Школьная Энциклопедия
Nav view search
Навигация
Искать
Космическая радиосвязь
Подробности Категория: Радио Опубликовано 05.08.2015 14:23 Просмотров: 5269
Говоря о космической радиосвязи, мы часто думаем, что это связь между объектами, находящимися в космосе. На самом деле это гораздо более широкое понятие.
Космической называется радиосвязь, которую осуществляют при помощи объектов, расположенных за пределами атмосферы Земли, то есть в космосе. Это могут быть космические радиостанции или космические ретрансляторы. С помощью космической радиосвязи информация передаётся между радиостанциями, расположенными на Земле, и космическими летательными аппаратами, между двумя и более космическими летательными аппаратами, а также между несколькими земными радиостанциями при помощи космических ретрансляторов.
Теория космической радиосвязи Кларка
Артур Чарльз Кларк
Ещё в октябре далёкого 1945 г. 27-летний инструктор по радиолокации, лейтенант военно-воздушных сил Англии Артур Чарльз Кларк, впоследствии учёный и изобретатель, ставший известным писателем-фантастом, опубликовал в журнале «Wireless World» статью, в которой предложил создать глобальную систему радиосвязи, используя для этого искусственные спутники Земли, находящиеся на орбитах, расположенных над экватором Земли. А поскольку предполагалось, что такой спутник совершает один оборот за 24 часа, то есть вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли, то по отношению к Земле он как бы неподвижно «висит» в небе. Следовательно, антенна, расположенная на поверхности Земли, один раз направленная на такой спутник, останется направленной на него в любой момент времени. Стало быть, его можно использовать в качестве ретранслятора радиосигналов, способных соединить два или более радиопередатчика, находящихся на большом расстоянии друг от друга. А если на одной орбите разместить 3 таких спутника-ретранслятора, разнеся их на 120 0 , то они накроют радиовещанием всю планету.
Кларк не запатентовал своё изобретение, так как не верил, что его идея может быть реализована технически в ближайшее время. Ведь искусственных спутников Земли в то время ещё не существовало. Он предполагал, что для этого понадобится примерно полвека. Однако учёным удалось решить эту задачу гораздо раньше. Кларк, проживший 90 лет, убедился в этом очень скоро. Уже через 12 лет его идея начала воплощаться в жизнь.
Первый в мире искусственный спутник Земли
4 октября 1957 г. земляне впервые услышали радиосигнал из космоса, посылаемый с первого искусственного спутника Земли «Спутник-1», запущенного в СССР с космодрома Байконур. Источником этого сигнала было радиопередающее устройство, установленное на борту спутника. Радиосигнал от него могли принимать радиолюбители во всех уголках нашей планеты. Можно сказать, что это были первые сеансы космической радиосвязи. Вскоре появились и другие искусственные спутники. И космическая радиосвязь начала развиваться.
Радиосвязь между Землёй и космическими летательными аппаратами
Радиосвязь между Землёй и космическим кораблём
Когда были созданы первые космические летательные аппараты, стало ясно, что надёжная двухсторонняя радиосвязь с ними просто необходима. Ведь без неё было бы невозможно управлять космическими кораблями и станциями с Земли и поддерживать с ними контакт. И для радиосвязи стали выделять радиолинии. По одним из них («Земля – борт космического корабля») передавалась информация с Земли на борт корабля. Это, к примеру, сигналы управления траекторией корабля, информация для космонавтов и др. По другим («Борт космического корабля — Земля») принималась информация на Земле. Это связь с космонавтами, находящимися на обитаемых станциях, результаты научных исследований, проводимых в космосе и др.
Спутниковая связь
Когда появились искусственные спутники Земли, настало время использовать их в качестве ретрансляторов наземной радиосвязи, как и предсказывал Кларк. Ведь наземная радиосвязь, а также связь с самолётами на расстоянии свыше 1000 км, велась на коротких волнах. Но это довольно узкий диапазон. И если в нём одновременно работают много станций, возникают сильные помехи, что приводит к снижению надёжности.
