В России создали «уникальную» систему управления спутниками через интернет. Android будет управлять спутником Получить управление спутником

13.07.2018, Пт, 17:50, Мск , Текст: Валерия Шмырова

Российские инженеры и ученые успешно протестировали методику управления орбитальными спутниками через систему спутниковой связи «Глобалстар». Поскольку подключиться к системе можно через интернет, спутниками можно управлять из любой точки земного шара.

Управление спутником по интернету

Холдинг «Российские космические системы» госкорпорации «Роскосмос» разработал методику управления малыми космическими аппаратами через интернет, которую авторы проекта называют «уникальной». Методика тестировалась на спутнике ТНС-0 №2, который сейчас находится на орбите Земли. Напомним, это первый российский наноспутник, запущенный в космос.

На борту ТНС-0 №2 установлен модем системы спутниковой связи «Глобалстар», который обеспечивает передачу данных в обе стороны. Отсылая по «Глобалстар» команды на модем, можно управлять спутником. Поскольку к системе можно подключиться через интернет, то ТНС-0 №2 в результате можно управлять из любой точки планеты, где есть доступ ко всемирной паутине.

Управление осуществляется через программу «Виртуальный ЦУП», загруженную в облако. К программе может подключаться множество пользователей одновременно, что обеспечивает возможность совместного управления спутником. В результате, если у пользователя в какой-либо точке земного шара возникнет необходимость задействовать спутник в научных или технологических экспериментах, ему достаточно иметь выход в интернет, чтобы подключиться к программе. Таким же образом можно получить результаты эксперимента со спутника. При таком подходе затраты будут минимальными, считают авторы проекта.

В общей сложности через модем «Глобалстар» было проведено 3577 сеансов в связи с ТНС-0 №2, совокупная продолжительность которых составила более 136 часов. В качестве резервного канала связи использовалась УКВ-радиостанция, которая также имеется на борту спутника. Эксперимент проводился учеными и инженерами из РКС, Института прикладной математики РАН им. М. В. Келдыша и РКК «Энергия».

Наноспутник ТНС-0 №2 весит всего 4 кг

Также на ТНС-0 №2 была протестирована разработанная в РКС автономная система навигации. Через систему осуществляется высокоточная наводка УКВ-антенн ЦУПа для подключения к спутнику. Благодаря этому авторы эксперимента смогли управлять аппаратом независимо от зарубежных систем типа NORAD, которая чаще всего применяется в работе со спутниками нанокласса.

Достижения ТНС-0 №2

ТНС-0 №2 был запущен с борта МКС 17 августа 2017 г., для чего двум космонавтам пришлось выйти со станции в открытый космос. К настоящему моменту спутник работает на орбите уже в два раза дольше запланированного срока эксплуатации. Бортовые приборы и батареи спутника находится в полном порядке. Ежедневно ученые на Земле получают данные о его работе в ходе не менее чем 10 сеансов связи.

«Все используемые в нем приборы уже прошли летную квалификацию. Благодаря этому мы получили отработанные решения, на основе которых мы вместе с партнерами из РКК «Энергия» и Института прикладной математики им. Келдыша будем работать над развитием универсальной отечественной наноспутниковой платформы», - сообщил главный конструктор ТНС-0 №2 Олег Панцырный .

Спутник был создан согласно концепции «спутник-прибор», то есть строился, тестировался и был запущен в работу как готовый аппарат. В результате он получился небольшим по размерам, около 4 кг, и дешевле, чем полноразмерные спутники, а разработка была завершена быстрее, сообщают авторы проекта. На спутник можно устанавливать полезную нагрузку до 6 кг, а также модули с двигателями, солнечными батареями или приемно-передающими устройствами, расширяя таким образом его функциональность.

При текущем состоянии атмосферы эксперты-баллистики обещают, что спутник прослужит до 2021 г., после чего сгорит в плотных слоях атмосферы. Его ПО планируют модифицировать таким образом, чтобы автономный полет мог продолжаться до 30 суток. В ходе эксплуатации спутника ученые рассчитывают определить экстремальное сроки работы техники в космосе, что в перспективе позволит дольше использовать наноспутники на орбите.

«Человек должен подняться над Землей - в атмосферу и за ее пределы - ибо только так он полностью поймет мир, в котором живет».

Сократ сделал это наблюдение за века до того, как люди успешно вывели объект на земную орбиту. И все же древнегреческий философ, кажется, понял, насколько ценным может быть вид из космоса, хотя совершенно не знал, как этого достичь.

Этому понятию - о том, как вывести объект «в атмосферу и за ее пределы» - пришлось ждать до тех пор, пока Исаак Ньютон не опубликовал свой знаменитый мысленный эксперимент с пушечным ядром в 1729 году. Выглядит он примерно так:

«Представьте, что вы поместили пушку на вершину горы и выстрелили из нее горизонтально. Пушечное ядро будет путешествовать параллельно поверхности Земли некоторое время, но в конечном счете уступит силе тяжести и упадет на Землю. Теперь представьте, что вы продолжаете добавлять порох в пушку. С дополнительными взрывами ядро будет путешествовать дальше и дальше, пока не упадет. Добавьте нужное количество пороха и придайте ядру правильное ускорение, и оно будет постоянно лететь вокруг планеты, всегда падая в гравитационном поле, но никогда не достигая земли».

