Самый серийный современный спутник ДЗЗ. Спутники современные

Спутники. Какие они бывают? | MagMen's

23 апреля 1965 года был выведен на орбиту первый советский спутник связи Молния-1. Справедливости ради отметим, что СССР вообще стал первой державой, запустившей искусственный спутник Земли (ИСЗ). Это произошло в далеком 1957 году, а аппарат назывался Спутник-1. Сегодня мы поговорим о том, какие бывают спутники и для чего они нужны.

Цели и задачи

Все искусственные спутники объединяет то, что они вращаются вокруг планеты по эллиптической траектории. ИСЗ двигаются со скоростью от 7,9 км/с (т.н. «первая космическая скорость», которая нужна для вывода аппарата на орбиту).

Высота полета спутников бывает разной. Выше всех находятся спутники навигации и связи – они летают на высотах до 36000 км. Метеорологические спутники держатся на удалении примерно 1450 км, а вот разведывательные аппараты летают относительно близко к Земле – от 200 до 1000 км. Некоторые спутники мы можем видеть невооруженным глазом.

Существует великое множество спутников и перечислять их не имеет смысла. Заметим лишь, что ИСЗ делятся на несколько основных типов. Спутники связи (к коим принадлежит уже упомянутый Молния-1) используются для ретрансляции сигнала с одной точки Земли в другую. Для наблюдения за климатом и погодой используют метеорологические спутники (также для наблюдения за поверхностью существуют специальные аппараты дистанционного зондирования).

Исследование других миров лежит на плечах астрономических спутников, а навигационные спутники являются частью системы навигации, например, GPS. К числу самых распространенных типов ИСЗ относят и разведывательные аппараты. Их еще называют спутниками-шпионами.

Прошлое и настоящее

Первое поколение разведывательных ИСЗ было относительно примитивным. Спутники-шпионы фотографировали местность, а потом отсылали фотопленку на Землю в специальном контейнере. Разумеется, в наш век развития информационных технологий такой необходимости нет.

Шагнули вперед и способы доставки таких аппаратов на орбиту. Раньше для запуска спутника был необходим отдельный ракета-носитель. Впоследствии ИСЗ стали выводить на орбиту с помощью орбитальных станций или космических кораблей (например, американского Спейс шаттла). Сейчас с помощью одного ракета-носителя можно запустить сразу несколько спутников и это заметно удешевляет их применение.

По состоянию на 2010 год самое большое число спутников было у России – 1454 космических аппарата. Второе место занимали США с 1113 спутниками. А вот у Китая на тот момент было лишь 140 ИСЗ. По некоторым данным, сейчас на орбите вращается около 2 тыс. советских спутников, отработавших свой срок.

Также читайте:

magmens.com

СОВРЕМЕННЫЕ СПУТНИКИ. Спутник Комстар

Для навигации включите Ява скрипты

Кратко:

Геостационарная или геосинхронная орбита Кларка

Впервые идея создания спутников связи зародилась вскоре после второй мировой войны, когда А. Кларк в номере журнала «Мир радио» (Wireless World) за октябрь 1945 г. подробно представил свою концепцию ретрансляционной станции связи, расположенной на высоте 35 880 км над поверхностью Земли.

Такая орбита называется геосинхронной, геостационарной, или орбитой Кларка. Чем больше высота орбиты спутника, тем больше длительность одного витка вокруг Земли. При движении по круговой орбите высотой 35 880 км один виток совершается за 24 ч, т. е. за период суточного вращения Земли. Спутник, движущийся по такой орбите, будет постоянно находиться над определенной точкой поверхности Земли (хотя потребуются регулярные коррекции орбиты для компенсации влияния гравитационного поля Луны).

Кларк считал такую орбиту идеальной для глобальной ретрансляционной связи. Три спутника, находящиеся на геостационарной орбите в плоскости экватора, обеспечивают радиовидимость большей части поверхности Земли (за исключением приполярных областей). При этом исключается влияние ионосферы на радиосвязь. Идея Кларка не была сразу воплощена в жизнь, поскольку в то время не существовало средств доставки спутника даже на низкую околоземную орбиту, не говоря уже о стационарной.

А. Кларк представил свои первоначальные предложения по геостационарному спутнику Совету Британского межпланетного общества в виде меморандума. Этот документ, датированный 25 мая 1945 г., в настоящее время находится в архиве Смитсонского института в Вашингтоне.

Геостационарная или геосинхронная орбита

Спутник на геостационарной орбите имеет период обращения, равный суточному периоду вращения Земли, и находится в экваториальной плоскости, поэтому он все время как бы «висит» над одной точкой земной поверхности, не сдвигаясь ни на запад, ни на восток.

В такой системе один спутник обеспечивает круглосуточное вещание в определенной зоне Земли.

