Заказать обратный звонок
Просто оставьте контактные данные, наш эксперт свяжется в ближайшее время
Геостационарные спутники Земли как основа развития спутниковой связи
Спутниковая связь используется как экономически выгодное решение для передачи различных сигналов на большие расстояния. Основой данного вида связи выступают геостационарные спутники.

Геостационарные спутники Земли как основа развития спутниковой связи

Спутниковая связь используется как экономически выгодное решение для передачи различных сигналов на большие расстояния. Основой данного вида связи выступают геостационарные спутники.

Что такое геостационарная орбита

Геостационарная орбита представляет собой расположенную на 0º широты над экватором Земли круговую орбиту, где искусственные сателлиты вращаются вокруг планеты со скоростью, равной угловой скорости вращения Земли. Геостационарная орбита находится на высоте 35 786 км от Земли. Здесь спутник облетает планету за 23 часа, 56 минут, 4 секунды, что сопоставимо с периодом вращения Земли относительно Солнца.

Точка стояния

Точкой стояния называется местоположение на геостационарной орбите спутника, неподвижного относительно поверхности Земли. Это дает возможность неподвижно закрепленной антенне, направленной на сателлит, поддерживать с ним постоянную связь длительное время.

Позиции спутников на геостационарной орбите

Функционирование геостационарной орбиты возможно только на окружности, расположенной над экватором. Если бы спутники были видны невооруженным глазом, то линия их видимости совпадала бы с характерным для данной местности «поясом Кларка». Данный термин характеризует космическое пространство, расположенное на расстоянии около 36 000 км, где показатели орбит приближены к геостационарной.

Для перемещения спутников с орбиты, имеющей низкую высоту, на геостационарную, применяются ГПО — геопереходные эллиптические орбиты с низко расположенным перигеем и апогеем, находящимся на высоте, приближенной к геостационарной орбите.

После окончания периода активного существования сателлит переводится на орбиту захоронения, которая располагается на 200−300 км выше ГСО.

Параметры геостационарной орбиты

ГСО характеризуется следующими основными параметрами:

1. Высота и радиус
Высотой геостационарной орбиты называется удаление от Земного центра, где угловая скорость сателлита, сравнимая с угловой скоростью вращения Земли, создает орбитальную скорость, идентичную первой космической скорости, применяемой для поддержания круговой орбиты на данной высоте.

Для расчета главного параметра ГСО — радиуса — необходимо, чтобы спутниковая скорость обеспечивала период вращения 24 часа вокруг Земли.

Расчетный радиус орбиты имеет значение 42 164 км. Если вычесть радиус экватора Земли, 6 378 км, получается высота ГСО — 35 786 км.

2. Орбитальная скорость
Скорость перемещения по ГСО равна угловой скорости, умноженной на радиус орбиты, и составляет 3.07 км/сек, что в 2.5 раза меньше первой космической скорости (ПКС), равной 8 км/сек на околоземной орбите, имеющей радиус 6400 км. Уменьшения ПКС можно добиться, увеличив радиус орбиты более чем в 6 раз, получив значение 43 000 км.

3. Длина орбиты
Параметр используется для определения «точек стояния» спутников и составляет 264 924 км при радиусе орбиты 42 164 км.

Понятие геостационарных спутников

Спутники, находящиеся на геостационарной орбите в одной и той же позиции, повторяющие скорость вращения Земли, называются геостационарными.

Виды геостационарных спутников

Существует два вида геостационарных спутников:

Спин-стабилизированные спутники

Спин-стабилизацией называется обеспечение устойчивого положения спутника с помощью вращения. Данный тип сателлитов имеет форму барабана с расположенными у внешней поверхности солнечными элементами, оснащен нескрученным антенным модулем на верхней стороне, а также имеет ями-направленную антенну, привязанную к определенным участкам Земной поверхности. С нижней стороны находится сопло апогейного двигателя.

Ось вращения проходит параллельно вектору вращения спутниковой орбиты и перпендикулярна текущему вектору скорости орбиты. При пересечении сателлитом тени Земли, солнечные элементы, расположенные один за другим, выравниваются вращением. В определенный момент времени одна половина элементов уходит в тень, а другая освещается под благоприятными углами.

Трехосные или спиновые стабилизированные спутники

Передняя часть кубовидного корпуса трехосных спутников обращена к Земле, задняя — указывает в зенит с выступающим из него апогейным двигателем. У северной и южной сторон расположены солнечные батареи, улавливающие солнце во время вращения сателлита вокруг планеты. Передняя сторона оснащена ориентированными на Землю приборами, одной или несколькими направленными ями-антеннами (в некоторых случаях), а также рупорными антеннами.

Перечень геостационарных спутников

Перечень геостационарных спутников, определяется международной линией перемены дат — символической линией, проведенной по поверхности Земли, которая проходит от полюса к полюсу. С разных сторон линии перемены дат местное время отличается на сутки.

Список существующих сателлитов представлен в следующей таблице:

Как спутник удерживается на ГСО

Для постоянного расположения спутника над одной точкой Земной поверхности скорость его вращения должна быть равна скорости вращения Земли. Он также не должен смещаться на север и юг, двигаясь по своей орбите. Эти условия достижимы только тогда, когда орбита спутника расположена над экватором.

Дрейф спутника на ГСО

Геостационарных спутник подвергается воздействию факторов, способных медленно менять его позицию с течением времени (например, эллиптическая форма Земли, солнечное, лунное притяжение). В районе экватора Земля имеет не совсем круглую форму, что провоцирует притяжение спутника к двум устойчивым точкам равновесия — над Индийским океаном и в противоположной части Земли. Подобное явление называется либрацией (движением вперед-назад).

