Космические системы связи

Спутники  связи «Молния»

     23 апреля 1965 года  на околоземную орбиту был  выведен спутник связи «Молния-1».  С его помощью предполагалось  обеспечивать эксплуатацию системы дальней телефонно-телеграфной связи и передачи программ Центрального телевидения в районы Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии. Он летал на высокоэллиптической орбите с апогеем 39 380 километров и перигеем 497 километров, наклоненной к плоскости экватора под углом 65°. В течение суток «Молния-1» совершала два оборота вокруг планеты, находясь большую часть времени (примерно 16 часов) над Северным полушарием. За один виток спутник захватывал зону связи, в которую входят территории СССР, Западной Европы, ряда стран Африки и Юго-Восточной Азии, а за другой — территорию европейской части СССР, большую часть стран Западной Европы Америку.

     В 1971 году  был запущен спутник «Молния-2»,  а в 1974 году — «Мол-ния-3».  От предшественников они отличались  тем, что работали в дециметровом диапазоне волн и использовали для ретрансляции сигналов более высокие частоты, в частности сантиметровый диапазон волн (4-6 ГГц). Запуск данных спутников позволил улучшить качество передач и увеличить полосу пропускания.

     Например, если  расположить через равномерные  интервалы времени 3-4 спутника  на одинаковых эллиптических  орбитах, плоскости которых будут смещены относительно друг друга на 120° для трех и на 90° для четырех спутников, то будет образована система спутников-ретрансляторов. Эта система обеспечит круглосуточную связь между пунктами в Северном полушарии планеты.

     Передаваемая  информация поступает на приемные  антенны, установленные на Земле. Затем с помощью мощных радиопередатчиков и направленных антенн она посылается на принимающий спутник, который преобразует ее, усиливает и передает на Землю. Земные антенные установки принимают ретранслированный сигнал и далее по кабелю или радиорелейным линиям передают информацию на местные телецентры и узлы связи.

     На основе  «Молнии-1» и наземных станций  радиоинженерами была создана  первая в нашей стране космическая  система связи, получившая название «Орбита». Данная система дала возможность реорганизовать внутрисоюзную связь, приблизив к Москве самые отдаленные пункты страны. Даже в далекой провинции появилась возможность принимать московские телевизионные программы при хорошей, качественной связи.

     По этому же спутниковому каналу из центра на периферию передаются страницы газетных полос и фотографии, и читатели имеют возможность получать центральные газеты в день их выхода. Проводимые эксперименты: показали, что скорость передачи газет через спутники можно повысить в 7 раз по сравнению со скоростью передач по обычным линиям связи. т в течение 22 минут, а через спутник всего 3 минуты. При этом загружается тот же канал, по которому транслируется телевизионный сигнал.

     Телевизионные  программы, транслируемые через  спутник, стали настолько привычными, что большинство зрителей даже не задумывается, каким способом на их телеэкранах появляются передачи Центрального телевидения, приходят в дом газеты и прочая информация.

     Восемнадцатого  мая 1966 года с борта искусственного  спутника Земли «Молния-1» впервые  в мировой практике были получены  телевизионные изображения Земли с расстояния в 30-40 километров. В отличие от фотоснимков, сделанных системой «Метеор» с высоты примерно 1000 километров, на этот раз удалось изучить распределение облачного покрова над обширной территорией Северного полушария. После получения данных фотоснимков появилась новая возможность эффективного использования спутников связи для метеорологии, землеведения и др.

     После запуска  спутников серии «Молния-2» и  «Молния-3» была возведена целая  сеть приемных станций «Орбита».    Впоследствии произошло дальнейшее расширение системы космической связи. Основой стало соглашение о создании международной системы космической связи «Интерспутник».

Геостационарные искусственные спутники Земли

     Геостационарный  искусственный спутник Земли  представляет собой аппарат, который  двигается вокруг планеты в  восточном направлении, по круговой  экваториальной орбите с периодом  обращения, равным периоду собственного  вращения Земли.

     Если смотреть  на такой спутник с Земли,  то наблюдателю покажется, что он не движется, а стоит на одном месте. Высота его орбиты равна     36 000 километров от поверхности планеты. Именно с такой высоты видна почти половина поверхности Земли. Поэтому, расположив равномерно вдоль экваториальной орбиты на равном расстоянии (через 120°) три одинаковых спутника, можно обеспечить непрерывное наблюдение за поверхностью планеты в диапазоне широт, равном плюс-минус 70°, и глобальную круглосуточную радио- и телевизионную связь.

     При использовании  данных спутников в системе  «Орбита» повышается качество вещания. Кроме этого, один геостационарный спутник заменяет 3-4 спутника типа «Молния». В связи с тем, что орбита спутника строго согласована с периодом вращения Земли, такой аппарат получил название синхронного, а его орбита — стационарной.