Другое дело – ультракороткие волны (УКВ). Их диапазон используется реже, потому что они распространяются только в пределах прямой видимости, поэтому для передачи радиосигнала на большие расстояния непригодны. Но УКВ способны пронизывать ионосферу и уходить выше. И если использовать в качестве ретрансляторов искусственные спутники Земли, то отражённый от них радиосигнал ультракороткого диапазона, посланный одной наземной радиостанцией, передастся другой наземной радиостанции. Всё, как и предсказывал Кларк.
Ретрансляция радиосигнала происходит очень просто. Радиосигнал от наземной радиостанции отражается поверхностью спутника связи и посылается на принимающую радиостанцию. В этом случае его передача происходит без задержек, практически мгновенно. А ретрансляция называется пассивной.
Но существует и другой способ ретрансляции — активный. На борту спутника устанавливается приёмник радиосигналов, запоминающее устройство и радиопередатчик. Информация, принятая в момент нахождения спутника над каким-то объектом, запоминается. А в момент, когда спутник входит в зону видимости объекта, которому нужно передать сигнал, вся накопленная информация передаётся этому объекту. В этом случае передача сигналов происходит с задержкой.
Следует сказать, что спутники связи, описанные в обоих случаях, не неподвижны, а двигаются относительно поверхности Земли с определённой скоростью. Их положение меняется во времени. А их орбита может иметь форму эллипса или круговую форму и располагаться на низкой или средней высоте.
Но если запустить спутник в направлении вращения Земли по круговой орбите в плоскости экватора на высоту примерно 36 000 км, то по отношению к Земле он будет казаться неподвижным. Такой спутник называется геостационарным. Используемый в качестве ретранслятора, он один может обеспечить связью примерно 30 % поверхности Земли. А 3 таких спутника, расположенных на угловом расстоянии 120° охватывают радиосвязью практически всю поверхность Земли.
Схема глобальной радиосвязи
Спутники связи используются также для ретрансляции телевизионных сигналов, для поиска терпящих бедствие морских судов и самолётов.
Радиосвязь между автоматическими космическими аппаратами используют для ретрансляции сигналов и передачи их на далёкие расстояния. Экипажи пилотируемых космических кораблей пользуются космической радиосвязью для обмена информацией между собой, например, при стыковке или расстыковке, проведении работ в открытом космосе.
Источник
Как устроена космическая связь
Все кто смотрит телевизор, в курсе, что без спутников невозможно увидеть большинство известных телеканалов (исключение кабельное телевидение). Да и большинство семей уже давно владеет спутниковыми тарелками, которые принимают сигналы лучше, чем антенны из прошлого века. Хотя нам кажется, что спутниковое телевидение пришло в нашу жизнь совсем недавно, оно существует уже довольно давно, и чтобы оно функционировало стабильно, а наши телевизоры показывали качественную картинку, существуют центры космической связи.
Центр космической связи «Дубна» был введен в эксплуатацию в 1980 году и приурочен к московской олимпиаде 1980г., для обеспечения трансляции игр на страны Европы и Атлантического региона. После олимпийских игр ЦКС стал использоваться как объект правительственной связи Кремля с руководством других стран.
Всего в систему космической связи входят
— 24 приемо-передающих земных станций спутниковой связи с антенными системами от 2,4 до 32 метров. 27 приёмо-передающих земных станций для обеспечения телеметрии и телеуправления космическими аппаратами ГП КС, «Еutelsat», «ABS»;
— 11 измерительных и мониторинговых наземных станций для для проведения орбитальных испытаний, предоставления доступа земных станций к космическому сегменту и мониторинга загрузки спутниковых транспондеров западной дуги ГП КС, «Еutelsat», «ABS»;
— 2 независимые опто-волоконные линии связи емкостью 20 Гбит/c (каждая) работают в режиме резервирования друг друга и обеспечивают надежную связь объекта с Техническим центром «Шаболовка» ГП КС. Они позволяют связать ЦКС «Дубна» практически с любым оператором связи Москвы;
— 4 высоковольтных фидера (2 х 10 кВ и 2 х 6 кВ) обеспечивающие резервируемое энергопитание объекта. Для надежной работы технологического оборудования в ЦКС реализована система бесперебойного электропитания общей мощностью 700 КВА. В случае форс-мажорных обстоятельств электроснабжение объекта может быть обеспечено от автономной дизельной электростанции общей мощностью 1800 КВА.