В октябре 1957 года Советский Союз наконец подтвердил догадку Ньютона, запустив «Спутник-1» - первый искусственный спутник на орбите Земли. Это инициировало космическую гонку и многочисленные запуски объектов, которым предназначалось летать вокруг Земли и других планет Солнечной системы. С момента запуска «Спутника» некоторые страны, по большей части США, Россия и Китай, запустили более 3000 спутников в космос. Некоторые из этих сделанными людьми объектов, например МКС, большие. Другие отлично умещаются в небольшом сундучке. Благодаря спутникам мы получаем прогнозы погоды, смотрим телевизор, сидим в Интернете и звоним по телефону. Даже те спутники, работу которых мы не ощущаем и не видим, отлично служат в пользу военных.

Конечно, запуск и эксплуатация спутников привели к проблемам. Сегодня, учитывая более 1000 рабочих спутников на земной орбите, наш ближайший космический район стал оживленнее, чем крупный город в час пик. Приплюсуйте к этому нерабочее оборудование, заброшенные спутники, части аппаратного обеспечения и фрагменты от взрывов или столкновений, которые наполняют небеса вместе с полезным оборудованием. Этот орбитальный мусор, о котором мы , накапливался на протяжении многих лет и представляет серьезную угрозу для спутников, в настоящее время кружащим вокруг Земли, а также для будущих пилотируемых и непилотируемых запусков.

В этой статье мы залезем в кишки обычного спутника и заглянем в его глаза, чтобы увидеть виды нашей планеты, о которых Сократ и Ньютон не могли и мечтать. Но сначала давайте подробнее разберемся, чем, собственно, спутник отличается от других небесных объектов.

- это любой объект, который движется по кривой вокруг планеты. Луна - это естественный спутник Земли, также рядом с Землей находится множество спутников, сделанных руками человека, так сказать, искусственных. Путь, по которому следует спутник, это орбита, иногда принимающая форму окружности.

Чтобы понять, почему спутники движутся таким образом, мы должны навестить нашего друга Ньютона. Он предположил, что сила гравитации существует между двумя любыми объектами во Вселенной. Если бы этой силы не было, спутники, летящие вблизи планеты, продолжали бы свое движение с одной скоростью и в одном направлении - по прямой. Эта прямая - инерционный путь спутника, который, однако, уравновешивается сильным гравитационным притяжением, направленным к центру планеты.

Иногда орбита спутника выглядит как эллипс, приплюснутый круг, который проходит вокруг двух точек, известных как фокусы. В этом случае работают все те же законы движения, разве что планеты расположены в одном из фокусов. В результате, чистая сила, приложенная к спутнику, не проходит равномерно по всему его пути, и скорость спутника постоянно меняется. Он движется быстро, когда находится ближе всего к планете - в точке перигея (не путать с перигелием), и медленнее, когда находится дальше от планеты - в точке апогея.

Спутники бывают самых разных форм и размеров и выполняют самые разнообразные задачи.

• Метеорологические спутники помогают метеорологам прогнозировать погоду или видеть, что происходит с ней в данный момент. Геостационарный эксплуатационный экологический спутник (GOES) представляет хороший пример. Эти спутники обычно включают камеры, которые демонстрируют погоду Земли.
• Спутники связи позволяют телефонным разговорам ретранслироваться через спутник. Наиболее важной особенностью спутника связи является транспондер - радио, которое получает разговор на одной частоте, а после усиливает его и передает обратно на Землю на другой частоте. Спутник обычно содержит сотни или тысячи транспондеров. Спутники связи, как правило, геосинхронные (об этом позже).
• Телевизионные спутники передают телевизионные сигналы из одной точки в другую (по аналогии со спутниками связи).
• Научные спутники, как некогда космический телескоп Хаббла, выполняют все виды научных миссий. Они наблюдают за всем — от солнечных пятен до гамма-лучей.
• Навигационные спутники помогают летать самолетам и плавать кораблям. GPS NAVSTAR и спутники ГЛОНАСС - яркие представители.
• Спасательные спутники реагируют на сигналы бедствия.
• Спутники наблюдения за Землей отмечают изменения — от температуры до ледяных шапок. Наиболее известные - серия Landsat.

Военные спутники также находятся на орбите, но большая часть их работы остается тайной. Они могут ретранслировать зашифрованные сообщения, осуществлять наблюдение за ядерным оружием, передвижениями противника, предупреждать о запусках ракет, прослушивать сухопутное радио, осуществлять радиолокационную съемку и картографирование.

Когда были изобретены спутники?

Возможно, Ньютон в своих фантазиях и запускал спутники, но прежде чем мы на самом деле совершили этот подвиг, прошло немало времени. Одним из первых визионеров был писатель-фантаст Артур Кларк. В 1945 году Кларк предположил, что спутник может быть размещен на орбите так, что будет двигаться в том же направлении и с той же скоростью, что и Земля. Так называемые геостационарные спутники можно было бы использовать для связи.

