Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2016

связанные с созданием многоспут- никовых систем связи на низких ор- битах в 2000-х гг. [2], ими деклари- руются миллиардные инвестиции и производительность КА до десятка и более Гбит/с, а систем – в тысячи Гбит/c [1]. Грандиозные задачи по созданию спутниковых систем связи на основе негеостационарных КА ставит и Роскосмос в проектах “Енисей" и “Экспресс-РВ", которые могут стать видными национальными про- ектами, обслуживающими как арк- тический регион [67–70], так и всю территорию страны. Сегодня использование негеоста- ционарных орбит при построе- нии систем связи ограничено не- сколькими системами. Однако число КА различного назначения (в основном не связных), выве- денных на негеостационарные орбиты, исчисляется тысячами (см. рис. 1). Появление новой генерации коммер- ческих проектов на основе негеоста- ционарных КА связи обусловлено очевидными недостатками геоста- ционарной орбиты (ГСО): 1. Рабочая зона геостационарных КА ограничена широтами примерно 70–75 град. Очевидно, что это бо- лезненно для стран северного полу- шария, в частности для России, на всей территории которой углы места КА на ГСО невелики. 2. Геостационарная орбита перегру- жена космическими аппаратами (ре- альными и “бумажными") во всем спектре радиочастот, включая Ka- диапазон. Осуществить координа- цию новых спутниковых сетей – большая проблема. 3. Использование КА на геостацио- нарной орбите приводит к суще- ственной задержке сигналов, кото- рая находится на границе допусти- мых требований, предъявляемых к наземным линиям связи, имеющим спутниковые участки [66]. В пер- спективных сетях 4G/5G такая за- держка не допускается. Считается, что эффективное реше- ние указанных выше проблем со- пряжено с использованием неге- остационарных орбит для размеще- ния КА связи, создаваемых на ос- нове высокопроизводительных и энергетически обеспеченных косми- ческих платформ. Использование низколетящих КА является един- ственным способом снижения за- паздывания сигналов при распро- странении в космических радиоли- ниях. Однако техническая реализа- ция таких проектов сопряжена с многочисленными проблемами. Анализ проблем и поиск решения начинаются на этапе проектирова- ния системы. Требуется глубокий комплексный анализ, основанный на многих факторах, в том числе связанных с развертыванием орби- тальной группировки (ОГ), поддер- жанием ее в работоспособном со- стоянии и последующим захороне- нием КА. Даже само разнообразие негеостационарных орбит является проблемой при принятии решений. А достоинства, кажущиеся на пер- вый взгляд очевидными, могут по- влечь за собой серьезные препят- ствия при практической реализации новой системы. Рассмотрим основ- ные ограничения, которые необхо- димо учитывать при выборе того либо иного типа орбит. О граничения, влияющие на выбор орбит Основные факторы, влияющие на выбор тех или иных орбит на на- чальном этапе проектирования си- стемы, связаны как с действием воз- мущающих сил (атмосфера, ано- мальное гравитационное поле Земли и др.), так и с влиянием радиацион- ных поясов Земли. Рассмотрим эти факторы более подробно. Р акеты-носители и космодромы Этап развертывания КА ОГ начи- нается с запуска одного или группы КА в составе ракеты-носи- теля (РН) на опорную орбиту. Под опорной орбитой понимают круго- вую орбиту с заданным наклоне- нием и высотой 180–200 км. Даль- нейшее довыведение КА на рабо- чую орбиту производится двига- тельной установкой космической платформы или разгонным блоком. Основными параметрами, опреде- ляющими выбор РН, является масса полезного груза, выводимая на опорную орбиту, и итоговое на- клонение орбиты. Значение наклонения опорной ор- биты i связано с широтой старта φ и азимутом запуска α простым соот- ношением: cos(i)=cos( φ )sin( α ). Последующая коррекция наклоне- ния орбиты является одним из самых энергоемких маневров. Для реализации низкоорбитальных ОГ расположение космодрома и азимут запуска желательно выбирать так, чтобы сразу обеспечить групповой вывод КА на орбиту с заданным на- клонением, после чего потребуется только подъем высоты и разведение КА в рабочие позиции. Разрешенные диапазоны азимута за- пусков определяются с учетом фак- тически имеющихся зон падения сту- пеней РН для каждого космодрома. Например, для космодрома Куру диапазон азимутов пуска составляет 10,5–93,5 град, для космодрома Пле- сецк – 62,8–83 град. [5, 12]. Большинство коммерческих компа- ний – провайдеров пусковых услуг открыто предоставляют описание по применению конкретного типа РН. В них приводятся типовые значения азимутов запуска, реализуемые на- клонения орбит, масса полезного груза, выводимого на опорную ор- биту, геометрические параметры об- текателя, а также указывается кос- 73 2016 СПУТНИКОВАЯ СВЯЗЬ И ВЕЩАНИЕ С итуация в околоземном пространстве на высоте до 10 тыс. км Рис. 1