Наболевшие проблемы решаемы цепочкой космических станций периодом обращения 24 часа, оккупировавших высоту 42000 км относительно центра Земли… в плоскости экватора.

А. Кларк, 1945 год.

В каменном веке связная сеть работает путём многократного повторения действий по регулированию объёма испускаемого костром дыма. Земля знала скороходов, лучшим стал Маленький Мук. Современная система использует космические летательные аппараты. Плюсом спутника назовём большое покрытие территории. Волны используют преимущественно короткие, способные распространяться по прямой. Мир один – везде свои цены…

Предпосылки использования

Идею ретрансляции зародил Эмиль Гуарини-Форезио в 1899 году. Концепцию опосредованной передачи сигнала опубликовал немецкий Журнал для электротехника (том 16, 35-36). Артур Кларк в 1945 году озвучил концепцию системы связи меж геостационарными космическими аппаратами. Писатель отказался брать патент, отнекиваясь двумя умозаключениями:

1. Малая вероятность осуществления задумки.
2. Необходимость подарить идею человечеству целиком.

Одновременно учёный указал координаты наилучшего покрытия областей поверхности планеты:

• 30 градусов в.д. – Африка, Европа.
• 150 градусов в.д. – Китай, Океания.
• 90 градусов з.д. – Америка.

Писатель занизил рабочую частоту, высказав намерение применить 3 МГц, уменьшив гипотетические рефлекторы (несколько футов).

Наземные системы СВЧ

Англо-французский консорциум, возглавляемый Андре Клавиром, пошёл дальше. Первые успешные попытки использования диапазона СВЧ связью датированы 1931 годом. Английский Канал продемонстрировал передачу информации частотой 1,7 ГГц (современный сотовый диапазон) на 64 километра станциями, оснащёнными тарелками диаметром 3 метра, соединяя Дувр и Кале.

Интересно! Первый коммерческий телевизионный канал УКВ использовал частоту 300 МГц.

Историки склонны считать Вторую мировую войну лошадкой, вывезшей отрасль на вершину. Изобретение клистрона, усовершенствование технологий изготовления параболоидов внесли неоценимый вклад. Расцвет трансатлантических отношений датируется 50-ми годами XX века.

Для справки! Первая релейная линия, образованная восемью ретрансляторами, Нью-Йорк – Бостон, построена в 1947 году.

Америка и Европа наладили передачу информации ретрансляторами (радиосвязь, называемая релейной). Немедля началось коммерческое телевещание. Особенностью СВЧ связи называют возможность точного предсказания результата уже на этапе проектирования системы.

Для справки! Релейная связь – технология передачи цифровых, аналоговых сигналов меж приёмниками, находящимися в поле видимости.

Космические аппараты

Первый советский спутник (1957 год) нёс связную аппаратуру. Тремя годами позже американцы подняли на высоту 1500 км надувной шар, служивший пассивным ретранслятором, благодаря металлизированному покрытию сферы. 20 августа 1964 года 11 стран, включая СССР, подписали договор о создании Intelsat (международная связь). Советский блок шёл путём секретности, пока запад зарабатывал. Восточный блок создал собственную программу в 1971 году.

Спутники явились настоящей находкой, позволяя соединить противоположные берега океана. Альтернативой выступает оптическое волокно.

Первыми тёмную лошадку запустили военные наравне с тропосферной связью, использовавшей эффект отражения волны верхними слоями. Советскую микроволновую связь перехватывала небесная группа Риолит. Система, разработанная для ЦРУ (США). Аппарат занимал позицию, захватываемую наземным лучом советской релейной связи, записывая послания. Контролировались территории Китая, Восточной Европы. Диаметр зонтоподобных рефлекторов достигал 20 метров.

Руководство США всегда знало намерения руководителей СССР, прослушивая все, вплоть до телефонных звонков. Сегодня спутниковые системы позволяют, благодаря эффекту Допплера, дистанционно посещать любые «конфиденциальные» беседы, проводимые в помещениях, снабжённых типичным оконным стеклопакетом.

Зарегистрированы первые попытки осуществить идеи Николы Тесла в космосе: беспроводная передача электроэнергии спутниковыми антеннами. Эпопея стартовала в 1975 году. Ныне концепция вернулась домой. Башня Ворденклифф давно разрушена, однако главный остров Гавайи получил свою порцию 20 Вт беспроводным путём.

Для справки! Использование космической связи оказалось экономически оправданной альтернативой оптического волокна.

Особенности сигнала

Неудивительно использование спутников, учитывая сказанное.

Окна прозрачности

Явление поглощения атмосферой волн известно давно. Учёные, исследовав феномен, заключили:

• Затухание сигнала определено частотой.
• Наблюдаются окна прозрачности.
• Явление модулируется погодными условиями.

Например, миллиметровый диапазон (30-100 ГГц) сильно угнетается дождём. Окрестности частоты 60 ГГц поглощают молекулы кислорода, 22 ГГц – водой. Частоты ниже 1 ГГц отсекаются излучениями галактики. Негативное влияние оказывают температурные шумы атмосферы.

Сказанное объясняет выбор современных частот космической связи. Полный перечень характеристик сигнала Ku-диапазона демонстрирует рисунок.

Используется также С-диапазон.

Зоны приёма

Луч, пересекая поверхность Земного шара, формирует изотропные кривые эквивалентного приёма. Суммарные потери составляют:

1. 200 дБ – С-диапазон.
2. 206 дБ – Ku-диапазон.

Солнечные помехи способны помешать ловле пакетов. Наихудшие условия длительностью 5-6 дней создаются межсезоньем (зима, осень). Интерференция светила снабжает техников наземных станций гарантированной работой. На время природного явления отключают системы слежения. Иначе тарелки могут поймать Солнце, отдав неправильные команды бортовым системам стабилизации. Банки, аэропорты получают предупреждение: связь временно нарушится.

Зоны Френеля

Препятствия вокруг вышки связи провоцируют сложение волн, формируя зоны затухания/подъёма сигнала. Феномен объясняет необходимость наличия чистого пространства близ приёмопередатчика. К счастью, СВЧ лишены указанного недостатка. Благодаря важной особенности, каждый дачник ловит НТВ+ тарелкой.

Мерцания

Непредсказуемые изменения атмосферы заставляют сигнал постоянно меняться. Колебания до 12 дБ амплитудой затрагивают полосу шириной 500 МГц. Явление длится 2-3 часа максимум. Мерцания мешают наземным станциям отслеживать спутник, требуя принятия превентивных мер.

Линейность луча

Особенностью СВЧ считают прямолинейную траекторию луча. Явление позволяет сконцентрировать мощность, понижая требования к бортовым системам. Наверняка первоначальной задачей стал шпионаж. Позже антенны перестали быть узконаправленными, покрывая громадные территории, как например, Россия.

Инженеры называют свойство недостатком: невозможно обогнуть горы, овраги.

Особенности сложения волн

Практически отсутствует интерференционная картина. Позволительно значительно уплотнить соседние частотные каналы.