В системе со многими спутниками, летящими на различных (не геостационарных) более низких орбитах, такие спутники, например, как "Телстар", требуются отслеживания траекторий движения спутников по небу наземными станциями. Вследствие этого, наземным станциям приходится переключаться с одного спутника на другой по мере того, как один спутник уходит за горизонт, а другой входит в зону видимости.

Первые запуски спутников на геостационарную орбиту

Первые шаги к использованию геостационарной орбиты были сделаны НАСА с запуском спутника «Синком 2», имевшего орбиту с наклонением и описывавшего в проекции на земную поверхность «восьмерку». Затем был запущен «Синком 3», имевший полноценную геостационарную орбиту.

Эти эксперименты позволили разработать спутник «Эрли берд» («Интелсат-1») — первый коммерческий спутник на геостационарной орбите.

26 июля 1963 г. спутник «Синком-2» был выведен на геосинхронную орбиту над Атлантическим океаном. Перед этим, в феврале, был запущен спутник «Синком-1», однако у него отказала радиоаппаратура. Орбита спутника «Синком-2» имела наклонение 28° и, таким образом, след его движения на Земле имел вид восьмерки. Тем не менее, спутник был использован. 13 сентября совместно с «Реле-1» для кратковременной связи между Рио-де-Жанейро в Бразилии, Лагосом в Нигерии и шт. Нью-Джерси в США.

«Синком-3» был выведен 19 августа 1964 г. на экваториальную орбиту в точку над международной линией перемены даты и использовался для передачи церемонии открытия Олимпийских игр в Японии. Сообщения дикторов телепрограммы о том, что «Передача ведется через спутник» с этого времени зазвучали в эфире. Мир начал осознавать технические возможности спутников связи.

В современном мире жители нашей планеты уже активно пользуются достижениями космических технологий. Научные спутники, такие, как космический телескоп "Хаббл", демонстрируют нам все величие и необъятность окружающего нас пространства, чудеса, происходящие как в отдаленных уголках Вселенной, так и в ближайшем космосе. Активное использование получили спутники связи, подобные, например, "Гэлакси XI". С их участием обеспечивается международная и мобильная телефонная связь и, конечно, спутниковое телевидение. Спутники связи играют огромную роль в распространении интернета. Это благодаря им мы имеем возможность с огромной скоростью получить доступ к информации, которая физически расположена на другом конце света, на другом континенте. Спутники наблюдения, один из них "Спот", передают информацию, важную для различных отраслей промышленности и отдельных организаций, помогая, например, геологам искать месторождения полезных ископаемых, администрациям крупных городов - планировать застройку, экологам - оценивать уровень загрязнения рек и морей. Самолеты, корабли и автомобили ориентируются, используя спутники Глобальной системы ориентирования (GPS), а управление морскими коммуникациями осуществляется с использованием навигационных спутников и спутников связи. Мы уже привыкли видеть в прогнозах погоды снимки, сделанные такими спутниками, как "Метеосат". Другие спутники помогают ученым следить за состоянием окружающей среды, передавая такую информацию, как высота волн и температура морской воды. Военные спутники обеспечивают армии и органы безопасности самой различной информацией, в том числе данными радиоэлектронной разведки, выполняемой, например, спутниками "Магнум", а также снимками с очень высоким разрешением, которые выполняют секретные спутники оптической и радиолокационной разведки. В этом разделе сайта мы познакомимся со многими спутниковыми системами, принципами их работы и устройством спутников.

Для начала, чтобы сразу иметь представление о сложности спутниковых систем и коммуникаций, рассмотрим более "приближенный к действительности" один из первых спутников связи - спутник «Комстар».

Конструкция спутника связи «Комстар-1»

Одним из первых геостационарных спутников, применявшихся для повседневных нужд людей, стал спутник «Комстар». Спутники «Комстар 1» управляются оператором «Комсат» и арендуются AT&T. Их срок службы рассчитан на семь лет. Они ретранслируют сигналы телефонии и телевизионные сигналы в пределах территории США, а также Пуэрто-Рико. Через них может одновременно ретранслироваться до 6000 телефонных разговоров и до 12 телевизионных каналов. Геометрические размеры спутника «Комстар 1»: высота: 5,2 м (17 футов), диаметр: 2,3 м (7,5 фута). Стартовый вес составляет 1410 кг (3109 фунтов).

Приемопередающая антенна связи с вертикальной и горизонтальной поляризационными решетками, позволяет вести и прием, и передачу на одной частоте, но с перпендикулярной поляризацией. За счет этого пропускная способность радиочастотных каналов спутника удваивается. Забегая вперед, можно сказать, что поляризация радиосигнала используется сейчас практически во всех спутниковых системах, особенно это знакомо владельцам спутниковых приемных телевизионных систем, где при настройке на высокочастотные телеканалы приходится устанавливать либо вертикальную, либо горизонтальную поляризацию.