Для преодоления такого движения у сателлита имеется запас топлива, позволяющий проводить мероприятия по возвращению сателлита в конкретную орбитальную позицию.
Заказать спутниковое оборудование

Преимущества геостационарной орбиты

ГСО обладает рядом преимуществ.

Прямая видимость ¼ Земного шара

Каждый спутник охватывает 42,4% Земной поверхности, а в прямой видимости оказывается ее четверть, что обеспечивает организацию вещания в пределах страны или континента. Для покрытия всех населенных зон Земли (кроме Северного и Южного полюсов) необходимо вывести на орбиту всего три сателлита.

Неподвижность спутника относительно наземных антенн

Данный фактор облегчает организацию связи, поскольку позволяет избежать автоматической корректировки направления наземной антенны.

Износостойкость спутников

Положение геостационарных спутников за пределами атмосферы обеспечивает их износостойкость, так как они не подвергаются воздействию осадков, окислению, трению о воздух, приводящему к потере высоты.

Постоянство частоты сигнала

Отсутствие перемещения сателлита относительно Земли предотвращает проблемы с изменением частоты сигнала, возникающим из-за относительного движения наземных антенн и спутника, что обусловлено эффектом Доплера.

Недостатки геостационарной орбиты

Кроме преимуществ, ГСО имеет недостатки.

Задержка сигнала

Связь, осуществляемая через геостационарные спутники, отличается большой задержкой сигнала, которая варьируется от 0.5 до 2−4 сек. Она затрудняет применение спутников в телефонии, а также исключает возможность использования геостационарной орбиты для различных сервисов, функционирующих в онлайн-режиме.

Недоступность с высоких широт

Наблюдаемый сектор орбиты зависит от широты местности. ГСО не видна с высоких широт (от 81º до полюсов), а на тех, что превышают 75º, определяется низко над горизонтом. Например, такое положение делает невозможными телетрансляции и связь с применением ГСО в районах Арктики и Антарктиды, которые отличаются высокой широтой.

Солнечная интерференция

Когда солнце и спутник оказываются на одной линии с осуществляющей прием антенной, происходит уменьшение или полное исчезновение сигнала. Солнечная интерференция происходит с 22 февраля по 11 марта, с 3 по 21 октября. Максимальная продолжительность явления составляет около 10 минут.

Зависимость мощности сигнала от пройденного расстояния

После преодоления расстояния свыше 35 000 км сигнал ослабевает.

Перспективы развития малых спутников связи на ГСО

Развитие региональных, а также национальных спутниковых сетей, ориентированных на потребности конкретных заказчиков, делает малые сателлиты автономным направлением развития спутниковой отрасли.

Малые геостационарные спутники имеют 8−20 транспондеров, масса которых составляет 500−1000 кг при энергопотреблении 1−2.5 кВт, и обладают рядом особенностей.

Универсальность и широкий выбор

При использовании малых спутников расширяется выбор ракет-носителей легкого, среднего класса. Подобные сателлиты доступны для групповых запусков или в качестве полезной нагрузки, применяемой для тяжелых ракет-носителей. Универсальность графика запусков обеспечивает экономическую эффективность системы.

Развитие услуг спутниковой связи

Применение малых геостационарных спутников позволяет поэтапно выводить услуги спутниковой связи на региональный рынок, адаптируя их под запросы компаний-операторов и эффективно используя частотно-орбитальный ресурс ГСО (функционирование в небольших неконфликтных частотных полосах).

Рост пропускной способности

Малые спутники обеспечивают увеличение пропускной способности в любой занятой другим сателлитом орбитальной позиции (если имеется не полностью использованный частотный ресурс), что достигается возможностью быстрого запуска нового спутника по мере того, как растет загрузка космического сегмента.

Увеличение трафика

Применение малых спутников позволяет постепенно наращивать орбитальный трафик, создавая кластеры спутников, где каждый последующий сателлит будет учитывать постоянно меняющиеся потребности рынка.

Снижение рисков

Меньшее число бортовых транспондеров по сравнению с тяжелым спутником сокращает время, требуемое для полной загрузки бортовой емкости малого сателлита, введенного в эксплуатацию. Таким образом, снижается уровень технического, экономического рисков, что позволяет снизить стоимость страхования.

Независимость

Малые спутники отличаются автономностью, находят применение в качестве готового к переводу в позицию ГСО орбитального резерва для компаний-операторов, потерявших сателлит, находящийся на орбите, или часть его бортовой емкости.

Конкуренто­способность

Малые спутники могут конкурировать с большими при наличии сопоставимых или сниженных цен на услуги, что достигается использованием дешевых средств, выводящих сателлит на орбиту, применением модулей полезной нагрузки, унифицированной серийной платформы, а также сокращением времени от заключения договора до ввода спутника в эксплуатацию.

Статус ГСО в международном праве

Применение ГСО рождает не только технические, но и международно-правовые проблемы, связанные с распространением суверенитета разных стран на часть космического пространства, расположенного над их территорией. Однако подобные претензии не обоснованы ввиду наличия нескольких факторов:
● Предъявление прав на пространство, находящееся на большом расстоянии от территории государства, незаконно;
● Космическое пространство нельзя разделить и присвоить;
● Физическая связь между государственной территорией и отдаленными районами космоса отсутствует.
Запросить обратный звонок
Просто оставьте контактные данные, и мы свяжемся в ближайшее время