Ёмкость

Теорема Котельникова определяет верхнюю границу спектра передаваемого сигнала. Порог напрямую задан частотой несущей. СВЧ, благодаря высоким значениям, вмещают до 30 раз больше информации, нежели УКВ.

Возможность регенерации

Развитие цифровых технологий открыло дорогу методикам коррекции ошибок. Искусственный спутник:

• принимал слабый сигнал;
• декодировал;
• исправлял ошибки;
• кодировал;
• передавал дальше.

Превосходное качество спутниковой связи стало «притчей во языцах».

Наземные антенны

Спутниковые тарелки называют параболоидами. Диаметр достигает 4 метра. Помимо указанных доступны 2 вида антенн релейной связи (оба наземные):

1. Диэлектрические линзы.
2. Рупорные антенны.

Параболоиды обеспечивают высокую избирательность, позволяя установить связь, преодолевшему тысячи километров лучу. Типичная тарелка неспособна передать сигнал, требуются более высокие характеристики.

Принцип действия

Спутники шпионы постоянно двигались, обеспечивая относительную неуязвимость и скрытность наблюдения. Использование мирных технологий пошло иным путём. Реализована концепция Кларка:

• Экваториальная орбита служит пристанищем сотен геостационарных спутников.
• Непоколебимость положения обеспечивает простоту наведения наземного оборудования.
• Высота орбиты (35786 метров) фиксированная, поскольку необходимо уравновесить силой центробежной земное тяготение.

Аппарат покрывает часть территории планеты.

Система Intelsat сформирована 19-ю спутниками, сгруппированными по четырём регионам. Абонент видит 2-4 одновременно.

Время жизни системы составляет 10-15 лет, затем отживающее срок оборудование меняют. Гравитационные эффекты планет, Солнца выявляют потребность использовать системы стабилизации. Процесс коррекций заметно снижает топливный ресурс аппаратов. Комплекс Intelsat допускает отклонения положения до 3-х градусов, продляя жизнь орбитального роя (свыше трёх лет).

Частоты

Окно прозрачности ограничено диапазоном 2-10 ГГц. Intelsat использует область 4-6 ГГц (С-диапазон). Повышение загрузки вызвало переход части трафика на Ku-диапазон (14, 11, 12 ГГц). Рабочий участок раздают порциями транспондерам. Земной сигнал принимается, усиливается, излучается назад.

Проблемы

1. Дороговизна запуска. Преодоление 35 тысяч километров отнимает немало ресурсов.
2. Задержка распространения сигнала превышает четверть секунды (достигая 1 с).
3. Малый угол наклона линии визирования искусственного летательного аппарата повышает энергетические затраты.
4. Площадь приёма покрыта неэффективно. Гигантские пространства лишены абонентов. КПД вещания чрезвычайно низок.
5. Окна прозрачности узкие, наземные станции приходится разносить территориально, менять поляризацию.

Пути решения

Частично недостатки устраняет внедрение наклонной орбиты. Спутник перестаёт быть геостационарным (см. выше спутники-шпионы времён Холодной войны). Необходимо минимум три равноудалённых аппарата, чтобы обеспечить связь круглосуточно.

Полярная орбита

Полярная орбита одна способна покрыть поверхность. Однако потребуется несколько периодов обращения космического аппарата. Рой спутников, разнесённых по углу, способен решить задачу. Полярные орбиты обошли стороной коммерческое вещание, став верным помощником систем:

• навигации;
• метеорологии;
• наземных станций управления.

Наклонная орбита

Наклон успешно использовался советскими спутниками. Орбита характеризуется следующими параметрами:

• период обращения – 12 часов;
• наклон – 63 градуса.

Видимые 8/12 часов три спутника обеспечивают связь полярным регионам, недоступным с экватора.

Спутниковый телефон

Мобильный гаджет напрямую ловит космос, минуя наземные вышки. Первый Inmarsat 1982 года обеспечивал доступ морякам. Семью годами позже создан наземный вид. Канада первой осознала преимущества оборудования пустынных территорий с редкими жителями. Вслед программу освоили США.

Проблему решает запуск низко летающих спутников:

1. Период обращения – 70..100 минут.
2. Высота 640..1120 км.
3. Зона покрытия – круг радиусом 2800 км.

Учитывая физические параметры, длительность индивидуального сеанса связи охватывает диапазон 4-15 минут. Поддержание работоспособности требует известных усилий. Пара коммерсантов США в 90-е обанкротились, не сумев набрать достаточно абонентов.

Массо-габаритные характеристики непрерывно улучшаются. Globalstar предлагает фирменное ПО смартфона, посредством Bluetooth ловящего сигнал сравнительно громоздкого приёмника спутников.

Спутниковым телефонам требуется мощная приёмная антенна, желательно зафиксированная. Оборудуют преимущественно здания, транспорт.

Операторы

1. ACeS охватывает одним-единственным спутником Азию.
2. Inmarsat старейший оператор (1979 год). Оборудует яхты, корабли. Обладая 11 летательными аппаратами, компания медленно осваивает рынок мобильных устройств, заручившись помощью ACeS.
3. Thuraya обслуживает Азию, Австралию, Европу, Африку, Средний восток.
4. MSAT/SkyTerra американский провайдер, использующей оборудование эквивалентное Inmarsat.
5. Terrestar покрывает Северную Америку.
6. IDO Global Communications на стадии бездействия.

Сети

Коммерческие проекты ограниченны.

GlobalStar

GlobalStar – совместное детище Qualcomm и Loral Corporation, позже поддержанное Alcatel, Vodafone, Hyundai, AirTouch, Deutsche Aerospace. Запуск 12 спутников был сорван, первый звонок состоялся 1 ноября 1998 года. Начальная стоимость (февраль 2000 года) составила 1,79 доллар/мин. Претерпев ряд банкротств и преобразований, компания обеспечивает клиентов 120 стран.

Обеспечивает 50% трафика США (свыше 10000 вызовов). Работоспособность поддерживают наземные репитеры. Всего 40, включая 7, вмещаемых Северной Америкой. Территории, лишённые наземных репитеров, образуют зону молчания (Южная Азия, Африка). Хотя аппараты регулярно бороздят небесную высь.

Абоненты получают американские телефонные номера, исключая Бразилию, где присваивают код +8818.

Список услуг:

• Голосовые вызовы.
• Системы определения местоположения с погрешностью 30 км.
• 9,6 кбит/с пакетный доступ в интернет.
• Мобильная связь CSD GSM.
• Роуминг.

Телефоны используют технологии Qualcomm CDMA, исключая Ericsson и Telit, принимающие традиционные SIM-карты. Базовые станции вынуждены поддерживать оба стандарта.

Iridium

Провайдер использует полярную орбиту, обеспечивая 100% покрытие планеты. Организаторы потерпели банкротство, компания возрождена в 2001 году.

Это интересно! Iridium – виновник ночных небесных вспышек. Летящие спутники хорошо видны невооружённым глазом.