Ученые не понимали Кларка - до 4 октября 1957 года. Тогда Советский Союз запустил «Спутник-1», первый искусственный спутник, на орбиту Земли. «Спутник» был 58 сантиметров в диаметре, весил 83 килограмма и был выполнен в форме шарика. Хотя это было замечательное достижение, содержание «Спутника» было скудным по сегодняшним меркам:

• термометр
• батарея
• радиопередатчик
• газообразный азот, который был под давлением внутри спутника

На внешней стороне «Спутника» четыре штыревые антенны передавали на коротковолновой частоте выше и ниже нынешнего стандарта (27 МГц). Станции слежения на Земле поймали радиосигнал и подтвердили, что крошечный спутник пережил запуск и успешно вышел на курс вокруг нашей планеты. Месяцем позже Советский Союз запустил на орбиту «Спутник-2». Внутри капсулы была собака Лайка.

В декабре 1957 года, отчаянно пытаясь идти в ногу со своими противниками по холодной войне, американские ученые попытались вывести спутник на орбиту вместе с планетой Vanguard. К сожалению, ракета разбилась и сгорела еще на стадии взлета. Вскоре после этого, 31 января 1958 года, США повторили успех СССР, приняв план Вернера фон Брауна, который заключался в выводе спутника Explorer-1 с ракетой U.S. Redstone. Explorer-1 нес инструменты для обнаружения космических лучей и обнаружил в ходе эксперимента Джеймса Ван Аллена из Университета Айовы, что космических лучей гораздо меньше, чем ожидалось. Это привело к открытию двух тороидальных зон (в конечном счете названных в честь Ван Аллена), наполненных заряженными частицами, захваченными магнитным полем Земли.

Воодушевленные этими успехами, некоторые компании начали разрабатывать и запускать спутники в 60-х годах. Одной из них была Hughes Aircraft вместе со звездным инженером Гарольдом Розеном. Розен возглавил команду, которая воплотила идею Кларка - спутник связи, размещенный на орбите Земли таким образом, что мог отражать радиоволны из одного места в другое. В 1961 году NASA заключило контракт с Hughes, чтобы построить серию спутников Syncom (синхронная связь). В июле 1963 года Розен и его коллеги увидели, как Syncom-2 взлетел в космос и вышел на грубую геосинхронную орбиту. Президент Кеннеди использовал новую систему, чтобы поговорить с премьер-министром Нигерии в Африке. Вскоре взлетел и Syncom-3, который на самом деле мог транслировать телевизионный сигнал.

Эпоха спутников началась.

Какая разница между спутником и космическим мусором?

Технически, спутник это любой объект, который вращается вокруг планеты или меньшего небесного тела. Астрономы классифицируют луны как природные спутники, и на протяжении многих лет они составили список из сотен таких объектов, обращающихся вокруг планет и карликовых планет нашей Солнечной системы. К примеру, насчитали 67 лун Юпитера. И до сих пор .

Техногенные объекты, вроде «Спутника» и Explorer, также можно классифицировать как спутники, поскольку они, как и луны, вращаются вокруг планеты. К сожалению, человеческая активность привела к тому, что на орбите Земли оказалось огромное количество мусора. Все эти куски и обломки ведут себя как и крупные ракеты - вращаются вокруг планеты на высокой скорости по круговому или эллиптическому пути. В строгом толковании определения можно каждый такой объект определить как спутник. Но астрономы, как правило, считают спутниками те объекты, которые выполняют полезную функцию. Обломки металла и другой хлам попадают в категорию орбитального мусора.

Орбитальный мусор поступает из многих источников:

• Взрыв ракеты, который производит больше всего хлама.
• Астронавт расслабил руку - если астронавт ремонтирует что-то в космосе и упускает гаечный ключ, тот потерян навсегда. Ключ выходит на орбиту и летит со скоростью около 10 км/с. Если он попадет в человека или в спутник, результаты могут быть катастрофическими. Крупные объекты, вроде МКС, представляют собой большую мишень для космического мусора.
• Выброшенные предметы. Части пусковых контейнеров, шапки объективов камер и так далее.

NASA вывело специальный спутник под названием LDEF для изучения долгосрочных эффектов от столкновения с космическим мусором. За шесть лет инструменты спутника зарегистрировали около 20 000 столкновений, некоторые из которых были вызваны микрометеоритами, а другие орбитальным мусором. Ученые NASA продолжают анализировать данные LDEF. А вот в Японии уже гигантскую сеть для отлова космического мусора.

Что внутри обычного спутника?

Спутники бывают разных форм и размеров и выполняют множество различных функций, однако все, в принципе, похожи. Все они имеют металлический или композитный каркас и тело, которое англоязычные инженеры называют bus, а русские - космической платформой. Космическая платформа собирает все вместе и обеспечивает достаточно мер, чтобы инструменты пережили запуск.

У всех спутников есть источник питания (обычно солнечные батареи) и аккумуляторы. Массивы солнечных батарей позволяют заряжать аккумуляторы. Новейшие спутники включают и топливные элементы. Энергия спутников очень дорога и крайне ограничена. Ядерные элементы питания обычно используются для отправки космических зондов к другим планетам.

У всех спутников есть бортовой компьютер для контроля и мониторинга различных систем. У всех есть радио и антенна. Как минимум, у большинства спутников есть радиопередатчик и радиоприемник, поэтому экипаж наземной команды может запросить информацию о состоянии спутника и наблюдать за ним. Многие спутники позволяют массу различных вещей: от изменения орбиты до перепрограммирования компьютерной системы.

