Лекция №9. Основные характеристики геостационарной орбиты.

План:

1. Основные характеристики эллиптических орбит.

2. Основные характеристики низких круговых орбит.

3. Основные характеристики средневысотных орбит.

Геостациона́рная орби́та (ГСО) — круговая орбита, расположенная над экватором Земли (0° широты), находясь на которой, искусственный спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси. В горизонтальной системе координат направление на спутник не изменяется ни по азимуту, ни по высоте над горизонтом, спутник «висит» в небе неподвижно. Геостационарная орбита является разновидностью геосинхронной орбиты и используется для размещения искусственных спутников (коммуникационных, телетрансляционных и т. п.).

Спутник должен обращаться в направлении вращения Земли, на высоте 35 786 км над уровнем моря (вычисление высоты ГСО см. ниже). Именно такая высота обеспечивает спутнику период обращения, равный периоду вращения Земли относительно звёзд (Звёздные сутки: 23 часа 56 минут 4,091 секунды).

Идея использования геостационарных спутников для целей связи высказывалась ещё словенским теоретиком космонавтики Германом Поточником[1] в 1928 году.

Преимущества геостационарной орбиты получили широкую известность после выхода в свет научно-популярной статьи Артура Кларка в журнале «Wireless World» в 1945 году[2], поэтому на Западе геостационарная и геосинхронные орбиты иногда называются «орбитами Кларка», а «поясом Кларка» называют область космического пространства на расстоянии 36000 км над уровнем моря в плоскости земного экватора, где параметры орбит близки к геостационарной. Первым спутником, успешно выведенным на ГСО, был Syncom-3, запущенный NASA в августе 1964 года.

Под названием "системы персональной спутниковой связи" понимаются различные по построению спутниковые системы с космическими аппаратами (КА) на геостационарной (GEO), средневысотных (МЕО), низких (LEO) и эллиптических орбитах, работающие в различных диапазонах частот и предоставляющие пользователю различные услуги связи с помощью персонального терминала (портативного, мобильного, стационарного).

В основу приведенной ниже классификации положены два основных признака: информационная скорость в абонентской линии и тип орбиты. В зависимости от скорости передачи системы персональной связи можно разделить на четыре класса:

- системы со сверхнизкими потоками данных (информационная скорость - менее 1,2кбит/с);

- низкоскоростные системы (от 1,2 кбит/с до 9,6 кбит/с);

- высокоскоростные системы (64 кбит/с и выше).

Назначение и основные виды услуг систем персональной спутниковой связи согласно приведенной классификации приведены ниже.

Низкоскоростные системы персональной спутниковой связи

Системы данного класса предназначены для передачи данных и обеспечения узкополосной радиотелефонной связи. В зависимости от типа используемых орбит, системы разделяются на 5 основных групп: little LEO, big LEO, MEO, НЕО и GEO.

Группа little LEO. Системы данного класса предназначены для передачи данных со скоростью от 1,2 до 9,6 кбит/с. Их отличительной особенностью является работа в диапазоне частот до 1 ГГц, использование легких КА массой порядка 50-250 кг, к которым не предъявляется жестких требований по времени доставки сообщений. В системах используется от 6 до 48 КА.

определение координат подвижного объекта (долгота, широта, универсальное время,UTC).

Отличительными особенностями систем такого класса являются:

- использование легких и портативных терминалов с ненаправленными антеннами;

- групповой вывод малых КА на орбиту;

- обеспечение стоимости услуг существенно более низкой по сравнению с другими классами систем персональной спутниковой связи.

К системам группы little LEO относятся: "Гонец", Starsys, Vitasat, Faisat,Элекон-Стир-М".

Группа big LEO. К этому классу относятся системы, ориентированные на обеспечение персональной радиотелефонной и пейджинговой связи в глобальном масштабе.

Обслуживание персональных абонентов - непрерывное, в реальном масштабе времени. Для обеспечения непрерывного глобального обслуживания в системах этого класса используются корректируемые орбитальные группировки из 48-66 спутников. Связь с абонентами осуществляется в L и S диапазонах частот. Масса спутников составляет 300-700 кг, что несколько больше, чем в системах класса little LEO. Реальная пропускная способность систем класса big LEO, как правило, не превышает 1200 эквивалентных телефонных каналов по 2,4 кбит/с на КА. В эту группу входят системы Iridium, Globalstar, "Сигнал", ЕССО, "Ростелесат".

Для организации связи в системах Iridium, Globalstar предусматривается использование двухрежимных терминалов, ориентированных на работу и в сотовых системах радиосвязи разных стандартов.

Группа систем МЕО. Системы, использующие КА на средневысотных орбитах, являются одним из основных конкурентов системам класса big LEO. Они ориентированы на один и тот же рынок услуг, т.е. обеспечение глобальной радиотелефонной и пейджинговой связи. Если для обеспечения глобальной связи в системах big LEO, которые не используют межспутниковых линий, требуется 150-200 станций сопряжения (Globalstar), то в системах класса МЕО достаточно всего 7-12 станций сопряжения.