Принципы построения спутниковых систем связи

Спутники связи обращаются вокруг Земли по орбитам, плоскости которых проходят через центр земного шара. В зависимости от угла между плоскостями орбиты и земного экватора, называемого наклонением i, различают полярные (i = 90°), экваториальные (i=0) и наклонные (0<i<90°) орбиты спутников (рисунок 9.3).

В системах космической связи широко используются высокие эллиптические орбиты со следующими параметрами: высота апогея =40 000 км, перигея - =500 км, наклонение . Такая орбита характеризуется периодом обращения спутника вокруг Земли, равным 12 ч, поэтому ее апогей всегда находится над одним и тем же меридианом. Это облегчает сопровождение спутника и позволяет на каждом втором его витке организовывать сеансы связи в одно и то же местное время. Большая высота апогея обеспечивает длительное время полета над находящейся под ним территорией и, следовательно, большую продолжительность сеанса связи.

Преимуществами систем связи, в которых используются эллиптические орбиты, являются простота и незначительные энергетические затраты на запуск спутника, поэтому он может производиться небольшой ракетой-носителем. Кроме того, эти системы связи могут обслуживать приполярные районы.

Однако, во-первых, для обеспечения круглосуточной связи такая система требует использования нескольких спутников — как минимум трех, — что значительно усложняет управление ею. Во-вторых, для обеспечения непрерыв­ной связи передающие и приемные антенны наземных станций должны быть все время направлены на КА. Для этого используются специальные устрой­ства наведения и сопровождения, обеспечивающие поворот антенны одно­временно с перемещением спутника. Наличие таких устройств увеличивает сто­имость антенных систем и снижает надежность работы.

Значительные преимущества предоставляет использование КА, расположенного на так называемой геостационарной орбите, находящейся в плоскости экватора и имеющей нулевое наклонение круговой орбиты (Рисунок 9.3) с ра­диусом 35 785 км. Такой спутник совершает один оборот вокруг Земли точно за одни земные сутки. Если направление его движения совпадает с направле­нием вращения Земли, то с поверхности Земли он кажется неподвижным.

Ни при каком другом сочетании указанных параметров орбиты нельзя добиться неподвижности КА относительно наземного наблюдателя. Антенны станций, работающих с геостационарным спутником, не требуют сложных систем наведения и сопровождения, а в случае необходимости могут быть установлены устройства для компенсации небольших возмущений орбиты.

Благодаря этому обстоятельству в настоящее время почти все спутники связи, предназначенные для коммерческого использования, находятся на геостационарной орбите. Примерно в одной позиции на одной географической долготе могут находиться несколько КА, расположенных на расстоянии около 100 км друг от друга. Например, семь спутников серии Astra размещены в позиции 19° в. д. Отметим, что в ближайшее время их число будет увеличено до восьми.

Недостатками такой линии связи являются перенасыщенность геостационарной орбиты на многих участках, а также невозможность обслуживания приполярных областей.

Рисунок 9.3 Типы орбит КА