Флотилия компании включает 66 спутников, используя 6 низкоорбитальных траекторий высотой 780 км. Аппараты общаются, задействовав Ka-диапазон. Львиная доля запущена бывшими банкротами. На январь 2017 обновлено 7 единиц. Регенерация продолжается: первая группа (10 штук) улетела 14 января, вторая – 25 июня, третья – 9 октября.

Это интересно! Спутник Iridium 33 10 февраля 2009 года протаранил русский Космос 2251. Небесные обломки сегодня летают над Сибирью.

Компания продолжает оказывать услуги 850 тысячам абонентов. 23% прибыли выплачено государством. Стоимость звонка составляет 0,75 – 1,5 доллара/мин. Обратные вызовы сравнительно дороги – 4 доллара/мин (Google Voice). Типичные сферы деятельности нанимателей:

1. Нефтедобыча.
2. Морской флот.
3. Авиация.
4. Путешественники.
5. Учёные.

Особую благодарность просили передать обитатели южной полярной станции Амундсена-Скотта. Компания повсеместно продаёт пакеты вызовов длительностью 50-5000 минут. Валидность первых оставляет желать лучшего, дорогие (5000 минут = 4000 долларов) сохраняют работоспособность 2 года. Месячно продление – 45 долларов:

• 75 минут стоят 175 долларов, срок использования – 1 месяц.
• 500 минут – 600-700 долларов, срок использования – 1 год.

Телефоны

Бывшие владельцы снабжали клиентов телефонными аппаратами двух изготовителей:

Моторола 9500 стал соратником первой коммерческой пробы компании. Бытующая поныне мобильная ударопрочная версия 9575 рождена 2011 годом, дополнена экстренной кнопкой вызова GSM, интерфейсом продвинутого определения местоположения. Аппарат настраивает Wi-Fi хот-спот, позволяя пользователям рядовых смартфонов посылать электронные письма, СМС, посещать интернет.

Техника Kyocera заброшена производителем. Модели распродают перекупщики. KI-G100 на базе GSM-телефона частоты 900 МГц снабжён чемоданчиком, оснащённым мощной антенной, ловящей вещание. Возможность приёма СМС обеспечена, отравлять могут лишь отдельные модели (9522). SS-66K снабжён нетипичной шаровой антенной.

1. 9575 ударопрочный, водонепроницаемый телефон, снабжённый пылезащитным корпусом. Выдерживает температуры минус 20 – плюс 50 градусов Цельсия.
2. 9555 – снабжён встроенной гарнитурой, USB-интерфейсом, переходником на последовательный порт RS-232.
3. 9505А – здоровенный гаджет формы кирпича. Снабжён родным интерфейсом RS-232.
4. SS-55K выпущен ограниченной партией. Неимоверных размеров, продаётся перекупщиками eBay.

Прочее оборудование компании включало:

1. Пейджеры.
2. Таксофоны.
3. Оснастку яхт, самолётов.

Буи

Плавучие бакены, напоминающие систему отслеживание цунами, способны вести приём/передачу коротких сообщений. Интерфейс позволит использовать функционал фирменного телефона, отказывающегося ловить спутники.

Космическая или спутниковая связь по существу является разновидностью радиорелейной (тропосферной) связи и отличается тем, что ее ретрансляторы находятся не на поверхности Земли, а на спутниках в космическом пространстве.

Впервые идею спутниковой связи представил в 1945 году англичанин Артур Кларк. В радиотехническом журнале он опубликовал статью о перспективах ракет, подобных «Фау-2», для запуска спутников Земли в научных и практических целях. Знаменателен последний абзац этой статьи: «Искусственный спутник на определенном расстоянии от Земли будет совершать один оборот за 24 ч. Он будет оставаться неподвижным над определенным местом и в пределах оптической видимости почти с половины земной поверхности. Три ретранслятора, размещенные на правильно выбранной орбите с угловым разнесением на 120°, смогут покрыть телевидением и УКВ радиовещанием всю планету; я боюсь, что те, кто планирует послевоенные работы, не сочтут это дело простым, но я считаю именно этот путь окончательным решением проблемы».

4 октября 1957 г. в СССР был осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли, первого космического объекта, сигналы которого принимались на Земле. Этот спутник положил начало космической эры. Излучаемые спутником сигналы использовались не только для пеленгации, но и для передачи информации о процессах на спутнике (температура, давление и пр.). Эта информация передавалась путем изменения длительности посылок, излучаемых передатчиками (широтно-импульсная модуляция). 12 апреля 1961 г. в Советском Союзе впервые в истории человечества осуществлен полет человека в космическое пространство. Космический корабль «Восток» с летчиком-космонавтом Ю. А. Гагариным на борту был выведен на орбиту спутника Земли. Для измерения параметров орбиты корабля-спутника и контроля работы его бортовой аппаратуры на нем была установлена многочисленная измерительная и радиотелеметрическая аппаратура. Для пеленгации корабля и передачи телеметрической информации использовалась радиосистема «Сигнал», работавшая на частоте 19,955 МГц. Двусторонняя связь космонавта с Землей обеспечивалась радиотелефонной системой, работавшей в диапазонах коротких (19,019 и 20,006 МГц) и ультракоротких (143,625 МГц) волн. Телевизионная система осуществляла передачу на Землю изображения космонавта, что позволяло иметь визуальный контроль за его состоянием. Одна из телевизионных камер передавала изображение пилота в анфас, а другая – сбоку .

Достижения отечественной науки в области освоения космического пространства позволили осуществить предсказания Артура Кларка. В конце 50-х годов прошлого века в СССР и США начали проводиться экспериментальные исследования возможностей использования искусственных спутников Земли в качестве радиоретрансляторов (активных и пассивных) в наземных системах связи. Теоретические разработки в области энергетических возможностей линий спутниковой связи позволили сформулировать тактико-технические требования к устройствам спутникового ретранслятора и наземных устройств, исходя из реальных характеристик технических средств, существовавших в то время .

