1965. április 23-án magas elliptikus pályára bocsátották az első hazai hírközlési műholdat, a Molnija-1-et, ami a műholdas rádiókommunikáció kiépülését jelentette hazánkban. Szinte ezzel egy időben az Egyesült Államokban geostacionárius pályára bocsátották az első kereskedelmi kommunikációs műholdat, az Intelsat-1-et.
Így a rádiókommunikációs hatótávolság meredek növelésének ötletét úgy valósították meg, hogy egy átjátszót helyeztek magasan a Föld felszíne fölé, ami lehetővé tette a hatalmas terület különböző pontjain található rádióállomások egyidejű rádiós láthatóságát. A műholdas kommunikációs rendszerek (SS) előnyei a nagy áteresztőképesség, a globális lefedettség és jó minőség kommunikáció.
Az SS rendszerek konfigurációja a mesterséges földi műhold (AES) típusától, a kommunikáció típusától és a földi állomások paramétereitől függ. Az SS-rendszerek építésére elsősorban ezeket használják háromféle műhold(9.1. ábra) - magas elliptikus pályán (HEO), geostacionárius pályán (GEO) és alacsony magasságú pályán (LEO). Minden műholdtípusnak megvannak a maga előnyei és hátrányai.
Példa a VEO-val ellátott mesterséges műholdra a hazai Molniya típusú műholdak, amelyek keringési ideje 12 óra, dőlésszöge 63°, és az északi félteke feletti apogeus magassága 40 ezer km. A műhold mozgása az apogeus régióban lelassul, míg a rádiós láthatóság időtartama 6...8 óra Előny ebből a típusból műhold az nagy méretű az északi félteke nagy részét lefedő szolgáltatási területek. A VEO hátránya, hogy a lassan sodródó műhold antennáit nyomon kell követni, és át kell irányítani őket a bejövő műholdról a felszálló felé.
Egyedülálló pálya a GSO - egy 24 órás műholdforgási periódusú körpálya, amely az egyenlítői síkban fekszik, a Föld felszínétől 35875 km magasságban. A pálya szinkronban van a Föld forgásával, így a műhold álló helyzetben van a Föld felszíne. A GSO előnyei: a szolgáltatási terület a Föld felszínének körülbelül egyharmada, három műhold is elegendő szinte globális kommunikációhoz, a földi állomásantennák gyakorlatilag nem igényelnek nyomkövető rendszert. Az északi szélességi körökön azonban a műhold kis szögben látható a horizonthoz képest, és egyáltalán nem látható a sarki régiókban.
A kis magasságú pályák síkja az Egyenlítő síkjához (poláris és kvázi-poláris pályák) hajlik, magassága a Föld felszíne felett kb. 200...2000 km. Egy könnyű műhold alacsony pályára állítása olcsó hordozórakétákkal is megvalósítható.
A mesterséges földi műholdakat használó kommunikációs rendszer megvalósításának elvét a 9.2. ábra mutatja. Itt a és b azokat a földi állomásokat (ES) jelöli, amelyek között a kommunikáció létrejön, és az a és b pontokban a Föld felszínét érintő egyenesek és e pontok horizontvonalai. Ezért az MN pályán mozgó AES 1 műhold egyidejűleg megfigyelhető az a és b állomásról, amikor az és a pályaszakasz mentén mozog. Következésképpen a műhold antennarendszere által az 1. műhold irányába eső a pontban kibocsátott elektromágneses oszcillációkat a műhold fedélzeti rádióberendezése tudja fogadni, és az erősítés és a frekvenciaátalakítás után a Föld felé irányítja, ahol a műhold veszi. a műholdantenna a b pontban. A GS antennákat mindig a műhold felé kell irányítani. Következésképpen a műholdak mozgatásakor az antennáknak forogniuk kell, folyamatosan „követve” a műhold mozgását az űrben.
Fedélzeti berendezéssel ellátott rádiókommunikációs rendszert hívnak rendszer aktív jelrelével vagy rendszer aktív műholddal.
Tekintsük az a és b pontokban található ES közötti duplex kommunikáció blokkdiagramját aktív jeltovábbítás közben (9.3. ábra). Itt a C 1 üzenet a ZS a állomás M modulátorához kerül, aminek eredményeként a rezgések f 1 vivőfrekvenciával modulálódnak. A P adóból származó rezgések az A a1 antennához kerülnek, és a műhold felé sugározódnak, ahol az átjátszó A fedélzeti antennája veszi őket. Ezután az f 1 frekvenciájú oszcillációkat az elválasztószűrő (RF) táplálja, a Pr 1 vevő felerősíti, f 2 frekvenciává alakítja, és továbbítja a P 1 adóhoz. Az adó kimenetéről az f 2 frekvenciájú rezgések az RF-en keresztül jutnak el az A fedélzeti antennához, és a Föld felé sugározzák. Ezeket az oszcillációkat az A b2 antenna veszi a ZS b állomáson, továbbítja a vevőhöz (Pr) és detektorhoz (Det), amelyek kimenetén a C 1 üzenet van kiemelve. A C 2 üzenet ES b-ről az ES a állomásra történő átvitele hasonló módon f 3 frekvencián történik, és a fedélzeti ismétlő az f 3 vivőfrekvenciájú rezgéseket f 4 frekvenciájú rezgésekké alakítja.
Az üzenetek továbbítására egy másik módszer is javasolható, amelyben nincs rádióberendezés a műhold fedélzetén. Ebben az esetben az A pontból küldött jeleket az 1. műhold felszíne előzetes erősítés nélkül visszaveri a Föld felé (beleértve a b pontot is). Ezért a b állomás által vett jelek sokkal gyengébbek lesznek, mint a fedélzeti berendezések jelenlétében. Passzív műholdként mind a különféle formájú speciális reflektorok (gömbhengerek, térfogati poliéderek és mások formájában), mind a Föld természetes műholdja, a Hold használható. Az ilyen kommunikációs rendszerek kapacitása a jelenlegi technológiai szint mellett nem haladja meg a két-három telefonüzenetet.
Abban az esetben, ha az AES 2 műhold m–n pályán (9.2. ábra) olyan alacsony tengerszint feletti magasságban mozog, hogy azt a ZS a és ZS b állomások antennái egyidejűleg nem tudják megfigyelni (a pályamagasság a metszéspont alatt van). a horizontvonalak és ), ezért a 2. műhold fedélzeti berendezései által vett jel nem továbbítható azonnal a b állomásra. A rendszer működése ebben az esetben a következőképpen strukturálható: az a állomás felett átrepülő 2. műhold olyan üzeneteket fogad, amelyek erősítés után a bot memória berendezésébe kerülnek (például szalagra rögzítve). Ezután, amikor a 2 műhold a b állomás felett repül, bekapcsolja a bot adóját, és továbbítja az a állomástól kapott információkat. Az adó bekapcsolható a műhold által kibocsátott speciális parancsjel megadásával abban a pillanatban, amikor a műhold megjelenik az állomás láthatósági zónájában, vagy olyan bot szoftverrel, amely figyelembe veszi a műhold sebességét a pályán, magasságát. és az állomások közötti távolság. Az ilyen rendszert memóriakommunikációs rendszernek vagy késleltetett relérendszernek nevezik. Aktív jelzőrelével rendelkező rendszer a pályamagasságtól és az állomások közötti távolságtól függően megvalósítható azonnali (nem késleltetett) jelfogós rendszerként (valós idejű rendszer) és késleltetett relével.
Különösen érdekes a geostacionárius pálya – egy kör alakú pálya, amely az egyenlítői síkban (i=0) helyezkedik el, és távol van a Föld felszínétől, körülbelül 36 000 km távolságra. Abban az esetben, ha a műhold mozgásának iránya egy ilyen pályán egybeesik a Föld forgási irányával, a műhold mozdulatlan lesz a földi megfigyelőhöz (geostacionárius műholdhoz) képest. Ez a tulajdonság, valamint az a tény, hogy a műhold nagy távolságra van a Földtől, a geostacionárius műholdon keresztüli kommunikáció következő fontos előnyeihez vezet: először is lehetővé válik a jelek továbbítása és vétele rögzített antennarendszerek segítségével (amelyek egyszerűbb és olcsóbb, mint a mobil), másodszor pedig az éjjel-nappali folyamatos kommunikáció megvalósítása a Föld felszínének körülbelül egyharmadával egyenlő területen. Geostacionárius műholdon keresztül azonban nehéz kommunikálni a 75º...78º feletti szélességi körökkel, mivel ez jelentősen megnöveli a zajt a földi vevők bemenetén.
Hazánkban olyan kommunikációs műholdakat állítottak geostacionárius pályára, mint a "Rainbow" és a "Gorizont".
Amikor a műholdak más pályákon mozognak (nem geostacionárius), a műholdak a földi megfigyelőhöz képest mozognak. Ebben az esetben mobilantenna-eszközökre és speciális berendezésekre van szükség, amelyek biztosítják az antenna mozgó műhold követését és irányítását. A mobil műholdakkal kialakított kommunikációs rendszerek megfelelő pályaválasztással lehetővé teszik a kommunikációt bármely területtel földgolyó, beleértve a sarkiakat is. Mobil műholdak használatakor az a és b pontban található állomások közötti kommunikáció (9.2. ábra) csak a műhold pályaszakasz mentén történő mozgása alatt valósítható meg.
A hosszú távú folyamatos kommunikáció biztosítása viszonylag alacsony pályán csak a műholdak számának növelésével lehetséges (9.4a ábra) Ebben az esetben minden földi állomáson két antennát (A 1 és A 2) kell telepíteni, amely jelek továbbítása és vétele a kölcsönös kommunikációs zónában található műholdak egyikével, például az 1. műholddal. Amikor az 1. műhold elhagyja ezt a zónát, a kommunikáció a 2. műholdon keresztül történik, az A2 antennák használatával. Amikor a 2. műhold elhagyja a zónát, a jelek átvitelét és vételét a 3. műholdon és az erre a műholdra irányított A 1 antennán keresztül kell végrehajtani, és így tovább. Az a és b állomások közötti folyamatos kommunikáció érdekében a szomszédos műholdak közötti távolságnak kisebbnek kell lennie, mint a zóna. Ezzel a módszerrel a műholdak száma a kommunikációs pontok távolságától és a pályaparaméterektől függ.
Műholdak használatakor lehetőség van a jelek továbbítására nemcsak egy, hanem több műholdon keresztül is. Ezenkívül alacsony pályák esetén a földi állomásokon a jelek folyamatos továbbításához két antenna szükséges.
A 9.4, b ábra az óramutató járásával megegyező irányba mozgó műholdakat mutatja egy alacsony pályán, amelynek egy része mn ívként látható. Az a állomásról az A 1 antennán keresztül érkező jel a 4 műholdba jut, és a 3 műholdon, a 2 műholdon és az 1 műholdon keresztül továbbítódik a b állomás A 1 vevőantennájára. Így ebben az esetben az A1 antennákat és a 4 műholdat tartalmazó orbitális szegmenst - 1 műhold 1 -et használják a jel továbbítására. Amikor a 4-es műhold elhagyja a horizontvonaltól balra fekvő zónát, a jel az A2 antennákon és az 5-ös műholdat tartalmazó szegmensen – a 2-es műholdon – keresztül kerül továbbításra és vételre. Ezután a jelek átvitelét és vételét A 1 antennák és egy AES 6 - AES 3 műholdakból álló szegmens végzik és így tovább.
9.4. ábra. Többműholdas kommunikációs rendszer
A kis magasságú pályán mozgó műholdak használata leegyszerűsíti a földi állomások felszerelését, mivel csökkenthető a földantennák erősítése, az adók teljesítménye, és olyan vevőkészülékekkel dolgozhatunk, amelyek ekvivalens zajhőmérséklete valamivel magasabb, mint az esetben. geostacionárius műholdak. Ebben az esetben azonban megnő a műholdak száma, és ezek keringési mozgásának szabályozása szükséges.
A több műholdról érkező jelek továbbításának egy másik felhasználási módja a 9.4c ábrán látható. Ebben az esetben az azonos pályán mozgó műholdak egyik csoportjáról, például a 4-es műholdról, az „a” állomás A 1 által kibocsátott jele továbbításra kerül a d geostacionárius műholdra, majd az állomás A antennája veszi azt. „b”. Amikor a 4-es műhold elhagyja a horizontvonaltól balra fekvő területet, az „a” állomás és a d műhold közötti folyamatos kommunikáció az A2 antennán és az 5-ös műholdon, majd az A1-en és a 6-os műholdon keresztül történik, és így tovább. A „b” állomáson ebben az esetben elegendő, ha csak egy antenna irányul a város műholdjára.
Mivel egy műholdat nagy területről lehet megfigyelni a Föld felszínén, lehetséges több műhold közötti kommunikáció egyetlen közös műholdon keresztül. Ebben az esetben a műhold számos földi állomás számára "elérhető", ezért a rendszert többszörös hozzáférésű (MA) rendszernek nevezik. Az MD rendszerekben mind az állomások közötti körkörös kommunikáció (üzenetek továbbítása egy állomásról több állomásra), mind az egyidejű duplex kommunikáció az összes műhold között egy közös, a műholdon elhelyezett fedélzeti ismétlő segítségével megszervezhető. A műholdakon keresztüli kommunikációs rendszer MD-vel több földi állomásból áll, amelyek a műholdakon keresztüli kölcsönös kommunikáció zónájában helyezkednek el, és a műholdon közös átjátszót használnak az egymással való kommunikációhoz vagy egy állomás kommunikációjához több állomással bármilyen kombinációban (9.5. ábra). . Vegye figyelembe, hogy egy MD rendszerben az egyidejű kommunikációt nem is minden állomással, hanem csak egy csoporttal lehet megszervezni. Ebben az esetben tanácsos keskeny sugárzási mintájú (nagy nyereségű) fedélzeti antennákat használni. Az ilyen antennákat a Földről irányítják, és a kívánt állomáscsoporthoz irányíthatók. Ennek a rendszernek egy másik változata a fedélzeti berendezések átkapcsolása egyik vagy másik fedélzeti antennára, amelynek fix iránya van a földfelszín bizonyos pontjaira. Az MD rendszer földi állomásai között műholdakon keresztül szervezett kommunikációs csatornák két csoportra oszthatók:
- állandó (rögzített) csatornák, amelyek csak bizonyos földi állomások közötti kommunikációra szolgálnak;
- nem állandó (laza) csatornák, a fogyasztók igényeitől függően átmenetileg különböző állomások között szervezve.
Nyilvánvalóan az első csoport csatornái lehetővé teszik az azonnali kommunikáció megszervezését bármikor; a második csoportba tartozó kommunikációs csatornák egy bizonyos eljárás végrehajtását követelik meg, hasonlóan ahhoz, ami a szokásos városi telefonkommunikációra jellemző. Mielőtt üzeneteket küldene a második csoport csatornáin, szükséges: információt szerezni egy szabad csatorna jelenlétéről a rendszerben (vagyis visszaigazolást kapni a kommunikációs rendszerhez való hozzáférésről - egy alközpontban ez egy hosszú hangnak felel meg ); tárcsázza a kívánt levelező címét (számát); győződjön meg arról, hogy a levelező csatornája ingyenes (azaz hozzáférjen a levelezőhöz).
Nyilvánvaló, hogy a rögzített csatornákkal rendelkező rendszerekben, mivel bizonyos csatornákat bizonyos időközönként használnak, a csatornák teljes számának nagyobbnak kell lennie, mint a nem rögzített csatornákkal rendelkező rendszerekben. Így a hozzá nem rendelt csatornákkal rendelkező rendszerek hatékonyabbak, de vannak hátrányai is: egyrészt több időbe telik a kommunikáció kialakítása (szabad csatornát kell találni és a szükséges kapcsolásokat csengő- és címjelzésekkel kell elvégezni), másrészt pedig a rendszerrel való azonnali kapcsolat létrehozásának esetleges megtagadása.
Bármilyen típusú kommunikációs csatornával (rögzített vagy rögzítetlen), multicast, unicast és vegyes üzenetek és fővonalak hozhatók létre.
Multicast csoportüzenet konstrukcióban minden földi állomás egy fővonalat bocsát ki, amely az összes földi állomás általi vételre szánt csoportos üzenetet továbbítja. Az összes állomás által kibocsátott, a fedélzeti átjátszón áthaladó trönkeket minden állomás fogadja. A demoduláció után a csoportüzenetek azon részei, amelyek csak egy adott állomásnak szólnak, minden trönkről leválasztásra kerülnek. Ez a kiosztás vagy egy adott állomás címe alapján történik, amelyet az üzenet előtt továbbítanak (nem hozzárendelt csatornák esetén), vagy előzetes megállapodás alapján az adott állomásnak szánt csatornák elhelyezéséről a továbbított csoportos üzenetekben (hozzárendelteknél) csatornák).
