37

Тема 4 моделирование в космической отрасли

История космических полетов насчитывает немногим более трех десятилетий. Начало освоения космоса положил запуск первого искусственного спутника Земли, который состоялся в СССР 4 октября 1957 года. С этого момента наука и хозяйственная деятельность человека получили колоссальное космическое подспорье, которое на протяжении пяти десятилетий непрерывно развивалось и совершенствовалось. К настоящему времени в развитии космической техники обозначились следующие направления:

• спутниковые системы связи;

• спутниковые системы навигации («GPS», «ГЛОНАСС»);

• спутники-исследователи Земли из космоса (ДЗЗ);

• спутники-исследователи космического пространства с орбит Земли («Астрон», «Спектор»);

• спутники-лаборатории для проведения в условиях космоса уникальных экспериментов, а также для производства редких материалов и медицинских препаратов;

• пилотируемые космические станции универсального назначения (МКС);

• космические аппараты для исследования небесных тел солнечной системы и Солнца (серия «Луна», серия «Венера», серия «Марс» серия «Фобос» и др.);

• многоразовые транспортные космические системы типа «Shuttle» и «Буран»;

• космическая техника специального назначения.

Спутниковые системы связи

СПУТНИК СВЯЗИ, космический летательный аппарат на околоземной орбите, который принимает радиосигналы электросвязи от наземных радиостанций, усиливает их и передает обратно. Такие искусственные спутники Земли служат ретрансляторами сигналов телевизионного вещания, телефонной связи и цифровой информации для систем электросвязи глобального географического масштаба.

Орбиты спутниковых ретрансляторов.

Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:

• экваториальные,

• наклонные,

• полярные.

Орбиты: 1 — экваториальная, 2 — наклонная, 3 — полярная

Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита, на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли. Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно.

Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области.

Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи.

Полярная орбита — предельный случай наклонной (с наклонением 90º).

При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. Станции, работающие со спутниками, находящимися на геостационарной орбите, как правило, также оборудуются такими системами, чтобы компенсировать отклонение от идеальной геостационарной орбиты. Исключение составляют небольшие антенны, используемые для приема спутникового телевидения: их диаграмма направленности достаточно широкая, поэтому они не чувствуют колебаний спутника возле идеальной точки.

Связной спутник может быть выведен на низкую околоземную орбиту, на околоземную орбиту промежуточной высоты или на геостационарную орбиту, высота которых над поверхностью Земли составляет (в порядке перечисления) около 1000, 10 000 и 36 000 км. Орбита первого типа проходит ниже двух радиационных поясов Земли, второго типа – между ними, а третьего – выше их.

На геостационарной орбите спутник совершает один оборот вокруг Земли ровно за сутки. Поскольку за это время Земля совершает тоже один оборот вокруг своей оси, спутник кажется неподвижным на экваторе. Главное преимущество геостационарной орбиты в том, что антеннам наземных радиостанций не требуется отслеживать спутники, движущиеся по небосводу; нужно лишь наводить антенну всегда в одну точку на протяжении срока службы спутника. Крупным же ее недостатком является задержка примерно на четверть секунды между передачей радиосигнала одной наземной радиостанции и приемом – другой, возникающая из-за больших расстояний, которые должен проходить сигнал.

Главное преимущество околоземной орбиты меньшей высоты в том, что для вывода на нее требуется менее мощный носитель. Поскольку расстояние от наземной радиостанции до спутника меньше, оборудование спутника может быть менее мощным. Однако спутники на таких орбитах движутся относительно наземных радиостанций, поэтому для обеспечения непрерывности охвата необходимы следящие антенны и нельзя обойтись одним-единственным спутником.