     Для того  чтобы было более ясным положение  спутника на орбите, ниже дается  описание процесса вывода его  на геостационарную орбиту.

     Для начала  стоит отметить, что такой спутник  лучше всего запускать с космодрома, который находится на экваторе, в восточном направлении. Это следует делать потому, что появляется возможность использовать начальную скорость, обусловленную вращением Земли. В случае, когда космодром расположен не на экваторе, приходится использовать довольно сложную двух- или трех импульсную схему выведения.

     В первую  очередь спутник вместе с последней  ступенью ракеты-носителя выводится  на круговую промежуточную орбиту  на высоте около 200 километров  и оставляется на ней до  возникновения благоприятного момента для последующего маневра. В первый раз двигательную установку включают для того, чтобы перевести спутник с орбиты ожидания на переходную, которая своим апогеем соприкасается со стационарной, апогеем — с исходной орбитой. Причем включение двигателей аппарата должно совпасть со временем, когда спутник пересекает экватор. Продолжительность полета должна быть такой, за которую спутник выйдет в заданную точку стационарной орбиты. Как только аппарат достигнет апогея, опять включаются двигатели для поворота плоскости переходной орбиты и поднятия перигея до высоты стационарной орбиты. Затем двигатели выключаются, и спутник отделяется от ракеты-носителя.

     Если космодром  находится на широте более  50°, то при выводе спутника  на орбиту, кроме двух рассмотренных  выше включений двигателей, должно  выполняться еще одно. Как и  в первом случае, спутник запускается  на исходную орбиту, затем переводится  на переходную, но при этом  высота апогея должна быть значительно большей и превышать высоту стационарной орбиты. При достижении аппаратом апогея включаются двигатели, и спутник переводится на вторую переходную орбиту, которая расположена в плоскости экватора и касается своим перигеем стационарной орбиты. На второй переходной орбите, в перигее, в третий раз включаются двигатели. Это делается для того, чтобы уменьшить скорость спутника и стабилизировать его на этой орбите.

     В декабре  1975 года был создан новый спутник  связи — «Радуга», которому был  присвоен международный регистрационный  индекс «Стаци-онар-1». Он используется  для тех же целей, что и  «Молния», но находится на стационарной  орбите. А что собой представляет  стационарная орбита? «Радуга» летает по круговой орбите в плоскости экватора на высоте 36000 километров. Его угловая скорость точно такая же, как скорость вращения Земли. Получается, что он постоянно висит над одной и той же точкой планеты. Поскольку имеется такой высоко расположенный ретранслятор, можно сэкономить на постройке наземных радио- и телестанций, то есть оснащать их небольшими по размеру приемными антеннами.

 В    1978 году появился  ««Стационар-Т», а еще через год — спутник «Экран» (международный регистрационный индекс «Стационар-Т»). Данный спутник имел особую форму: при его использовании облегчился прием передач Центрального телевидения на упрощенные наземные приемные установки. На спутнике «Стационар-Т» был смонтирован радиопередатчик, мощность которого во много раз выше аналогичных устройств обычных спутников связи. Кроме этого, он имел остронаправленную антенну, позволявшую сконцентрировать излучаемую электромагнитную энергию в зоне обслуживания.

     Постоянное  местонахождение спутника «Экран»  — точка, соответствующая 99° восточной долготы, над Индийским океаном. Спутник обеспечивает ретрансляцию как черно-белых, так и цветных телевизионных программ на территорию площадью около 9 миллионов квадратных километров. Для приема сигналов с «Экрана» применяются наземные установки двух типов. При использовании установки первого типа ведется профессиональный прием программ с последующей подачей их на телецентры. Те, в свою очередь, передают сигнал непосредственно на приемники телезрителей, находящиеся в радиусе 10-20 километров. Приемные установки могут быть смонтированы как на городском, так и на сельском узле связи.

     Наземная приемная  установка второго типа предназначена  для применения совместно с маломощными телевизионными ретрансляторами, обслуживающими телевизионные приемники, находящиеся в радиусе 3-5 километров, а также для непосредственного коллективного приема телепрограмм с подачей их в домовую распределительную сеть. Установки второго типа оснащены антеннами уменьшенного размера и более простым приемным оборудованием.

     Спутниковой  связью пользуются не только  при приеме телевизионных передач или для обеспечения телефонного разговора с далеко находящимся абонентом, но и для передачи всевозможной служебной информации. Сейчас в нашей стране действует около сотни наземных станций «Орбита», которые через спутники-ретрансляторы могут связать Саратов с Иркутском, Тбилиси с Якутском и т. д.

     Имеется еще  одна, но очень важная функция  у искусственных спутников Земли. В воздухе, на море и на суше порой возникают аварийные ситуации, и люди нередко оказываются в сложной обстановке. Практически всегда при кораблекрушениях, авариях самолетов и прочих неприятностях требуется найти пострадавших и оказать им помощь.