Nyilvánvaló, hogy a multicast csoport üzenetek HF trönkekben történő felépítésekor minden AP-nak n-1 fővonalat kell fogadnia, ahol n az AP-k száma. Így ebben az esetben egy viszonylag egyszerű adókészüléket kapunk, de az állomás vevőberendezése lényegesen bonyolultabbá válik.
Az unicast felépítéssel minden állomás saját csoportüzenetet és saját HF trönköt kap, amelyben minden adóállomás a megfelelő számú csatornát foglalja el. Így minden állomás bizonyos számú csatornát foglal el az átjátszón áthaladó n-1 fővonalban, amelyek mindegyike csak egy meghatározott földi állomás számára van dedikálva. Ebben az esetben minden állomáson csak egy ehhez az állomáshoz szánt csatornát kell venni és demodulálni. Nyilvánvaló, hogy az adó berendezés bonyolultabb, mint a vevő berendezés.
A trönkek vegyes felépítésével minden földi állomáson a trönkek multicast képzését hajtják végre, az átjátszónál pedig áttérnek a multicastról a trönkek unicast felépítésére, vagyis a csatornák átcsoportosítását hajtják végre. Így a törzsek vegyes felépítésével a földi állomások vevő és adó berendezése egyaránt leegyszerűsödik, de az átjátszó berendezés bonyolultabbá válik.
A közös kommunikációs csatorna három fő módszere van: frekvencia (FR), idő (TS) és eltérő alakú jelek (kódcsatorna-osztás) segítségével.
9.6. ábra. Frekvenciaosztásos többszörös hozzáférés (a) és időosztás (b)
Frekvenciaosztásos többszörös hozzáférés (FDMA).
Ebben az esetben minden fővonalhoz (azaz minden állomáshoz) egy bizonyos vivőfrekvencia van kijelölve (f 1, f 2,..., f n). A szomszédos vivők közötti távolságot úgy választjuk meg, hogy a moduláció során a spektrumok kölcsönös átfedésének lehetősége kizárt legyen (9.6a ábra). Megjegyezzük, hogy az FDMA legegyszerűbben abban az esetben valósítható meg, ha a rezgések frekvenciamodulációját a földi állomásokon többcsatornás kommunikációval hajtják végre a telefoncsatornák frekvenciaosztásával (rövidítve PD FM FDMA rendszer). Így ebben a rendszerben az átjátszó bemeneten komplex jel érkezik, amely n frekvenciamodulált harmonikus jelből álló rendszer, amely az összes ES vivőfrekvenciája. Egy ilyen összetett jel áthaladása egy közös fedélzeti átjátszón, amely egy nemlineáris eszköz, a következő nemkívánatos jelenségekhez vezet:
1) átmeneti interferencia előfordulása;
2) azokról a földi állomásokról (vagyis azokról a fővonalakról) érkező jelek elnyomása, amelyek szintje az átjátszó bemenetén valamilyen okból (például fading miatt) alacsonyabb lesz, mint más állomások jelszintje. Ez az elnyomás akár 6 dB is lehet. Ennek a jelenségnek a kiküszöbölése érdekében az egyes földi állomásokról kibocsátott jelszintek megfelelő figyelésére és beállítására van szükség. Ez a beállítás automatikusan elvégezhető az átjátszótól különböző fővonalaktól (állomások;
3) tranziens interferencia előfordulása a fővonalak között és az átjátszó kimeneti teljesítményének csökkenése azon átjátszó fokozatok amplitúdójellemzőinek nemlinearitása miatt, amelyek közösek a földi állomásoktól kapott összes fővonalra. A kimenő teljesítmény csökkenését a nemlinearitási termékek megjelenése okozza, amelyek az átjátszó teljesítményének egy részét fogyasztják.
A felsorolt jelenségek oda vezetnek, hogy a telefoncsatornák tranziens zajának adott értékénél a földi állomások számának növekedésével, vagyis az átjátszó által egyidejűleg felerősített fővonalak (vivők) számának növekedésével, csökkenteni kell az egyes szolgáltatókon továbbított telefonüzenetek számát. Ezért minél több állomás van az FDMA rendszerben, annál kevesebb telefonüzenet továbbítható. Valós rendszerek számításai és tesztelései azt mutatják, hogy egy FM FM alatt egy vivőn 700 telefoncsatorna továbbítására képes átjátszó az FM FM FM rendszerben 8 állomás működése esetén minden vivőn 30 csatornát tud továbbítani, azaz nem több mint 8 30 = 240 csatorna (közel 3-szor csökkent az átviteli sebesség). Ha 16 állomás működik az FR FM FDMA rendszerben, egy vivőn legfeljebb tíz telefonüzenet továbbítható. Így az eredeti áteresztőképességhez képest 23%. Ezzel a működési móddal azonban, felhasználva a különböző hordozókon továbbított telefonüzenetek statisztikai jellemzőit, új lehetőségek nyílnak az átjátszó kapacitás növelésére. Ha a szavak, kifejezések közötti szünetekben és amikor az előfizetők csendben vannak egy ilyen rendszerben, a földi adók vivőfrekvenciás sugárzása elnyomódik, ez jelentősen csökkenti az átjátszó terhelését és 3-4-szeresére növeli az áteresztőképességet. . Emlékezzünk vissza, hogy az ilyen vivőelnyomást a frekvenciaosztó berendezések felépítésénél alkalmazzák: az egyes konverterek kimenetén az alvivő frekvenciájú rezgések szintjét igyekeznek a lehető legkisebbre csökkenteni.
A nemzetközi Intelsat rendszerben megvalósított Spade rendszerben a vivőelnyomásos FDMA módszert használják. Ebben a rendszerben minden telefonüzenetet nyolc bites PCM-jellé alakítanak át (64 kbit/s), és négyfázisú PM segítségével külön RF vivőn továbbítják. Az egy telefoncsatorna által elfoglalt frekvenciasáv 38 kHz, a Δf Protect őrintervallum = 7 kHz (9.6a ábra). A leírt rendszer 800 nem csatolt csatorna átvitelét biztosítja egy 36 MHz széles csatornán.
A hazai Gradient N berendezés is FDMA-t használ, melyben az egyes telefonüzeneteket külön vivőn továbbítják FM-en a mérési szintnek megfelelő 30 kHz-es csúcsfrekvencia eltéréssel. A törzsben a vivőfrekvenciák száma 200, a szomszédos vivők közötti távolság 160 kHz. A "Csoport" háztartási berendezésekben a szállítók száma 24; a köztük lévő távolság 1,35 MHz. A frekvenciamodulációt a berendezés ezen verziójában egy szabványos 12 csatornás csoport (spektrum 12..60 kHz) végzi, 125 kHz effektív frekvencia eltéréssel. Így a továbbított telefonüzenetek száma 24·12 = 288.
Időosztásos többszörös hozzáférés (TDMA).
Ebben az esetben a földi állomások átjátszón keresztüli működtetése felváltva történik. Ezért minden állomás ugyanazon a vivőfrekvencián működhet, és közös szinkronizációs rendszerrel kell rendelkeznie, amely biztosítja az adók szigorúan egymás utáni be- és kikapcsolását.
A 9.6b. ábra egy három állomásból – 1, 2 és 3 – álló TDMA rendszer működési ciklusát mutatja. A τ időintervallumok alatt, amelyeket állomáskereteknek nevezünk, minden állomás vivőfrekvenciás rezgéseket bocsát ki, amelyeket az elválasztó berendezéstől érkező üzenet modulál; A τ 3 azt a védelmi időintervallumot jelöli, amely megakadályozza két földi állomás egyidejű bekapcsolását, T c pedig az átviteli ciklust. A leírt lehetőség a földi állomások szinkron működésére vonatkozik. A pilótahanggal megvalósítható szinkronizációs rendszernek figyelembe kell vennie a műhold és az egyes földi állomások közötti távolságok különbségét. A TDMA rendszerek jellemzően geostacionárius műholdakkal működnek, mivel mobil műholdak használatakor a szinkronizálás nehézkes, mivel ebben az esetben a műholdak és a földi állomások közötti távolság változó lesz. FDMA esetében a legmegfelelőbb megoldás a PCM használata a vivő fázismodulációjával (rövidítve PCM PM FDMA). A 9.7. ábra példaként mutatja be a TDMA rendszer részletes működési ciklusát. Az ábrából az következik, hogy az egyes keretek során nem csak üzenetek érkeznek az állomásokról telefonos és szolgálati kommunikációs csatornákon, hanem több speciális jel is. Ezek a következők: szinkronizálás, hívó- és kapcsolójelek (S&S), címjelek (SA) és pilotjelek (PS). Ne feledje, hogy az S&C egy szinkronjelből áll a referenciaoszcillátorokhoz koherens vétel során (RSCS), egy keretszinkronizáló jelből (CS), a PCM-mel rendelkező rendszerekben szükséges jelből az óraszinkronizáláshoz (TS), valamint a hívó előfizetőket és az áramkör kapcsolást biztosító jelekből. (C&S) .
A keret információs része a teljes kerethossz kb. 85...90%-a.
Az FDMA-val rendelkező rendszerek számos előnnyel rendelkeznek az FDMA-val szemben:
1) egy adott állomás adóeszközének impulzusteljesítménye nem függ más állomások működési körülményeitől, és nem igényel beállítást, mivel nincs kölcsönös jelek elnyomása;
2) minden földi adóállomás működhet egy vivőfrekvencián, a vevő pedig egy másikon, ami leegyszerűsíti az állomások építését;
3) az átjátszó adó maximális teljesítmény üzemmódban működik; a közvetített jelek között nincs kölcsönös interferencia.
A TDMA-val rendelkező rendszerek hátrányai közé tartozik az állomásszinkronizálási rendszer bonyolultsága és az interferencia előfordulása, ha legalább egy állomás működésének szinkronizálása megszakad.
Különböző típusú MD-k összehasonlítása a csatornakimenet adott zajértéke és a korlátozott átjátszó teljesítmény tekintetében azt mutatja, hogy az FDMA egyértelmű előnyökkel rendelkezik az FDMA-val szemben.
Az MDVR elvet az MDVU-40 hazai berendezésben valósítják meg, ami lehetővé teszi, hogy a digitális stream átviteli sebesség a műholdas törzsben 40 Mbit/s legyen. Ez a rendszer OFM-4-et használ.
9.2. A jelátvitel jellemzői a világűrben
Jel késleltetés.
A földi állomások és a műhold fedélzetén található átjátszó közötti kommunikációs vonal nagy hossza jelkésleltetéshez vezet. Ezt az a tény határozza meg, hogy a jelnek időbe telik egy távolság megtétele, m:
ahol a kommunikációs vonal hossza az „a” pontban található ES-től az ISS-en át a „b” pontban található ES-ig (4.1.2. ábra); c = 3·10 8 m/s – fénysebesség; H – a műhold és a Föld felszíne közötti távolság. Ebből következik, hogy H = 36000 km-nél (vagyis geostacionárius műhold esetén) a késleltetés értéke körülbelül 250 ms lesz. A duplex telefonbeszélgetések átvitele során a jel késése a beszélgetés kényszerített szünetéhez, az előfizetők közötti „kapcsolat” elvesztéséhez vezet, vagyis korlátozza a beszélgetés természetességét.
Visszhangok.
A jelek késleltetése az előfizetők számára észrevehető visszhangjelek megjelenéséhez vezet, amelyek a differenciálrendszerek tökéletlensége miatt a négyvezetékes kommunikációs áramkörökről a kétvezetékes áramkörökre történő váltáskor keletkeznek. A visszhangjelek abban nyilvánulnak meg, hogy az előfizető hallgatja a beszélgetését, és az előfizetők közötti jelterjedési idő kétszeresével késik. Figyelembe véve (9.1)
A visszhangjelek különösen észrevehetők nagy visszhangértékeknél. A km-es pályán mozgó műholdakat használó kommunikációs rendszerek (vagyis geostacionárius műholdak) esetén a visszhang t ≈ 500 ms. Ezekben az esetekben gondoskodni kell arról, hogy a visszhangjelek a kívánt jel szintjéhez képest körülbelül 60 dB értékre legyenek csillapítva. A visszhangjelek szükséges csillapítása visszhangcsillapítókkal történik.
Doppler effektus.
A műholdakon keresztüli kommunikációs rendszerek egyik jellemzője a megjelenés Doppler effektus, amelyet a műhold Földhöz viszonyított mozgása okoz. Jelöljük ν r-rel a műhold mozgási sebességének azt az összetevőjét, amely egybeesik a műhold - GS rádiókommunikációs vonalával, és egyezzünk meg azzal, hogy a műhold és a GS közötti távolság csökkenése esetén ν r értékét negatívnak tekintjük. és pozitív, ha ez a távolság nő.
Ismeretes, hogy amikor a jelforrás ± ν r sebességgel mozog, a vett rezgések f frekvenciája a kibocsátott rezgések frekvenciájához f 0 összefüggésben van.
. (9.3)
Itt c a fénysebesség.
Általában a ν r /c feltétel mindig teljesül<< 1, поэтому при движении источника сигнала в сторону приемника
. Innen ered a Doppler-effektus okozta frekvenciaváltozás
A Doppler-effektus legerősebben a nem geostacionárius pályákat használó kommunikációs rendszerekben fog megnyilvánulni (a Molniya rendszerben a pálya munkarészében). Geostacionárius műholdakkal rendelkező kommunikációs rendszerekben a Doppler-effektus előfordulhat a műhold pályán lévő helyzetének korrigálása során.
Megjegyzendő, hogy a (9.4) pontnak megfelelően a hatás nemcsak a kibocsátott rezgések frekvenciájának, és ezáltal a vivőfrekvenciának a megváltozásához vezet, hanem a továbbított üzenet spektrumának deformációját is okozza. Így ha a modulációt F frekvenciájú oszcillációval hajtották végre, akkor a detektor kimenetén vett oszcilláció a Doppler-effektust figyelembe véve frekvenciájú lesz. 
. Ezért az F 1 = 1 kHz és F 2 = 10 4 kHz frekvenciájú oszcillációkkal modulálva a detektor kimenetén Hz, illetve Hz frekvenciákat kapunk. Ebből egyrészt az következik, hogy az üzenetspektrum felső frekvenciái nagy mértékben megváltoznak, másrészt, hogy a vett oszcilláció spektrumának szélessége eltér a moduláló rezgések spektrumának szélességétől (a megadott példában, közel 100 Hz-el).
Kommunikációs rendszerek működési frekvenciatartományai műholdakon keresztül. A műholdakon keresztüli kommunikációs rendszerek működéséhez kiosztott frekvenciasávok kiválasztását a következő alapvető feltételek határozzák meg:
az elektromágneses hullámok légkörben való terjedésének jellemzői;
a különböző külső forrásokból (Nap, Hold, bolygók, Föld légköre és mások) származó rádiósugárzás által okozott zaj intenzitása;
a kommunikációs rendszerek műholdakon keresztüli működtetésének képessége a kijelölt frekvenciasávokban más rádiószolgáltatásokkal együtt, amelyek rádióinterferenciája elfogadható.
A rádiószabályozás szerint az 1. régióban (Európa, Orosz Föderáció, Mongólia, Afrika) a műholdakon keresztüli kommunikációs rendszereket magában foglaló helyhez kötött műholdas szolgáltatás a következő frekvenciasávokat osztja ki (40 GHz-ig):
üzenetek továbbítására az 5.725...7.075 Föld-műhold üzenetrészben; 7,9…8,4; 12,5…13,25; 14,0…14,8; 27,5…31,0 GHz;
üzenetek továbbítására az AES–Earth üzenet 3.4…4.2 szakaszában; 4,5…4,8; 7,25…7,75; 10,7…11,7; 12,5…12,75; 17,7…21,2; 37,5…40,5 GHz.
Meg kell jegyezni, hogy a műholdakon keresztüli kommunikációs rendszerek számára a legjobb frekvenciasávok a 2...8 GHz tartományba eső frekvenciák.
Jel a vevőkészülékek bemenetén. A vevő bemeneti jelteljesítménye a következő képlettel határozható meg:
. (9.5)
Itt A ∑ a teljes jelcsillapítás az antennák közötti területen; V(t) – a csillapítási tényezőt nem lépték túl t alatt (%); A p és A pr - jellemzi a jel csillapítását (gyengülését) az adókimenet és az antenna, valamint a vevőkimenet és az antenna között elhelyezkedő szűrőkben; Kpol a polarizációs veszteségek nagysága, amelyet mind az antennák polarizációs jellemzőinek nem azonossága, mind a polarizációs sík Faraday-effektus által okozott változása okoz.
Műhely.
Határozza meg a jelteljesítményt a földi állomás vevőjének bemenetén: R per =15 W; G per = 25 dB; G pr = 47 db; f/=30 GHz. Energiaveszteség a troposzférában A = 190 dB, polarizációs veszteség K padló = 7 dB. Geostacionárius műhold.
Az ilyen problémák megoldásához használja a (9.5) képletet, feltéve, hogy V = 1, nincs veszteség Ap és Apr. A képletben minden mennyiséget egységekben helyettesítünk.
