Отечественные и зарубежные спутники связи

Современные отечественные спутники связи

Спутники на высокоэллиптических орбитах серии «Молния». Спутник серии «Молния» запущен 23 апреля 1965 года на эллиптическую орбиту с параметрами: hα≈40000 км; hπ≈460…650 км; i=65,8…65,5о; T=12 час. Совершая движение по 12-часовой орбите, спутник в периоды связи находился очень высоко над территорией России и, т.о., являлся слабо перемещающимся

объектом относительно наземных станций. Каждая серия – «Молния-1» (рис. 8.1), «Молния-2» (рис. 8.2), «Молния-3» – состоит из четырех пар спутников каждого типа, обращающихся на орбите на угловом расстоянии друг от друга 90º.

«Молния-1» (рис. 8.3) снабжена бортовыми ретрансляторами, работающими в дециметровом диапазоне длин волн (частоты 800…1 000 МГц), имеет длину 4,4 м, диаметр корпуса 1,4 м, размах панелей СБ 8,6 м (6 плоских панелей). Энергопитание от солнечных батарей, которые раскрываются после отделения от ракеты-носителя. Система ориентации обеспечивает непрерывную связь СБ с Солнцем, а одной из остронаправленных параболических антенн направлена на Землю. Система терморегулирования – активная, с жидкостным контуром теплопередачи и с вынесенными радиаторами-излучателями.

Бортовой комплекс радиотехнических средств осуществляет измерения параметров орбиты, прием передаваемых с Земли радиокоманд и передачу телеметрической информации о работе бортовых систем.

Управление сеансами связи проводится автоматически или по радиокомандной радиолинии.

Рис. 8.3. Устройство спутника «Молния-1»: 1 – корпус, 2 – рама с аппаратурой, 3 – рама с системой терморегулирования (СТР)», 4 – радиаторы СТР, 5 – солнечные батареи, 6–антенна ретрансля­тора, 7 – привод антенны, 8 – маховик-гироскоп, 9 – оптические датчики ориентации на Солнце, 10 – оптические датчики ориентации на Землю, 11 – шары-баллоны системы ориентации, 12 – корректирующаядвигательная уста­новка, 13 – радиометр,14–экранно-вакуумная изоляция

Первый запуск РН 8К78М «Молния-М» с Плесецка был выполнен 19 февраля 1970 г. За 31 год ни разу носитель этого типа не потерпел аварию на участке работы первых трех ступеней, и лишь в семи случаях космические аппараты были выведены на нерасчетные орбиты.

«Молния-ЗК» была выведена на орбиту с параметрами:

– наклонение – 62,42°;

– минимальная высота – 454,974 км;

– максимальная высота – 40 810,586 км,

– период – 735,65 мин.

Конструктивно-компоновочная схема спутников «Молния» для работы на высокоэллиптических орбитах была предложена в 1960-х годах разработчиками ОКБ-1 и не утратила ряда достоинств до сих пор. При наличии на борту ретрансляторов, с небольшим числом стволов и антенн с относительно малыми размерами, применима постоянная ориентация на Солнце всего корпуса КА с жестко зафиксированными шестью панелями солнечных батарей, обеспечиваемая с помощью гиросиловых стабилизаторов по информации от оптических приборов. Ориентация антенных платформ на Землю с достаточной точностью обеспечивается их поворотом относительно корпуса по информации от размещаемых на антенных платформах инфракрасных датчиков. Такая схема отработана в НПО ПМ более чем на 100 аппаратах.

Спутники семейства «Молния» заслужили репутацию стабильно функционирующих.

Характеристики КА постоянно улучшались. Срок службы первых аппаратов едва дотягивал до 6 месяцев, а дальше начинали отказывать все важнейшие элементы бортовых систем – от батарей системы электропитания и датчиков ориентации до приводов вентиляторов и радиоэлектроники Потребовались большие усилия специалистов КБ прикладной механики и организаций-соисполнителей для того, чтобы аппараты надежно работали по году и более. В 1970-е годы в НПО ПМ была поставлена задача в несколько раз увеличить ресурсы всех бортовых элементов (отечественного производства) и довести срок службы аппаратов до 5 и более лет.