Как и следовало ожидать, собрать все эти системы воедино - непростая задача. Она занимает годы. Все начинается с определения цели миссии. Определение ее параметров позволяет инженерам собрать нужные инструменты и установить их в правильном порядке. Как только спецификация утверждена (и бюджет), начинается сборка спутника. Она происходит в чистой комнате, в стерильной среде, что позволяет поддерживать нужную температуру и влажность и защищать спутник во время разработки и сборки.

Искусственные спутники, как правило, производятся на заказ. Некоторые компании разработали модульные спутники, то есть конструкции, сборка которых позволяет устанавливать дополнительные элементы согласно спецификации. К примеру, у спутников Boeing 601 было два базовых модуля - шасси для перевозки двигательной подсистемы, электроника и батареи; и набор сотовых полок для хранения оборудования. Эта модульность позволяет инженерам собирать спутники не с нуля, а с заготовки.

Как спутники запускаются на орбиту?

Сегодня все спутники выводятся на орбиту на ракете. Многие перевозят их в грузовом отделе.

В большинстве запусков спутников запуск ракеты происходит прямо вверх, это позволяет быстрее провести ее через толстый слой атмосферы и минимизировать расход топлива. После того, как ракета взлетает, механизм управления ракеты использует инерциальную систему наведения для расчета необходимых корректировок сопла ракеты, чтобы обеспечить нужный наклон.

После того как ракета выходит в разреженный воздух, на высоту около 193 километров, система навигации выпускает небольшие ракетки, чего достаточно для переворота ракеты в горизонтальное положение. После этого выпускается спутник. Небольшие ракеты выпускаются снова и обеспечивают разницу в расстоянии между ракетой и спутником.

Орбитальная скорость и высота

Ракета должна набрать скорость в 40 320 километров в час, чтобы полностью сбежать от земной гравитации и улететь в космос. Космическая скорость куда больше, чем нужно спутнику на орбите. Они не избегают земной гравитации, а находятся в состоянии баланса. Орбитальная скорость - это скорость, необходимая для поддержания баланса между гравитационным притяжением и инерциальным движением спутника. Это примерно 27 359 километров в час на высоте 242 километра. Без гравитации инерция унесла бы спутник в космос. Даже с гравитацией, если спутник будет двигаться слишком быстро, его унесет в космос. Если спутник будет двигаться слишком медленно, гравитация притянет его обратно к Земле.

Орбитальная скорость спутника зависит от его высоты над Землей. Чем ближе к Земле, тем быстрее скорость. На высоте в 200 километров орбитальная скорость составляет 27 400 километров в час. Для поддержания орбиты на высоте 35 786 километров спутник должен обращаться со скорость 11 300 километров в час. Эта орбитальная скорость позволяет спутнику делать один облет в 24 часа. Поскольку Земля также вращается 24 часа, спутник на высоте в 35 786 километров находится в фиксированной позиции относительно поверхности Земли. Эта позиция называется геостационарной. Геостационарная орбита идеально подходит для метеорологических спутников и спутников связи.

В целом, чем выше орбита, тем дольше спутник может оставаться на ней. На низкой высоте спутник находится в земной атмосфере, которая создает сопротивление. На большой высоте нет практически никакого сопротивления, и спутник, как луна, может находиться на орбите веками.

Типы спутников

На земле все спутники выглядят похоже - блестящие коробки или цилиндры, украшенные крыльями из солнечных панелей. Но в космосе эти неуклюжие машины ведут себя совершенно по-разному в зависимости от траектории полета, высоты и ориентации. В результате, классификация спутников превращается в сложное дело. Один из подходов - определение орбиты аппарата относительно планеты (обычно Земли). Напомним, что существует две основных орбиты: круговая и эллиптическая. Некоторые спутники начинают по эллипсу, а потом выходят на круговую орбиту. Другие движутся по эллиптическому пути, известному как орбита «Молния». Эти объекты, как правило, кружат с севера на юг через полюсы Земли и завершают полный облет за 12 часов.

Полярно-орбитальные спутники также проходят через полюсы с каждым оборотом, хотя их орбиты менее эллиптические. Полярные орбиты остаются фиксированными в космосе, в то время как вращается Земля. В результате, большая часть Земли проходит под спутником на полярной орбите. Поскольку полярные орбиты дают прекрасный охват планеты, они используются для картографирования и фотографии. Синоптики также полагаются на глобальную сеть полярных спутников, которые облетают наш шар за 12 часов.

Можно также классифицировать спутники по их высоте над земной поверхностью. Исходя из этой схемы, есть три категории:

• Низкая околоземная орбита (НОО) - НОО-спутники занимают область пространства от 180 до 2000 километров над Землей. Спутники, которые движутся близко к поверхности Земли, идеально подходят для проведения наблюдений, в военных целях и для сбора информации о погоде.
• Средняя околоземная орбита (СОО) - эти спутники летают от 2000 до 36 000 км над Землей. На этой высоте хорошо работают навигационные спутники GPS. Примерная орбитальная скорость - 13 900 км/ч.
• Геостационарная (геосинхронная) орбита - геостационарные спутники двигаются вокруг Земли на высоте, превышающей 36 000 км и на той же скорости вращения, что и планета. Поэтому спутники на этой орбите всегда позиционируются к одному и тому же месту на Земле. Многие геостационарные спутники летают по экватору, что породило множество «пробок» в этом регионе космоса. Несколько сотен телевизионных, коммуникационных и погодных спутников используют геостационарную орбиту.