Az A ∑ értékét az A cv0 szabad térben bekövetkezett jelgyengülés és A a (β) csapadék hiányában β emelkedési szög melletti légköri abszorpció határozza meg. hogyan
. (9.6)
Az A a (β) η érték a rádióhullámok légköri úthosszától függ, amely a β magassági szöggel jellemezhető. Az út, és ezzel együtt az abszorpció is minimális lesz β = 90º-nál, amikor a rádióhullámok derékszögben keresztezik a légkört, és maximum β → 0-nál. A csillapítás meghatározásánál az állomás tengerszint feletti magassága is szerepet játszik. mivel ez jellemzi a sugárút hosszát a légkörben .
A a (β) μ kiszámításához a 9.8. ábrán látható görbék használhatók, ahol az abszcissza tengely az a a (β), δB csillapítás értékét mutatja, azaz a a = 10·log A a (β).
Csillapítási szorzó a műholdakon keresztüli kommunikációs rendszerekben.
A V 2 (t) csillapítási tényezőt csak a csapadék (eső, felhők és köd) elektromágneses energiájának elnyelése határozza meg:
. (9.7)
Itt a g a lineáris jelcsillapítás, dB, 1 km hosszú úton; R g – az útvonal hossza, km, amelyen csapadék észlelhető. A különböző intenzitású esők a g értékét a grafikonok alapján határozzuk meg.
A (9.7)-ben szereplő R g mennyiség meghatározza annak az útnak a hosszát, amelyen az a g csillapítási együttható megközelítőleg állandó. Függőleges útvonalakon (β=90º) az R g értéke = 3...4 km, vízszintes útvonalakon (β=0º) az R g értéke a csapadék intenzitásától függ. Csapadékintenzitás esetén 1<10 мм/ч величина R g может доходить до нескольких сотен километров; при I=10 мм/ч R g =45…55 км; при I=25…30 мм/ч R g =30…35 км; в случае I ≥ 100 мм/ч R g =8…12 км.
8 GHz alatti frekvenciákon a d értéke kicsi lesz, ezért a (9.7) szerint V 2 (t) = 1-et kapunk. Így a 8 GHz alatti frekvenciájú műholdakon keresztüli kommunikációs rendszerekben a jelgyengülés figyelmen kívül hagyható. Ez fontos előnye ezeknek a kommunikációs rendszereknek az RRL és TRL rendszerekhez képest.
A (9.5) pontban szereplő Kpol értékét csak a vevő és adó antenna polarizációs jellemzőinek eltérése határozza meg. A műholdakon keresztüli kommunikációs rendszerekben a Kpol érték meredek csökkenésének megakadályozására gyakran használnak körkörös polarizációjú antennákat, amelyek, ha az antennákat nem gyártják pontosan, elliptikussá válhatnak. Ha azonos polarizációjú (lineáris vagy körkörös) antennákat használ az adáshoz és a vételhez, akkor a Kpol = 1 értéket kaphatja. Ha mindkét antenna lineáris polarizációval rendelkezik egymásra merőleges síkban, vagyis ha az egyik antennát vízszintes polarizációjú oszcillációra tervezték , a másik pedig függőleges, az érték Kpol = 0, vagyis nincs kapcsolat az antennák között. Ha az egyik antenna cirkuláris, a másik pedig lineáris polarizációjú, akkor a Kpol értéke 0,5, ami a vételi teljesítmény 2-szeres csökkenésének felel meg.
Zaj a vevőkészülékek bemenetén.
A műholdas kommunikációs rendszerekben, ellentétben a line-of-sight RRL-lel, lényegesen alacsonyabb belső zajjal rendelkező vevőeszközöket használnak. Ezért a vevőkészülék bemenetéhez kapcsolódó teljes zajteljesítményt mind a vevő saját termikus zajának Pt.in értéke, mind pedig a vevőn kívüli különböző források és áramkörök zajintenzitása határozza meg. Külső zajforrások lehetnek: a légkör rádiósugárzása, a Föld és az antenna zaja, valamint a vevő bemenetére csatlakoztatott különféle áramkörök (táplálók, szűrők stb.) által keltett hőzaj. Ezenkívül a vevő bemenetén jelentős zajszintet hozhatnak létre földönkívüli források - a Nap, a Hold, a bolygók rádiósugárzása és a kozmikus rádiókibocsátó források. Így a vevők bemenetéhez viszonyított teljes zajteljesítmény az
Itt P t.in a vevő saját zajának ereje; Р Ф – az adagoló és más áramkörök által keltett zajteljesítmény, amely a vevő bemenetéhez kapcsolódik; R A – az antenna zajteljesítménye, figyelembe véve a légkör termikus zaját és a Föld zaját, az antenna bemenetére vonatkoztatva; P k – a Nap, a Hold, a bolygók és a kozmikus források rádiósugárzása által generált zajteljesítmény, az antenna bemenetére vonatkoztatva; η – az adagoló és a szűrők hatékonysága; az antenna bemenet és a vevő bemenet között található.
Figyelembe véve, hogy a zajteljesítmény az ekvivalens zajhőmérséklet T e függőséggel függ össze
P w = kT e ·P e, (9,9)
Ahol k a Boltzmann-állandó, és P e a vevő sávszélessége, a (4.2.8) kifejezés átírható a következőre:
Tekintsük a (9.10)-ben szereplő mennyiségek meghatározását. A vevő saját bemenetének tulajdonított zaját általában a Ш zajszámmal vagy az egyenértékű zajhőmérséklet T e.pr jellemezzük. Ezeket a paramétereket a reláció kapcsolja össze
T e.pr = T 0 (SH-1),
ahol T 0 = 290 K.
A T e.pr és W értékeit elsősorban a vevő első fokozatainak paraméterei határozzák meg. Az alacsony zajszintű bemeneti erősítővel rendelkező vevőegységeket nehéz gyártani és működtetni. Ezért a vevőkészülék kiválasztását, például egy kvantummechanikus bemeneti erősítővel, meg kell előzni ennek a lehetőségnek a gondos műszaki és gazdasági összehasonlítása a vevőkészülék felépítéséhez más lehetséges opciókkal. Ezzel együtt a vevő bemeneti eszköz áramkörének kiválasztását a teljes zaj mértékének erősítése határozza meg. Így a kvantum- és parametrikus erősítők összehasonlítása megmutatja az előbbiek abszolút felsőbbrendűségét a zajjellemzők terén. A kvantumerősítőkhöz azonban drágább folyékony hélium kriogén berendezésekre van szükség; ráadásul szerkezetileg bonyolultabbak az állandó mágneses tér létrehozásának szükségessége miatt. Ami az erősítést és a frekvencia sávszélességét illeti, mindkét erősítő megközelítőleg egyenlő. Ha a T f = 290º K hőmérsékleten elhelyezkedő adagoló (vagy kiegészítő elem) csillapítása 0,1 dB (η = 0,977), akkor az egyenértékű zajhőmérséklet a kimenetére (vagyis a vevő bemenetére) vonatkozott. , T f. f = 6,7 K. Így az adagoló (kiegészítő elem) csillapításának minden tizede a vevő bemenetére utalt teljes hőmérséklet kb. 7 K-nel történő növekedéséhez vezet. Ez azt jelenti, hogy célszerű csökkenteni az antenna betáplálás és a vevő közötti feeder hossza, azaz alacsony zajszintű bemeneti vevőerősítők telepítése közvetlenül az antenna betáplálások közelében.
Az antenna ekvivalens zajhőmérsékletét a Föld hősugárzásának, a légkör hősugárzásának, valamint az antenna elemeinek veszteségei által okozott saját zajnak a rá gyakorolt hatása határozza meg. Általában ezek a veszteségek nagyon kicsik, ezért az antenna saját zaja figyelmen kívül hagyható. Ezért az antenna ekvivalens hőmérséklete, átszámítva a bemenetére,
, (9.11)
β – emelkedési szög; T e.z, T e.a a Föld és a légkör egyenértékű hőmérséklete az antenna bemenetére vonatkoztatva.
A 9.9. ábra azokat a görbéket mutatja, amelyek a T e.a antennára hivatkozott atmoszféra ekvivalens hőmérsékletének az f frekvenciától és a β magassági szögtől való függését határozzák meg. Ugyanez a grafikon a kozmikus zaj ekvivalens hőmérsékletének hozzávetőleges változási tartományait mutatja.
9.9. ábra. A kozmikus források és a légkör ekvivalens zajhőmérsékletének függése a frekvenciától és a magassági szögtől.
A 9.9. ábra görbéinek vizsgálata azt mutatja, hogy β csökkenésével a T e.a értéke olyan gyorsan nő, hogy β értékét használva<5º нецелесообразно. Следует отметить, что при малых β увеличивается вероятность от наземных радиотехнических средств и промышленных объектов. Максимумы на частотах 22.23 и 60 ГГц объясняются поглощением в водяных парах и кислороде атмосферы соответственно.
A görbék (9.9. ábra) a légkör normál állapotára utalnak csapadék nélkül; csapadék esetén a T e.a nő. A 9.10. ábra a 6 GHz-en végzett kísérletek eredményeit mutatja különböző csapadékintenzitás esetén. A 2. görbe egybeesik T e.a β szögtől való függésével, amit a 9.9. ábra mutat be 6 GHz-en.
9.10. ábra – A légkör zajhőmérséklete: 1 – eső 6,35 mm/g; 2 – esőfelhők, nincs eső; vízgőz 5g/cm3
Tekintsük a Föld ekvivalens hőmérsékletének meghatározását az antenna bemenetére vonatkoztatva T e.z. A műholdas kommunikációs rendszerek nagy nyereségű földi antennákat használnak, amelyek sugárszélessége körülbelül egy fok vagy annál kisebb. Az ilyen antennákat, amint az a 9.9. ábrán látható, β > 5...7º-nál használják a légköri zaj egyenértékű hőmérsékletének csökkentésére. Feltételezhető tehát, hogy a Föld rádiósugárzása (Földzaj) csak a földi antenna sugárzási mintájának oldallebenyein keresztül fog érkezni. Ez a 9.10. ábra görbéivel magyarázható. Az ábra az antenna 2 GHz-es frekvenciájú antenna zajhőmérsékletének emelkedési szögtől való függését mutatja az antennatükör (reflektor) besugárzásának két lehetőségénél, és bemutatja a diagram fő lebenyének és a elülső és hátsó félteke oldallebenyei. Az oldallebenyek mentén érkező zajnak van a legnagyobb „súlya”, és ezek a zajok határozzák meg az antenna saját zajszintjét. Ezek a zajok nagymértékben függenek az antennatükör besugárzási módjától: az antenna szélei felé irányuló besugárzás élesebb csökkenésével az oldallebenyek kisebbek, és ennek következtében a zaj hőmérséklete csökken. Meg kell jegyezni, hogy ezzel egyidejűleg az antenna felületének használata romlik, ami az erősítés csökkenéséhez vezet az antennatükör állandó méretei mellett.
Mivel a gyakorlatban a tükör szélei felé irányuló besugárzás csökkenése általában 10 dB-nek felel meg, a 9.11. ábra szerint megközelítőleg feltételezhető, hogy az oldallebenyek miatt a Föld egyenértékű hőmérséklete (K), a a földantenna bemenete,
Itt β határozza meg a magassági szöget fokban.
|
|
|
Így a (9.11) és (9.12) képlet szerint a földi állomás vevőantennájára
ahol T e.a (β) a 9.9. ábra görbéiből van meghatározva adott β értékre és f gyakoriságra.
A Föld felé orientált kommunikációs műholdak fedélzeti antennái esetében feltételezhetjük, hogy Ω A > Ω s és T s > T; itt Ω A a fedélzeti antenna sugárzási mintája (szterad) fő lebenyének térszöge; Ω з – a Föld térszöge, műholdról „megfigyelve” (szterad); Тз = 290º – a Föld egyenértékű hőmérséklete; T a környezet és a fedélzeti antennát körülvevő közeli tárgyak egyenértékű hőmérséklete. Figyelembe véve, hogy a fedélzeti antennát a Föld sugárzása mellett a Földet körülvevő légkör sugárzása is érinti, azt kapjuk, hogy
Itt a T e.a (90º) értékét a 9.9. ábrán látható görbéből határozzuk meg β=90º értékre és f gyakoriságra.
A kozmikus forrásokból származó rádiósugárzás jellemzésére általában a forrás T i fényességhőmérséklet fogalmát használják, amelyet egy abszolút fekete test hőmérsékleteként (K) határoznak meg, amely adott frekvencián és adott irányban azonos. a fényerő mint a vizsgált forrás.
Abban az esetben, ha a hőmérséklet környezet az antennától különböző irányokban nem azonos, és a T i fényességi hőmérséklettel (β 0,ψ 0) jellemző, ahol β 0,ψ 0 koordináták a gömbrendszerben, a T e.k meghatározásához meg kell szorozni a T i (β 0,ψ 0) értéket az antennaerősítéshez a megfelelő G(β 0 ,ψ 0) irányokban, és átlagoljuk a teljes gömbre. Így a gyakorlatban a következő két eset fordul elő gyakran:
1. A T i (β 0,ψ 0) értéke állandó vagy alig változik az antenna sugárzási mintázatának főlebenyén belül, és az oldallebenyek által vett sugárzás elhanyagolható. Ez arra az esetre vonatkozik, amikor Ω és >Ω A, ahol Ω A az antenna sugárzási mintázatának szélessége. Ebben az esetben T ek = T i.
2. A sugárforrások szögmérete Ω és kicsi az antenna sugárzási mintázatának Ω A szélességéhez képest (azaz Ω és< Ω з). При этом можно считать, что в пределах Ω и усиление G (β 0 ,ψ 0) = G max и потому
. (9.15)
A Nap és a különböző bolygók T avg hullámhossztól való függését a 9.12 ábra mutatja.
A Nap szögátmérőjének értéke egy „földi” megfigyelő számára, a Hold szögátmérője a perigeusban, illetve az apogeusban, illetve , ezért annak valószínűsége, hogy a vevőantennát pontosan egyik vagy másik bolygóra irányítjuk kicsi legyen, ennek ellenére ezzel, valamint az oldalsó antenna sugárzási mintalebenyeinek sugárzásának lehetőségével is mérlegelni kell.
A tér háttérsugárzásának átlagos fényességhőmérséklete, az antennabemenetre hivatkozva, két szaggatott vonallal látható a 9.9. ábrán. A felső egyenes a maximumot, az alsó pedig a minimális hőmérsékleti értéket jellemzi.
A fentiekből következik, hogy a (4.2.10) kifejezésben szereplő T eq értékének kiszámítása a (9.15) kifejezések és a 9.9. ábrán látható grafikonok szerint történik. Abban az esetben, ha a vevőantenna nem a Nap, a Hold, a bolygók és a különálló kozmikus források felé irányul, az érték
T ek = , (9,16)
és a 9.9. ábra szerint határozzák meg.
9.3. Hardver jellemzők
Földi állomások adókészülékei.
Ezek az eszközök hasonlóak a troposzférikus kommunikációs vonalak adóeszközeihez. A rezgések frekvencia- vagy fázismodulációját a rálátás radar és a troposzférikus kommunikációs kapcsolatokban használt módszerekkel hajtják végre.
A 9.13. ábra az 5975...6225 MHz frekvenciasávban működő, minden földi állomás (ES) törzsére telepített Gradient berendezés adó részének blokkvázlatát mutatja. A továbbított üzenetek (többcsatornás telefonjel vagy televíziós jel hangüzenettel együtt) a modulátor (M) bemenetére (In) kerülnek. Itt a köztes frekvencia oszcillációk frekvenciamodulációját hajtják végre, amelyeket a PR konverterekhez táplálnak. A PR kimeneten a fenti frekvenciasávban FM rezgéseket kapunk 3 W teljesítménnyel. Az utólagos erősítést (3 vagy 10 kW-ig) nagyteljesítményű erősítőkben (MU) hajtják végre klystronok használatával, legalább 25%-os hatásfokkal. Az MU kimenetei egy PC kapcsolóhoz csatlakoznak, amellyel a PR és MU első vagy második készletét csatlakoztathatja a kiegészítő eszközhöz (US), és ezáltal redundanciát hajthat végre ezen blokkokon (a tartalék kapcsolási ideje nem több, mint 200 Kisasszony). Vegye figyelembe, hogy a CS használatával több azonos berendezéskészletet is csatlakoztathat az antennarendszerhez, azaz több csatornát továbbíthat egy antennán keresztül, amelyek mindegyike a 34 MHz felét foglalja el. A működés vezérlését K blokkok végzik.
9.13. ábra. A "Gradient" adóeszköz blokkvázlata
A kommunikációs rendszerek műholdakon keresztüli átviteli eszközei abban különböznek az előző fejezetekben tárgyalt más kommunikációs rendszerek átviteli eszközeitől, hogy korlátozzák a teljesítményt és speciális diszperziós jeleket vezetnek be.
Földi állomás vevők.