В результате проведенных доработок «Молнии» различных модификаций стали работать от 4 до 5 лет (это значительно превышало обычный по тем временам расчетный срок службы советских спутников), а такой «рекордсмен», как «Молния-1», запущенная 12 апреля 1979 г., отработала на орбите 9 лет и 4,5 месяца. К настоящему времени фактический срок службы спутников достиг 10 лет, а пропускная способность увеличена в несколько раз.

Конечно, «Молнии» 1990-х годов имеют очень мало общего по своему «содержанию» в сравнении с первыми образцами спутников середины 1960-х.

Параметры начальной орбиты «Молнии-3» составили:

– наклонение – 62º53´,

– минимальная высота – 646,01 км;

– максимальная высота – 40 657,86 км;

– период обращения – 12 час 16 мин 28,646 с;

– аргумент перигея – 288°.

Последний параметр, как известно, определяет ориентацию большой оси орбиты относительно линии узлов. В данном случае перигей находится в Южном полушарии в 72° назад по орбите от восходящего узла, а апогей – в 108° впереди от этой точки, высоко над Северным полушарием. «Зависая» вблизи апогея, спутник можно эффективно использовать для связи на всей территории России.

Если обратиться к истории, то «Космос-41» в 1964 г. и первая успешная «Молния-1» в апреле 1965 г. были выведены на орбиты с аргументом перигея около 325° – у них большая ось была значительно ближе к плоскости экватора. Затем, в течение восьми лет, с октября 1965 и до осени 1973 г., орбиты запускаемых КА «Молния-1» и «Молния-2» имели аргумент перигея 284…285°. Осенью 1973 г. запуски стали производить на орбиты с двумя новыми значениями аргумента перигея – 280° и 288°, и вот уже в течение 28 лет их используют «Молнии» всех типов.

Спутник связи «Молния-1Т», запущенный в интересах Министерства обороны РФ, имеет

высокоэллиптическую орбиту с параметрами:

– наклонение – 62.93º;

– высота в перигее – 658 км;

– высота в апогее – 40 639 км;

– период обращения – 736,3 мин.

КА «Молния-1Т» входит в систему связи и боевого управления Ракетных войск стратегического назначения. Первый запуск «Молния-1Т» состоялся 2 апреля 1983 г., а в 1987 г. он был принят на вооружение.

КА «Молния-1Т» представляет собой развитие спутников-ретрансляторов «Молния-1». Конструктивно аппараты отличаются только антеннами: на «Молния-1Т» установлены счетверенные спиральные антенны. Ретранслятор «Молния-1Т» был выполнен в твердотельном, транзисторном исполнении (первый опыт в НПО ПМ применения ретрансляторов такого типа). Кроме того, на «Молния-1Т» существенно выросла продолжительность активного существования: по оценкам специалистов возможно использование серии данного КА в течение 11 лет.

Штатная орбитальная группировка КА «Молния-1Т» включает восемь аппаратов (четыре пары) на высокоэллиптических полусуточных орбитах с апогеем, расположенным в северном полушарии. Плоскости орбит и расположение аппаратов в них подобраны так, что КА образует две равновеликие группы, движущиеся каждая вдоль своей наземной трассы с интервалом в шесть часов друг за другом. Трассы групп смещены друг относительно друга на 90о по долготе. Апогеи суточных витков КА первой группы находятся над территорией центральной Сибири и над Северной Америкой, а у КА второй группы – над Западной Европой и Тихим океаном. Таким образом, КА первой группы должны обеспечивать связь в основном на территории России, а КА второй группы – за ее пределами.

Кроме того, этот спутник обеспечивает связь с российским сегментом «МКС и позволяет реже использовать для передачи информации с российского сегмента станции американские спутники.

Запуски КА «Молния-1Т» в 1990 – 2003 гг. приведены в табл. 8.1

Таблица 8.1

Запуски КА «Молния-1Т» в 1990-2003 г.г.

