Этот пе- риод связан с наземной отработкой и испытаниями бортовой аппара- туры. Период времени 2 определяет основной период штатной работы спутника связи, а временной период 3 определяет работу спутника за пределами его срока службы. Численно интенсивность отказов λ определяется частотой отказов за интервал времени (часов). На этапе штатной эксплуатации принимается экспоненциальное распределение ве- роятности безотказной работы. Соответственно вероятность безот- казной работы R(t) на временном интервале от 0 до t определяется ин- тенсивностью отказов: R(t) = exp [- ∫ o t λ (u) du]. (1) Если частота отказов постоянна: R(t) = exp(- λ t). (2) Величина временного интервала T – это время наработки на отказ (время работы до появления пер- вого отказа), который связан с ве- роятностью безотказной работы: T= ∫ o ∞ R(t) dt = ∫ o ∞ t f(t) dt. (3) Если λ постоянна во времени (рис. 1, область 2), то имеет место про- стое соотношение: T= 1/ λ . (4) При этом функция плотности веро- ятности отказа: f(t) = λ exp(- λ t). (5) Максимальный срок службы спут- ника связи можно определить вре- менным интервалом U, который определяют как расчетный срок ак- тивного существования – расчетный САС. В пределах расчетного САС обеспечивается поддержание его стабилизации на орбите. По истече- нии времени U (лет) запас топлива на борту спутника равен нулю, и ве- роятность его работы (использова- ния по целевому назначению) также сводится к нулю. Соответственно всегда T<U. Эта ситуация иллю- стрируется рис. 2, на котором от- счет времени t = 0 соответствует на- чалу штатной эксплуатации. Сред- нее время безотказной службы спут- ника определим как средний или га- рантированный САС, который может быть представлен в виде: τ = ∫ o u t λ exp(- λ t) dt + + exp(-U/T) ∫ o ∞ t δ (t-U) dt. (6) Откуда следует простое соотноше- ние для оценки среднего САС спут- ника (mean mission duration – MMD): τ = T [1-exp(-U/T)]. (7) Отношение τ /T следует интерпре- тировать как вероятность отказа спутника в период максимального срока службы спутника U, то есть в период САС. Значение τ зависит от величины T, которая, в свою оче- редь, зависит от λ . На рис. 3 пред- ставлена расчетная зависимость τ при принятом значении U. Вычислив среднее время ( τ ) безот- казной работы спутника связи, можно определить число спутников S = L/ τ , которые должны нахо- диться на орбите в заданный период L (лет) поддержания работоспособ- ности спутниковой сети. Поскольку успешный запуск спутника имеет конечную вероятность p (например, для РН “Протон" в различных мо- дификациях – выше 0,96), то в ре- зультате можно записать следующее соотношение для оценки необходи- мого числа спутников n = S/p: n = L/ {pT [1-exp(-U/T)]}. (8) Применительно к системам массо- вого спутникового обслуживания анализ полученных данных показы- вает, что при расчетном САС (de- sign lifetime) спутника 15–20 лет, равным принятому сроку работоспо- собности сети L, следует предусмат- ривать запуск дополнительного (второго) спутника примерно через 9–11 лет после начала штатной экс- плуатации первого спутника. Этот результат следует учитывать при определении экономической эффек- тивности (в частности, сроков оку- паемости) и стратегии наращивания пропускной способности спутнико- вой системы массового обслужива- ния. Ярким примером в области массо- вых спутниковых систем типа VSAT является запуск спутника ViaSat-1 для наращивания емкости действую- щей сети Wildblue на территории США и Канады. l Я рким примером в области массовых спутниковых систем типа VSAT является запуск спутника ViaSat-1 для наращивания емкости действующей сети Wildblue на территории США и Канады.