Учитывая идентичность подходов, экспериментальные исследования в области создания линий спутниковой связи представим на примере США . Первый активный радиоретранслятор «Score» был запущен 18 декабря 1958 года на наклонную эллиптическую орбиту с высотой апогея 1481 км, перигея 177 км. Аппаратура спутника состояла из двух приемопередатчиков, работавших на частотах 132.435 и 132.095 МГц. Работа производилась в режиме замедленной ретрансляции. Запоминание сигнала, посланного наземной передающей станцией, производилась путем записи на магнитную ленту. В качестве источников питания применялись серебряно-цинковые аккумуляторы емкостью 45 ампер – час при напряжении 18 вольт. Продолжительность связи составляла приблизительно 4 мин за 1 оборот спутника. Производилась ретрансляция 1 телефонного или 7 телетайпных каналов. Срок службы спутника равнялся 34 дням. Спутник сгорел при входе в атмосферу 21 января 1959 года. Второй активный радиоретранслятор «Курьер» был запущен 4 октября 1960 года на наклонную эллиптическую орбиту с высотой апогея 1270 км и перигея 970 км. Аппаратура спутника состояла из 4 приемопередатчиков (частота 150 МГц для передачи команд и 1900 МГц для связи), устройства магнитной памяти и источников питания – солнечных элементов и химических батарей. В качестве первичного источника питания использовались кремниевые солнечные элементы в количестве 19 152 штук. В качестве буферного каскада применялись никель-кадмиевые батареи емкостью 10 ампер – час при напряжении 28-32 вольта. Продолжительность сеанса связи составляла 5 мин за один оборот спутника. Срок службы спутника составил 1 год. 10 июля 1962 года на наклонную эллиптическую орбиту с апогеем 5600 км и перигеем 950 км был запущен активный ретранслятор «Телстар», который предназначался для активной ретрансляции радиосигналов в реальном масштабе времени. Одновременно он ретранслировал или 600 симплексных телефонных каналов, или 12 дуплексных телефонных каналов, или один телевизионный канал. Во всех случаях работа производилась по способу частотной модуляции. Частоты связи: на линии спутник – Земля 4169,72 МГц, на линии Земля – спутник 6389,58 МГц. Продолжительность сеанса связи на линии США – Европа через этот спутник составляла около 2 часов в сутки. Качество передаваемых телевизионных изображений менялось от хорошего до отличного. По проекту предусматривался весьма значительный срок службы спутника –2 года, однако после четырех месяцев успешной работы отказала командная линия. Было установлено, что причинной отказа явились поверхностные повреждения вследствие действия радиации при прохождении спутником внутреннего радиационного пояса.

14 февраля 1963 года был запущен первый синхронный спутник системы «Синком» с параметрами орбиты: высота апогея 37 022 км, высота перигея 34185, период обращения 1426,6 минут. Рабочая частота на линии Земля – спутник равна 7360 МГц, на линии спутник – Земля 1820 МГц. В качестве первичного источника питания на спутнике использовались солнечные элементы в количестве 3840 штук общей мощностью 28 Вт при напряжении 27,5 вольт. Связь со спутником поддерживалась только 20 077 секунд, после чего наблюдения велись астрономическими методами.

23 апреля 1965 г. в СССР был запущен первый спутник связи «Молния-1». С запуском второго спутника связи «Молния-2» 14 октября 1965 г. началась регулярная эксплуатация линии дальней связи через ИСЗ. Позднее была создана система дальней космической связи «Орбита». Она состояла из сети наземных станций и искусственных спутников Земли «Молния», «Радуга», «Горизонт». Ниже, в главе 7, будет показано, что модификации спутников «Горизонт» продолжают функционировать и в XXI веке. Это говорит о высокой надежности отечественной техники по сравнению с зарубежной.

Первые станции спутниковой связи были построены, испытаны и введены в эксплуатацию в подмосковном г. Щелково и в Уссурийске. Кабельными и релейными линиями связи они соединялись соответственно с телецентрами и телефонными междугородными станциями Москвы и Владивостока.

Наиболее подходящей для оборудования земных станций спутниковой системы оказалась аппаратура тропосферной связи ТР-60/120, в которой, как известно, использовались передатчики большой мощности и высокочувствительные приемные устройства с малошумящими параметрическими усилителями. На ее основе разрабатывается приемно-передающий комплекс «Горизонт», устанавливаемый на наземных станциях первой линии спутниковой связи между Москвой и Владивостоком.

Специально были разработаны передатчики для связной и командно-измерительной линии, параметрические усилители с температурой шума 120 К для установки в подзеркальной кабине антенны, а также совершенно новое оборудование, обеспечивающее стыковку с местными телецентрами и междугородными телефонными станциями.

В те годы проектировщики земной станции, боясь влияния мощных передатчиков на приемники, устанавливали их на разных антеннах и в разных зданиях (приемном и передающем). Однако опыт использования одной общей антенны для приема и передачи, полученный на линиях тропосферной связи, позволил в дальнейшем перенести приемное оборудование на передающую антенну, что значительно упростило и удешевило эксплуатацию станций спутниковой связи.

В 1967 г. через спутник связи «Молния-1» создана разветвленная телевизионная сеть приемных земных станций «Орбита» с центральной передающей станцией под Москвой. Это позволило организовать первые каналы связи между Москвой и Дальним Востоком, Сибирью, Средней Азией, передавать программу Центрального телевидения в отдаленные районы нашей Родины и дополнительно охватить более 30 млн телезрителей.

Однако спутники «Молния» вращались вокруг Земли по вытянутым эллиптическим орбитам . Для слежения за ними антенны наземных приемных станций должны постоянно поворачиваться. Гораздо проще решают эту задачу спутники, вращающиеся по стационарной круговой орбите, которая находится в плоскости экватора на высоте 36 000 км. Они совершают один оборот вокруг Земли за 24 часа и поэтому кажутся наземному наблюдателю висящими неподвижно над одной точкой нашей планеты. Трех таких спутников достаточно для обеспечения связью всей Земли.

В 80-е годы прошлого века эффективно функционировали работающие на стационарных орбитах спутники связи «Радуга» и телевизионные спутники «Экран». Для приема их сигналов не нужны были сложные наземные станции. Телевизионные передачи с таких спутников принимаются прямо на несложные коллективные, и даже индивидуальные антенны.

В 1980-е годы началось развитие персональной спутниковой связи. При этой связи спутниковый телефон непосредственно соединяется со спутником, находящимся на околоземной орбите. Со спутника сигнал поступает на наземную станцию, откуда передается в обычную телефонную сеть. Число спутников, необходимое для стабильной связи в любой точке планеты, зависит от радиуса орбиты той или иной системы спутников.

Основной недостаток персональной спутниковой связи – ее относительная дороговизна по сравнению с сотовой связью. Кроме того, в спутниковые телефоны встраиваются передатчики большой мощности. Поэтому они считаются небезопасными для здоровья пользователей.

Самые надежные спутниковые телефоны работают в сети Инмарсат, созданной более 20 лет назад. Спутниковые телефоны системы Инмарсат представляют собой чемоданчик с откидной крышкой размером с первые портативные компьютеры. Крышка спутникового телефона по совместительству является и антенной, которую необходимо поворачивать по направлению к спутнику (на дисплее телефона отображается уровень сигнала). В основном такие телефоны используются на судах, поездах или большегрузных автомобилях. Каждый раз, когда необходимо позвонить или ответить на чей-то звонок, нужно будет устанавливать спутниковый телефон на какую-нибудь ровную поверхность, раскрывать крышку и крутить его, определяя направление максимального сигнала.

В настоящее время в общем балансе связи на спутниковые системы пока приходится примерно 3 % мирового трафика. Но потребности в спутниковых линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по сравнению с другими видами дальней связи.