Дата запуска	ПУ	Официальное название
1990-04-26	43/4	«Молния-1»
1990-08-10	43/4	«Молния-1»
1990-11-23	43/3	«Молния-1»
1991-02-15	43/3	«Молния-1»
1991-06-18	43/4	«Молния-1»
1991-08-01	43/4	«Молния-1»
1992-03-04	43/4	«Молния-1»
1992-08-06	43/3	«Молния-1»
1993-01-13	43/3	«Молния-1»
1993-05-26	43/4	«Молния-1»
1993-12-22	43/3	«Молния-1Т»
1994-12-14	43/4	«Молния-1Т»
1996-08-14	43/3	«Молния-1Т»
1997-09-24	43/4	«Молния-1Т»
1998-09-28	43/3	«Молния-1Т»
2003-04-02	16/2	«Молния-1Т»

Низкоорбитальные спутники связи «Гонец». Спутник серии «Гонец» – «Гонец-Д1» (рис. 8.4) имеет массу до 250 кг. Аппараты выводятся на орбиты высотой 1 400…1 420 км и наклонением 82,5°.

Мощность системы электропитания КА – 120 Вт. Ресурс КА составляет 1,5…2,5 года.

На спутнике установлен ретрансляционный комплекс для обеспечения двусторон-ней телеграфной связи типа «электронная почта»: один канал «Земля-КА», один канал «КА-Земля». Масса БРТК – до 50 кг, диапазон частот – 259,5…265,2 МГц, выходная мощность – 10 Вт. Пропускная способность КА-17 Мбит/сут. На спутнике имеется запоминающее устройство емкостью 12,8 Мбит.

Порядок отделения спутников при выведении РН «Циклон-3» перечислен в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Циклограмма пуска РН «Циклон-3»

Время от старта, мин: с	Событие
00:00.0	Старт
01:59.6	Отделение 1-й ступени
03:33.4	Сброс ГО
04:38.3	Выключение ДУ 2-й ступени
06:00.0	1 е включение ДУ 3-й ступени
07:35.9	Выключение ДУ 3-й ступени
41:50.8	2 е включение ДУ 3-й ступени
42:12.8	Выключение ДУ 3-й ступени
42:42.8	Отделение КА-1 (Гонец Д1)
43:03.8	Отделение КА-2 (Гонец Д1)
43:20.2	Отделение КА-3 (Гонец Д1)
43:36.6	Отделение КА-4 (Космос)
43:53.0	Отделение КА-5 (Космос)
44:09.4	Отделение КА-6 (Космос)

В настоящее время в составе низкоорбитальной спутниковой группировки находятся 6 аппаратов «Гонец Д1».

Поддержание системы «Гонец-Д1» в рабочем состоянии крайне необходимо для ее пользователей, пусть и не очень многочисленных. В настоящее время эта НССС является единственной действующей российской низкоорбитальной системой связи. Система имеет ряд существенных недостатков. Главный – ограниченная пропускная способность (2,4 кбит/с), позволяющая передавать лишь небольшие объемы данных.

У НССС «Гонец-Д1» имеется своя ниша на рынке услуг, а именно предоставление сервиса низкоскоростной передачи данных определенным категориям пользователей. С помощью «Гонца» осуществляются:

– сбор данных с необслуживаемых датчиков, установленных в труднодоступных и удаленных районах; автоматизированный учет показаний газовых, водяных и элект­рических счетчиков;

– глобальный мониторинг перевозки грузов со сквозным контролем их прохождения от места загрузки до пункта назначения;

– предоставление экстренных услуг передачи сообщений при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Кроме того, по заявлению руководства системы, НССС «Гонец-Д1» обеспечивает доступ абонентов к ресурсам сети Internet, передачу речевых сообщений в режиме диспетчерской связи (без выхода в сеть общего пользования) и определение координат абонента с помощью собственных средств (до 1 км) либо с использованием данных систем GPS/ГЛОНАСС (до 100 м).

Учитывая принцип постепенного развития и наращивания возможностей больших систем связи, к которым относится НССС «Гонец», разработчиками системы совместно с Российским авиационно-космическим агентством была выработана концепция ее поэтапного развития.