A földi állomás vevőkészülékeinek egyik fő jellemzője a bemeneten alacsony zajszintű erősítők és nagy, 52...60 dB-t elérő antennák használata.
Tekintsük az Orbita-2 vevőkészülék blokkvázlatát (9.14. ábra), amelyet a 3400...3900 MHz frekvenciasávban való működésre terveztek. Az antenna által vett rezgések áthaladnak a P készletek kapcsolóján és az egyik alacsony zajszintű hűtésű parametrikus erősítő (LNA) bemenetére, majd az átalakító és az IF előerősítő (PR; PUFC) bemenetére jutnak. ). A frekvenciaváltó kimenetéről a P rackben (St. P) elhelyezkedő fő erősítő és frekvenciaérzékelő oszcillációkat kap. Ennek a rack-nek a kimenetén a vett jel típusától függően akár többcsatornás telefonüzenetet, akár képjelet hanggal együtt fogadhat. Utóbbiak szétválasztását az F szűrő végzi. A 9.14. ábrán látható, hogy az LNA, PR és PRFC teljesen redundáns, a tartalékba való átállást a P kapcsoló automatikusan végrehajtja a vezérlő és redundancia berendezésen (KR) keresztül 250 ms-on belül. A leírt vevőkészülék fő paraméterei: a bemenetre vonatkoztatott effektív zajhőmérséklet - 80...90 K; nyereségtényezők; LNA – 40 dB, AMP – 23 dB, fő AMP – 55 dB. Az AGC rendszer az IF kimeneti szintet ±1 dB pontossággal tartja fenn, ha a bemeneti szint ±10 dB-lel változik; HA az út sávszélessége 1 dB szinten 34 MHz, az LNA sávszélessége 1 dB szinten 250 MHz.
9.14. ábra. Az Orbita-2 vevőkészülék blokkvázlata
Az Orbita-2 berendezés lehetővé teszi többhordós vételi lehetőség létrehozását; ehhez a 9.14. ábrán látható LNA-kimenetekből több párhuzamosan kapcsolt PR-blokk oszcillációt kap; PUPC.
Antennák.
A vevő és adó készülékek antennarendszereket használnak 50...60 dB erősítéssel és kis oldallebenyekkel - kürtparabola és parabola antennák re-emitterrel (Cassegrain antennák). Ezzel együtt az antennarendszernek biztosítania kell a műhold mozgásának folyamatos követését. Erre még geostacionárius műholdak használatakor is szükség van, mivel a pályabeillesztés pontatlansága miatt van némi mozgásuk, és mozgáskorrekciót igényelnek. Vegye figyelembe, hogy a modern követelmények meghatározzák a geostacionárius műholdak megengedett eltolódását ±0,1-el a névleges hosszúsági értékhez képest. Ezért a keskeny sugárzási mintázatú antennarendszereket megfelelő forgóeszközökkel kell ellátni, amelyek biztosítják az antenna térbeli mozgását akár előre összeállított program szerint, akár speciális nyomkövető rendszer segítségével, amely a műholdról vett jel maximális értéke alapján történik. A második módszer közvetlenül csak vevőantennákon valósítható meg, ahonnan a vevőantenna irányát jellemző adatok a műholdra továbbíthatók az adóantenna mozgását vezérlő rendszerbe. Ezen adatok továbbításakor megfelelő módosításokat hajtanak végre rajtuk, figyelembe véve mind a vevő- és adóantennák bizonyos területi elkülönülését, mind szerkezeti nem azonosságát.
Fedélzeti adó-vevő berendezés.
A műholdak fedélzeti berendezésében szereplő összes komplexum egyik fő követelménye a nagy megbízhatóság, amely hosszú ideig biztosítja a berendezés problémamentes működését a világűr körülményei között. Ennek a követelménynek nemcsak a berendezésben szereplő egyes alkatrészeknek, alkatrészeknek kell megfelelniük, hanem a berendezés gyártása során alkalmazott technológiai módszereknek is. A fedélzeti berendezés tervezési lehetőségének kiválasztását a minimális súly, méretek és energiafogyasztás alapján kell meghatározni.
A 9.15. ábra a Molnija-1 kommunikációs rendszer adó-vevőjének blokkvázlatát mutatja. A jelek vételét és továbbítását egy közös A antenna végzi, amely a P 1 elosztón és az F 1 és F 2 szűrőkön keresztül a vevők bemenetére és az adók kimenetére csatlakozik. A földi állomásokról kapott f 1 és f 2 vivőfrekvenciájú jelek az R 2 elosztóra (9.15. ábra), az F 3 és F 4 szűrőkön keresztül pedig az Sm, IF keverőkbe és a Limit limiterekbe kerülnek. A vett jelek amplitúdóhatárolóinak szintezése után az utóbbiakat keverőkbe táplálják, amelyekben a köztes frekvenciát mikrohullámúvá alakítják. Ezután az f 2 és f 4 vivőfrekvenciájú jeleket az F 5 és F 6 szűrőkön és az R 3 elosztón keresztül egy TWT kétfokozatú erősítőjébe táplálják. A TWT-t egy folyadék hűti, amely külső radiátorokon halad át, amelyek hőt sugároznak a világűrbe.
9.15. ábra. A "Molniya-1" átjátszó blokkvázlata
A hosszú távú működés biztosítására és a fedélzeti adó-vevő állomás megbízhatóságának növelésére a berendezéskészletek hidegmentését és egy automatikus tesztelő rendszert alkalmaznak, amely egy földi állomás vivőfrekvenciájú (INS) oszcillációs szimulátorból, egy vezérlőből áll. és mérőeszköz (CIU), programidő-eszköz (PVD) és komplex kapcsoló (CC). Ha hibás készletet észlel, azt a két tartalék egyikére cseréli.
A Molniya-1 kommunikációs rendszer átjátszó főbb jellemzői a következők: frekvenciatartomány – 800…1000 MHz; a fedélzeti antenna sugárzási mintázata félteljesítményszinten – 22º; a fedélzeti adók teljesítménye televíziós jel továbbításakor 40 W, a telefonbeszélgetések duplex átvitele esetén 14 W minden egyes nagyfrekvenciás csatornán (f 2 és f 4 frekvenciákon); a műhold ellipszis alakú pályán mozog, az északi féltekén körülbelül 40 000 km-es apogeussal, körülbelül 500 km-es perigeussal és körülbelül 65º-os pályahajlásszöggel; A műhold körözési ideje 12 óra.
1972-ben modernizált átjátszóval felbocsátották a Molnija-2 műholdat, melynek adói a 4 GHz-es tartományban működnek.
Ellenőrző kérdések:
1. Sorolja fel a műholdas kommunikációs rendszerek előnyeit!
2. Határozza meg geostacionárius pálya.
3. Ismertesse a mesterséges földi műholdak segítségével történő kommunikáció elvét!
4. Melyik rendszer a késleltetett relé kommunikációs rendszer?
5. Ismertessen egy többszörös hozzáférésű rendszert!
6. Ismertesse a multicast trönk felépítés elvét!
7. Magyarázza el a frekvenciaosztásos többszörös hozzáférés elvét!
8. Ismertesse az időosztásos többszörös hozzáférés elvét!
9. Mi okozza a jelek késését?
10. Hogyan jelennek meg a visszhangjelek az előfizetők számára?
11. Mi okozza a Doppler-effektust?
12. Mi határozza meg a műholdakon keresztüli kommunikációs rendszerek működéséhez kiosztott frekvenciasávok megválasztását?
13. Hogyan határozható meg a jel teljesítménye a vevő bemenetén?
14. Adja meg a vevők bemenetére vonatkozó összzajteljesítmény képletét?
15. Adja meg a Gradiens átviteli eszköz blokkdiagramját!
16. Sorolja fel a Molnija-1 kommunikációs rendszer átjátszójának főbb jellemzőit!
( TECHNIKAI EGYETEM)
Bölcsészettudományi Kar.
Absztrakt a témában:
"A mesterséges földi műholdak jellemzői a műholdas kommunikációs rendszerek példáján."
Készítette: a 10-202 csoport tanulója Dobrotina E.G.
Moszkva 2001
Terv
ÉN. Bevezetés
II. A Föld első mesterséges műholdja
III. AES kommunikációs rendszerek
IV. Következtetés
én . BEVEZETÉS
Az asztronutika gyors fejlődése, a Föld-közeli és a bolygóközi űr tanulmányozásában és feltárásában elért sikerek nagymértékben kibővítették a Napról és a Holdról, a Marsról, a Vénuszról és más bolygókról alkotott ismereteinket. A légkör felső rétegeinek, az ionoszférának és a magnetoszférának a vizsgálata nagyon hatékonynak bizonyult. Ugyanakkor kiderült, hogy a Föld-közeli űr és az űrtechnológia nagyon hatékony felhasználása számos földtudomány érdekeit szolgálja. .
A mesterséges földi műholdak használata kommunikációs és televíziós, üzemi és hosszú távú időjárás-előrejelzés és hidrometeorológiai viszonyok, tengeri és légi útvonalakon való navigáció, nagypontosságú geodézia, a Föld természeti erőforrásainak tanulmányozása és az élőhely monitorozása terén egyre inkább terjed, ill. gyakoribb. Közelebbi és hosszabb távon a gazdaság különböző területein jelentősen megnő a tér és az űrtechnológia szerteágazó felhasználása.
Korunkat az információ hatalmas növekedése jellemzi az emberi tevékenység minden területén. A hagyományos információtovábbítási eszközök – telefonálás, távírás, rádióműsorszórás – fokozatos fejlődése mellett felmerült az igény új típusú információk – televíziózás, adatcsere automatikus vezérlőrendszerekben és számítógépekben – létrehozására, újságnyomtatási mátrixok továbbítására.
A különböző gazdasági problémák és tudományos kutatások globális jellege, széles államközi integráció és együttműködés a termelésben, kereskedelemben, . a kutatási tevékenységek és a kulturális cserekapcsolatok bővülése a nemzetközi és interkontinentális kapcsolatok jelentős növekedéséhez vezetett, beleértve a televíziós műsorok cseréjét is.
Folyamatosan fejlesztik a hagyományos kommunikációs eszközöket típusukat, mennyiségüket, hatókörüket, az információtovábbítás hatékonyságát és megbízhatóságát tekintve. Továbbfejlesztésük azonban jelentős technikai és gazdasági nehézségekbe ütközik. Már most nyilvánvaló, hogy a távolsági kommunikációs csatornák kapacitására, minőségére és megbízhatóságára vonatkozó követelményeket a földi vezetékes és rádiós kommunikáció nem tudja maradéktalanul kielégíteni.
A távolsági földi és tengeri kábelvonalak kiépítése sok időt vesz igénybe. Nemcsak felépítésükben, hanem működésükben és viszonyulásukban is bonyolultak és drágák további fejlődés. A hagyományos kábelvonalak is viszonylag alacsony sávszélességgel rendelkeznek. A szélessávú koncentrikus kábelek a legjobbak, azonban számos hátrányuk is van, amelyek korlátozzák a használatukat.
A rádió lényegesen nagyobb kapacitással, hatótávolsággal és különféle típusú kommunikációkhoz konfigurálható. De a rádióvonalaknak vannak bizonyos hátrányai is, amelyek sok esetben megnehezítik használatukat.
A korlátozott hatótávolság miatt az ultrahosszú hullámú rádiókommunikációs rendszereket általában csak közlekedési, léginavigációs és speciális kommunikációs célokra használják.
A hosszúhullámú rádiókapcsolatokat korlátozott kapacitásuk és viszonylag kis hatótávolságuk miatt elsősorban helyi rádiókommunikációra és rádióműsorszórásra használják.
A rövidhullámú rádióvonalak megfelelő hatótávolsággal rendelkeznek, és széles körben használják különféle kommunikációs célokra.
A mesterséges földi műholdak (AES) felbocsátása új utakat nyitott a távolsági rádiókommunikáció eredendő hiányosságainak leküzdésére.
A gyakorlat megerősítette, hogy a műholdak kommunikációra, különösen nagy távolságú nemzetközi és interkontinentális kommunikációra, televíziózásra és távirányításra történő felhasználása nagy mennyiségű információ továbbításakor számos nehézséget kiküszöbölhet. Éppen ezért a műholdas kommunikációs rendszerek (SCS) példátlanul gyors, széles körben elterjedt és szerteágazó alkalmazást kaptak rövid időn belül.
II . A Föld első mesterséges műholdja.
Az első kísérlet a mesterséges műhold létrehozásának kérdésére 1953 decemberében történt, az R-7 rakétáról szóló minisztertanácsi határozattervezet előkészítése során. Javasolták: „Az NII-88-ban egy kutatóosztály megszervezése, amelynek feladata a Tudományos Akadémiával közösen dolgozzon ki problémás feladatokat a repülés területén körülbelül 500 km-es vagy annál nagyobb magasságban, valamint a létrehozással kapcsolatos kérdéseket. mesterséges földi műholdról és a bolygóközi tér tanulmányozásáról egy termék segítségével.” .
Ezt a feladatot a Tervező Iroda nem egyszeri feladatnak tekintette, hanem azzal a céllal, hogy a rakétatechnika fejlesztésében sajátos irányvonalat alakítson ki, a kérdés ilyen nagyszabású megfogalmazása nagy előkészületeket igényelt, egészen egészen a kezdetekig. a mesterséges műholdak létrehozásával kapcsolatos közelgő munkák költségeinek becslése.
A mesterséges műholdakon végzett munka tervezésekor az Egyesült Államok ezen a területen végzett munkájáról szóló információk szolgáltak bizonyos iránymutatásként. A prioritás kérdése továbbra is a fő érv maradt az űrhajózás fejlődésének következő időszakában. Ezért a jelentések mindenekelőtt azt adják részletes áttekintés a külföldi munkavégzés helyzete. Ugyanakkor, mondhatjuk, az az alapgondolat is megfogalmazódik, hogy „az AES a rakétatechnika fejlődésének elkerülhetetlen szakasza, amely után lehetővé válik a bolygóközi kommunikáció”. Felhívják a figyelmet arra, hogy az elmúlt 2-3 évben megnőtt a külföldi sajtó figyelme a műholdak létrehozásának és a bolygóközi kommunikációnak a problémájára.
A témával foglalkozó dokumentumokban a legfigyelemreméltóbb a mesterséges műholdakkal kapcsolatos munka kilátásaira vonatkozó ítéletek. Egy egyszerű műhold kifejlesztése csak az első szakasz. A második lépés egy olyan műhold létrehozása, amely egy vagy két ember repülését támogatja a pályán. Harmadik szakasz munka – alkotás műholdas állomás az emberek hosszú távú pályán való tartózkodásához. A projekt megvalósítása során azt javasolták, hogy egy műholdas állomást különálló alkatrészekből állítsanak össze, egyenként szállítva a pályára.
Az első rakétakilövések előkészítő munkái jelentős nehézségekkel és az ütemtervben késve haladtak. A tervezők ugyanakkor bíznak abban, hogy kemény munkával 1957 márciusában megkezdődnek a rakétaindítások. A rakéta bizonyos módosítások révén mesterséges földi műholdként is felbocsátható, amelynek kis hasznos teherbírása van, körülbelül 25 kg tömegű műszerek formájában... és magának a műholdnak egy levehető gömb alakú tartálya, amelynek átmérője körülbelül 450 mm és 40-50 kg tömegű.
Így a Szovjetunióban létrehoztak egy rakétát, amely 8-as sebességet tudott elérni km/sec. 1957. október 4-én indult. Függőlegesen felszállva, mint egy gyertya, a rakéta áthatolt a sztratoszférán. Adott program szerint működő automata eszközök vezérelték. A rakéta több mint kétszáz kilométert emelkedett, fokozatosan vízszintes irányt vett, és elindult. Ezt nagyon pontosan kellett megtenni:
egy fokos hiba mindent tönkretenne. De a gépek hibátlanul működtek. A rakéta felvette a szükséges sebességet, és egy alumíniumötvözetből készült fényes labdát lőtt ki – a világ első nálunk készült mesterséges műholdját.
8 km másodpercenként 28800 km Egy órakor!
Ha bármelyik percben Ausztrália felett járt a műhold, akkor 20 perc múlva Alaszka felett, további 12 perc múlva New York felett, további 10 perc múlva pedig Brazília felett. másfél óra múlva - utazás a világ körül, napi 15 fordulat, és minden alkalommal új pályán, mert a műhold térbeli keringési síkja álló, és a Föld ezen a pályán belül forog a tengelye körül.
Az első műhold kicsi volt: átmérője 58 volt cm, súly - 83,6 kg. Kétméteres bajusza volt – antennái. Belül két rádióadó található, a világ összes országát átsöprő műhold bejelentette, hogy már eljött az űrutazás korszaka, és ezt a korszakot bevezette a szocializmus országa. A második és a harmadik műhold követte őt a Föld körüli útjára.