МОУ Парабельская гимназия

Реферат

Спутниковые системы связи

Выполнил

Горошкина Ксения

ученица 11 класса

Проверил

Борисов Александр Владимирович

Парабель

2010 год

Введение 3

1. Принципы организации спутниковых каналов связи 4

2. Орбиты спутников связи 5

3. Типовая схема организации услуг спутниковой связи 6

4. Сферы применения спутниковой связи 6

4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT 7

4.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи 7

5. Технологии, используемые в спутниковой связи 8

6. История создания спутниковых систем связи 11

6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ "Молния-1" 12

6.2. Первая в мире спутниковая система "Орбита" для распределения ТВ-программ 13

6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания "Экран" 14

6.4. Системы распределения ТВ-программ "Москва" и "Москва-Глобальная 15

6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц 16

6.6. Создание системы "Интерспутник" 16

6.7. Создание спутниковой линии правительственной связи 17

6.8. В заключении… 17

Список используемой литературы 20

Введение

Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, и используются для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам.

Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств которыми они обладают. К ним, в частности, относятся большая пропускная способность, неограниченные перекрываемые пространства, высокое качество и надежность каналов связи. Эти достоинства, которые определяют широкие возможности спутниковой связи, делают ее уникальным и эффективным средством связи. Спутниковая связь в настоящее время является основным видом международной и национальной связи на большие и средние расстояния. Использование искусственных спутников Земли для организации связи продолжает расширяться по мере развития существующих сетей связи. Многие страны создают собственные национальные сети спутниковой связи.

В нашей стране создается единая автоматизированная система связи. Для этого развиваются, совершенствуются и находят новые области применения различные технические средства связи.

В своем реферате я рассмотрю принципы организации спутниковых систем, сферы применения, историю создания ССС. В наше время спутниковому вещанию уделяется большое внимание, поэтому мы должны знать принцип работы системы.

1. Принципы организации спутниковых каналов связи

Спутниковая связь - один из видов 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 сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае - почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает. Для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну.

В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы, 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.

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.

2. Орбиты спутников связи

Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:

1 - экваториальные, 2 - наклонные, 3 - 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 неспособен 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.

При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. 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. Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала.

3. Типовая схема организации услуг спутниковой связи

• оператор спутникового сегмента создает за счет собственных средств спутник связи, размещая заказ на изготовление спутника у одного из производителей спутников, и осуществляет его запуск и обслуживание. После выведения спутника на орбиту оператор спутникового сегмента начинает предоставление услуг по сдаче в аренду частотного ресурса спутника-ретранслятора компаниям-операторам услуг спутниковой связи.

• компания-оператор услуг спутниковой связи заключает договор с оператором спутникового сегмента на использование (аренду) емкостей на спутнике связи, используя его в качестве ретранслятора с большой территорией обслуживания. Оператор услуг спутниковой связи выстраивает наземную инфраструктуру своей сети на определенной технологической платформе, выпускаемой компаниями-производителями наземного оборудования для спутниковой связи.

4. Сферы применения спутниковой связи:

• Магистральная спутниковая связь: Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. 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.

• Системы VSAT : системы VSAT (Very Small Aperture Terminal - терминал с очень маленькой апертурой антенны) 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. 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.

4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT:

Основной элемент спутниковой сети VSAT - ЦУС. Именно Центр Управления Сетью обеспечивает доступ клиентского оборудования с сети интернет, телефонной сети общего пользования, другим терминалам сети VSAT, реализует обмен трафиком внутри корпоративной сети клиента. ЦУС имеет широкополосное подключение к магистральным каналам связи, предоставляемым магистральными операторами и обеспечивает передачу информации от удаленного VSAT-терминала во внешний мир.

4.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи:

Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего мобильного спутникового приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:

• Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик.
• 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.

• Оборудование клиента (мобильные спутниковые терминалы, спутниковые телефоны) взаимодействует с внешним миром или друг с другом посредством спутника-ретранслятора и станций сопряжения оператора услуг мобильной спутниковой связи, обеспечивающих подключение к внешним наземным каналам связи (телефонной сети общего пользования, сети интернет и пр.)

5. Технологии, используемые в спутниковой связи

М ногократное использование частот в спутниковой связи. Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами:

• 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).

Ч астотные диапазоны.

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:

Название диапазона	Частоты	Применение
		Подвижная спутниковая связь
		Подвижная спутниковая связь
	4 ГГц, 6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь
	Для спутниковой связи в этом диапазоне частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.	Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
	11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц
		Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
		Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

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.

М одуляция 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

Спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя импульсно-кодовую модуляцию.
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).

Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты сверточных кодов, а также турбо-коды.

6. История создания спутниковых систем связи

Идея создания на Земле глобальных систем спутниковой связи была выдвинута в 1945 г. Артуром Кларком , ставшим впоследствии знаменитым писателем-фантастом. Реализация этой идеи стала возможной только через 12 лет после того, как появились баллистические ракеты, с помощью которых 4 октября 1957 г. на орбиту был запущен первый искусственный спутник Земли (ИСЗ). Для контроля за полетом ИСЗ на нем был помещен маленький радиопередатчик - маяк, работающий в диапазоне 27 МГц . Через несколько лет 12 апреля 1961 г . впервые в мире на советском космическом корабле "Восток" Ю.А. Гагарин совершил исторический облет Земли. При этом космонавт имел регулярную связь с Землей по радио. Так началась систематическая работа по изучению и использованию космического пространства для решения различных мирных задач.

Создание космической техники сделало возможным развитие очень эффективных систем дальней радиосвязи и вещания. В США начались интенсивные работы по созданию связных спутников. Такие работы начали разворачиваться и в нашей стране. Ее огромная территория и слабое развитие связи, особенно в малонаселенных восточных районах, где создание сетей связи с помощью других технических средств (РРЛ, кабельные линии и др.) сопряжено с большими затратами, делало этот новый вид связи весьма перспективным.

У истоков создания отечественных спутниковых радиосистем стояли выдающиеся отечественные ученые и инженеры, возглавлявшие крупные научные центры: М.Ф. Решетнев, М.Р. Капланов, Н.И. Калашников, Л.Я. Кантор

Основные задачи, ставящиеся перед учеными, состояли в следующем:

Разработка спутниковых ретрансляторов телевизионного вещания и связи ("Экран", "Радуга", "Галс"), с 1969 г. спутниковые ретрансляторы разрабатывались в отдельной лаборатории, возглавляемой М.В. Бродским ;

Создание системных проектов построения спутниковой связи и вещания;

Разработка аппаратуры земных станций (ЗС) спутниковой связи: модуляторов, порогопонижающих демодуляторов ЧМ (частотной модуляции) сигналов, приемных и передающих устройств и др.;

Проведение комплексных работ по оснащению оборудованием станций спутниковой связи и вещания;

Разработка теории следящих ЧМ демодуляторов со сниженным шумовым порогом, методов многостанционного доступа, методов модуляции и помехоустойчивого кодирования;

Разработка нормативно-технической документации на каналы, тракты телевизионного и связного оборудования спутниковых систем;

Разработка систем управления и контроля ЗС и сетями спутниковой связи и вещания.