Еще одна интересная конструктивная особенность состоит в том, что цилиндрический корпус спутника вращается со скоростью около одного оборота в секунду, чтобы обеспечить эффект гироскопической стабилизации спутника в пространстве. Если учесть немалую массу спутника - около полутора тонн - то эффект действительно имеет место. И при этом антенны спутника остаются направленными в определенную точку пространства на Земле, чтобы излучать туда полезный радиосигнал.

Одновременно спутник должен находиться на геостационарной орбите, т.е. "висеть" над Землей "неподвижно", точнее, лететь вокруг планеты со скоростью её вращения вокруг собственной оси в направлении её вращения. Уход с точки позиционирования вследствие влияния различных факторов, самыми значительными из которых являются мешающее притяжение Луны, встреча с космической пылью и другими объектами космоса, отслеживается системой управления и периодически корректируется двигателями системы ориентации спутника.

Владимир КалановЛит-ра: Tim Furniss. The history of space vehicles.

>>>Читайте дальше: Первые советские спутниковые системы. Спутник связи «Молния-1».

• Спутник связи «Комстар 1» • Спутник связи «Молния-1» • Военная спутниковая программа США «Дискаверер» •

znaniya-sila.narod.ru

Самый серийный современный спутник ДЗЗ: za_neptunie

88 спутников серии Dove (Flock)

28 спутников серии Dove (Flock)

C 2013 года начались запуски 4-кг спутников Dove (Flock) компании Planet Labs (бывшая Cosmogia Inc.). Каждый спутник формата тройной кубесат (3U) несет 9-см телескоп, который позволяет получать снимки поверхности нашей планеты с 3-5 метровым разрешением (в зависимости от высоты).

На русском языке наиболее детальный обзор по этой спутниковой системе можно прочитать здесь. На английском языке здесь. Первоначально запуски спутников Dove (Flock) производились с МКС, лишь с 2016 года последовало массовое развертывание аппаратов на более высокой солнечно-синхронной орбите:

После рекордного запуска индийской РН в феврале 2017 года число работающих спутников Flock на орбите достигло 149, что поставило абсолютный рекорд для любого коммерческого спутникового созвездия. Группировка спутников получила возможность фотографировать всю поверхность Земли раз в сутки (если позволяет облачность) с суммарной производительностью больше 7 терабайт (ТВ) в сутки:

Объём реально скачиваемых данных со спутников к весне 2017 года достиг 4.5 терабайт в сутки:

На самих спутниках находится ЗУ объемом 0.5 терабайт. Для связи и скачивания снимков со спутников используется наземная сеть УКВ-станций (синие отметки на карте) и параболических антенн (черные отметки на карте) диаметром от 4.5 до 7.6 метров (черные отметки):

На схеме выше обозначены орбиты различных модификаций спутников. Flock 2P – черная линия, Flock 3P – красная линия, Flock 2E – синяя и зеленая линия.

Примеры наземных станций:

Земная станция УКВ-диапазона в Morehead, шт. Кентукки

Наземная станция S/X-диапазона в Brewster, шт. Вашингтон

Наземная станция S/Х-диапазона в Кефлавике, шт. Исландия

Закат над площадкой с антеннами

Пример снимка со спутников – Ниагарский водопад:

В целом к сегодняшнему дню в космос отправлено 315 спутников Flock (Dove) 13 модификаций (из них 34 спутника были утеряны в авариях РН, 8 спутников не удалось запустить с МКС и они были возвращены на Землю, 1 спутник (Dove-4) не удалось отделить от другого спутника (UniSat-5)). К этому времени 77 спутников сошли с орбиты, работающими на орбите являются 181 спутников. Ещё как минимум 120 спутников должны отправиться в космос в ближайшие месяцы.

Тем самым общее число изготовленных спутников Dove (Flock) приближается к пяти сотням. Для сравнения самая большая серийность была у советских возвращаемых спутников оптического наблюдения серии “Зенит“. В период между 1961 и 1999 годами было запущено 753 спутников этой серии 16 военных и гражданских модификаций. Спутники обладали массой около 6 тонн, временем работы до 15 суток и разрешением снимков в несколько метров на пиксель. Эти спутники не располагали солнечными батареями, электропитание осуществлялось от бортовых аккумуляторов. Лишь у последней гражданской модификации - Ресурс-Ф2 (17Ф42) (10 запусков в 1987-1995 годах) появились солнечные батареи, что позволило увеличить продолжительность работы на орбите до 30 суток.

