18. Эволюция гсо и необходимость коррекции. «Время жизни» исз. Влияние эксцентриситета.

Мы рассмотрим, как изменяются параметры реальной орибиты ИСЗ под

воздействием определённых факторов.

В реальности форма Земли - геоид, полярный радиус которого RП = 6356,8 км, а экваториальный - RЭ = 6378,2 км, т.е. экваториальный радиус больше полярного на 21,4 км. Земля имеет экваториальный "горб", который своей массой оказывает влияние на движение ИСЗ. Влияние это не такое уж явное - масса "горба" не вызывает изменения наклонения "i" орбиты за счёт притягивания плоскости орбиты к плоскости экватора, как можно было бы ожидать - плоскость орбиты медленно поворачивается вокруг земной оси в направлении, противоположном вращению ИСЗ. Этот процесс называется прецессией. Угол прецессии плоскости орбиты ИСЗ остаётся неизменным. Угловая скорость прецессии "X1" (градусов в сутки) определяется, в основном, наклонением орбиты. Теперь посмотрим, к каким изменениям условий наблюдения спутника приводит прецессия. Как известно, Земля делает полный оборот за 23ч56м4,09с (звёздные сутки) - за 24ч (средне-солнечные сутки) небо нам кажется повернувшимся на 361° (т.к. звёздные сутки короче средне-солнечных на 4 минуты - за это время небо повернётся на 1°). Если бы плоскость орбиты ИСЗ не прецессировала, то через 24ч он появлялся бы на небе на 1° западнее, чем накануне (если движение ИСЗ прямое). Но за счёт прецессии орбита поворачивается на Х1 градусов за сутки, поэтому ИСЗ через 24ч окажется на Х1 + 1 градус западнее (при обратном движении - на 1 - Х1 градус к западу). Период обращения спутника не кратен целой части суток. Если через сутки спутник будет пересекать ту же широту Земли на n минут позже, он окажется ещё на n/4 градусов западнее, т.к. за 1 минуту Земля поворачивается на 1/4 минуты. Следовательно, суммарный суточный сдвиг к западу составит (Х1 + 1 + n/4) градусов.

Оценить время жизни спутника можно из выражения:

tlife = (3/4)(e0T0/?T) (1)

где e0 - начальный эксцентриситет орбиты, T0 - начальный период обращения, ?T - суточное изменение периода. Тогда измение периода будет определятся выражением:

T(t) = T0[1-3/2•e0(1-v(1-t/tlife))] (2)

а изменение эксцентриситета:

e(t) = e0•v(1-t/tlife) (3)

e = (va2-b2)/a – эксцентриситет эллипса

а – большая полуось, b – малая полуось

Формулы (2) и (3) справедливы для значений e = 0,02-0,2. На атмосферное торможение сильно влияет время суток (в подсолнечной точке атмосфера подымается выше), а также активность Солнца.

Время жизни спутника определяется его эксцентриситетом и большой полуосью. В таблице ниже представлены времена жизни ИСЗ для разных значений перигея и апогея

Время существования ИСЗ массой 100 кг и диаметром 1 метр, сутки

Высота перигея, км

500 700 1000 1300 1600 - Высота апогея, км

200 9 18 37 58 82

230 25 52 102 165 237

260 53 116 238 370 535

300 114 260 545 890 1280

400 410 1120 2630 4450 6600

20. Типы спутников-ретрансляторов. Сравнительные характеристики спутников Инмарсат. ИСЗ третьего и четвёртого поколения.

В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы (примеры — спутники «Эхо» и «Эхо-2»), которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто — металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованны электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными. Нерегенеративный спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Спутник может использовать несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами).

Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостаток этого метода — сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.

Инмарсат обеспечивает глобальный коммуникационный сервис через свои спутники третьего поколения. Эти спутники носят название Инмарсат-3 (Inmarsat I3). Ключевое преимущество спутников Инмарсат-3 над их предшественниками - их способность генерировать множество точечных лучей, также как и возможность генерации широкополосных лучей. Точечные лучи позволяют одновременно покрыть и обеспечить связью большие районы с высокой плотностью абонетской базы и одновременно обеспечить стандартный сервис для простых терминалов.

10 марта 2005 г. на геостационарную орбиту был запущен новый спутник Инмарсат, спутник четвертого поколения (Inmarsat I4 F1). Инмарсат-4 - один из самых больших и самый мощный коммерческий спутник, который будет обеспечивать работу станций спутниковой связи с беспрецедентно высокими скоростями. Спутники четвертого поколения Инмарсат-4 (Inmarsat I4) являются самыми большими, когда либо запущенными коммерческими спутниками. Они в 16 раз превышают емкость и мощность спутников третьего поколения Инмарсат-3 (Inmarsat I3). Размах солнечной батареи - 45 метров.

21. Краткая характеристика спутникового тракта на ЛБВ.

Тракт обработки сигналов в режиме FEC.

Сигнал, принятый антенной космической станции, поступает на входное устройство (1), в качестве которого на ИСЗ применяют усилители на малошумящих лампах бегущей волны (ЛБВ) или транзисторах. В смесителе (2) с помощью гетеродина осуществляется преобразование принятого сигнала в сигнал промежуточной частоты, который усиливается в устройстве (3) (рис. 4.7).

На бортовом ретрансляторе космической станции могут использоваться устройства разделения, коммутации, объединения сигналов (4), цель которых — подавать сигналы, адресованные тем или иным земным станциям, на передающие антенны с соответствующей зоной обслуживания. Коммутация сигналов может осуществляться в пределах как одного ствола, так и нескольких стволов.

Стволом ретранслятора или земной станции спутниковой связи называют приемопередающий тракт, в котором радиосигнал (радиосигналы) проходит через общие усилительные элементы (общий выходной каскад передатчика) в некоторой

выделенной стволу общей полосе частот.

Приемный блок - это самостоятельно работающая часть спутникового приемника (Frontend, QPSK Receiver), преобразующая пришедший от "тарелки", по сути аналоговый сигнал (манипуляция QPSK) в 8-битный параллельный "сырой" цифровой поток (Transport Stream, Multiplex) для дальнейшей обработки. Можно назвать его полумодемом... Здесь же производится FEC (Forward Error Correction) - обработка избыточной информации, предназначенной для надежного исправления неизбежных в спутниковом тракте ошибок. (Кстати, чем ее больше, тем помехозащищеннее канал.