Специалистами НИИР были созданы многие национальные спутниковые системы связи и вещания, находящиеся в эксплуатации и поныне . Приемо-передающее наземное и бортовое оборудование этих систем также было разработано в НИИР. Помимо оборудования специалисты института предложили методики проектирования как самих спутниковых систем, так и отдельных, входящих в их состав устройств. Опыт проектирования спутниковых систем связи специалистов НИИР отражен в многочисленных научных публикациях и монографиях.

6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ "Молния-1"

Первые эксперименты по спутниковой связи путем отражения радиоволн от американского отражающего спутника "Эхо" и Луны, используемых в качестве пассивных ретрансляторов, проводились специалистами НИИР в 1964 г . Радиотелескопом в обсерватории в поселке Зименки Горьковской области были приняты телеграфные сообщения и простой рисунок из английской обсерватории "Джодрелл Бэнк".

Этот эксперимент доказал возможность успешного использования космических объектов для организации связи на Земле.

В лаборатории спутниковой связи были подготовлены несколько системных проектов, а затем она приняла участие в разработке первой отечественной системы спутниковой связи "Молния-1" в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Головной организацией по созданию этой системы был Московский научно-исследовательский институт радиосвязи (МНИИРС). Главным конструктором системы "Молния-1" является М.Р. Капланов - заместитель руководителя МНИИРС.

В 60-е годы в НИИР велась разработка приемо-передающего комплекса тропосферной радиорелейной системы "Горизонт", также работающей в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Этот комплекс был модифицирован и созданная аппаратура, названная "Горизонт-К", использовалась для оснащения первой спутниковой линии связи "Молния-1", связавшей Москву и Владивосток. Эта линия предназначалась для передачи ТВ-программы или группового спектра 60 телефонных каналов. При участии специалистов НИИР в этих городах были оборудованы две земные станции (ЗС). В МНИИРС был разработан бортовой ретранслятор первого искусственного спутника связи "Молния-1", успешный запуск которого состоялся 23 апреля 1965 г . Он был выведен на высокоэллиптическую орбиту с периодом обращения вокруг Земли 12 ч. Такая орбита была удобна для обслуживания территории СССР, рас положенной в северных широтах, так как в течение восьми часов на каждом витке ИСЗ был виден с любой точки страны. Кроме того, запуск на такую орбиту с нашей территории осуществляется с меньшими затратами энергии, чем на геостационарную. Орбита ИСЗ "Молния-1" сохранила свое значение до сих пор и используется, несмотря на преобладающее развитие геостационарных ИСЗ.

6.2. Первая в мире спутниковая система "Орбита" для распределения ТВ-программ

После завершения исследований технических возможностей ИСЗ "Молния-1" специалистами НИИР Н.В. Талызиным и Л.Я. Кантором было предложено решить проблему подачи ТВ-программ центрального телевидения в восточные районы страны путем создания первой в мире системы спутникового вещания "Орбита" в диапазоне 1 ГГц на базе аппаратуры "Горизонт-К".

В 1965-1967 гг. в рекордно короткие сроки в восточных районах нашей страны было одновременно сооружено и введено в действие 20 земных станций "Орбита" и новая центральная передающая станция "Резерв". Система "Орбита" стала первой в мире циркулярной, телевизионной, распределительной спутниковой системой, в которой наиболее эффективно использованы возможности спутниковой связи.

Следует отметить, что диапазон, в котором работала новая система "Орбита" 800-1000 МГц, не соответствовал тому, который был распределен в соответствии с Регламентом радиосвязи для фиксированной спутниковой службы. Работа по переводу системы "Орбита" в С-диапазон 6/4 ГГц была выполнена специалистами НИИР в период 1970-1972 гг. Станция, функционирующая в новом диапазоне частот, получила название "Орбита-2". Для нее был создан полный комплекс аппаратуры для работы в международном диапазоне частот - на участке Земля-Космос - в диапазоне 6 ГГц, на участке Космос-Земля - в диапазоне 4 ГГц. Под руководством В.М. Цирлина была разработана система наведения и автосопровождения антенн с программным устройством. В этой системе использовались экстремальный автомат и метод конического сканирования.

Станции "Орбита-2" начали внедряться с 1972 г ., а к концу 1986 г . их было построено около 100. Многие из них и в настоящее время являются действующими приемо-передающими станциями.

В дальнейшем для работы сети "Орбита-2" был создан и выведен на орбиту первый советский геостационарный ИСЗ "Радуга", многоствольный бортовой ретранслятор которого создавался в НИИР (руководитель работы А.Д. Фортушенко и ее участники М.В. Бродский, А.И. Островский, Ю.М. Фомин и др.) При этом были созданы и освоены технология изготовления и методы наземной обработки космических изделий.

Для системы "Орбита-2" были разработаны новые передающие устройства "Градиент" (И.Э. Мач, М.З. Цейтлин и др.), а также параметрические усилители (А.В. Соколов, Э.Л. Ратбиль, B.C. Санин, В.М. Крылов) и устройства приема сигналов (В.И. Дьячков, В.М. Доро феев, Ю.А. Афанасьев, В.А. Полухин и др.).

6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания "Экран"

Широкое развитие системы "Орбита", как средства подачи ТВ-программ, в конце 70-х годов стало экономически неоправданным из-за большой стоимости ЗС, делающей нецелесообразной ее установку в пункте с населением менее 100-200 тыс. человек. Более эффективной оказалась система "Экран", работающая в диапазоне частот ниже 1 ГГц и имеющая большую мощность передатчика бортового ретранслятора(до 300 Вт). Целью создания этой системы было охват ТВ-вещанием малонаселенных пунктов в районах Сибири, Крайнего Севера и части Дальнего Востока. Для ее реализации были выделены частоты 714 и 754 МГц, на которых было возможно создать достаточно простые и дешевые приемные устройства. Система "Экран" стала фактически первой в мире системой непосредственного спутникового вещания.

Приемные установки этой системы должны были быть рентабельными как для обслуживания небольших населенных пунктов, так и для индивидуального приема ТВ-программ.

Первый спутник системы "Экран" был запущен 26 октября 1976 г . на геостационарную орбиту в точку 99° в.д. Несколько позднее в Красноярске были выпущены станции коллективного приема "Экран-КР-1" и "Экран-КР-10" с мощностью выходного телевизионного передатчика 1 и 10 Вт. Земная станция, передающая сигналы на ИСЗ "Экран", имела антенну с диаметром зеркала 12 м, она была оборудована передатчиком "Градиент" мощностью 5 кВт, работающим в диапазоне 6 ГГц. Приемные установки этой системы, разработанные специалистами НИИР, были наиболее простыми и дешевыми приемными станциями из всех, реализованных в те годы. К концу 1987 г. число установленных станций "Экран" достигло 4500 шт.