Внешний вид спутника модификации “Зенит-8“

za-neptunie.livejournal.com

Современные спутники

Спутники, используемые в настоящее время, могут передавать одновременно десятки каналов. Для обработки сигнала каждого канала на спутнике существует отдельный блок транспондера. Заметим, что в процесс обработки сигнала транспондером не входит его модуляция и демодуляция. Высокочастотная несущая, передаваемая с земли на спутник, уже модулирована по частоте информационными аудио и видео сигналами и глубина модуляции транспондером не изменяется. Полоса ЧМ сигнала одного аналогового телевизионного канала равна 27 МГц, а ширина защитной полосы между частотами соседними каналами составляет 4 МГц, таким образом, каждый аналоговый телевизионный канал требует полосы 31 МГц. Поскольку полоса диапазона С составляет 500 МГц, то в ней могут разместиться только 16 аналоговых телевизионных каналов. Но применение антенн с разделением по двум направлениям поляризации позволяет повторно использовать частоты тех же 16 каналов, так что общее возможное число каналов становится равным 32. Диапазон Ku позволяет разместить в обеих поляризациях около 130 аналоговых каналов. При переходе на цифровое вещание сигнал в модуляции QAM, занимающий полосу частот 36 МГц, сжимается кодером MPEG-2 до полосы 8 МГц без потери качества передачи, что позволяет увеличить число транслируемых каналов еще в несколько раз. Разумеется, приемные антенны на земле также должны быть способны принимать аналоговые и цифровые сигналы в обеих поляризациях.С помощью установленной на спутнике передающей антенны с высокой направленностью сигнал может быть направлен в требуемый географический район. Антенна концентрирует СВЧ энергию и уменьшает таким образом и ее рассеяние. Контур диаграммы направленности спутниковой передающей антенны на поверхности земли показывает распределение зоны обслуживания по мощности спутникового сигнала. Путь передачи от спутника до места установки приемной антенны должен быть свободен, т.е. спутник должен находиться в прямой видимости, чтобы сигнал на своем пути не претерпевал затухания на локальных препятствиях. Препятствиями могут быть не только непроницаемые объекты, но и такие объекты как плотные грозовые облака в атмосфере или сильный снег. Чем более сфокусированный и мощный сигнал будет передавать спутник в направлении наземной станции, тем меньшее усиление должно будет обеспечивать приемное оборудование наземной станции.

www.kabelseti.ru

Современная спутниковая связь, спутниковые системы

На сегодняшний день существует два вида спутников: геостационарные и низкоорбитальные. Геостационарными называются спутники, находящиеся на геостационарной орбите.( Геостационарная орбита - это орбита, лежащая в плоскости экватора на высоте около 36 тыс. км над поверхностью Земли).

Спутник, находящийся на геостационарной орбите для земного наблюдателя кажется висящим неподвижно и это открывает возможности использования ИСЗ в качестве ретранслятора телевизионных передач. С произвольной точки земной поверхности, с которой виден геостационарный спутник, на него можно направлять электромагнитное излучение земного передатчика используются по возможности высокие частоты, порядка 75-100 Ггц (l1=3-4 мм) Применение более коротких длин волн ограничено сильным атмосферным поглощением в диапазоне 300 ГГц и выше Принятый на геостационарном спутнике на длине волны l1электромагнитный сигнал преобразуется в другую, более низкую частоту порядка 10 Ггц (l2 = 3 см). Этот сигнал с помощью другой антенны спутника направляется на земную поверхность. Для облучения передатчиком спутника поверхности Земли, на спутнике не требуется антенна большого диаметра, так как это излучение должно быть "размазано" на большой площади, называемой зоной обслуживания . Важно, насколько спутник сохраняет свою геостационарную позицию на орбите. Если спутник дрейфует, то он выходит, частично или полностью, из поля зрения наземной приемной антенны. При этом телевизионный сигнал уменьшается, что проявляется в исчезновении изображения на экране телевизора и появления шума ("снега"). В таких случаях требуется корректировка ориентации наземной антенны - вручную или автоматически.