И наконец, можно подумать о спутниках в том смысле, где они «ищут». Большинство объектов, отправленных в космос за последние несколько десятилетий, смотрят на Землю. У этих спутников есть камеры и оборудование, которое способно видеть наш мир в разных длинах волн света, что позволяет насладиться захватывающим зрелищем в ультрафиолетовых и инфракрасных тонах нашей планеты. Меньше спутников обращают свой взгляд к пространству, где наблюдают за звездами, планетами и галактиками, а также сканируют объекты вроде астероидов и комет, которые могут столкнуться с Землей.

Известные спутники

До недавнего времени спутники оставались экзотическими и сверхсекретными приборами, которые использовались в основном в военных целях для навигации и шпионажа. Теперь они стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Благодаря им, мы узнаем прогноз погоды (хотя синоптики ой как часто ошибаются). Мы смотрим телевизоры и работаем с Интернетом также благодаря спутникам. GPS в наших автомобилях и смартфонах позволяет добраться до нужного места. Стоит ли говорить о неоценимом вкладе телескопа «Хаббл» и работы космонавтов на МКС?

Однако есть настоящие герои орбиты. Давайте с ними познакомимся.

1. Спутники Landsat фотографируют Землю с начала 1970-х годов, и по части наблюдений за поверхностью Земли они рекордсмены. Landsat-1, известный в свое время как ERTS (Earth Resources Technology Satellite) был запущен 23 июля 1972 года. Он нес два основных инструмента: камеру и многоспектральный сканер, созданный Hughes Aircraft Company и способный записывать данные в зеленом, красном и двух инфракрасных спектрах. Спутник делал настолько шикарные изображения и считался настолько успешным, что за ним последовала целая серия. NASA запустило последний Landsat-8 в феврале 2013 года. На этом аппарате полетели два наблюдающих за Землей датчика, Operational Land Imager и Thermal Infrared Sensor, собирающие многоспектральные изображения прибрежных регионов, полярных льдов, островов и континентов.
2. Геостационарные эксплуатационные экологические спутники (GOES) кружат над Землей на геостационарной орбите, каждый отвечает за фиксированную часть земного шара. Это позволяет спутникам внимательно наблюдать за атмосферой и выявлять изменения погодных условий, которые могут привести к торнадо, ураганам, паводкам и грозовым штормам. Также спутники используются для оценки сумм осадков и накопления снегов, измерения степени снежного покрова и отслеживания передвижений морского и озерного льда. С 1974 года на орбиту было выведено 15 спутников GOES, но одновременно за погодой наблюдают только два спутника GOES «Запад» и GOES «Восток».
3. Jason-1 и Jason-2 сыграли ключевую роль в долгосрочном анализе океанов Земли. NASA запустило Jason-1 в декабре 2001 года, чтобы заменить им спутник NASA/CNES Topex/Poseidon, который работал над Землей с 1992 года. На протяжении почти тринадцати лет Jason-1 измерял уровень моря, скорость ветра и высоту волн более 95 % свободных от льда земных океанов. NASA официально списало Jason-1 3 июля 2013 года. В 2008 году на орбиту вышел Jason-2. Он нес высокоточные инструменты, позволяющие измерять дистанцию от спутника до поверхности океана с точностью в несколько сантиметров. Эти данные, помимо ценности для океанологов, предоставляют обширный взгляд на поведение мировых климатических паттернов.

Сколько стоят спутники?

После «Спутника» и Explorer, спутники стали больше и сложнее. Возьмем, к примеру, TerreStar-1, коммерческий спутник, который должен был обеспечить передачу мобильных данных в Северной Америке для смартфонов и подобных устройств. Запущенный в 2009 году TerreStar-1 весил 6910 килограмм. И будучи полностью развернутым, он раскрывал 18-метровую антенну и массивные солнечные батареи с размахом крыльев в 32 метра.

Строительство такой сложной машины требует массы ресурсов, поэтому исторически только правительственные ведомства и корпорации с глубокими карманами могли войти в спутниковый бизнес. Большая часть стоимости спутника лежит в оборудовании - транспондерах, компьютерах и камерах. Обычный метеорологический спутник стоит около 290 миллионов долларов. Спутник-шпион обойдется на 100 миллионов долларов больше. Добавьте к этому стоимость содержания и ремонта спутников. Компании должны платить за пропускную полосу спутника так же, как владельцы телефонов платят за сотовую связь. Обходится иногда это более чем в 1,5 миллиона долларов в год.

Другим важным фактором является стоимость запуска. Запуск одного спутника в космос может обойтись от 10 до 400 миллионов долларов, в зависимости от аппарата. Ракета Pegasus XL может поднять 443 килограмма на низкую околоземную орбиту за 13,5 миллиона долларов. Запуск тяжелого спутника потребует большей подъемной силы. Ракета Ariane 5G может вывести на низкую орбиту 18 000-килограммовый спутник за 165 миллионов долларов.

Несмотря на затраты и риски, связанные с постройкой, запуском и эксплуатацией спутников, некоторые компании сумели построить целый бизнес на этом. К примеру, Boeing. В 2012 году компания доставила в космос около 10 спутников и получила заказы на более чем семь лет, что принесло ей почти 32 миллиарда долларов дохода.

