Тема 6. 2 Низко и средне орбитальные системы спутниковой связи

Лекция № 29

СИСТЕМЫ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Одним из новых направлений развития спутниковой связи с начала 90-х годов является создание систем связи на базе низкоорбитальных космических аппаратов (НКА).

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).

Для охвата связью большей территории Земли используют несколько плоскостей орбит. В системе обычно имеется одна или несколько станций управления спутниками и сетью связи, а также шлюзовые станции для интерфейса с сетями телефонии (передачи данных) общего пользования.

Повышенный интерес к использованию низкоорбитальных систем объясняется возможностью предоставления услуг персональной связи, включая радиотелефонный обмен и связь с подвижными объектами, с использованием сравнительно дешевых, малогабаритных земных терминалов. При этом сложность терминалов соответствует уровню станций наземных сотовых систем. В числе факторов, способствующих развитию низкоорбитальных спутниковых систем нельзя не учитывать биологический. Так, для реализации требований биозащиты человеческого организма от излучения СВЧ рекомендуемый уровень непрерывно излучаемой мощности радиотелефона составляет 50 мВт. Эффективный прием сигнала такой мощности геостационарным спутником сопряжен со значительным усложнением последнего, а именно, созданием крупноразмерных антенн и удержания узких лучей диаграммы направленности в заданных регионах земной поверхности. Для низкоорбитального спутника, дальность радиолинии до которого от земной станции в сотни раз меньше, чем до геостационарного, проблема создания многолучевых направленных антенн является менее острой. Однако возникают сложности управления группировкой таких спутников и поддержания непрерывности связи.

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.

Ситуация на нынешнем рынке телекоммуникаций такова, что даже в странах с развитой инфраструктурой связи около 35% потребностей в связных услугах могут обеспечить только системы низкоорбитальной спутниковой связи.

Развитию низкоорбитальных систем персональной связи способствуют успехи микроминиатюризации функциональных устройств спутниковых коммуникаций. Применение арсенида галлия и фосфада индия позволят создать высокоэффективные солнечные батареи небольших размеров, внедрение композиционных материалов - уменьшить массу спутников. Значительный прогресс ожидается в реализации бортовых ЭВМ на СБИС, обеспечивающих решения задач управления СР и высокоскоростной коммутации информационных потоков.

Необходимо также отметить, что применение методов многостанционного доступа на основе кодового разделения широкополостных сигналов (СDМА) способствует успешному развитию ССС с НКА. В настоящее время, зарубежными и отечественными фирмами заявлено около 20 различных проектов по созданию ССС с использованием низкоорбитальных СР, которые оцениваются как вполне реализуемые. Ниже рассматриваются те проекты ПСС, которые находятся в стадии разработки или развертывания.

СИСТЕМА НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ИРИДИУМ

Научно-техническая информация по проектам ИРИДИУМ, ГЛОБАЛСТАР, если исключить рекламные статьи и проспекты, носит в целом ограниченный характер, что вполне объяснимо в виду жесткой конкуренции между фирмами-разработчиками проектов НКСС.

Необходимо отметить, что как по одной, так и по другой системе имеется некоторое различие отдельных характеристик в разных источниках, в процессе проектирования систем многие характеристики существенно меняются. Пример - масса КА ИРИДИУМ изменилась с 300 до почти 700 кг, а по некоторым данным и более, т.е. вдвое. И нет гарантий, что такие трансформации не будут происходить и в последующем, по мере реализации проектов. Может быть лишь величина этих трансформаций не будет столь существенной. В большей степени это относится к проекту ИРИДИУМ, в меньшей - к проекту ГЛОБАЛСТАР.

Содержащиеся сведения позволяют провести сравнение технических и экономических показателей вновь разрабатываемых отечественных НКСС с лучшими зарубежными, а также получить представление о тенденциях развития и принципах проектирования низкоорбитальных систем связи.

Фирма Motorola Satellite Communication Inc. (МОТОРОЛА) вела разработку низкоорбитальной космической системы связи (НКСС) IRIDIUM (ИРИДИУМ).

Система ИРИДИУМ предназначена для обеспечения глобальной персональной связи по принципу "каждый с каждым" на основе космического сегмента в виде низкоорбитальной группировки космических аппаратов и наземного сегмента в составе: пользовательских терминалов, которые могут располагаться в любой точке Земли, шлюзовых (координирующих) станций спутниковой связи, сегментов управления системой и сегментов запуска космических аппаратов, станций передачи команд и приема телеметрической информации.

В работе приведены характеристики космического и наземного сегментов, структурная и функциональная схемы системы ИРИДИУМ, оценка системы, а также принципы обеспечения живучести системы.