„Baby Moon” – „Little Moon” – az amerikaiak becenevezik bolygóközi elsőszülöttünket. Szemek és rádiók ezrei figyelték repülését. És életének minden órája érdekelte a tudósokat. Először emelkedett egy földi test 947 magasságba km. Először működött ilyen magasságban rádióadó.
Jelei megmutatták, hogyan haladnak át a rádióhullámok a légkör felső villamosított rétegein, és lehetővé tették azok szerkezetének jobb megértését.
A rádióátvitel energiát igényel. Az űrben energia van. A Naptól kölcsönözhető. Hagyja, hogy sugaraival töltse az akkumulátorokat. De az első műhold akkumulátorai a Földön voltak feltöltve. Egy idő után kiszáradtak, de a néma műhold továbbra is a tudományt szolgálta. Nagy magasságban, ahol az útja feküdt, szinte nincs levegő... de még mindig „majdnem nincs” és nem „egyáltalán”. A levegő még alacsony sűrűség esetén is ellenállást mutat, és a műhold sebessége fokozatosan csökken. Ennek köszönhetően meg lehet határozni, hogy különböző magasságokban mekkora a légkör sűrűsége.
A műhold mozgásának egyes jellemzői a Föld egyenetlen gravitációját jelzik. Ez lehetővé teszi bolygónk alakjának és szerkezetének tisztázását, valamint a Föld alatt rejtett nehéz vagy könnyű tömegek megtalálását.
Elméletileg egy test, amely 8-as sebességgel repül a Föld felett km/s, soha nem fog leesni. De az első műholdak nem repülhettek örökké. A jelentéktelen légellenállás végül lelassította repülésüket. Leszálltak, és sűrű levegőrétegekbe repülve megégtek és összeomlottak.
Most a legfontosabb kérdést kellett megválaszolni: lehet Élőlény kibírja az űrrepülést, vagy elkerülhetetlenül meghal a légkörön kívül? Az 1957. november 3-án felbocsátott második szovjet mesterséges műholdnak erre a kérdésre kellett volna válaszolnia. Rajta az űrbe 1670 magasságig km Az első utazó, a Laika kutya elindult. Speciális eszközök figyelték légzését, pulzusát és vérnyomását. Tudjuk, hogy Laika jól túlélte a gyors indulást és a többnapos Föld körüli utazást. A harmadik szovjet mesterséges Földműholdra még változatosabb berendezéseket telepítettek a tulajdonságainak tanulmányozására a föld légköre 1,3 tonnát nyomott, és a napsugárzásnak a beépített készülékekre gyakorolt hatása miatt feltöltődött az eszközök táplálására szolgáló elektromos energia tartaléka. Később több mesterséges műholdat is felbocsátottak az Egyesült Államokban.
A harmadik szovjet műhold a legtartósabbnak és legnehezebbnek bizonyult. A szovjet embereknek sikerült egy személyautó méretű szilárd szerkezetet az űrbe dobniuk.
III . Műholdas kommunikációs rendszerek.
Érdekes, hogy a mesterséges földi műholdak kommunikációs célú felhasználásának ötlete már az első műhold felbocsátása előtt megfogalmazódott. 1945-ben a híres szovjet tudós, P. V. Shmakov felvetette az ötletet, hogy műholdak segítségével szervezzék meg a világméretű televíziós műsorszórást.
Melyek a műholdak kommunikációs célú használatának elvei, és miért győzik le a műholdas rendszerek a sok nehézséget, amely a kommunikáció régi, hagyományos módszerekkel történő megszervezése során felmerül?
Ismeretes, hogy egy labda minden irányban egyenletesen veri vissza az elektromágneses hullámokat, és effektív visszaverő felülete arányos átmérőjének négyzetével. Egy ilyen golyó fényvisszaverő tulajdonságainak növelése az átmérőjének növelésével érhető el. A léggömböt azután fújták fel, hogy a műholdat szublimációs módszerrel pályára bocsátották. A héj védőfóliával és speciális fémbevonattal volt ellátva. A labda egyedi meridionális szakaszokból állt. A gömbön elhelyezett fém gömbszegmensek elektromos érintkezést biztosítottak az összes meridionális szegmens között.
Az ilyen műholdas kommunikációs rendszer nyilvánvaló egyszerűsége, alacsony költsége és bizonyos műszaki előnyei ellenére nagyon hamar nyilvánvalóvá váltak súlyos hiányosságai. A stabil kommunikáció fenntartásához nagy adóteljesítményre és a vevő földi eszközök nagy érzékenységére volt szükség. De még akkor sem, ha ezek a feltételek teljesültek, a rádióvonalak nem működtek elég stabilan, és érzékenyek voltak az interferenciára. Az ilyen műholdak élettartama az alakváltozások, a héj összenyomódása és a fényvisszaverési tulajdonságok romlása, valamint a gyors magasságvesztés miatt rövidnek bizonyult.
A műhold azonban folyamatosan mozog az űrben, és nem mindig lehet a kommunikációt igénylő pontok közös láthatósági zónájában. Hogyan működik az SSS, ha az adott pontok között hosszú távú, több órás vagy akár éjjel-nappali kommunikáció szükséges?
A probléma egyik lehetséges megoldása, ha annyi műholdat indítanak a megfelelő pályára, hogy amint valamelyik elhagyja a kommunikációt igénylő pontok közös rádiós láthatóságának zónáját, egy másik műhold azonnal belépne ebbe a zónába. Azonban még kellően nagy számú műhold esetén is előfordulhat, hogy két, kommunikációra szoruló pont együttes láthatósági zónájában nem lesz egyetlen műhold sem.
Mi határozza meg a folyamatos kommunikáció biztosításához szükséges műholdak számát? Nyilvánvaló, hogy minél magasabb a pályájuk magassága, annál hosszabb a műholdak közös láthatósága a földi pontok szerint.
dőlésszög - a legfontosabb feltétel műholdas kommunikációs rendszer lefedettsége a Föld egy bizonyos területén, egy adott szolgáltatási területen. A műholdpályáknak a műholdas kommunikációs rendszerekben betöltött elsődleges, mondhatni meghatározó szerepe kapcsán legalább nagyon röviden ki kell térni azok néhány alaptípusára és fogalmára.
A körpálya olyan pálya, amelyen a műhold és a Föld középpontja közötti távolság megközelítőleg állandó. Elliptikus pálya - amikor egy műhold egy ellipszishez közeli görbe mentén mozog a Föld körül. Maximális távolsága a Földtől (apogee) és minimális távolsága (perigeus) jelentősen eltérhet egymástól. Az ellipszis alakját az excentricitás értéke határozza meg (a Föld középpontja és az apogeus és a perigeus távolságok különbségének aránya az ellipszis főtengelyéhez képest). A nagy excentricitású pályák csúcspontja magas, és erősen elliptikusnak nevezik.
Egy adott műhold tervezésénél meghatározó a pálya alakjának (kör alakú, elliptikus, erősen ellipszisnek), a dőlésnek (poláris, adott dőlésszöggel ferde, egyenlítőinek), a periódusértéknek és a Föld körüli pálya jellegének (szinkron, geostacionárius) megválasztása. kommunikációs rendszerben, és önmagában a sort a tervezett rendszer feladatai határozzák meg.
Az első indítások óta a kommunikációs műholdak szinte mindig rendszert alkotnak. Az egyetlen kommunikációs műholdat ritkán használják széles körben.
A műholdas kommunikációs rendszerek alacsony pályán keringő járműveket, erősen elliptikus műholdakat és geostacionárius műholdakat használnak.
Alacsony pályán lévő műholdakat használó kommunikációs rendszerek
Az alacsony pályán járó műholdakat elsőként használták kommunikációs célokra.
Ez elsősorban azzal magyarázható, hogy a műholdak alacsony pályára állítása egyszerűbb és a legkevesebb energiaköltséggel történik. Az alacsony pályán futó kommunikációs műholdak első felbocsátása megmutatta a műholdak kommunikációs célú felhasználásának lehetőségét és megvalósíthatóságát, és megerősítette az aktív közvetítés műszaki elveinek helyességét. Ugyanakkor a műholdak alacsony pályán történő üzemeltetésének első tapasztalataiból világossá vált, hogy nem tudnak kellően hatékony megoldást nyújtani a műholdas kommunikáció problémáira.
A területek bővítése és az SSS időtartamának növelése érdekében a tervek szerint a rendszerben lévő műholdak számának növelése felé haladnának. Hamarosan azonban világossá vált, hogy az alacsony pályán járó műholdakon működő többműholdas kommunikációs rendszer mint nyilvános rendszer számos működési kényelmetlenséggel jár és veszteséges.
Az alacsony pályán lévő kommunikációs rendszerekben a műholdak egymáshoz képest véletlenszerűen vagy rendezett módon helyezkedhetnek el a térben. Véletlenszerű elrendezés esetén nagyobb számú műholdra lesz szükség, de ezek rendezett helye az űrben jelentős erőfeszítést igényel egy adott relatív helyzet létrehozása és fenntartása. Ebben az esetben a műholdak helyzetének folyamatos figyelése és a pályák repülés közbeni alakulása miatti pályák beállítása szükséges.
Az alacsony pályán az SSS előnyei közé tartozik, amint azt már említettük, a Föld körüli pályára bocsátásának viszonylag olcsósága és az egyszerűbb fedélzeti berendezések. A hátrányok közé tartozik a folyamatos, éjjel-nappali kommunikáció fenntartásának nehézsége és a földi berendezések bonyolultsága mögött a nyomkövető antenna eszközök használata miatt az űrhajó rövidebb élettartama.
Az alacsony pályán járó műholdak olyan esetekben lehetnek hatékonyak, amikor nincs szükség kétirányú folyamatos kommunikációra (például, ha csak időszakos adatátvitelre van szükség).
Kommunikációs rendszerek erősen elliptikus pályán lévő műholdakkal
Az alacsony pályán a műholdas kommunikációs rendszerben rejlő hátrányok elkerülése érdekében növelni kell a pályák magasságát. Két lehetőség van az ilyen pályákra - magas körkörös és erősen elliptikus. Egyes esetekben a műholdak erősen elliptikus pályára történő felbocsátása ismert előnyökkel jár.
Az orbitális magasság miatt a kommunikáció időtartama megnő. Sőt, tovább fog növekedni amiatt, hogy egy adott zónában az apogeus közelében elhelyezkedő műhold láthatósági idejének a keringési idejéhez viszonyított aránya az elliptikus pályájú műholdak esetében lényegesen nagyobbnak bizonyul.
Az égi mechanika törvényei szerint (Kepler második törvénye), amikor egy műhold elliptikus pályán mozog, annál kisebb a szögsebessége, minél távolabb van a Föld középpontjától. Más szóval, a műhold az apogee régióban lényegesen lassabban mozog, mint a perigeus régióban. A kommunikációs műholdak pályájának tervezési paramétereinek meghatározásakor természetesen a hordozórakéta energetikai jellemzői, a kozmodrom és a parancsnoki mérő komplexum képességei, valamint egyéb tényezők, amelyek meghatározzák a műhold pályára állítását és irányítását a repülést is figyelembe veszik.
Az elliptikus pályával rendelkező műholdak közé tartoznak például az amerikai Telstar kommunikációs műholdak (perigee - kb. 1 ezer km, apogee - kb. 11 ezer km).
Jó példa az erősen elliptikus pályával rendelkező műholdakra a szovjet Molnija típusú kommunikációs műholdak. Az ebbe az osztályba tartozó műholdak esetében egy olyan pályát választottak, amelynek apogeusa az északi félteke felett körülbelül 40 ezer km, a perigeus pedig körülbelül 500 km, 65°-os dőlésszöggel és 12 órás keringési periódussal. osztályú, 12 órás műhold egyidejűleg biztosítja a rádió láthatóságát Moszkva és Távol-Kelet 8-9 órán keresztül egy körön.
A műholdas kommunikációs rendszerek pályaszerkezetét (a műholdak számát, pályájukat és relatív térbeli helyzetüket) a megbízhatóság, a folytonosság, a kommunikációs hatótávolság, a földi állomások működésének minimális megengedett magassági szöge és egyéb tényezők határozzák meg.
Geostacionárius műholdakkal rendelkező rendszerek
Egyre elterjedtebbé válnak a geostacionárius műholdakkal működő műholdas kommunikációs rendszerek, amelyeket gyakran FES-nek (stacionárius műholdaknak) neveznek. Telefonos és távírói kommunikációra, rádió- és televízióműsorszórásra használják. Komplex típusú geostacionárius űrhajókat készítenek meteorológiai célokra, a Föld természeti erőforrásainak tanulmányozására, az élőhelyek megfigyelésére és egyéb feladatok ellátására.
A geostacionárius műholdak legfontosabb előnye a hatalmas állandó láthatósági zóna kialakítása a Föld számos pontja számára, hatalmas területek lefedettsége, valamint a kommunikáció nagy hatótávolságú és jelentős számú tudósítóval való megszervezésének képessége.
A geostacionárius pályán lévő műholdakkal végzett SSS jelentős előnye, hogy használatuk csökkenti a földi nyomkövető és kommunikációs rendszerekkel szemben támasztott követelményeket, miközben a fedélzeti antennák mutatóeszközei is leegyszerűsödnek vagy megszűnnek. Három ilyen, egymáshoz képest 120°-os szögben elhelyezett műhold segítségével egy globális, azaz gyakorlatilag az egész Földet lefedő rendszert lehet létrehozni.
A képletesen 36 ezer km magasra emelt televíziótornyokként elképzelhető geostacionárius kommunikációs műholdak elvileg lehetővé teszik a közvetlen adást a helyi televízióközpontok segítsége nélkül, közvetlenül az előfizetői antennákra. A geostacionárius állomásról kibocsátott televíziós jelek teljesítményszintje jelenleg még nem elegendő a normál, tipikus előfizetői antenna vételéhez, ezért csoportos használatra kis, speciális antennák alkalmazása szükséges. Ami a rádióadást illeti, a vétel nagyon kicsi kültéri antennák segítségével történhet.
Ha a műhold kétségtelen előnyeiről beszélünk, nem szabad szem elől tévesztenünk azt a tényt sem, hogy egy járművet álló pályára állítani nehezebb, mint alacsony vagy akár erősen elliptikus pályára állítani. 1 kg hasznos teher geostacionárius pályára szállítása sokkal drágább. Ahhoz, hogy a műhold egy adott ponton „álljon” a kívánt hosszúságon, a pálya rendszeres mikromotorokkal történő beállítására van szükség, és ehhez üzemanyag-tartalékra van szükség a műhold fedélzetén. A repülésirányítás egyre nehezebbé válik. Az űrhajózás fejlődése azonban lehetővé teszi, hogy gyorsan és sikeresen leküzdjük mindazon nehézségeket, amelyek a geostacionárius állomásokon a műholdas kommunikációs rendszerek létrehozása és üzemeltetése során merülnek fel.
A szovjet geostacionárius kommunikációs és televíziós műsorszóró műholdak, mint például a „Rainbow”, „Ekran”, „Horizon” sikeresen működnek.
Külföldi kommunikációs műholdak, például Intelsat, Domsat (USA), Telesat (Kanada) és mások működnek.
Előnyeik ellenére a geostacionárius rendszerek műszaki és gazdasági szempontból nem minden esetben előnyösek. Bizonyos körülmények között ésszerűbb műholdak használata erősen elliptikus pályákon, például a Molniya típusú.
VI . Következtetés
Az SSS áteresztőképessége, elágazásai, megbízhatósága és hatékonysága folyamatosan növekszik. A többprogramos televíziózás fokozatosan egyre több új területet fed le, beleértve Oroszország legtávolabbi szegleteit is. Az SSS jelentősége megnőtt a nemzetgazdaság különböző ágazatainak irányításában, a tömegoktatási rendszerekben, figyelmeztetve a különféle természeti jelenségekre, egészségügyi ellátás. A mobil műholdas kommunikáció széles körben elterjedt, lehetővé téve a műholdak segítségével történő kommunikáció gyors és praktikus megszervezését az ország szinte bármely területén.
Jelentősen bővült a nemzetközi együttműködés a műholdas kommunikációs rendszerek alkalmazása terén, tovább fejlődtek az Intersputnik és a Statsionar rendszerek, valamint fokozódott interakciójuk a világ minden tájáról érkező Intel-Sat, Inmarsat és más SSS rendszerekkel.
Emberek millióinak van lehetőségük arra, hogy az SSS-t közvetlenül használják egyéni kommunikációra a világ bármely előfizetőjével alacsony fogyasztású és nagyon kis méretű vevő- és adóeszközök (mobiltelefonok) segítségével. Reális az SSS használata „e-mailhez” (internet). Lehetőség van arra is, hogy műholdak segítségével egyénileg meghatározzák a tartózkodási helyét a világ bármely pontján. Feltételezhető, hogy a felhasználók rendelkezésére állnak kis méretű és olcsó egyedi navigációs eszközök, például egy kis tranzisztor.