Будущее спутников

Спустя почти пятьдесят лет после запуска «Спутника», спутники, как и бюджеты, растут и крепнут. США, к примеру, потратили почти 200 миллиардов долларов с начала военной спутниковой программы и теперь, несмотря на все это, обладает флотом стареющих аппаратов, ожидающих своей замены. Многие эксперты опасаются, что строительство и развертывание крупных спутников просто не может существовать на деньги налогоплательщиков. Решением, которое может перевернуть все с ног на голову, остаются частные компании, вроде SpaceX, и другие, которых явно не постигнет бюрократический застой, как NASA, NRO и NOAA.

Другое решение - сокращение размера и сложности спутников. Ученые Калтеха и Стэнфордского университета с 1999 года работают над новым типом спутника CubeSat, в основе которого лежат строительные блоки с гранью в 10 сантиметров. Каждый куб содержит готовые компоненты и может объединиться с другими кубиками, чтобы повысить эффективность и снизить нагрузку. Благодаря стандартизации дизайна и сокращению расходов на создание каждого спутника с нуля, один CubeSat может стоить всего 100 000 долларов.

В апреле 2013 года NASA решила проверить этот простой принцип и три CubeSat на базе коммерческих смартфонов. Цель состояла в том, чтобы вывести микроспутники на орбиту на короткое время и сделать несколько снимков на телефоны. Теперь агентство планирует развернуть обширную сеть таких спутников.

Будучи большими или маленькими, спутники будущего должны быть в состоянии эффективно сообщаться с наземными станциями. Исторически сложилось так, что NASA полагалось на радиочастотную связь, но РЧ достигла своего предела, поскольку возник спрос на большую мощность. Чтобы преодолеть это препятствие, ученые NASA разрабатывают систему двусторонней связи на основе лазеров вместо радиоволн. 18 октября 2013 года ученые впервые запустили лазерный луч для передачи данных с Луны на Землю (на расстоянии 384 633 километра) и получили рекордную скорость передачи в 622 мегабита в секунду.

Спутниковые системы управления и контроля (ССУ и К) представляют собой совокупность радиотехнических средств контроля и управления движением и режимами работы бортовой аппаратуры ИСЗ и других космических аппаратов. СУ и К включает в себя наземные и бортовые радиотехнические средства.

Наземная часть состоит из сети командно-измерительных пунктов (КИП), координационно-вычислительного центра (КВЦ) и центрального пункта управления (ЦУП), связанных между собой линиями связи и передачи данных.

Сеть КИП необходима, во - первых потому, что зона видимости движущихся ИСЗ с одного КИП, расположенного на поверхности Земли, ограничена в пространстве и во времени, во-вторых – точность определения параметров движения ИСЗ с одного КИП недостаточна, чем больше независимых измерений будет проведено, тем выше точность. Непрерывное наблюдение за каждым ИСЗ требует использования сети из нескольких десятков КИП (некоторые из них могут располагаться на кораблях, самолетах, а также ИСЗ).

Поскольку команды управления и результаты измерений должны передаваться на большие расстояния в линиях связи применяются различные методы повышения помехоустойчивости. Эти методы можно разбить на 3 группы.

Первую группу составляют меры эксплуатационного характера, направленные на повышение качественных показателей каналов связи, используемых для передачи данных. К ним относятся: улучшение характеристик каналов; уменьшение количества возникающих в каналах импульсных помех, предотвращение прерываний и т.п.

Ко второй группе относятся меры, направленные на увеличение помехоустойчивости самих элементарных сигналов передачи данных, например такие, как:

Увеличение отношения сигнал/помеха за счет увеличения амплитуды сигнала;

Применение всевозможных методов накопления и разнесения сигналов;

Применение более помехоустойчивого вида модуляции и более совершенных методов демодуляции и регистрации элементарных сигналов (интегральный прием, синхронное детектирование, применение шумоподобных сигналов (ШПС) и т.п.)

Некоторые из этих методов обеспечивают увеличение помехоустойчивости ко всему комплексу помех (например, накопление, переход к другому виду модуляции, другие – к определенным видам помех. Например, ШПС и перемежение обеспечивают защиту от пакетов ошибок, но не повышают помехоустойчивость к независимым ошибкам.

К третьей группе мер по повышению достоверности цифровой информации, передаваемой по каналам связи, относятся различные методы, использующие информационную избыточность символов кода, отображающие передаваемые данные на входе и выходе дискретного канала (помехоустойчивое кодирование, переспрос и пр.). Реализация этих методов требует применение специальной аппаратуры:

Устройства защиты от ошибок (УЗО) – преобразования символов кода на входе и выходе канала связи.

По способу ввода избыточности выделяют:

УЗО с постоянной избыточностью, в которых используются корректирующие коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки;

УЗО с переменной избыточностью, в которых используется обратная связь по встречному каналу;

Комбинированные УЗО, использующие обратную связь в сочетании с кодовыми и косвенными методами обнаружения и исправления ошибок.