     В настоящее  время поиск и спасение терпящих  бедствие судов и самолетов осуществляются при помощи спутников. Была создана международная космическая поисково-спасательная спутниковая система под названием «КОСПАС-САРСАТ» (Космическая система поиска аварийных судов — Поисково-спасательный спутник). «Коспас» — это российская часть системы, «Сарсат» — часть спутниковой системы, созданная совместно США, Канадой и Францией. Вводилась данная система поэтапно. Она включает в себя искусственные спутники Земли на околополярных круговых орбитах, аварийные радиобуи, пункты приема информации. В зоне обслуживания этой системы может находиться одновременно не менее 20 работающих радиобуев.

     О том, насколько  важно иметь такую систему,  говорят цифры: ежедневно в морях и океанах находится около 25 000 судов грузоподъемностью от 100 тонн и более, около 15 000 бурильных и нефтедобывающих платформ, сотни тысяч малых судов, катеров, а также спортивных и прогулочных яхт. При этом на их борту ежедневно работают свыше 1 миллиона человек. Если к этой цифре добавить массу трансконтинентальных и местных воздушных линий, на которых ежесуточно совершается несколько тысяч полетов, то число путешественников и туристов достигнет весьма значительных величин.

     А начиналась  разработка данной системы так.  В 1957 году небольшая группа ученых под руководством академика В. А. Котельникова сделала предложение по использованию доплеровского метода при определении параметров орбиты спутников. При слежении за полетами спутников было выявлено, что, наблюдая за ними, можно с достаточной точностью определить параметры их орбит. Одновременно с этим появилась возможность решения и обратной задачи: по параметрам орбиты спутников определять координаты объекта на Земле.

     Тридцать первого  марта 1978 года на орбиту был  выведен искусственный спутник Земли типа «Космос-1000». Он предназначался для определения местонахождения судов транспортного и рыбопромыслового флотов. В 1982 году 30 июня был запущен «Космос-1383». На нем была установлена аппаратура для определения координат морских и воздушных судов, терпящих бедствие. Через небольшой промежуток времени вывели на орбиту «Космос-1447» и «Космос-1574».

     Принцип работы  космической поисково-спасательной  системы следующий. Пролетая на высоте 800-1000 километров, спутник принимает сигналы, поступающие от аварийных радиобуев с площади круга до 27000 квадратных километров. Собрав информацию, спутник передает ее в наземные пункты. В этих пунктах информация перерабатывается, анализируется, вычисляются координаты аварийных радиобуев, и все данные передаются в ближайший к месту аварии поисково-спасательный центр. А остальное — дело техники, потому что спутник-спасатель определяет место нахождения радиобуя с точностью в 2-3 километра за 8-12 минут.

Заключение

Я коснулась лишь некоторых  вопросов космической радиосвязи. Запуск искусственных спутников, межпланетных станций и космических кораблей с человеком на борту открыл новую эру. Сейчас на орбитах находятся новые советские спутники «Космос-1», «Космос-2», «Космос-3» и

«Космос-4».

Их запуск имеет чрезвычайно  важное значение для изучения условий прохождения радиосигналов через ионосферу и повышения надежности космической радиосвязи. Перед нами распахнулось окно в будущее и открылись широкие горизонты для новых дерзаний. Сейчас трудно охватить мыслью все, что сулит это величайшее достижение для увеличения дальности радио— и телевизионной связи, но первые результаты уже получены.

Стремясь поставить свои достижения в исследованиях космоса  на службу всему человечеству, советские  люди всегда выступали и выступают  за широкое международное сотрудничество в области освоения космоса.

Использование космической  техники существенно повысило эффективность системы связи, позволило связать между собой   все уголки земного шара, дало возможность широко использовать самые информативные, короткие волны, на которых работает телевидение. Дальняя радиосвязь с помощью обычных радиостанций осуществима на сравнительно малоинформативном диапазоне радиоволн длиной от 200 до 10 м. В этом диапазоне, например, можно одновременно осуществлять примерно несколько тысяч разговоров. Это мало. Более короткие радиоволны — от 10 м до 2 см — существенно более информативны, но прямолинейность распространения этих волн  (они не задерживаются ионосферой) делает невозможным их использование для глобальной радиосвязи с помощью обычных наземных радиопередающих средств. Более того, даже в том диапазоне, которым пользуются наземные средстве, не удается создать высококачественной связи, так как радиосигналы, многократно отражаясь от ионосферы и Земли, претерпевают заметные изменения в зависимости от состояния атмосферы. Довольно частой ситуацией является полное нарушение связи на несколько суток при так называемых магнитных бурях, вызванных солнечной активностью. Все это ограничивает качество и надежность глобальной радиосвязи.