Как было выше сказано, комплекс имеет 24 станции спутниковой связи с антенными системами от 2,4 до 32 метров, которые позволяют организовывать каналы передачи через российские и зарубежные спутники связи.
ГКС также принадлежит самая крупная в России орбитальная группировка из 13 геостационарных спутников, работающих в С-, Ku-, Ка- и L- диапазонах. Зоны обслуживания космических аппаратов ГПКС, расположенных на дуге орбиты от 14° з.д. до 145° в.д., охватывают всю территорию России, страны СНГ, Европы, Ближнего Востока, Африки, Азиатско-Тихоокеанского региона, Северной и Южной Америки, Австралии.
Вещание происходит с транспондера, который находится на спутнике. На одном спутнике может находится 40-60 транспондеров. Большинство из них находятся над экватором на высоте 35 786 км. Поэтому спутниковые антенны в Северном полушарии устанавливают в южном направлении.
Зеркало, которое все неправильно называют тарелкой, собирает сигнал, приходящий со спутников, концентрирует его и отражает на приемник-передатчик, который расположен над плоскостью зеркала.
При высоте орбиты спутников 35 786 км. путь луча от Земли требует около 0,12 секунды, а ход луча земля-спутник-земля занимает примерно 0,24 секунды. При этом полная реальная задержка при использовании спутниковой связи составит почти полсекунды.
Обратите внимание на табличку.
Срок службы одного спутника составляет 15 лет. Этого времени вполне хватает на работу и обеспечение разивающихся за это время технологий спутниковой связи. Потом спутник устаревает, и на его замену приходит новый. Спутники очень дорогие, 190-230 млн. долларов стоит постройка и вывод спутника на геостационарную орбиту.
Основная задача владельца спутника: построить, запустить и сдавать в аренду потребителям его частотный диапазон.
В качестве владельца выступают крупные организации (компании с огромными финансовыми возможностями и сильной инфраструктурой). В России таких организаций всего две: (ОАО “Газпром космические системы” и ФГУП “Космическая связь”), которые заказывают постройку, финансируют производственный процесс и производят запуск самих спутников на геостационарную орбиту. Дальше обеспечивают повседневную эксплуатацию (коррекцию положения спутника на орбите, мониторинг и управление работой бортового оборудования).
Далее мы идем в здание, где находятся компьютеры, которые работают со своими космическими аппаратами, обрабатывают сигналы и сюда идёт постоянный приём телеметрии.
Я знаю, что среди вас есть специалисты по космической связи, здесь все в порядке?
Территория ГКС усеяна спутниковыми тарелками всех размеров.
Есть даже вот такой необычной формы.
А это самая большая тарелка — 32 м. в диаметре. Внушительный размер.
Как нам рассказали, спутниковое телевидение в России очень актуально, что можно заметить, если проехаться на машине вдоль городов или деревень, на домах которых зачастую стоят ржавые тарелки «Триколора». Прокладывать кабели в отдаленные места довольно дорого и нерентабельно, а в районах вечной мерзлоты они на вес золота, тут следует учитывать, что и кабели не вечны.
В конце экскурсии попадаем в главный центр управления. Здесь находятся сервера компании и множество мониторов, по картинкам на которых специалисты отслеживают качество передачи сигналов.
Теперь и вы знаете, как устроена космическая связь, спасибо что дочитали этот пост!
Источник