Стабилизация положения спутника на геостационарной орбите

После того как спутник выведен на орбиту, его положение долж­но быть определено и строго фиксировано. Для этого необходимо стабилизировать положение спутника относительно плоскости гео­стационарной орбиты и удерживать спутник постоянно на плановой позиции в точке стояния для точной и жесткой ориентации излу­чения антенн в нужном направлении на земную поверхность. Но положение спутника на геостационарной орбите только условно считается постоянным. На самом деле, даже на протяжении суток, под воздействием переменного влияния гравитационных сил Луны, Земли и Солнца оно изменяется непредсказуемым образом. Спут­ник совершает сложные гармонические суточные и годовые коле­бания, которые с Земли наблюдаются в виде восьмерки, изменяю­щейся относительно плоскости геостационарной орбиты. Следова­тельно, без стабилизации положения спутника и его антенн ретрансляцию телепередач на отведенную территорию на Земле обеспечить невозможно. Стабилизация положения в сущности оз­начает сохранение постоянного направления оси корпуса спутника относительно плоскости геостационарной орбиты. Если эта про­блема решена, то обеспечить постоянную направленность антенн уже проще. Существуют два основных способа стабилизации спут­ника на геостационарной орбите:

• стабилизация вращением. Обычно для стационарных спутни­ков ось вращения (стабилизации) выбирается параллельной оси Земли;

• стабилизация по трем осям (непосредственная стабилиза­ция) осуществляется при управлении угловым положением спутни­ка относительно каждой из трех осей координат.

Стабилизация вращением является простейшим видом стаби­лизации (метод вращающегося "волчка" на столе). Она осуществ­ляется за счет вращения спутника или его части с частотой 80... 100 об/мин вокруг оси, параллельной оси вращения Земли. При враще­нии появляется гироскопическая жесткость и создается угловой момент в фиксированном направлении. При отклонении его от за­данной величины включаются собственные реактивные двигатели спутника, которые устраняют это отклонение. На рис. 1.5 показана типовая конструкция спутника двойного вращения, в котором ис­пользуется вращающийся цилиндр и противовращательная плат­форма (т.е. направление вращения платформы постоянно проти­воположно направлению вращения цилиндра). За счет этого плат форма, на которой устанавливаются неповоротные направленные на Землю антенны, имеет почти нулевую угловую скорость. Антен­ны соединены с приемопередающим блоком волноводными вра­щающимися сочленениями.

Стабилизация по трем осям координат (по оси рыскания, оси крена, оси тангажа) или непосредственная стабилизация - это дру­гой способ стабилизации. Непосредственная стабилизация осуще­ствляется при управлении угловым положением спутника относи­тельно каждой из осей координат. Такое управление выполняется либо в результате непосредственного изменения угловых переме­щений и приложения моментов силы относительно каждой из его трех осей, либо за счет применения устройств с инерционным мо­ментом, например, маховика, который действует одновременно как гироскоп, стабилизатор вращения и двигатель. Такая система ис­пользована в американских спутниках "Интелсат V" и "Интелсат 5V". На них быстроходный вращающийся маховик удерживает на­правленные на Солнце панели солнечных батарей, обеспечивая гироскопическую жесткость спутника по одной, двум или трем осям. Для поддержания постоянной ориентации спутника эти устройства снабжаются чувствительными элементами и датчиками. На рис. 1.6 показана типовая конструкция спутника с непосредственной стаби­лизацией.

Кроме этого, для удержания спутника на заданной позиции в точке стояния применяют специальный сигнал пилот-луч.

Сформированный на земной передающей станции и направляе­мый постоянно под фиксированным углом в сторону спутника этот сигнал принимается и обрабатывается на его борту, в результате

Рис. 1.5. Типовая конструкция спутника со стабилизацией вращением: 1 - вращающийся цилиндр; 2 - распреде­ление электроэнергии платформа

Рис. 1.6.Типовая конструкция спутника со стабилизацией по трем осям (непосредственная стабилизация)

чего определяется величина отклонения спутника от его орбитальной позиции. Затем, в случае превышения спутником допустимого откло­нения, включаются его собственные двигатели, которые устраняют отклонение, что позволяет в 2...3 раза улучшить суммарную точность наведения антенн спутника на заданную территорию Земли.

Согласно плана ВАКР нестабильность положения спутника на геостационарной орбите в направлении север-юг и восток-запад не должна превышать 0,1°.

У современных спутников-ретрансляторов максимальная ошибка системы ориентации и стабилизации положения спутника не превы­шает: по оси крена 0,1°; по оси тангажа 0,15°; по оси рыскания 0,2°.

Энергоснабжение спутника на орбите

Энергоснабжение спутника - это очень сложная и разносторонняя проблема, так как нужно удовлетворять весьма противоречивые тре­бования. Это ограничение массы и размеров источников энергии, обеспечение устойчивости к механическим нагрузкам во время за­пуска, устойчивости к температурным воздействиям на орбите, обес­печение длительного срока службы и, следовательно, высокой на­дежности. Кроме этих жестких требований, система энергоснабже­ния, естественно, должна выполнять свои основные функции:

□ выработку электроэнергии;

□ накопление и хранение полученной энергии;

□ регулировки в системе энергоснабжения и общее распреде­ление электроэнергии

В спутниках связи в системе энергоснабжения, как правило, используются следующие узлы:

первичный источник энергии - это система солнечных элементов - солнечные батареи;

□ вторичный источник энергии - аккумуляторные батареи, накапливающие и отдающие затем электроэнергию в период нахождения спутника в тени Земли;

□ регуляторы и преобразователи, обеспечивающие необходимые величины напряжений и их стабильность для работы электронных устройств спутника;

□ электронные устройства для системы дистанционного контроля и дистанционного управления.