6.4.Системы распределения ТВ-программ "Москва" и "Москва-Глобальная"

Дальнейший прогресс в развитии систем спутникового ТВ-вещания в нашей стране связан с созданием системы "Москва", в которой технически устаревшие ЗС системы "Орбита, были заменены на малые ЗС. Разработка малых ЗС началась в 1974 г. по инициативе Н.В. Талызина и Л.Я. Кантора.

Для системы "Москва" на ИСЗ "Горизонт" был предусмотрен ствол повышенной мощности, работающий в диапазоне 4 ГГц на узконаправленную антенну. Энергетические соотношения в системе были выбраны таким образом, что обеспечивали применение на приемной ЗС небольшой параболической антенны с диаметром зеркала 2,5 м без автоматического наведения. Принципиальной особенностью системы "Москва" являлось строгое соблюдение норм на спектральную плотность потока мощности у поверхности Земли, установленных Регламентом ради связи для систем фиксированной службы . Это позволяло использовать эту систему для ТВ-вещания на всей территории СССР. Система обеспечивала прием с высоким качеством центральной ТВ-программы и программы радиовещания. Впоследствии в системе был создан еще один канал, предназначенный для передачи газетных полос.

Эти станции получили также широкое распространение в отечественных учреждениях, расположенных за рубежом (в Европе, на севере Африки и ряде других территорий), что дало возможность нашим гражданам за рубежом принимать отечественные программы. При создании системы "Москва" был использован ряд изобретений и оригинальных решений, позволивших усовершенствовать как построение самой системы, так и ее аппаратурные комплексы. Эта система послужила прототипом для многих спутниковых систем, созданных позже в США и Западной Европе, в которых для подачи программ ТВ на ЗС малого размера и умеренной стоимости использовались ИСЗ средней мощности, работающие в диапазоне фиксированной спутниковой службы.

В течение 1986-1988 гг. была проведена разработка специальной системы "Москва-Глобальная" с малыми ЗС, предназначенной для подачи центральных ТВ-программ в отечественные представительства за рубежом, а также для передачи небольшого объема дискретной информации. Эта система также находится в эксплуатации. В ней предусмотрена организация одного ТВ-канала, трех каналов для передачи дискретной информации со скоростью 4800 бит/с и двух каналов со скоростью 2400 бит/с. Каналы передачи дискретной информации использовались в интересах Комитета по телевидению и радиовещанию, ТАСС и АПН (Агентство политических новостей). Для охвата практически всей территории Земного шара в ней используются два спутника, расположенные на геостационарной орбите на 11° з.д. и 96° в.д. Приемные станции имеют зеркало диаметром 4 м, аппаратура может располагаться как в специальном контейнере, так и в помещении.

6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц

С 1976 г . в НИИР начались работы по созданию принципиально новой в те годы системы спутникового телевидения в выделенном по международному плану для такого спутникового ТВ-вещания диапазоне частот 12 ГГц (СТВ-12), которая не имела бы ограничений по излучаемой мощности, присущих системам "Экран" и "Москва" и могла бы обеспечить охват всей территории нашей страны многопрограммным ТВ-вещанием, а также обмен программами и решение проблемы республиканского вещания. В создании этой системы НИИР являлся головной организацией.

Специалисты института провели исследования, определившие оптимальные параметры данной системы, и разработали многоствольные бортовые ретрансляторы и оборудование передающей и приемной ЗС. На первом этапе развития этой системы использовался отечественный спутник "Галс", сигналы передавались в аналоговом виде, использовалось импортное приемное оборудование. Позже был осуществлен переход на цифровое оборудование на базе иностранного спутника, а также передающего и приемного оборудования.

6.6. Создание системы "Интерспутник"

В 1967 г. началось развитие международного сотрудничества социалистических стран в области спутниковой связи. Целью его было создание международной спутниковой системы "Интерспутник", предназначенной для удовлетворения потребностей Болгарии, Венгрии, Германии, Монголии, Польши, Румынии, СССР и Чехословакии в телефонной связи, передаче данных и обмене ТВ-программами. В 1969 г. были разработаны проект этой системы, юридические основы организации "Интерспутник", а в 1971 г. подписано соглашение о ее создании.

Система "Интерспутник" стала второй в мире между народной системой спутниковой связи (после системы "Интелсат"). Специалисты НИИР разработали проекты ЗС, которые при содействии СССР были построены во многих странах социалистического содружества. Первая ЗС за рубежом была создана на Кубе, а вторая - в Чехословакии. Всего НИИР поставил за рубеж более десяти ЗС для приема программ ТВ, ЗВ и специального назначения.

Вначале в "Интерспутнике" использовался ИСЗ типа "Молния-3" на высокоэллиптической орбите, а с 1978 г. -два многоствольных геостационарных спутника типа "Горизонт" с точками стояния 14° з.д. и 53° (а затем 80°) в.д. На ЗС первоначально был установлен передатчик "Градиент-К" и приемный комплекс "Орбита-2".

Все системные и технические решения по созданию системы "Интерспутник", а также аппаратура ЗС создавались специалистами НИИР совместно с опытным заводом НИИР "Промсвязьрадио" и организациями-соисполнителями. Система "Интерспутник" находится в эксплуатации и сегодня, арендуя стволы космической группировки РФ, а также используя свой геостационарный спутник LMI-1, находящийся на позиции 75° в.д. Работы проводились в кооперации с ПО "Искра" (Красноярск), Московским и Подольским радиотехническими заводами.

Руководителем работ был С.В. Бородич .

6.7. Создание спутниковой линии правительственной связи

В 1972 г . было заключено межправительственное соглашение между СССР и США о создании прямой линии правительственной связи (ЛПС) между главами государств на случай чрезвычайных обстоятельств. Выполнение этого важного правительственного соглашения было поручено специалистам НИИР. Главным конструктором разработки ЛПС стал В.Л. Быков , а ответственными исполнителями - И.А. Ястребцов, А.Н. Воробьев.

На территории СССР были созданы две ЗС: одна (в Дубне под Москвой), вторая (в Золочеве под Львовом). Ввод ЛПС в эксплуатацию состоялся в 1975 г . Она действует через ЗС "Дубна" до настоящего времени. Это был первый опыт работы по созданию отечественными специалистами спутниковой линии в международной системе "Интелсат".

6.8. В заключении…

В 1960-1980 гг. специалисты НИИР решали весьма важные для нашего государства и сложные в техническом отношении проблемы создания национальных систем спутниковой связи и вещания.

· Были созданы системы распределения ТВ-программ на обширной территории нашей страны, в том числе - непосредственного спутникового телевещания. Многие системы, созданные в НИИР, были первыми в мире: "Орбита", "Экран", "Москва" и др. Оборудование наземной части этих систем, а также бортовое оборудование - также разработка НИИР, оно производилось отечественной промышленностью.

· Спутниковые системы связи и вещания позволили удовлетворить потребности десятков миллионов граждан нашей страны, особенно тех, кто проживали в малонаселенных районах Западной Сибири и Дальнего Востока. С созданием спутниковых систем в этих регионах у граждан впервые появилась возможность принимать программы центрального телевидения в реальном времени.

