Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2014

ствовало решения организации по- лезной нагрузки по типу современ- ных спутников HTS (полезная на- грузка спутников построена таким образом, что понятие “транспондер" или “ствол" некорректно). Однако несомненно, что такие работы чрез- вычайно полезны и в техническом, и в научном плане. Не менее грандиозные проекты имеют место и сегодня. В частности, в [7] представлены краткие сведения о формировании рабочей многолуче- вой зоны в Арктическом регионе России с использованием гибридной зеркальной антенны на высоко- эллиптическом спутнике (орбита типа “Молния"). Антенна форми- рует 579 лучей по 0,4 град., распо- ложенных в гексагональной равно- мерной сетке с уровнем пересечения трех смежных лучей 1 дБ. Каждый луч формируется кластером из 16 излучателей, при этом из них до 13 излучателей используются для кла- стера, формирующего смежный луч. Всего в облучающей решетке 440 из- лучателей. Результаты моделирова- ния, представленные в [7], полезны для общего развития теории антен- ных систем, в том числе примени- тельно к задачам реализации антен- ной системы для спутников HTS. Например, для обслуживания Ев- ропы разрабатывается проект, пред- усматривающий создание спутника HTS, антенная система которого будет формировать до 250 лучей, размер рефлектора до 4,25 м (0,2– 0,25 град.) [8]. Предполагается, что многолучевые антенны будут вы- полнены по схеме “один рупор – один луч". Как следует из [9], компания Thales Alenia Space уже приступила к реали- зации многолучевых спутников HTS с пропускной способностью примерно 300 Гбит/с для обслуживания Ев- ропы. Рассматривается возможность создания антенной системы с 104 або- нентскими лучами с шириной диа- граммы направленности в среднем примерно 0,21 град., выполненной с использованием многолучевых антенн с облучателями кластерного типа. Ряд компаний и специалистов (на- пример, University of Surrey, Guild- ford, UK) предполагают, что к 2020 г. можно будет реализовать многолучевой спутник в диапазоне Ka (абонентские лучи) и Q/V (фи- дерные лучи для работы с ЦС), ем- кость которого составит примерно 600–750 Гбит/с (это в 6–7 раз выше, чем современные спутники HTS). При этом полезная нагрузка будет реализована с коммутацией TDMA-кадров на борту. Такой спут- ник потребует космическую плат- форму, обеспечивающую 30 кВт для полезной нагрузки даже при том, что каждый из 110 Вт ЛБВ будет работать одновременно на 2 луча. Следует отметить, что еще в начале 1990-х гг. в РКК “Энергия"с при- влечением практически всех компа- ний ВПК разрабатывался проект УКП (универсальная космическая платформа), который базировался на возможностях запуска на ГСО сверхтяжелого спутника связи с ис- пользованием РН “Энергия" (масса полезной нагрузки, выводимой на ГСО, – до 18 тыс. кг). Масса спут- ника – 13 550 кг. Мощность солнеч- ных батарей – 60 кВт, САС – при- мерно 20 лет, ретрансляторы L/C/Ku/Ka. Одна из задач спут- ника – создать 350 лучей по 0,6 град. для обслуживания всей по- верхности суши Восточного полу- шария, видимой из точки 85Е [10]. Ч исло лучей в рабочей зоне Многолучевая рабочая зона, как правило, формируется на основе гексагональной сетки. В [6] рас- сматривается проект DOMSAT (Япония), где число требуемых лучей многолучевой антенной си- стемы оценивалось исходя из пред- положения, что угол места в зоне луча изменяется незначительно. В этом приближении число лучей определено по формуле: Q =  (180/ π ) 2 · [(S · sin α )/L 2 ] · (1/ θ 0 2 ), (1) где S – общая площадь обслуживае- мой рабочей зоны, км 2 ; L – наклонная дальность луча из центра зоны S, км 2 ; α – угол места, соответствующий центру зоны S, град.; θ 0 – половина ширины ДН луча по заданному (желаемому) уровню, град. В [11] минимально необходимое число лучей в заданной рабочей зоне оценивается на основе иного соотношения: N min = S Ω /(0,866 θ s 2 ), (2) где S Ω – угловая площадь рабочей зоны в спутниковой проекции, град. х град.; θ s = 0,866 θ 0 – угловое расстояние между смежными лучами; θ 0 – угловая ширина ДН-луча по уровню в точке сопряжения трех смежных лучей. Следует особо отметить, что значе- ние S Ω зависит от долготы спутника и существенно определяется широ- тами рабочей зоны (чем севернее, тем меньше угловая площадь). Учитывая проблематичность реали- зации углового разноса смежных лучей θ s = 0,866 θ 0 при использова- нии одной антенны, в [11] рассмат- ривается вариант формирования не- прерывной многолучевой рабочей зоны с использованием трех или че- тырех антенн. В первом случае тре- буемый разнос смежный лучей ан- тенны составляет 1,5 θ 0 (или 1,732 θ s ), во втором случае при- мерно 1,73 θ 0 (или 2 θ s ), то есть за- метно более ширины диаграммы на- правленности луча. Следует отме- тить еще одну особенность при фор- мировании рабочей зоны с исполь- зованием многолучевой антенны. Эта особенность связана с тем, что оптимальным уровнем пересечения лучей при условии минимизации 56 Параметры многолучевого Варианты в проекте DOMSAT спутника Высокая Очень высокая Ультравысокая емкость емкость емкость Пропускная способность спутника, Гбит/c 23 504 7920 Пропускная способность луча, Мбит/c 200 800 1600 Диапазон частот 20/30 20/30 20/30 40/50 Масса спутника, кг 9000 30 000 1 000 000 Мощность солнечных батарей, кВт 12 70 3000 Диаметр антенны, м 6 17,6 36,5 18,8 Число лучей 114 630 4950 4950 Число стволов 228 1260 9900 9900 Мощность передатчика, Вт 8 5 4 60 ЭИИМ, дБВт 67,5 75.0 81,0 92,8 G/T, дБ/K 33,0 42,3 48,9 46,3 П роект DOMSAT [6] Таблица 1