Работы по созданию модернизированной системы с КА «Гонец-Д1М», начатые в 2000 г., позволят уже в 2003–2006 гг. обеспечить комфортные условия связи более чем 100 тыс. потребителей на территории России. Они предусматривают освоение нового, рекомендованного МСЭ для подвижных ССС частотного диапазона 0,3–0,4 ГГц, не отказываясь от используемых в системе «Гонец-Д1» частот 259,5…265,2 МГц. Кроме того, планируется введение внутризоновой радиотелефонной связи, увеличение общего числа каналов доступа к КА, скорости передачи информации до 9,6 кбит/сек и, соответственно, пропускной способности КА в целом. Для придания таких возможностей планируется создать модернизированный КА «Гонец-Д1М» с большими, чем у «Гонцов-Д1» сроком активного существования, пропускной способностью каналов и объемом бортовой памяти. Кроме того, предполагается установить на спутнике корректирующую ДУ. Сравнительные характеристики КА «Гонец-Д1» и «Гонец-Д1М» приведены в табл. 8.3.

Таблица 8.3

Сравнительные характеристики КА «Гонец-Д1» и «Гонец-Д1М»

Параметры КА	«Гонец-Д1»	«Гонец-Д1М»
Вес, кг
Количество каналов на аппарате Земля-борт/борт-Земля	1/1	16/2
Объем бортового ЗУ Мбайт
Срок активного существования, лет	15–2	5–7
Коррекция орбиты	нет	есть

В рамках второго этапа предполагается развернуть систему из 12 спутников (по четыре в трех орбитальных плоскостях). Запускать «Гонцы-Д1М» предполагается с космодрома Плесецк на РН «Космос-ЗМ» (по два КА), «Рокот» (по три КА), «Союз-2» с РБ «Фрегат» (по четыре КА

Сравнительная характеристика систем приведена в табл. 8.4.

Таблица 8.4

Сравнительная характеристика систем СС типа «Гонец»

Система	«Гонец-Д»	«Гонец-Д1М»	«Гонец»
Число спутников	6 (2 пл × 3 КА)	12(3 пл × 4 КА)	48 (6 пл × 8 КА)
Высота орбиты, км	1 400	1 400	1 400
Наклонение,	82,5	82,5	82,5
Максимальное/среднее время ожидания сеанса связи, час	25/15	13/08
Скорость передачи информации, кбит/с		–	12-64
Диапазон частот, МГц	2 595-2 652	300/400	300/400
Вероятность ошибки на символ	104	105	105
Кодирование	Блочное	Сверточное (k = 7, r = 1/2)	Сверточное (k = 7, r = 3/4)
Пропускная способность системы, Мбит/сут
Количество пользователей	4…0 тыс.	100…200 тыс.	1 500 тыс.
Точность определения местоположения, м	100 (только через GPS)	100 (GPS) 800 (автономно)	100 (GPS) 400 (автономно)

Спутник двухсторонней телеграфной связи «Стрела». КА «Стрела-3» запускаются с 1985 г. В 1991 г. они были приняты в эксплуатацию.

Космический комплекс «Стрела-3» является основой одноименной космической системы, которая включает следующее:

1. Ракетно-космический комплекс «Стрела-3»:

– 6 КА «Стрела-3»;

– ракета-носитель (11К68);

– технический и стартовый комплексы.

2. Наземный радиотехнический комплекс средств связи:

– центральные пункты связи (ЦПС) в стационарном и мобильном исполнении;

– периферийные пункты связи в стационарном (СПС) и подвижном (ППС) исполнении;

3. Средства наземного комплекса управления.

КА «Стрела-3» обеспечивает двустороннюю телеграфную связь. Информация доставляется с задержкой или в реальном масштабе времени (если и периферийный и центральный пункты связи находятся в зоне видимости одного КА).