A műholdas kommunikációs rendszerek évről évre egyre lényegesebb részévé válnak az egységes kommunikációs rendszernek, fontos eleme globális kommunikációs rendszer. Továbbra is jelentős szerepet játszanak az országok közötti kapcsolatok és kölcsönös megértés javításában, és ez a szerep idővel növekedni fog.
Bibliográfia:
1. A Szovjetunió Tudományos Akadémiája „Űr-Föld” Szerk. „Tudomány”, Moszkva 1981
2. Gyermekenciklopédia, 2. kötet Szerk. "RSFSR Pedagógiai Tudományok Akadémiája", Moszkva 1962.
3. Talyzin N.V. "Kommunikációs műholdak - Föld és Univerzum", 1977
Teljes szöveges keresés:
Kezdőlap > Absztrakt > Csillagászat
Szövetségi Kommunikációs Ügynökség
Állami oktatási intézmény
"Szibériai Állami Egyetem
Távközlés és informatika"
Rádióműsorszórási és Televíziós Tanszék
ABSZTRAKT
a Távközlés alapjairól
tantárgy: "Műholdas rádiókommunikáció".
Elkészítette: 1. éves hallgató
Leonov N.I.
Ellenőrizte: Katunin G.P.
Novoszibirszk-2009
1. Mesterséges földi műholdak, mint rendszerek ismétlői
kommunikáció.…………………………………………………………………………………….………….3
2. Az SSS felépítésének elvei és jellemzői……………………………………….7
3. Technológiai trendek…………………………………………………..………11
4. Űrállomások…………………………………………………………………………………12
5. Földi állomások……………………………………………………………………………………….16
1. Mesterséges földi műholdak kommunikációs rendszerek ismétlőiként
A kommunikációs rendszerek hatókörének és kapacitásának növelése mindig is alapvető problémát jelentett ezen a technológiai területen. Sajnos a megfelelő jellemzők általában alternatívnak bizonyulnak: az áteresztőképesség növelésére irányuló intézkedések a hatótávolság csökkenéséhez vezetnek, és fordítva. Különösen az áteresztőképesség növeléséhez szükséges áttérni az egyre magasabb frekvenciájú hullámsávokra, amelyek jelei szinte csak látótávolságban továbbíthatók közvetlenül, ennek az ellentmondásnak a feloldására a Föld felszínére kellően magasra emelt jelismétlőket. használható.
Az asztronutika fejlődésének előrehaladása lehetővé tette a műholdak mint ilyen relék használatát. Mivel szinte tetszőlegesen helyezkedhetnek el a Föld felett, szolgáltatási területük nemcsak egyes országokra vagy tengerekre, hanem egész kontinensekre, óceánokra is kiterjedhet. Általános esetben a műholdak elliptikus pályán mozognak, amelynek egyik gócában a Föld középpontja található. A műhold a földi megfigyelőhöz képest mozog, és ezzel együtt a szolgálati terület is a sötét felület mentén mozog. Ennek eredményeként vagy növelni kell a rendszerben lévő műholdak számát, vagy meg kell állapodni abban, hogy az éjjel-nappali kommunikációt nem biztosítják.
A helyzeten javulást érhetünk el, ha a műhold pályáját úgy választjuk meg, hogy a műhold Föld körüli keringési periódusa egyszerű arányban legyen a tengelye körüli keringési periódusával (szinkron keringési pályák). Az ilyen pályák használata a lehetséges kommunikációs munkamenetek állandó ütemezéséhez vezet, mivel bármely földi megfigyelő számára periodikusan, állandóan egy időben megjelenik egy közvetítő műhold (SR) az égi szféra egy adott pontján.
A műholdas kommunikációs rendszerek további egyszerűsítése akkor következik be, ha:
A műhold pályája kör alakú és az egyenlítői síkban fekszik;
A műhold keringési ideje pontosan egy nap. Egy ilyen műhold általában mozdulatlan marad bármely földi megfigyelőhöz képest. A megfelelő pályát ún geostacionárius(GSO), és a mellette mozgó műhold az helyhez kötött. A GSO sugara körülbelül 42,3 ezer km. Egyedülálló és egyetlen, ezért a műholdak elhelyezését rajta szigorúan ellenőrzik a népszerű szervezetek, élükön az ENSZ jelenlegi égisze, a Nemzetközi Távközlési Unió (ITU). Ugyanezt a szervezetet bízzák meg más műholdas kommunikációs rendszerek nemzetközi koordinációjával is, azzal a céllal, hogy racionálisan korlátozzák a köztük lévő kölcsönös befolyást.
Bár jelenleg a használatban lévő CP-k túlnyomó többsége álló helyzetben van, nem mentesek jelentős hátrányoktól. Ezek a műholdak a legalkalmasabbak a trópusi és szubtrópusi régiók kiszolgálására. Ahogy a Föld felszínén lévő megfigyelő a műhold alatti ponttól a meridián mentén a Föld pólusai felé halad, az álló űrhajó (SC) irányának emelkedési szöge csökken, és a 82. szélességi fokon (északi vagy déli) eléri a nullát. A műhold alatti meridián pólusokhoz közelebb eső pontjain a műhold egyáltalán nem látható. Könnyen megérthető, hogy egy álló űrhajó geometriai láthatóságának határa, amikor a megfigyelő eltér a műhold alatti meridiántól, az Egyenlítő felé csökken. Ráadásul a rádiókapcsolatok működése kis magassági szögű irányokban általában nagymértékben nehezíti mind a Földről visszaverődő jelek vétele, mind a különböző magasságok, erdők, épületek vagy egyéb akadályok árnyékoló hatása miatt. Ezért az álló műholdak gyakorlatilag nem képesek kiszolgálni a déli sarkkörtől északra és délre fekvő területeket. Mindeközben ezek a területek gyakran jelentős érdeklődésre tartanak számot, például Oroszország számára. Már az Északi-sark területe is jelentős érdeklődésre tart számot, elsősorban amiatt, hogy számos legjelentősebb légitársaság legjövedelmezőbb útvonalai futnak át rajta.
Az SR pályák kiválaszthatók, hogy a Föld felszínének bizonyos régióinak kedvezményes szolgáltatást nyújtsanak. Tehát Oroszország ellipszis alakú pályát kínált, amelyet kifejezetten a szervizelésre alakítottak ki északi régiók bolygónkról. Ennek a pályának az apogeusa az északi félteke felett van, körülbelül 40 ezer km-re a Föld felszínétől, a perigeus pedig több száz kilométeres magasságban a déli félteke felett. A pályasík körülbelül 65°-kal dől az Egyenlítőhöz képest. A műhold keringési ideje ezen a pályán fél nap, tehát szinkron műholdról van szó. Napközben két fordulatot tesz, amelyek közül az elsőt ún fő, Szibéria felett éri el csúcspontját (az északi szélesség 63"5° és a keleti szélesség 81° földrajzi koordinátájával), a második - konjugált - pedig azonos szélességi fokon, de a hosszúságban 180°-kal eltolva, azaz . 99° ny (Kanada felett). Ennek a pályának a paramétereit úgy választjuk meg, hogy a műhold kelet-nyugati irányú szögmozgásának sebessége a pálya apogeummal szomszédos részén egybeessen a Földével. Ez a feltétel megközelítőleg teljesül a pálya teljes működő részén (az apogeus elérése előtti három-négy órától az áthaladás utáni három-négy óráig), és biztosítja, hogy a műhold ne mozduljon el a Föld keleti megfigyelőihez képest. nyugati irányba.
A pálya működő részén az észak-déli irányú mozgás is viszonylag kicsi. Az elliptikus pálya a Föld északi féltekéjét szolgálja, beleértve az Északi-sarki régiót is, meglehetősen nagy emelkedési szögekben. Hátránya, hogy három vagy négy műholdból álló rendszert kell használni a kommunikáció folyamatosságának fenntartása érdekében a nap folyamán, ami növeli a rendszer űrszegmensének költségeit; Jelentős az is, hogy a földi állomáson elliptikus műholdak alkalmazásakor biztosítani kell az űrjárművek mozgásának antennás követését, ami szintén megnöveli a rendszer földi komplexumának költségét.
A közvetítő műholdnak (SR) a kommunikációs rendszer földi állomásaitól (ES) érkező jeleket kell fogadnia, fel kell erősítenie, és továbbítania kell azokra az ES-ekre, amelyekre a szemek szánják. Így a CP vevő- és adóberendezést tartalmaz a jelek továbbítására.
Mivel az SR adás-vételi útvonal végpontok közötti erősítésének elég nagynak kell lennie, ezért különböző frekvenciákon kell vételt és adást végezni (különben nem lehet elkerülni az út öngerjesztését). Így a frekvenciaváltók is kötelező elemei a relé útnak.
A műsorszórási átjátszók sajátossága, hogy számukra a legfontosabb az átviteli út, amelyen keresztül a tényleges műsorszórás történik. A Broadcast CP-k vevőberendezéssel is fel vannak szerelve a fedélzeten szállított műsorok vételére. A műsorok fedélzeti kézbesítésére szolgáló rádióvonalat ún etető
Egy közvetítő műhold, mint minden aktív űrhajó, kivéve magát a közvetítési útvonalat, amelyet ehhez az eszközhöz kapcsolódóan hívnak meg, hasznos teher(PN) számos segédrendszert is tartalmaz, mint például egy tápellátó rendszert, egy orientációs és stabilizáló rendszert, egy hőszabályozó és vezérlő rendszert. Ez utóbbi magában foglalja a telemetriai információkat generáló és továbbító rendszereket. Az űrhajó mínusz a rakomány hívják űrplatform(KP). Egy ilyen platform különféle PN-ekkel kombinálva számos különböző űrhajó létrehozására használható.
Jelenleg a vezetékes SR-eket leggyakrabban a vezetékes és a műsorszóró szolgáltatások javára használják. Az ilyen műholdak platformjainak jellemző paraméterei:
tápegység 5-7 kW-ig, 1,5-2 kW-tal a hasznos teher táplálására;
súlya körülbelül 2-3 tonna, beleértve a hasznos terhet 0,5-0,8 g;
0,1-es nagyságrendű tájolási és stabilizációs pontosság;
Az aktív fennállás időtartama 12-15 év.
A szabványos űrrepülőgépek mellett jelenleg az 500-800 kg tömegű (100-200 kg hasznos teherbírású) és 1,8-2,5 kW teljesítményű kis űrhajók (SSC) alkalmazása számít ígéretesnek a fix érdekében. szolgáltatás. A kisméretű űrrepülőgépek előnye a csoportos vagy társított (normál űrjárművel együtt) indítás lehetősége, amely jelentősen csökkenti az indítási költségeket. A kisméretű űrjárművek azokon a pontokon indíthatók, ahol már más SR-ek is találhatók, és biztosítják a rajtuk működő törzsek szükséges kiegészítését vagy a meghibásodott törzsek cseréjét. Viszonylag kicsi vagy szegény országok nemzeti műholdas kommunikációs rendszerei is építhetők rájuk.
A felhasználók összetételétől függően az SR-eket nemzetközi és nemzeti csoportokra osztják. A legismertebb nemzetközi vezetékes szolgáltatók az Intelsat és az Eutelsat. Az Intersputnik nemzetközi cég is jelentős forrásokkal rendelkezik. Az Eutelsat CP-k az európai országok által leggyakrabban használt csatornákat is tartalmazzák televíziós sugárzásra. Az Astra műholdrendszert kifejezetten erre a célra használják.
Oroszország nemzeti vezetékes műholdas szolgáltatási rendszere jelenleg Express típusú SR-t, valamint különféle módosítások Yamal-t használ.
2. Az SSS felépítésének elvei és jellemzői.
A pályák típusai. A kommunikációs műhold lehet kör- vagy elliptikus pályán. Ennek megfelelően a Föld középpontja egybeesik egy körpálya középpontjával vagy egy elliptikus pálya egyik gócával (1. ábra).
Sarok én a pályasík és az egyenlítői sík között dőlésnek nevezzük. Nál nél én=0 a pályát egyenlítőinek nevezzük, amikor én=90° – poláris, a többi – ferde. A körpályák dőlésszögében és H 3 magasságában különböznek a Föld felszínétől. Elliptikus pályák - az A és a P apogeus dőlése és magassága a Föld felszíne felett. Az apogeust és a perigeust összekötő vonalat apszidális vonalnak nevezzük. A Hold, a Nap, a bolygók gravitációs tere, a Föld mágneses tere, a Föld nem gömbölyűsége és egyéb zavaró tényezők idővel változást okoznak a pályaparaméterekben. A ferde elliptikus pályákon ezek a változások minimálisak, ha úgy dönt én=63,4°.
Az SSS kétféle pályát használ: magas elliptikus típusú „Molniya” és geostacionárius pályát. Az első nevét a Molnija szovjet kommunikációs műholdról kapta. Paraméterei: apogeus magasság kb. 40 ezer km, perigeus magasság kb. 500 km, i≈63,4°. A pálya apogeusa az északi félteke felett van. A műhold keringési ideje 12 óra, naponta kétszer fordul meg. Ezért minden nap ugyanabban az időben látható a Föld ugyanazon területein. Szubszinkronnak nevezzük azt a pályát, amelyen a műhold keringési ideje többszöröse a Föld napjának. Kepler második törvénye szerint a magas elliptikus pálya apogeusának tartományában a műhold sokkal lassabban mozog, mint a perigeusban. A kommunikációs munkamenet akkor történik, amikor a műhold a pálya apogeussal szomszédos részén mozog. Körülbelül 8 óráig tarthat, mivel ezalatt a Molnija pályán lévő műhold a Szovjetunió egész területén látható. Három műhold pályára állításával a kommunikáció éjjel-nappal fenntartható. Ezek a műholdak a műholdhoz képest mozognak, így az utóbbiaknak mozgatható antennákat kell telepíteniük, amelyek figyelik a műholdat.
Geostacionárius pálya(GO) egy egyenlítői körpálya, amelyre H 3 = 35786 km. Az ezen a pályán mozgó műholdat ún geostacionárius. Ugyanolyan szögsebességgel forog, mint a Föld, ezért a földi megfigyelő számára állónak tűnik. A Föld felszínének azt a pontját, amely felett a műhold a zenitben található, szubműholdnak nevezzük. Egy geostacionárius műhold esetében a műhold alatti pont pályája az egyenlítői ponttá fajul. Ennek a pontnak a hosszúsága határozza meg a geostacionárius műhold helyzetét. Egy ilyen műholdon keresztüli kommunikáció fix műholdantennák segítségével tartható fenn. Valójában gyakran kell számolni a műhold helyzetének viszonylag kis ingadozásával, amelyet a fent felsorolt zavaró tényezők okoznak. Hatásukra a szubszatellitpont napi gyakorisággal oszcillálni kezd. Egy idő után a műhold alatti pont napi pályája egy „nyolcas ábra” formáját ölti, amely észak-déli irányban megnyúlik, középpontjával az egyenlítőn. Egy év múlva a nyolcas szám hatóköre körülbelül ±1° lesz. Emiatt rendszeresen módosítani kell a műhold helyzetét a pályán.
Műholdas kommunikáció………………………………………………………………………..4 1.1 Előzmények műhold kommunikáció…………………………………………………………….4 1.2 Szervezet műhold törzs…………………………………………………………..5 ... adminisztratív konferencia rádiókommunikáció(WARC-92),...
Mesterséges Föld műhold (AES) – űr repülőgép, geocentrikus pályán kering a Föld körül. A Föld körüli pályán való mozgáshoz az eszköz kezdeti sebességének meg kell egyeznie az első szökési sebességgel, vagy nagyobbnak kell lennie annál. Az AES repüléseket akár több százezer kilométeres magasságban is végrehajtják. A műhold repülési magasságának alsó határát az határozza meg, hogy a légkörben el kell kerülni a gyors fékezési folyamatot. Egy műhold keringési ideje az átlagos repülési magasságtól függően másfél órától több évig terjedhet. Különös jelentőséggel bírnak a geostacionárius pályán lévő műholdak, amelyek keringési ideje szigorúan egyenlő egy nappal, ezért a földi megfigyelő számára mozdulatlanul „lógnak” az égen, ami lehetővé teszi az antennákban lévő forgó eszközök megszabadulását.