Геостационарные спутники выполняют на сегодняшний день множество задач, таких как: телекоммуникация, радиоместоопределение(системы навигации gps, глонасс и др.), главной задачей большинства геостационарных спутников является формирование изображений видимой земной поверхности. Спутниковые системы связи с геостационарными спутниками-ретрансляторами идеально подходят для решения таких задач, как организация телевизионного и звукового вещания на обширных территориях и предоставление высококачественных телекоммуникационных услуг абонентам в удаленных и труднодоступных регионах. Кроме того, с их помощью можно быстро создавать крупномасштабные корпоративные сети и резервировать наземные магистральные каналы связи большой протяженности. Также сейчас проводится создание мультисервисных сетей (объединяющих в едином пакете такие услуги, как передача данных, телефония, цифровое телевидение, видеоконференция и доступ в интернет) на основе технологии VSAT.Также важно подменить, что всего три геостационарных спутника способны охватить всю поверхность Земли. Но у геостационарных спутников также есть недостатки, наиболее важный из них : На геостационарной орбите нельзя располагать слишком большое количество спутников связи, так как иначе они начнут мешать работе друг другу. Следовательно, кроме геостационарных спутников, которые вскоре “заполонят” геостационарную орбиту нужно развивать и другие спутниковые системы-низкоорбитальные, что сейчас и происходит.Как правило, к низкоорбитальным системам спутниковой связи (ССС) (системы LEO) относят такие, для которых высота орбиты находится в пределах 700-1500 км, масса спутников до 500 кг, орбитальная группировка - от нескольких единиц до десятков спутников-ретрансляторов (СР). Низкоорбитальные системы позволяют обеспечить связь с терминалами, размещенными в полярных широтах, и практически не имеют альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения. Стоимость услуг подвижной связи низкоорбитальными системами оказывается в несколько раз дешевле аналогичных услуг, предоставляемых геостационарными системами за счет использования недорогих абонентских станций и менее дорогого космического сегмента. . Однако возникают сложности управления группировкой таких спутников и поддержания непрерывности связи.

И в заключения хочется сказать, что Современные оптико-телевизионные космические средства уже позволяют рассмотреть с орбиты предметы с размерами порядка метра и передать полученное изображение через спутники-ретрансляторы абонентам.

Доклад на тему:

Современная спутниковая связь, спутниковые системы.

Опарин Андрей

‏25.11.2003

www.referatmix.ru

Спутниковая связь - это... Что такое Спутниковая связь?

Спутник связи Syncom-1

Спу́тниковая свя́зь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от десятков до сотен тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного.

История

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи.

Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству.

Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.

Почтовый конверт, посвященный 5-ти летию запуска первого спутника Земли

В 1957 году в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли с радиоаппаратурой на борту.

Воздушный шар «Эхо-1»

12 августа 1960 года специалистами США был выведен на орбиту высотой 1500 км надувной шар[1]. Этот космический аппарат назывался «Эхо-1». Его металлизированная оболочка диаметром 30 м выполняла функции пассивного ретранслятора.

Инженеры работают над первым в мире коммерческим спутником связи Early Bird

20 августа 1964 года 11 стран (СССР в их число не вошёл) подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization)[2]. В СССР к тому времени была собственная развитая программа спутниковой связи, увенчавшаяся 23 апреля 1965 года успешным запуском связного советского спутника Молния-1. В рамках программы Intelsat первый коммерческий спутник связи Early Bird (англ.) («ранняя пташка»)[3], произведенный корпорацией COMSAT, был запущен 6 апреля 1965 года.

По сегодняшним меркам спутник Early Bird (INTELSAT I) обладал более чем скромными возможностями: обладая полосой пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи[4]. В каждый конкретный момент времени связь могла осуществляться между земной станцией в США и только одной из трёх земных станций в Европе (в Великобритании, Франции или Германии), которые были соединены между собой кабельными линиями связи[5].

В дальнейшем технология шагнула вперед, и спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц[4].

В СССР долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. В силу большей закрытости космической программы развитие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» которое было подписано только в 1971 году[6]

Спутниковые ретрансляторы

Пассивный спутник связи Echo-2. Металлизированная надувная сфера выполняла функции пассивного ретранслятора

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 оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными[7]. 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[8]).

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.

Орбиты спутниковых ретрансляторов

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

Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса[9]:

экваториальные,
наклонные,
полярные.

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 не способен 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[10]. 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.

Многократное использование частот. Зоны покрытия

Типичная карта покрытия спутника, находящегося на геостационарной орбите

Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами[11]:

пространственное разделение — каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты,

поляризационное разделение — различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей).

Типичная карта покрытия для спутника, находящегося на геостационарной орбите, включает следующие компоненты[12]:

глобальный луч — производит связь с земными станциями по всей зоне покрытия, ему выделены частоты, не пересекающиеся с другими лучами этого спутника.

лучи западной и восточной полусфер — эти лучи поляризованы в плоскости A, причем в западной и восточной полусферах используется один и тот же диапазон частот.

зонные лучи — поляризованы в плоскости B (перпендикулярной A) и используют те же частоты, что и лучи полусфер. Таким образом, земная станция, расположенная в одной из зон, может использовать также лучи полусфер и глобальный луч.

При этом все частоты (за исключением зарезервированных за глобальным лучом) используются многократно: в западной и восточной полусферах и в каждой из зон.

Частотные диапазоны

Антенна для приема спутникового телевидения (Ku-диапазон)

Спутниковая антенна для C-диапазона

Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше).

Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами. К сожалению, в различной литературе точные границы диапазонов могут не совпадать. Ориентировочные значения даны в рекомендации ITU-R V.431-6[13]:

Название диапазона Частоты (согласно ITU-R V.431-6) Применение

L	1,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
S	2,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
С	4 ГГц, 6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь
X	Для спутниковой связи рекомендациями ITU-R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.	Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
Ku	11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
K	20 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	30 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Используются и более высокие частоты, но повышение их затруднено высоким поглощением радиоволн этих частот атмосферой. Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи.

Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C-диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.

Модуляция и помехоустойчивое кодирование

Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:

значительной удаленностью приемника от передатчика,
ограниченной мощностью спутника (невозможностью вести передачу на большой мощности).

В связи с этим спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя, например, импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ)[14].

Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией). Наиболее распространенными видами цифровой модуляции для приложений спутниковой связи являются фазовая манипуляция и квадратурная амплитудная модуляция[15]. Например, в системах стандарта DVB-S2 применяются QPSK, 8-PSK, 16-APSK и 32-APSK[16].

Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. Спутник принимает сигнал, усиливает, иногда регенерирует, переносит на другую частоту и с помощью определённой передающей антенны транслирует на землю.

Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты свёрточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона), а также турбо-коды[17][18] и LDPC-коды[19].

Множественный доступ

Для обеспечения возможности одновременного использования спутникового ретранслятора несколькими пользователями применяют системы множественного доступа[20]:

множественный доступ с кодовым разделением — при этом каждому пользователю выдается кодовая последовательность, ортогональная кодовым последовательностям других пользователей. Данные пользователя накладываются на кодовую последовательность таким образом, что передаваемые сигналы различных пользователей не мешают друг другу, хотя и передаются на одних и тех же частотах.

Кроме того, многим пользователям не требуется постоянный доступ к спутниковой связи. Этим пользователям канал связи (таймслот) выделяется по требованию с помощью технологии DAMA (Demand Assigned Multiple Access — множественный доступ с предоставлением каналов по требованию).

Применение спутниковой связи

Антенна терминала VSAT

Магистральная спутниковая связь

Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. Первой системой спутниковой связи стала система Intelsat, затем были созданы аналогичные региональные организации (Eutelsat, Arabsat и другие). С течением времени доля передачи речи в общем объёме магистрального трафика постоянно снижалась, уступая место передаче данных.

С развитием волоконно-оптических сетей последние начали вытеснять спутниковую связь с рынка магистральной связи[21].

Системы VSAT

Системы VSAT (Very Small Aperture Terminal — терминал с очень маленькой апертурой) предоставляют услуги спутниковой связи клиентам (как правило, небольшим организациям), которым не требуется высокая пропускная способность канала. Скорость передачи данных для VSAT-терминала обычно не превышает 2048 кбит/с[22].

Слова «очень маленькая апертура» относятся к размерам антенн терминалов по сравнению с размерами более старых антенн магистральных систем связи. VSAT-терминалы, работающие в C-диапазоне, обычно используют антенны диаметром 1,8-2,4 м, в Ku-диапазоне — 0,75-1,8 м.

В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.

Системы подвижной спутниковой связи

Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:

Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км[23], на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat (основной задачей которой является предоставление услуг связи морским судам) и некоторыми региональными операторами персональной спутниковой связи (например, Thuraya).

Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже. Однако такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов. Подобный метод используется операторами Iridium и Globalstar.

С операторами персональной спутниковой связи конкурируют операторы сотовой связи. Характерно, что как Globalstar, так и Iridium испытывали серьёзные финансовые затруднения, которые довели Iridium до реорганизационного банкротства в 1999 г.

В декабре 2006 года был запущен экспериментальный геостационарный спутник Кику-8 с рекордно большой площадью антенны, который предполагается использовать для отработки технологии работы спутниковой связи с мобильными устройствами, не превышающими по размерам сотовые телефоны.

Спутниковый Интернет

Спутниковая связь находит применение в организации «последней мили» (канала связи между интернет-провайдером и клиентом), особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.[24]

Особенностями такого вида доступа являются:

Разделение входящего и исходящего трафика и привлечение дополнительных технологий для их совмещения. Поэтому такие соединения называют асимметричными.
Одновременное использование входящего спутникового канала несколькими (например 200-ми) пользователями: через спутник одновременно передаются данные для всех клиентов «вперемешку», фильтрацией ненужных данных занимается клиентский терминал (по этой причине возможна «Рыбалка со спутника»).

По типу исходящего канала различают:

Терминалы, работающие только на прием сигнала (наиболее дешевый вариант подключения). В этом случае для исходящего трафика необходимо иметь другое подключение к Интернету, поставщика которого называют наземным провайдером. Для работы в такой схеме привлекается туннелирующее программное обеспечение, обычно входящее в поставку терминала. Несмотря на сложность (в том числе сложность в настройке), такая технология привлекательна большой скоростью по сравнению с dial-up за сравнительно небольшую цену.
Приемо-передающие терминалы. Исходящий канал организуется узким (по сравнению со входящим). Оба направления обеспечивает одно и то же устройство, и поэтому такая система значительно проще в настройке (особенно если терминал внешний и подключается к компьютеру через интерфейс Ethernet). Такая схема требует установки на антенну более сложного (приемо-передающего) конвертера.