В УЗО с переменной избыточностью определения ошибок производится либо путём применения корректирующих кодов, либо путём сравнения переданных и принятых по обратному каналу символов кода. Исправление ошибок происходит при повторной передаче искажённого или сомнительного кодового слова. В комбинированных УЗО часть ошибок или стираний исправляется за счёт постоянной избыточности кода, а другая часть только обнаруживается и исправляется повторной передачей.

Исправлением ошибок в УЗО с постоянной избыточностью можно достичь практически любых требуемых значений достоверности приёма, однако при этом корректирующий код должен иметь очень длинные кодовые блоки, что связанно с пакетированием ошибок с реальных каналах.

Наиболее широкое применение в системах передачи данных получили УЗО с обратной связью и комбинированные УЗО. Избыточность в прямом канале сравнительно невелика, так как. используется только для обнаружения ошибок или исправления ошибок малой кратности. При обнаружении ошибок избыточность увеличивается за счёт повторной передачи искажённых блоков данных.

На практике для обнаружения ошибок широкое применение нашли циклические коды, на которые разработаны как международные, так и отечественные стандарты. Наибольшее распространения получили циклический код с порождающим полиномом Этот код является циклическим вариантом расширенного когда Хемминга (добавлена общая проверка на чётность), его длина а кодовое расстояние d =4. Известно, что обнаруживающая способность кода растёт при увеличении кодового расстояния. Поэтому на каналах среднего и низкого качества следует применять коды с d >4, что при примерном сокращении максимальной длины кодовой комбинации, естественно, приводит к увеличению числа проверочных символов. Так разработанный стандарт рекомендует следующий порождающий полином , который задаёт циклический код БЧХ с минимальным кодовым расстоянием 6 и длиной не более бит. Широкое использование для обнаружения ошибок циклических кодов (Хемминга, БЧХ) во многом обусловлено простотой их реализации.

Всё сказанное выше касалось в основном использования кодов для обнаружения ошибок. Известно, что существенно улучшить характеристики метода передачи с переспросом можно введение в него исправления ошибок. Код в данном случае используется в режиме частичного исправления ошибок, а переспрос осуществляется при невозможности декодирования принятой последовательности.

В тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя создать канал обратной связи или задержка на переспрос недопустима, используется односторонние системы передачи данных с исправлением ошибок избыточными кодами. Такая система, в принципе, может обеспечить любое требуемое значение достоверности, однако при этом корректирующий код должен иметь очень длинные кодовые блоки. Это обстоятельство обусловлено тем, что в реальных каналах ошибки пакетируются, причем длины пакетов могут достигать больших значений. Чтобы исправить такие пакеты ошибок необходимо иметь блоки существенно большей длины.

В настоящее время известно большое количество кодов, исправляющих пакеты ошибок. Типичный подход состоит в решении этой задачи методами, которые позволяют исправить длинные пакеты ошибок за счёт не обнаружения некоторых комбинаций случайных ошибок. При этом применяются циклические коды, такие как коды Файра и декодеры типа декодера Меггита. Вместе с подходящим перемежением используются блоковые или свёрточные коды, исправляющие случайные ошибки. Кроме того, существуют методы, которые позволяют исправлять длинные пакеты в предложении, что между двумя пакетами имеется достаточно длинная зона свободная от ошибок.

В состав КИП обычно входят несколько командно – измерительных станций: приемных и передающих. Это могут быть мощные РЛС, предназначенные для обнаружения и наблюдения за “молчащими” ИСЗ. В зависимости от используемого частотного диапазона КИП могут иметь параболические и спиральные антенны, а также антенные системы, образующие синфазную антенную решетку для формирования необходимой ДНА.

Структурная схема типового КИП в составе одной передающей и нескольких приёмных станций показана на рисунке 4.7.

Принятое каждой антенной (А) высокочастотное колебание после усиления в приёмнике (ПР) поступает в аппаратуру разделения каналов (АРК), в которой разделяются сигналы троекратных измерений (РСТИ), радиотелеметрических измерений (РТИ), телевидения (СТВ) и радиотелефонной связи (СТФ). После обработки этих сигналов, содержащаяся в них информация поступает либо на вычислительный комплекс (ВМ), либо непосредственно на аппаратуру отображения и регистрации (АОРИ), откуда она транслируется на пункт управления (ПУ).

На ПУ формируются команды управления движением ИСЗ, которые через программно – временное устройство (ПВУ) и аппаратуру разделения каналов (АРК) передаются на соответствующий ИСЗ в моменты его радиовидимости с данного КИП (возможна передача и на другие КИП, в зоне видимости которых находятся ИСЗ).

Рисунок 4.7 - Структурная схема типового КИП

Кроме того, данные в ЦВМ и АОРИ передаётся по линии передачи данных (ЛПД), на координатно-вычислительный центр ССУ и К. Для привязки работы КИП к системе единого времени в его состав входит местный пункт этой системы (МП), специальное приёмное устройство которого принимает сигналы точного времени.

Структурная схема бортовой аппаратуры ИСЗ показана на рисунок 4.8.

Рисунок 4.8 - Структурная схема бортовой аппаратуры ИСЗ

Бортовая аппаратура ИСЗ содержит приёмо-передающие устройство (П и ПР) и антенное устройство (АУ) с антенным переключателем (АП). АУ может состоять из нескольких направленных и ненаправленных антенн.