A nemzetközi egyezmény értelmében műholdnak nevezzük azt az űrhajót, amely legalább egy körforgást végrehajtott a Föld körül. Ellenkező esetben rakétaszondának tekintik, amely ballisztikus pálya mentén végez méréseket, és nincs műholdként regisztrálva. A mesterséges műholdak segítségével megoldott feladatoktól függően kutatási és alkalmazott feladatokra oszlanak. Ha egy műhold fel van szerelve rádióadókkal, valamilyen mérőberendezéssel, villanólámpával fényjelek küldésére stb., akkor azt aktívnak nevezzük. A passzív műholdakat általában a földfelszínről történő megfigyelésekre szánják bizonyos tudományos problémák megoldása során (ilyen műholdak közé tartoznak a több tíz méteres átmérőt is elérő ballonműholdak). Kutatóműholdakat használnak a Föld, az égitestek és a világűr tanulmányozására. Ide tartoznak különösen a geofizikai műholdak (lásd Geofizikai műhold), geodéziai műholdak, orbitális csillagászati obszervatóriumok stb. Az alkalmazási műholdak a kommunikációs műholdak, a meteorológiai műholdak (lásd Meteorológiai műhold), a földi erőforrások tanulmányozására szolgáló műholdak, a navigációs műholdak (lásd: Navigáció műhold), műszaki célú műholdak (az űrviszonyok anyagokra gyakorolt hatásának tanulmányozására, a fedélzeti rendszerek tesztelésére, tesztelésére), stb. Az emberi repülésre szánt AES-eket emberes űrhajó-műholdaknak nevezik. Az egyenlítői sík közelében fekvő egyenlítői pályán lévő műholdakat egyenlítőinek, a Föld pólusai közelében elhaladó poláris (vagy szubpoláris) pályán lévő műholdakat polárisnak nevezzük. A Föld felszínétől 35860 km-re körkörös egyenlítői pályára helyezett AES, amely a Föld forgási irányával egybeeső irányba mozog, mozdulatlanul „lóg” a Föld felszínének egy pontja fölött; az ilyen műholdakat állónak nevezzük.
Az első „Sputnik” műhold.
Az IGY (International Geophysical Year) program keretében indult a maximális naptevékenység időszakában (1957-1958). A műhold tömege 83,6 kg. Test - gömb átm. 0,58 m Élettartam 92 nap.
Az első műhold állattal (Sputnik 2 Laika kutyával).
A műhold nem vált el egymástól, és az egész második szakaszt - a rakéta központi blokkját - képviselte. Teherbírás 503,8 kg Indulás dátuma 1957.11.03
Az első kommunikációs műhold - egy aktív átjátszó (Atlas-Skor)
angol Atlas-Score, "Atlas" a hordozórakéta nevéből és SCORE a Signal Communcations Orbit Relay Experimentből – egy kísérlet a kommunikációs jelek pályáról történő továbbítására. Indulás dátuma: 1958.12.18
Az első meteorológiai műhold "TIROS-1"
(A "TIROS", a Television Infra-Red Observation Satellite rövidítése, egy megfigyelő műhold televíziós és infravörös berendezéssel a felhőtakaró képalkotására és a Föld hősugárzásának mérésére). Súlya 120 kg. Test - 18 oldalú prizma (magasság 0,5 m, max. keresztirányú méret ~1 m) Bevezetés dátuma 1960.04.01.
Az első szovjet felderítő műhold (Zenit-2)
A hivatalos neve "Kozmosz-4". A Vostok 2K CS alapján készült. Volt benne egy leszállókapszula, amellyel tudományos berendezéseket és fényképészeti filmeket juttattak vissza a Földre. Megjelenés dátuma: 1962.04.26
20. Automatikus bolygóközi állomások: alkalmazásuk céljai és célkitűzései, megvalósítási példák.
Az automatikus bolygóközi állomás (AIS) egy pilóta nélküli űreszköz, amelyet arra terveztek, hogy a bolygóközi térben (nem geocentrikus pályán) repüljön, különféle kijelölt feladatok végrehajtása érdekében. Míg több tucat ország rendelkezik Föld-közeli műholdakkal, csak néhány ország sajátította el a bolygóközi állomások összetett technológiáit – a Szovjetunió/Oroszország, az USA, Európa/ESA, Japán, Kína, India. Ugyanakkor csak az első négyet küldte a Marsra, a Vénuszra és az üstökösökre, aszteroidákra - csak az USA, Európa és Japán, a Merkúrra, az Uránuszra és a Neptunuszra - csak az USA, a Jupiterre és a Szaturnuszra - az USA, ebből kettő az ESA részvételével történt. A bolygóközi repülések jelentős költsége és összetettsége miatt a nemzetközi projektek ezen a területen nagy kilátásokkal rendelkeznek. Például egy új generációs szondát terveznek a Jupiter rendszer feltárására a NASA, az ESA, a Roscosmos és a JAXA közös részvételével. Az AWS-k általában többféle célt szolgálnak, a kutatási projektektől a politikai demonstrációkig. A kutatási feladatok tipikus objektumai más bolygók, természetes műholdaik, üstökösök és egyéb objektumok Naprendszer. Ez általában fényképek készítését és a dombormű beolvasását foglalja magában; mérik a mágneses mező aktuális paramétereit, a sugárzást, a hőmérsékletet; kémiai összetétel egy másik bolygó légköre, talaj és a bolygó közelében lévő világűr; Ellenőrzik a bolygó szeizmikus jellemzőit. A felhalmozott mérési eredményeket rendszeres időközönként rádiókommunikáción keresztül továbbítják a Földre. A legtöbb AWS kétirányú rádiókommunikációval rendelkezik a Földdel, ami lehetővé teszi távvezérlésű eszközként való használatát. BAN BEN Ebben a pillanatban A rádiótartományban lévő frekvenciákat adatátviteli csatornaként használják. Feltárják a lézerek bolygóközi kommunikációra való felhasználásának lehetőségeit. A nagy távolságok jelentős késéseket okoznak az adatcserében, ezért az AWS-ek automatizálási fokát igyekeznek maximalizálni.
A Hold első mesterséges műholdja (ISL "Luna-10")
Élettartam 56 nap, 460 fordulatot tett a Hold körül, 1966. 03. 31-én indították, Hold körüli pályára bocsátották 1966. 04. 03.
A Mars első mesterséges műholdja ISM (Mariner-9)
Űrhajó tömege 998 kg, beleértve 450 kg KTDU, tolóerő 1,3 kN. 7329 képet továbbított a Marsról (akár 0,1 m-es felbontás), műholdjairól, a Deimosról és a Phobosról. A képek alapján összeállították a bolygó térképét, és kiválasztották a július 20-án a Marson landoló Viking-1 és Viking-2 űrszondák leszállómoduljainak leszállóhelyeit. és 04.09. 1976 6400 km távolságra egymástól. Bevezetés: 1971.05.30.; Mars körüli pályára indítása 1971.11.14
Az első szovjet mesterséges műholdak Mars ISM ("Mars-2", "Mars-3")
Az űrrepülőgép tömege 4650 kg volt, voltak orbitális rekeszek és leszálló járművek. Az ISM az űrszonda szétválása, légköri fékezése, süllyedése és a Mars felszínén való lágy landolása után az űreszközről a Földre történő adatátvitel reléke volt. Az IMS tudományos felszereléssel és két különböző gyújtótávolságú fotó-televízió kamerával rendelkezett a Mars felszínének filmezésére. Indítva: 1971.05.19. és 05.28.; Mars körüli pályára indítása 1971.11.27-én és 12.02-án
A Vénusz (WIS) első mesterséges műholdai (Venera-9, Venera-10).
Indítva: 1975.06.08. és 06.14.; 1975.10.22-én és 10.25-én került a Vénusz körüli pályára.
A Szaturnusz első mesterséges műholdja, a Cassini.
A projekt költségvetése több mint 3 milliárd dollár, melynek segítségével a Szaturnusz számos új műholdját fedezték fel, egyedi fényképeket készítettek magáról a bolygóról és műholdjairól. A Cassini tömege indításkor 5710 kg volt, beleértve a 320 kg-os Huygeneket, 336 kg tudományos műszert és 3130 kg üzemanyagot. Az állomás méretei: 6,7 m magas és 4 m széles. Fellövés dátuma 1997. 10. 15., indítás a Szaturnusz pályájára 2004. 06. 30. A Mercury első mesterséges műholdja "Messenger", lefordítva "Messenger" - a Mercury Surface, Space Environment, GEochemistry és Ranging szavak rövidítése A MESSENGER műhold kilövési tömege - körülbelül 1100 kg, amiből csaknem 600 kg (a teljes tömeg több mint fele) üzemanyag. A készülék teste kompozit grafit anyagból készült, méretei 1,42 × 1,85 × 1,27 m Teljesítmény 450 kW Indítás dátuma 2011.03.17., orbitális belépés 2011.03.18.
x
x
(műhold)
Föld körüli pályára állított űrhajók, amelyeket tudományos és alkalmazott problémák megoldására terveztek. Az első műholdat, amely az első ember által létrehozott mesterséges égitest lett, 1957. október 4-én hajtották végre a Szovjetunióban, és a rakétatechnika, az elektronika, az automata vezérlés, a számítástechnika, az égi világ területén elért eredmények eredménye. a mechanika és a tudomány és a technológia más ágai. A műhold segítségével először megmérték a felső légkör sűrűségét (pályájának változásával), tanulmányozták a rádiójelek terjedésének jellemzőit az ionoszférában, elméleti számításokat és a kilövéssel kapcsolatos alapvető műszaki megoldásokat. pályára állított műholdat tesztelték. 1958. február 1-jén pályára állították az első amerikai műholdat, az Explorer-1-et, majd valamivel később más országok is független műholdakat bocsátottak: 1965. november 26. - Franciaország (A-1 műhold), 1967. november 29. Ausztrália (VRSAT-1). 1", 1970. február 11. - Japán ("Osumi"), 1970. április 24. - Kína ("Kína-1"), 1971. október 28. - Nagy-Britannia ("Prospero"). Egyes Kanadában, Franciaországban, Olaszországban, Nagy-Britanniában és más országokban gyártott műholdakat (1962 óta) amerikai hordozórakétákkal bocsátottak fel. Az űrkutatás gyakorlatában széles körben elterjedt a nemzetközi együttműködés. Így a szocialista országok tudományos-technikai együttműködésének keretében számos műholdat bocsátottak fel. Közülük az elsőt, az Interkozmosz-1-et 1969. október 14-én bocsátották pályára. 1973-ig összesen több mint 1300 különböző típusú műholdat bocsátottak pályára, köztük körülbelül 600 szovjet és több mint 700 amerikai és más országot, köztük embereseket. űrhajók-műholdak és orbitális állomások legénységgel.
Általános információ a műholdakról. A nemzetközi egyezmény értelmében műholdnak nevezzük azt az űrhajót, amely legalább egy körforgást végrehajtott a Föld körül. Ellenkező esetben rakétaszondának tekintik, amely ballisztikus pálya mentén végez méréseket, és nincs műholdként regisztrálva. A mesterséges műholdak segítségével megoldott feladatoktól függően kutatási és alkalmazott feladatokra oszlanak. Ha egy műhold fel van szerelve rádióadókkal, valamilyen mérőberendezéssel, villanólámpával fényjelek küldésére stb., akkor azt aktívnak nevezzük. A passzív műholdak általában a földfelszínről történő megfigyelésekre szolgálnak bizonyos tudományos problémák megoldása során (ilyen műholdak közé tartoznak a több tíz átmérőjű ballonműholdak m). Kutatóműholdakat használnak a Föld, az égitestek és a világűr tanulmányozására. Ide tartoznak különösen a geofizikai műholdak (lásd), orbitális csillagászati obszervatóriumok stb. Az alkalmazott műholdak közé tartoznak a meteorológiai műholdak (lásd), a földi erőforrások tanulmányozására szolgáló műholdak, a navigációs műholdak (lásd), a műszaki célú műholdak (lásd). az űrviszonyok anyagokra gyakorolt hatása, a fedélzeti rendszerek tesztelésére és tesztelésére) stb. Az emberi repülésre szánt AES-eket emberes műholdaknak nevezik. Az egyenlítői sík közelében fekvő egyenlítői pályán lévő műholdakat egyenlítőinek, a Föld pólusai közelében elhaladó poláris (vagy szubpoláris) pályán lévő műholdakat polárisnak nevezzük. A műholdak körkörös egyenlítői pályára indultak 35860 távolságból km a Föld felszínéről, és a Föld forgási irányával egybeeső irányba haladva, mozdulatlanul „lógjon” a Föld felszínének egy pontja fölött; az ilyen műholdakat állónak nevezzük. A hordozórakéták utolsó szakaszai, az orbitális burkolatok és néhány más, a műholdtól elválasztott alkatrész a pályára indítás során másodlagos orbitális objektumokat képviselnek; nem szokták műholdaknak nevezni őket, bár a Föld körül keringenek, és bizonyos esetekben tudományos célú megfigyelési objektumként szolgálnak.
A kereten belüli űrobjektumok (műholdak, űrszondák (Lásd. stb.) nemzetközi nyilvántartási rendszerének megfelelően nemzetközi szervezet A COSPAR 1957-1962-ben az űrobjektumokat a kilövés évével jelölték meg, hozzáadva a görög ábécé betűit, amelyek megfeleltek az adott évben végrehajtott kilövés sorozatszámának, és egy arab számmal - a keringő objektum számától függően. fényessége vagy tudományos jelentőségének foka. Tehát az 1957α2 az első szovjet műhold jelölése, amelyet 1957-ben bocsátottak fel; 1957α1 - a műhold hordozórakéta utolsó szakaszának megjelölése (a hordozórakéta világosabb volt). A kilövések számának növekedésével 1963. január 1-től kezdődően az űrobjektumokat a kilövés évével, az adott évi kilövés sorszámával és a latin ábécé nagybetűjével kezdték jelölni (néha ezt is helyettesítették egy sorozatszámot). Így az Intercosmos-1 műhold jelölése: 1969 88A vagy 1969 088 01. B nemzeti programokűrkutatás, műholdsorozatok gyakran saját elnevezéssel is rendelkeznek: „Kozmosz” (Szovjetunió), „Explorer” (USA), „Diadem” (Franciaország) stb. Külföldön a „műhold” szót 1969-ig csak a következőkkel kapcsolatban használták. szovjet műholdak. 1968-69-ben a nemzetközi többnyelvű űrhajós szótár készítése során megállapodás született, amely szerint a „műhold” kifejezést a bármely országban felbocsátott műholdakra alkalmazták.
A műholdak segítségével megoldott tudományos és alkalmazott problémák sokféleségének megfelelően a műholdak különböző méretűek, súlyúak, kialakításúak és a fedélzeti berendezések összetétele eltérő lehet. Például a legkisebb műhold tömege (az EPC sorozatból) csak 0,7 kg; A "Proton-4" szovjet műhold tömege körülbelül 17 volt T. A Szaljut orbitális állomás tömege a hozzá dokkolt Szojuz űrszondával meghaladta a 25-öt T. A mesterséges műhold által pályára állított legnagyobb rakomány tömege körülbelül 135 volt T(amerikai Apollo űrhajó a hordozórakéta utolsó fokozatával). Léteznek automatikus műholdak (kutató és alkalmazott), amelyekben minden műszer és rendszer működését akár a Földről, akár egy fedélzeti szoftvereszközről érkező parancsok, emberes műholdak és legénységgel ellátott orbitális állomások irányítják.
Egyes tudományos és alkalmazott problémák megoldásához szükséges, hogy a műhold meghatározott módon legyen tájolva a térben, és a tájolás típusát elsősorban a műhold rendeltetése vagy a rá telepített berendezések jellemzői határozzák meg. Így a felszínen és a Föld légkörében lévő objektumok megfigyelésére szánt műholdak orbitális orientációval rendelkeznek, amelyben az egyik tengely folyamatosan függőlegesen van irányítva; A csillagászati kutatást szolgáló műholdak az égi objektumok felé irányulnak: a csillagok, a Nap. Földi parancsra vagy adott program szerint a tájolás változhat. Egyes esetekben nem a teljes műhold, hanem csak annak egyes elemei, például erősen irányított antennák - földi pontok felé, napelemek - a Nap felé orientálódnak. Annak érdekében, hogy a műhold egy bizonyos tengelyének iránya változatlan maradjon a térben, e tengely körül forog. A tájékozódáshoz gravitációs, aerodinamikai és mágneses rendszereket is alkalmaznak - úgynevezett passzív orientációs rendszereket, valamint reaktív vagy inerciális vezérlőelemekkel felszerelt rendszereket (általában összetett műholdakon és űrhajókon) - aktív orientációs rendszereket. A manőverezésre, pályakorrekcióra vagy kiállásra szolgáló sugárhajtóművel rendelkező AES-ek mozgásvezérlő rendszerekkel vannak felszerelve, amelyek szerves részét képezik a helyzetszabályozó rendszer.
A legtöbb műhold fedélzeti berendezéseinek áramellátását napelemek biztosítják, amelyek panelei merőlegesen helyezkednek el a napsugarak irányára, vagy úgy helyezkednek el, hogy egy részüket a Nap bármely pontján megvilágítsa. a műhold (az ún. mindenirányú napelemek). Napelemek biztosítsa a fedélzeti berendezések hosszú távú működését (akár több évig). A korlátozott üzemidőre (legfeljebb 2-3 hétig) tervezett AES elektrokémiai áramforrásokat - akkumulátorokat, üzemanyagcellákat - használ. Egyes műholdak fedélzetén elektromos energia izotópgenerátorai vannak. A műholdak fedélzeti berendezéseik működéséhez szükséges hőszabályozást hőszabályozó rendszerek tartják fenn.