И в том, и в другом случае данные от провайдера к клиенту передаются, как правило, в соответствии со стандартом цифрового вещания DVB, что позволяет использовать одно и то же оборудование как для доступа в сеть, так и для приема спутникового телевидения.

Недостатки спутниковой связи

Слабая помехозащищённость

Огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны, малошумящие элементы и сложные помехоустойчивые коды. Особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи, так как в них есть ограничение на размер антенны и, как правило, на мощность передатчика.

Влияние атмосферы

На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере[25].

Поглощение в тропосфере

Поглощение сигнала атмосферой находится в зависимости от его частоты. Максимумы поглощения приходятся на 22,3 ГГц (резонанс водяных паров) и 60 ГГц (резонанс кислорода)[26]. В целом, поглощение существенно сказывается на распространении сигналов с частотой выше 10 ГГц (то есть, начиная с Ku-диапазона). Кроме поглощения, при распространении радиоволн в атмосфере присутствует эффект замирания, причиной которому является разница в коэффициентах преломления различных слоев атмосферы.

Ионосферные эффекты

Эффекты в ионосфере обусловлены флуктуациями распределения свободных электронов. К ионосферным эффектам, влияющим на распространение радиоволн, относят мерцание, поглощение, задержку распространения, дисперсию, изменение частоты, вращение плоскости поляризации[27]. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невелико.[28]

Эффект 100 МГц 300 МГц 1 ГГц 3 ГГц 10 ГГц Вращение плоскости поляризации Дополнительная задержка сигнала Поглощение в ионосфере (на полюсе) Поглощение в ионосфере (в средних широтах)

30 оборотов	3,3 оборота	108°	12°	1,1°
25 мс	2,8 мс	0,25 мс	28 нс	2,5 нс
5 дБ	1,1 дБ	0,05 дБ	0,006 дБ	0,0005 дБ
<1 дБ	0,1 дБ	<0,01 дБ	<0,001 дБ	<0,0001 дБ

Сигналы с относительно низкой частотой (L-диапазон и частично C-диапазон) страдают от ионосферного мерцания, возникающего из-за неоднородностей в ионосфере. Результатом этого мерцания является постоянно меняющаяся мощность сигнала.

Задержка распространения сигнала

Проблема задержки распространения сигнала так или иначе затрагивает все спутниковые системы связи. Наибольшей задержкой обладают системы, использующие спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка, обусловленная конечностью скорости распространения радиоволн, составляет примерно 250 мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс[29].

Задержка распространения наиболее нежелательна в приложениях реального времени, например, в телефонной связи. При этом, если время распространения сигнала по спутниковому каналу связи составляет 250 мс, разница во времени между репликами абонентов не может быть меньше 500 мс.

В некоторых системах (например, в системах VSAT, использующих топологию «звезда») сигнал дважды передается через спутниковый канал связи (от терминала к центральному узлу, и от центрального узла к другому терминалу). В этом случае общая задержка удваивается.

Влияние солнечной интерференции

При приближении Солнца к оси спутника-наземная станция радиосигнал, принимаемый со спутника наземной станцией, искажается в результате интерференции.

См. также

Примечания

↑ Вишневский В. И., Ляхов А. И., Портной С. Л., Шахнович И. В. Исторический очерк развития сетевых технологий // Широкополосные сети передачи информации. — Монография (издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований). — М.: «Техносфера», 2005. — С. 20. — 592 с. — ISBN 5-94836-049-0
↑ Communications Satellite Short History. The Billion Dollar Technology
↑ Communications Satellite Short History. The Global Village: International Communications
↑ 1 2 INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 18
↑ Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004
↑ Официальный сайт компании «Интерспутник»
↑ Концептуально-правовые вопросы широкополосных спутниковых мультисервисных сетей
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 167
↑ INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 2
↑ INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 73
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 108
↑ INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 28
↑ Recommendation ITU-R V.431-6. Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 256
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 264
↑ http://www.telesputnik.ru/archive/116/article/62.html Стандарт DVB-S2. Новые задачи - новые решения//Журнал по спутниковому и кабельному телевидению и телекоммуникациям «Телеспутник»
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 283
↑ Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / пер. с англ. В. Б. Афанасьева. — М.: Техносфера, 2006. — 320 с. — (Мир связи). — 2000 экз. — ISBN 5-94836-035-0
↑ Dr. Lin-Nan Lee LDPC Codes, Application to Next Generation Communication Systems // IEEE Semiannual Vehicular Technology Conference. — October, 2003.
↑ Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. — 2 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 1104. — ISBN 0-13-084788-7
↑ Система спутниковой связи и вещания «Ямал»
↑ VSAT FAQ
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 68
↑ Satellite Internet and VSAT Information Centrum
↑ Satellite Communications and Space Weather
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 91
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 93
↑ Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. — Artech House, Inc., 2004, p. 34.
↑ Satellite Communications in the Global Internet: Issues, Pitfalls, and Potential