Каждый КА «Стрела-3» (17Ф13) имеет массу порядка 200 кг. Гарантированный срок активного существования спутников составляет 1 год, автономность функционирования КА - 7 суток. Вывод на орбиту спутников проводится с помощью РН «Циклон-3» по шесть аппаратов за раз. Орбитальное построение системы «Стрела-3» включает две орбитальные плоскости (пояса), сдвинутые друг относительно друга на 90° по долготе восходящего узла. Спутники выводятся на околокруговые орбиты высотой 1 400…1 420 км и наклонением 82,6°.

Геостационарные спутники связи. КА серии «Ямал» созданы в РКК «Энергия» им. С.П. Королева в кооперации с ведущими зарубежными производителями Alcatel, Alenia Spazio и NEC. Первая пара спутников была запущена 6 сентября 1999 г. КА «Ямал-100» 1 работает сейчас в точке 90º в.д. Второй модификацией спутников серии «Ямал» является «Ямал-200» (рис. 8.5).

Основной конструктивной особенностью КА «Ямал-200» является ярко выраженная модульность, которая обеспечивает крайне высокую технологичность сборки и испытаний КА, создаваемых на базе универсальной космической платформы.

КА «Ямал-200» состоит из отсека полезной нагрузки, отсека служебных систем (ОСС) и модуля ЭРДУ.

В отсеке служебных систем расположены бортовой комплекс управления, система электроснабжения, система обеспечения теплового режима. Снаружи по бокам ОСС установлены две разворачивающиеся четырехсекционные панели СБ. Мощность СБ в начале штатной эксплуатации составит 4 080 Вт, в конце эксплуатации – 3 400 Вт.

Бортовая вычислительная машина объединяет все системы в единый бортовой комплекс управления. В состав бортовых систем входят все необходимые системы, обеспечивающие работу и контроль целевой аппаратуры и всего аппарата в целом: энергопитания, командной радиолинии, телеметрии, двигательной установки. управления движением и навигацией, терморегулирования.

Модуль ЭРДУ установлен сверху отсека служебных систем. ОСС с модулем ЭРДУ обеспечивает точность ориентации осей спутника ± 0,1º и точность удержания спутника в орбитальной позиции по широте и долготе ± 0,1º.

Отсек полезной нагрузки (ОПН) включает в себя приемные и передающие антенны и ретрансляционную аппаратуру. Корпус ОПН аналогичен по конструкции корпусу ОСС.

Срок активного существования КА «Ямал-200» по ресурсу аппаратуры и по запасам топлива составляет 12 лет.

Расчетная точка стояния «Ямал-200» №1 – 90º в.д., «Ямал-200» №2 – 49º в.д.

КА «Ямал-200» №1 имеет 15 транспондеров С- и Ku-диапазонов и предназначен для развития сетей спутниковой связи и телевещания в С-диапазоне, а также обеспечит резервирование сетей, работающих через спутник «Ямал-100» №1. Транспондеры Ku- диапазона мощностью 120 Вт с контурной диаграммой, покрывающей практически всю территорию России и СНГ, предназначены для развития сетей VSAT с антеннами диаметром от 1,2 м, а также для создания сетей непосредственного и распределительного телерадиовещания. В ОПН «Ямал-200» №2 установлены 18 транспондеров С- диапазона. Они имеют полуглобальную зону покрытия. Спутник предназначен для обслуживания территории Европы, Ближнего Востока, Центральной, Южной и Юго-Восточной Азии, Северной Африки и ориентирован преимущественно на рынок магистральных потоков сети Internet между Европой и Азией.

Сравнительные характеристики КА «Ямал-200» №1 и №2 приведены в табл. 7.5.

29 декабря 2003 г. с космодрома Байконур был произведен запуск РН «Протон-К» с разгонным блоком типа ДМ-2М и спутник серии «Экспресс» – «Экспресс АМ22» (рис. 8.6).

Выведение КА выполнено по классической схеме с выходом головного блока на низкую опорную орбиту высотой 188 × 204 км и двумя включениями ДУ РБ: первым в восходящем узле 2-го витка через 73 мин 26.2 с после старта и вторым в апогее 2-го витка в Т + 5:30:18.8.

Таблица 8.5