A mesterséges műholdakban, amelyekre jellemző a berendezéseikből származó jelentős hőtermelés, és az űrhajókban folyékony hőátadó körrel rendelkező rendszereket alkalmaznak; alacsony hőtermelésű műholdakon a berendezés bizonyos esetekben passzív hőszabályozási eszközökre korlátozódik (megfelelő optikai együtthatójú külső felület kiválasztása, egyes elemek hőszigetelése).
A tudományos és egyéb információk műholdakról a Földre történő továbbítása rádiótelemetriai rendszerekkel történik (gyakran olyan fedélzeti tárolóeszközökkel, amelyekkel a földi pontok rádiós láthatósági zónáin kívül eső időszakokban információkat rögzítenek a műholdrepülés során).
Az emberes műholdak és egyes automata műholdak ereszkedő járművekkel rendelkeznek a legénység, az egyes műszerek, filmek és kísérleti állatok Földre való visszajuttatására.
Műholdak mozgása. Az AES-eket automata vezérlésű, többlépcsős hordozórakétákkal bocsátják pályára, amelyek a sugárhajtóművek által kifejlesztett tolóerőnek köszönhetően a kilövéstől a térben egy bizonyos számított pontig jutnak el. Ez a mesterséges műhold pályára állítási pályájának, vagy a rakéta mozgásának aktív szakaszának nevezett út általában több száz-két-háromezer km-ig terjed. km. A rakéta függőlegesen felfelé haladva elindul, és viszonylag kis sebességgel halad át a Föld légkörének legsűrűbb rétegein (ami csökkenti az energiaköltségeket a légköri ellenállás leküzdéséhez). Ahogy a rakéta felemelkedik, fokozatosan megfordul, és mozgásának iránya közel kerül a vízszinteshez. Ezen a szinte vízszintes szakaszon a rakéta tolóereje nem a Föld gravitációs erői és a légköri ellenállás fékező hatásának leküzdésére, hanem elsősorban a sebesség növelésére fordítódik. Miután a rakéta az aktív szakasz végén eléri a tervezett sebességet (nagyságban és irányban), a sugárhajtóművek működése leáll; Ez a műhold pályára állításának úgynevezett pontja. A felbocsátott űrhajó, amely a rakéta utolsó fokozatát hordozza, automatikusan leválik róla, és a Földhöz képest meghatározott pályán kezdi meg mozgását, mesterséges égitestté válva. Mozgását passzív erők (a Föld, valamint a Hold, a Nap és más bolygók gravitációja, a Föld légkörének ellenállása stb.) és az aktív (vezérlő) erők befolyásolják, ha speciális sugárhajtóműveket telepítenek az űrrepülőgép fedélzetére. A műhold Földhöz viszonyított kezdeti pályájának típusa teljes mértékben a mozgás aktív fázisának végén (a műhold pályára lépésének pillanatában) elfoglalt helyzetétől és sebességétől függ, és matematikailag számítják ki az égi mechanika módszereivel. Ha ez a sebesség egyenlő vagy meghaladja (de nem több, mint 1,4-szerese) az első menekülési sebességet (lásd) (körülbelül 8 km/mp a Föld felszínéhez közel), és iránya nem nagyon tér el a vízszintestől, ekkor az űreszköz a Föld műholdjának pályájára lép. Az a pont, ahol a műhold ebben az esetben pályára áll, a pálya perigeusának közelében található. Orbitális belépés a pálya más pontjain is lehetséges, például az apogeus közelében, de mivel ebben az esetben a műhold pályája a kilövési pont alatt helyezkedik el, magának az indítópontnak elég magasnak kell lennie, a sebességnek pedig a végén. az aktív szegmens értéke valamivel kisebb legyen, mint a kör alakú.
Az első közelítés szerint a műhold pályája egy ellipszis, amelynek fókusza a Föld középpontjában van (egy adott esetben egy kör), amely állandó pozíciót tart fenn a térben. Az ilyen pályán történő mozgást zavartalannak nevezzük, és megfelel azoknak a feltételezéseknek, amelyek szerint a Föld a Newton-törvény szerint gömbsűrűség-eloszlású golyóként vonz, és csak a Föld gravitációs ereje hat a műholdra.
Olyan tényezők, mint a föld légkörének ellenállása, a föld összenyomódása, nyomás napsugárzás, a Hold és a Nap vonzása okozza a zavartalan mozgástól való eltéréseket. Ezen eltérések vizsgálata lehetővé teszi új adatok beszerzését a Föld légkörének és a Föld gravitációs terejének tulajdonságairól. A légköri ellenállás miatt a műholdak több száz tengerszint feletti magasságban keringenek perigeummal km fokozatosan csökkennek, és a légkör viszonylag sűrű rétegeibe esnek 120-130 fokos magasságban. km lent pedig összeomlanak és égnek; ezért élettartamuk korlátozott. Például amikor az első szovjet műhold pályára állt, körülbelül 228 tengerszint feletti magasságban volt km a Föld felszíne felett, és majdnem vízszintes sebessége körülbelül 7,97 volt km/mp. Elliptikus pályájának félig fő tengelye (azaz a Föld középpontjától való átlagos távolság) körülbelül 6950 volt. km, időszak 96,17 min, és a pálya legkisebb és legtávolabbi pontjai (perigeus és apogee) körülbelül 228 és 947 magasságban helyezkedtek el. km illetőleg. A műhold 1958. január 4-ig létezett, amikor is a pályáján fellépő zavarok miatt bejutott a légkör sűrű rétegeibe.
Az a pálya, amelyre a műholdat közvetlenül a hordozórakéta gyorsító fázisa után indítják, néha csak köztes. Ebben az esetben a műhold fedélzetén sugárhajtóművek vannak, amelyek a Föld parancsára bizonyos pillanatokban, rövid időre bekapcsolnak, további sebességet kölcsönözve a műholdnak. Ennek eredményeként a műhold egy másik pályára kerül. Az automatikus bolygóközi állomásokat általában először a Föld műholdjának pályájára bocsátják, majd közvetlenül a Holdra vagy a bolygókra irányítják.
Műholdas megfigyelések. A műholdak és másodlagos orbitális objektumok mozgásának vezérlése speciális földi állomásokról történő megfigyeléssel történik. Az ilyen megfigyelések eredményei alapján finomítják a műholdpályák elemeit, és kiszámítják az efemeriszeket a következő megfigyelésekhez, beleértve a különböző tudományos és alkalmazott problémák megoldását. Az alkalmazott megfigyelőberendezések alapján a műholdakat optikai, rádiós és lézeres részekre osztják; végső céljuk szerint - helyzeti (irány meghatározása műholdakon) és távolságmérő megfigyelésekre, szög- és térsebesség mérésekre.
A legegyszerűbb helyzetmegfigyelések vizuálisak (optikaiak), amelyeket vizuális optikai eszközökkel végeznek, és lehetővé teszik a műhold égi koordinátáinak többperces ívpontossággal történő meghatározását. A tudományos problémák megoldása érdekében a fényképészeti megfigyeléseket műholdkamerákkal (lásd, 1-2 "" pozícióig és 0,001-ig) biztosítják. mp idő szerint. Optikai megfigyelésekre csak akkor van lehetőség, ha a műholdat napfény világítja meg (kivételt képeznek a pulzáló fényforrással felszerelt geodéziai műholdak; a föld árnyékában is megfigyelhetők), az állomás feletti égbolt kellően sötét és az időjárás kedvező megfigyelések. Ezek a feltételek jelentősen korlátozzák az optikai megfigyelések lehetőségét. Az ilyen feltételektől kevésbé függenek a műholdak megfigyelésének rádiótechnikai módszerei, amelyek a műholdak megfigyelésének fő módszerei a rájuk telepített speciális rádiórendszerek működése során. Az ilyen megfigyelések magukban foglalják a műhold fedélzeti rádióadói által generált vagy a Földről küldött és a műhold által továbbított rádiójelek vételét és elemzését. A több (legalább három) egymástól távol eső antennán vett jelek fázisainak összehasonlítása lehetővé teszi a műhold helyzetének meghatározását az égi szférán. Az ilyen megfigyelések pontossága körülbelül 3" pozícióban és körülbelül 0,001 mp idő szerint. A rádiójelek Doppler-frekvencia-eltolódásának mérése (lásd) lehetővé teszi a műhold relatív sebességének, a megfigyelt áthaladás alatti minimális távolság és az időpillanat meghatározását, amikor a műhold ezen a távolságon volt; három pontból egyidejűleg végzett megfigyelések lehetővé teszik a számítást szögsebességek műhold
A távolságmérő megfigyeléseket a Földről érkező rádiójel küldése és a műhold fedélzeti rádiós válaszadója általi újraadása közötti időintervallum mérésével végzik. A műholdak távolságának legpontosabb mérését lézeres távolságmérők biztosítják (pontosság 1-2 més magasabb). A passzív űrobjektumok rádiótechnikai megfigyelésére radarrendszereket használnak.
Kutató műholdak. A műhold fedélzetére felszerelt berendezések, valamint a földi állomások műholdas megfigyelései lehetővé teszik a különböző geofizikai, csillagászati, geodéziai és egyéb vizsgálatok elvégzését. Az ilyen műholdak pályája változatos - a szinte kör alakútól 200-300 magasságig. km megnyúlt ellipszisekre, amelyek apogee magassága legfeljebb 500 ezer. km. A kutatóműholdak közé tartoznak az első szovjet műholdak, a " ", " ", " " sorozatú szovjet műholdak, az Avangard, Explorer, OGO, OSO, OAO sorozat amerikai műholdai (pályageofizikai, szoláris, csillagászati obszervatóriumok); Az angol „Ariel” műhold, a francia „Diadem” műhold stb. A felbocsátott műholdak körülbelül felét a kutatóműholdak teszik ki.
Műholdakra telepített tudományos műszerek segítségével vizsgálják a felső légkör semleges és ionos összetételét, nyomását és hőmérsékletét, valamint ezen paraméterek változását. Az ionoszférában tapasztalható elektronkoncentrációt és annak változásait mind a fedélzeti berendezésekkel, mind pedig a fedélzeti rádiójeladóktól érkező rádiójelek ionoszférán való áthaladásának megfigyelésével tanulmányozzák. Ionoszondák segítségével részletesen tanulmányozták az ionoszféra felső részének szerkezetét (az elektronsűrűség fő maximuma felett), az elektronsűrűség változásait a geomágneses szélességtől, napszaktól stb. fontos és megbízható kísérleti anyagok a légköri folyamatok mechanizmusainak megértéséhez és olyan gyakorlati kérdések megoldásához, mint a rádiókommunikáció előrejelzése, a felső légkör állapotának előrejelzése stb.
Műholdak segítségével fedezik fel és tanulmányozzák őket. A műholdak az űrszondákkal együtt lehetővé tették a Föld magnetoszféra szerkezetének (Lásd) és a körülötte lévő napszél áramlásának természetének, valamint magának a napszélnek a jellemzőinek (lásd) vizsgálatát (fluxsűrűség ill. részecskék energiája, a „befagyott” mágneses tér nagysága és jellege), stb. a földi megfigyelésekhez hozzáférhetetlen napsugárzás - ultraibolya és röntgen, ami a szoláris-földi kapcsolatok megértése szempontjából nagyon érdekes. Egyes alkalmazott műholdak a tudományos kutatáshoz is értékes adatokat szolgáltatnak. Így a meteorológiai műholdakon végzett megfigyelések eredményeit széles körben használják különféle geofizikai vizsgálatokhoz.
A műholdas megfigyelések eredményei nagy pontossággal lehetővé teszik a műholdpályán fellépő zavarok, a felső légkör sűrűségének változásait (a naptevékenység különböző megnyilvánulásai miatt), a légköri keringés törvényeit, a Föld gravitációs mezőjének szerkezetét stb. . A műholdak speciálisan szervezett helyzet- és távolságmérő szinkron megfigyelése (egyidejűleg több állomásról) műholdas geodéziai módszerekkel (lásd) lehetővé teszi több ezer mérföldre lévő pontok geodéziai vonatkoztatását km egymástól, tanulmányozzák a kontinensek mozgását stb.
Alkalmazott műholdak. Az alkalmazott műholdak közé tartoznak bizonyos műszaki, gazdasági és katonai problémák megoldására felbocsátott műholdak.
A kommunikációs műholdakat televíziós adások, rádiótelefon, távíró és egyéb kommunikáció biztosítására használják az egymástól legfeljebb 10-15 ezer távolságra lévő földi állomások között. km. Az ilyen műholdak fedélzeti rádióberendezései fogadják a földi rádióállomások jeleit, felerősítik és továbbítják más földi rádióállomásokhoz. A kommunikációs műholdak megjelennek magas pályák(akár 40 ezer km). Az ilyen típusú műholdak közé tartozik a szovjet műhold " " , amerikai „Sincom” műhold, „Intelsat” műhold stb. Az álló pályára bocsátott kommunikációs műholdak állandóan a földfelszín bizonyos területei felett helyezkednek el.
A meteorológiai műholdakat arra tervezték, hogy a Föld felhős, hó- és jégtakaróiról készült televíziós képeket, a földfelszín és a felhők hősugárzásával kapcsolatos információkat, stb. rendszeresen közvetítsék a földi állomásokra a földi állomásokra. Az ilyen típusú műholdakat körpályához közeli pályára bocsátják. , 500-600 magassággal km 1200-1500-ig km; A látótávolság tőlük eléri a 2-3 ezret. km. A meteorológiai műholdak közé tartozik a "Kozmosz" sorozat néhány szovjet műholdja, a "" műholdak, valamint az amerikai "Tiros", "ESSA" és "Nimbus" műholdak. Kísérleteket végeznek globális meteorológiai megfigyeléseken 40 ezret is elérő magasságból. km(Szovjet "Molniya-1", amerikai "ATS" műhold).
Az alkalmazás szempontjából rendkívül ígéretes nemzetgazdaság kutatási műholdak természetes erőforrások Föld. A meteorológiai, oceanográfiai és hidrológiai megfigyelések mellett az ilyen műholdak lehetővé teszik a geológia, a mezőgazdaság, a halászat, az erdészet és a környezetszennyezés ellenőrzéséhez szükséges operatív információk megszerzését. A műholdak és emberes űrhajók, másrészt a hengerek és repülőgépek ellenőrző mérései segítségével kapott eredmények e kutatási terület fejlődési kilátásait mutatják.
A tengeri hajók, köztük a tengeralattjárók navigálására olyan navigációs műholdakat használnak, amelyek működését egy speciális földi támogató rendszer támogatja. A rádiójeleket fogadó és a műholdhoz viszonyított helyzetét meghatározva, amelynek minden pillanatban keringési koordinátái nagy pontossággal ismertek, meghatározza a helyét. Példák a navigációs műholdakra az amerikai Transit és Navsat műholdak.
Személyes műholdak. A legbonyolultabb és legfejlettebb mesterséges műholdak az emberes műholdak és az emberes orbitális állomások. Rendszerint számos probléma megoldására szolgálnak, elsősorban komplex tudományos kutatások végzésére, űrtechnológia tesztelésére, a Föld természeti erőforrásainak tanulmányozására stb. Az emberes műholdak első felbocsátására 1961. április 12-én került sor. : Yu. A. Gagarin " "szovjet űrhajó-műhold pilóta-kozmonauta 327-es apogeus magasságú pályán repült a Föld körül. km. 1962. február 20-án az első amerikai űrszonda pályára állt J. Glenn űrhajóssal a fedélzetén. A világűr emberes műholdak segítségével történő feltárásában új lépést jelentett a "szovjet orbitális állomás" repülése, amelyen 1971 júniusában a G. T. Dobrovolszkijból, V. N. Volkovból és V. I. Patsaevből álló legénység széles körű tudományos programot hajtott végre. valamint műszaki, orvosi, biológiai és egyéb kutatások.
Megvilágított.: Aleksandrov S. G., Fedorov R. E., Szovjet műholdak és űrhajók, 2. kiadás, M., 1961; Eliasberg P.E., Bevezetés a mesterséges földi műholdak repülési elméletébe, M., 1965; Ruppe G. O., Bevezetés az asztronautikába, ford. angol nyelvből, 1. kötet, M., 1970; Levantovsky V.I., Az űrrepülés mechanikája elemi előadásban, M., 1970; King-Healy D., Mesterséges műholdak légköri pályáinak elmélete, ford. angolból, M., 1966; Ryabov Yu. A.: Égitestek mozgása, M., 1962; Meller I., Bevezetés a műholdgeodéziába, ford. angolból, M., 1967. Lásd még lit. az Art. Űrhajó
A Föld külföldi mesterséges műholdai. "Tranzit".
A Föld külföldi mesterséges műholdai. "Oscar 3".
A Föld külföldi mesterséges műholdai. "OSO-1".
A Föld külföldi mesterséges műholdai. "Sincom-3".
A Föld külföldi mesterséges műholdai. "Felfedező 25".