Ссылки

Литература

INTELSAT Satellite Earth Station Handbook
Dennis Roddy. Satellite Communications. — McGraw-Hill Telecommunications, 2001.
Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. — Artech House, Inc., 2004. — ISBN 1-58053-490-2
Ascent to Orbit, a Scientific Autobiography: The Technical Writings of Arthur C. Clarke. — New York: John Wiley & Sons, 1984.

dic.academic.ru

Доклад - Современная спутниковая связь, спутниковые системы

На сегодняшний день существует два вида спутников: геостационарные и низкоорбитальные. Геостационарными называются спутники, находящиеся на геостационарной орбите.( Геостационарная орбита — это орбита, лежащая в плоскости экватора на высоте около 36 тыс. км над поверхностью Земли).

Спутник, находящийся на геостационарной орбите для земного наблюдателя кажется висящим неподвижно и это открывает возможности использования ИСЗ в качестве ретранслятора телевизионных передач. С произвольной точки земной поверхности, с которой виден геостационарный спутник, на него можно направлять электромагнитное излучение земного передатчика используются по возможности высокие частоты, порядка 75-100 Ггц (l1 =3-4 мм) Применение более коротких длин волн ограничено сильным атмосферным поглощением в диапазоне 300 ГГц и выше Принятый на геостационарном спутнике на длине волны l1 электромагнитный сигнал преобразуется в другую, более низкую частоту порядка 10 Ггц (l2 = 3 см). Этот сигнал с помощью другой антенны спутника направляется на земную поверхность. Для облучения передатчиком спутника поверхности Земли, на спутнике не требуется антенна большого диаметра, так как это излучение должно быть «размазано» на большой площади, называемой зоной обслуживания. Важно, насколько спутник сохраняет свою геостационарную позицию на орбите. Если спутник дрейфует, то он выходит, частично или полностью, из поля зрения наземной приемной антенны. При этом телевизионный сигнал уменьшается, что проявляется в исчезновении изображения на экране телевизора и появления шума («снега»). В таких случаях требуется корректировка ориентации наземной антенны — вручную или автоматически.

Геостационарные спутники выполняют на сегодняшний день множество задач, таких как: телекоммуникация, радиоместоопределение(системы навигации gps, глонасс и др.), главной задачей большинства геостационарных спутников является формирование изображений видимой земной поверхности. Спутниковые системы связи с геостационарными спутниками-ретрансляторами идеально подходят для решения таких задач, как организация телевизионного и звукового вещания на обширных территориях и предоставление высококачественных телекоммуникационных услуг абонентам в удаленных и труднодоступных регионах. Кроме того, с их помощью можно быстро создавать крупномасштабные корпоративные сети и резервировать наземные магистральные каналы связи большой протяженности. Также сейчас проводится создание мультисервисных сетей (объединяющих в едином пакете такие услуги, как передача данных, телефония, цифровое телевидение, видеоконференция и доступ в интернет) на основе технологии VSAT.Также важно подменить, что всего три геостационарных спутника способны охватить всю поверхность Земли. Но у геостационарных спутников также есть недостатки, наиболее важный из них: На геостационарной орбите нельзя располагать слишком большое количество спутников связи, так как иначе они начнут мешать работе друг другу. Следовательно, кроме геостационарных спутников, которые вскоре “заполонят” геостационарную орбиту нужно развивать и другие спутниковые системы-низкоорбитальные, что сейчас и происходит.Как правило, к низкоорбитальным системам спутниковой связи (ССС) (системы LEO) относят такие, для которых высота орбиты находится в пределах 700-1500 км, масса спутников до 500 кг, орбитальная группировка — от нескольких единиц до десятков спутников-ретрансляторов (СР). Низкоорбитальные системы позволяют обеспечить связь с терминалами, размещенными в полярных широтах, и практически не имеют альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения. Стоимость услуг подвижной связи низкоорбитальными системами оказывается в несколько раз дешевле аналогичных услуг, предоставляемых геостационарными системами за счет использования недорогих абонентских станций и менее дорогого космического сегмента.. Однако возникают сложности управления группировкой таких спутников и поддержания непрерывности связи.

Доклад на тему:

Современная спутниковая связь, спутниковые системы.

Подготовил: ученик 11 «А» класса

Опарин Андрей

‏ 25.11.2003

www.ronl.ru