Молчанов (ответы) / 28. ССС геостационарные, низкие и средневысотные орбиты - принципы построения и их параметры

28. ССС: геостационарные, низкие и средневысотные орбиты - принципы построения и их параметры.

В зависимости от вида предоставляемых услуг ССС можно разделить на три

основных класса: речевой (радиотелефонной) связи, пакетной передачи данных

ППД; определения местоположения (координат) потребителей.

В системах спутниковой связи (ССС) основными показателями, определяющим размеры зоны обслуживания, качество и энергетику радиолиний, являются тип орбиты и ее характеристики.

Таблица 1. Системы, использующие КА на GEO-, MEO- и LEO-орбитах
Показатель	Геостац	средне	низкие
Высота орбиты, км	36 000	5000-15 000	500-2000
Количество КА в ОГ	3	8-12	48-66
Зона покрытия одного КА (угол радиовидимости 50), % от поверхности Земли	34	25-28	3-7
Время пребывания КА в зоне радиовидимости (в сутки)	24 ч	1,5-2 ч	10-15 мин
Задержка при передаче речи, мс
Региональная связь	500	100	50
Глобальная связь	600	300	200
Время переключения, мин
с одного спутника на другой	Не требуется	50	10

Геостационарная

Большинство существующих ССС используют наиболее выгодную для размещения спутников геостационарную орбиту, основными достоинствами которой являются возможность непрерывной круглосуточной связи в глобальной зоне обслуживания и практически полное отсутствие сдвига частоты, обусловленного доплеровским эффектом.

Геостационарные спутники, располагаясь на высоте примерно 36 тыс. км и двигаясь со скоростью вращения Земли, как бы "зависают" над определенной точкой земной поверхности, которая располагается на экваторе (так называемой подспутниковой точкой). В действительности положение геостационарного КА на орбите не является неизменным: он испытывает незначительный "дрейф" под воздействием ряда факторов, вызывающих деградацию орбиты.

Однако такие системы имеют ряд недостатков, главный из которых — задержка сигнала. Спутники на геостационарных орбитах оптимальны для систем радио- и телевизионного вещания, где задержки в 250 мс (в каждом направлении) не сказываются на качественных характеристиках сигналов. Системы радиотелефонной связи более чувствительны к задержкам, а поскольку суммарная задержка в системах данного класса составляет около 600 мс (с учетом времени обработки и коммутации в наземных сетях), даже современная техника эхоподавления не всегда позволяет обеспечить связь высокого качества.

К среднеорбитальным спутникам связи МЕО (Mean Earth Orbit) относятся КА с высотой орбиты 5—15 тыс. км. В среднеорбитальной группировке может находиться до 12 спутников, масса которых составляет до 1000кг.

При таких орбитах время видимости одного спутника-ретранслятора доходит до нескольких часов, что позволяет уменьшить количество спутников АО 10— 12 и, кроме того, увеличить углы, под которыми их «наблюдают» абонентские терминалы.

К факторам, способствующим развитию среднеорбитальной спутниковой системы, можно отнести то, что группировка КА находится между двумя разновысотными радиационными поясами естественного происхождения, что позволяет обеспечить большой срок эксплуатации (до 10 лет). Это очень важно, поскольку вывод спутника на сред не высотную орбиту значительно дороже, чем на низкую. В зависимости от высоты расположения группировки КА задержка распространения сигнала колеблется от 40 до 140 мс, но остается при этом незаметной для восприятия речи на слух. Для обеспечения надежной связи в большинстве регионов Земли достаточно сравнительно малого количества спутников — 9 (при увеличении их числа до 12 обеспечивается глобальное обслуживание).

Спутники на низких орбитах обладают значительными преимуществами перед другими КА по энергетическим характеристикам, но проигрывают им в продолжительности сеансов связи и времени активного существования КА. Если период обращения спутника составляет 100 мин, то в среднем 30% времени он находится на теневой стороне Земли. Аккумуляторные бортовые батареи испытывают приблизительно 5 тыс. циклов зарядки/разрядки в год, вследствие чего срок их службы, как правило, не превышает 5—8 лет.

Низкоорбитальные

Выбор диапазона высот от 700 до 2 тыс. км для низкоорбитальных систем неслучаен.

С одной стороны, на орбитах высотой менее 700 км плотность атмосферы относительно высока, что вызывает колебания эксцентриситета и деградацию орбиты (постепенное снижение высоты апогея). Кроме того, уменьшение высоты орбиты приводит к увеличению числа штатных маневров для сохранения заданной орбиты, а следовательно, к повышению расхода топлива.

С другой стороны, на орбитах выше 1,5 тыс. км, длительная работа электронной бортовой аппаратуры практически невозможна, если не использовать специальных методов защиты от радиационного излучения. Применение же этих методов ведет к существенному усложнению бортовой аппаратуры и увеличению массы КА.

Однако чем меньше высота орбиты, тем меньше мгновенная зона обслуживания, а следовательно, для глобального охвата требуется значительно большее количество спутников. Если низкоорбитальная система должна обеспечить глобальную связь с непрерывным обслуживанием, то необходимо, чтобы в орбитальную группировку входило не менее 48 КА. Период обращения спутника на этих орбитах составляет от 90 мин до 2 ч, а максимальное время пребывания КА в зоне радиовидимости не превышает 10—15 мин

В состав любого связного КА входят следующие элементы: центральный процессор; радиоэлектронное оборудование; антенные системы; система ориентации и стабилизации; двигательная установка; система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи). Наземный сегмент состоит из центра управления системой ЦУС, центра запуска КА, центра управления связью и шлюзовых станций ШС. ЦУС осуществляет слежение за КА, расчет их координат, сверку и коррекцию времени, диагностику работоспособности бортовой аппаратуры, передачу служебной (командной) информации и т.д. Данныефункции управления выполняются на основе телеметрической информации, поступающей от каждого КА орбитальной группировки.