· Внедрение спутниковых систем имело исключительно важное значение для экономического и социального развития как труднодоступных регионов Сибири и Дальнего Востока, так и всей страны.

· Население Сахалина, Камчатки, Хабаровского края и многих других отдаленных территорий получило доступ к телефонной сети общего пользования.

· Ученые НИИР выполнили оригинальные научные исследования, направленные на создание методик расчета разного рода устройств, применяемых в системах спутниковой связи. Ими также была создана методологии проектирования систем спутниковой связи и написан ряд фундаментальных монографий и научных статей по проблемам спутниковой связи.

Вывод

Современные организации характеризуются большим объемом различной информации, в основном электронной и телекоммуникационной, которая проходит через них каждый день. Поэтому важно иметь высококачественный выход на коммутационные узлы, которые обеспечивают выход на все важные коммуникационные линии. В России, где расстояния между населенными пунктами огромное, а качество наземных линий оставляет желать лучшего, оптимальным решением этого вопроса является применение систем спутниковой связи (ССС).

Изначально ССС использовались для передачи ТВ-сигнала. Наша страна характеризуется обширной территорией, которую нужно охватить средствами коммуникации. Сделать это стало проще после появления спутниковой связи, а именно системы Орбита-2. Позже появились спутниковые телефоны, главным преимуществом которых является независимость от наличия каких-либо местных телефонных сетей. Качественная телефонная связь доступна из практически любой точки земного шара.

В рамках президентской программы «Универсальная услуга связи» в каждом населенном пункте были установлены таксофоны, в особо отдаленных районах были использованы именно спутниковые таксофоны.

Согласно федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2015 годы» происходит внедрение цифрового вещания в России. Программа полностью профинансирована, в том числе средства пойдут и на создание многофункциональных спутников.

Список используемой литературы

1. Интернет-ресурс «История спутниковой связи» http://sviazist.nnov.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=1026

2.Интернет-ресурс «Принципы организации спутниковой связи» http://vsatinfo.ru/index.php?option=com_sobi2&catid=30&Itemid=0

3. Интернет ресурс «Свободная энциклопедия»

http://ru.wikipedia.org

Рецензия

на реферат «Спутниковые системы связи»

Ученицы 11 кл. МОУ Парабельской гимназии

Горошкиной Ксении

Тема реферата раскрыта полностью. Материал всех разделов интересный, изложен доступно и чётко. Хорошие иллюстрации. Структура реферата соблюдена. Работу можно использовать как учебное пособие для учащихся.

Оценка «ОТЛИЧНО»

Эксперт: Борисов А. В. учитель физики

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретательАртур 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. 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 подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization), но СССР в их число не входил по политическим причинам. 6 апреля 1965 года в рамках этой программы был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird («ранняя пташка», произведенный корпорацией COMSAT.

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. 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.

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

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 .

Первый искусственный спутник земли.

Запуск первого в мире искусственного спутника Земли был осуществлен в Советском Союзе 4 октября 1957 г. в 22 ч. 28 мин. 34 с по московскому времени. Впервые в истории сотни миллионов людей могли наблюдать в лучах восходящего или заходящего солнца перемещающуюся по темному небосводу искусственную звезду, созданную не богами, а руками человека. И мировое сообщество восприняло это событие как величайшее научное достижение.

Первые ИСЗ с спутниковой связью.

Сталин 13 мая 1946 г. подписал постановление о создании в СССР ракетной отрасли науки и промышленности. В его развитие в августе 1946 г. Сергея Королева (академика с 1958 г.) назначили главным конструктором баллистических ракет дальнего действия. Тогда никто из нас не предвидел, что, работая с ним, мы будем участниками запуска первого в мире ИСЗ, а вскоре после этого и первого полста человек в Космос - Юрия Гагарина.

В январе 1956 г. было подготовлено и 30 января подписано постановление Правительства о создании неориентированного ИСЗ под секретным шифром «Объект Д» массой 1000‑1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200‑300 кг. К июлю 1956 г. был закончен проект первого ИСЗ, излучения Солнца, магнитных полей, космических лучей, теплового режима спутника, торможения его в верхних слоях атмосферы, продолжительности существования на орбите, и т. д.

К концу 1956 г. выяснилось, что сроки создания ИСЗ буду сорваны из-за трудностей изготовления надежной научной аппаратуры. Тем не менее, проект «Объекта Д» был одобрен спецкомитетом Совета Министров СССР. А ранее, 12 февраля 1955 г. в полупустыне, в районе станции Тюратам, силами армии под командованием генерала Шубникова началось строительство научно-исследовательского и испытательного полигона № 5 (с 1961 г. это место известно как космодром Байконур).

В течение 1955‑1956 гг. было закончено изготовление первого технологического комплекса ракеты насителя Р‑7, проведены ее испытания на Ленинградском металлическом заводе совместно с реальной стартовой системой. На огневых стендах под Загорском (ныне город Пересвет) начали огневые испытания отдельных блоков ракеты. Под руководством Н. Пилюгина проводили моделирование и комплексную отработку системы управления. (высота ракеты насителя Р-7 составляет 342,2 метра)

Запустить ракету в космос пытались 4 раза но из-за збоев в апаратуре и ненадежности оболочки ракеты, Королевым был предложен упрощенный вариант. 17 сентября 1957 г. на полигон прибыла ракета-носитель 8К71ПС (изделие М1‑ПС). Ее существенно облегчили по сравнению со штатными ракетами. Макетная головная часть была снята и заменена переходником «под спутник». С центрального блока сняли всю аппаратуру системы радиоуправления - точность ведь не требовалась. Сняли одну из систем телеметрии. Упростили автоматику выключения двигателя центрального блока. Таким образом, стартовая масса ракеты была облегчена на 7 т по сравнению с первыми образцами.

4 октября 1957 г. в 22 ч. 28 мин. 3 с по московскому времени был осуществлен старт. Через 295,4 с спутник и центральный блок ракеты-носителя вышли на орбиту. Впервые была достигнута первая космическая скорость, рассчитанная основателем классической физики и закона всемирного тяготения англичанином Исааком Ньютоном (1643‑1727 гг.). Она составляла для первого ИСЗ 7780 м/с. Наклонение орбиты спутника равнялось 65,1 о , высота перигея 228 км, высота апогея - 947 км, период обращения 96,17 мин

когда на полигоне приняли ставшие тут же известными всему человечеству сигналы «БИП‑БИП‑БИП», так началось существование спутниковой связи.

Первый спутник существовал 92 дня (до 4 января 1958 г.). За это время он совершил 1440 оборотов, центральный блок работал 60 дней: он наблюдался простым глазом как звезда 1-й величины.

СОВРЕМЕННЫЕ СПУТНИКИ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

Основные типы спутников

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 и ГЛОНАСС, 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.

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 35880 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 35880 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.

Спутник 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 приёмных 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 Каланов, сайт "Знания-сила".
Лит-ра: Tim Furniss. The history of space vehicles.

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!