Важнейшим элементом аппаратуры ИСЗ является бортовая ЭВМ, в которую поступают как сигналы с аппаратуры разделения каналов (АРК) системы передачи команд (СПК), так и от всех датчиков системы телеметрических изменений (РТИ). В бортовой ЭВМ формируются команды для системы траекторных измерений (РСТИ), системы РТИ и системы радиоуправления (СРУ). Бортовые радиомаяки входят в состав системы траекторных измерений (РСТИ), сигналы которой через бортовую аппаратуру разделения каналов (БРК) поступает на бортовые передатчики (П).

Временная шкала ИСЗ и всех наземных КИП согласуется с помощью бортового эталона времени (БЭВ), который периодически сверяется с наземной системой единого времени.

На этапе коррекции орбиты функции РСТИ зависят от принятого метода управления ИСЗ. При корректирующем методе рассчитываются новые параметры орбиты, а затем расчетный момент времени включают бортовые корректирующие двигатели, при следящем методе управления результаты траекторных измерений немедленно используются для расчёта текущих отклонений фактических координат ИСЗ и его скорости (возможно и ориентации) от требуемых и производятся коррекция рассчитанных параметров в течении всего манёвра. Следящие управление используется там, где требуется высокая точность маневрирования.

В траекторных измерениях используется те же методы измерения наклонной дальности, радиальной скорости и угловых координат, что и в радионавигационных системах (раздел 2) или системах управления движение (раздел 3).

Основная особенность бортовой аппаратуры ИСЗ – совмещение радиотехнических систем в целях снижения её массы, уменьшения габаритов, повышение надёжности и упрощения. Совмещаются системы траекторных измерений с телевизионной и телеметрической системами, системы радиоуправления с системами связи и пр. При этом накладывается дополнительные ограничения на выбор методов модуляции и кодирования в каналах различных систем, позволяющие разделить соответствующие потоки информации.

Рассмотрим структуру современных бортовых систем радиотелеметрических и траекторных измерений и особенности их работы в совмещенных радиолиниях.

Структурная схема бортовой аппаратуры (РТИ) показана на рисунке 4.9.

РТИ представляет собой многоканальную информационно-измерительную систему, в которую входят большое число источников первичной информаций (ИЛИ) и соответствующее число датчиков – преобразователей (Д). В качестве таких датчиков используется различные преобразователи неэлектрических величин в электрические (в форме, удобной для обработки и хранения): например, параметрические датчики, к которым относятся резистивные, емкостные, магнитно-упругие, электростатические и др. Из резистивных преобразователей обычно используются потенциометрические, тензометрические и терморезисторные. С помощью таких датчиков можно измерять линейные и угловые перемещения, упругую деформацию различных элементов конструкции ИСЗ, температуру и т.д.

Рисунок 4.9- Структурная схема бортовой аппаратуры РТИ

Применение аналого-цифровых преобразователей (АЦП) позволяет сразу получить измеренную информацию в цифровом виде и направить в ЭВМ или запоминающие устройство (ЗУ). Для защиты информации от внутренних помех и сбоев в УПИ (устройство первичной обработки информации) производиться помехоустойчивое кодирование и вводятся колибрационные сигналы (ИКС) и метки времени от БЭВ для идентификации сигнала каждого датчика.

Для обмена информацией между элементами системы РТИ используется единая шина данных, что обеспечивает большую гибкость управления внутри системы и совмещенных систем. В составе РТИ используется также бортовое устройство сопряжения (БУС), обеспечивающее сопряжение всех элементов РТИ по форматам данных, скости передачи порядку подключения и прочее. БУС работает совместно с АРК, формирующей цифровой сигнал для передатчика (П).

Внутренний комплекс управления, структура которого показаны на рисунок 4.10, также использует общую шину данных, ЭВМ, ЗУ и БЭВ.

Рисунок 4.10 - Внутренний комплекс управления

Бортовой комплекс управления (БКУ) составляет часть автоматизированной системы управления ИСЗ. В соответствии с программой ЭВМ БКУ по командам с Земли управляет перемещением ИСЗ по орбите, переключает режимы работы бортовой аппаратуры, заменяет отказавшие блоки и т.п. В автономном режиме БКУ контролирует ориентацию ИСЗ и по сигналам датчиков ориентации (ДО) стабилизирует положение ИСЗ в пространстве.

Принятый сигнал усиливается в приемнике (Пр), после демодуляции групповой сигнал поступает на АКР, в котором выделяются сигналы: системы управления блоками аппаратуры (СУБ), системы разделения и передачи команд управления средствами изменения положения ИСЗ (АРК СПК). Каждой команде присваивается адрес, величина и время исполнения; адрес указывает объект управления: СП – средства перемещения ИСЗ; СК – средства коррекции ориентации ИСЗ и т.п.

Наиболее важным для ИСЗ являются команды на изменение его орбиты; ориентации относительно Земли или Солнца и его стабилизации относительно этих направлений. Точность ориентации определяется назначением ИСЗ. Для ИСЗ с широкой ДНА допустима погрешность 5 ÷ 7, с узкой ДНА – 1 ÷ 3 градуса; при этом потенциальная точность средств ориентации может быть очень высока (до долей угловых секунд), например, для межпланетных станций.

Высокое качество передачи командной информации достигается помехоустойчивым кодированием и обратной связью: прием каждой команды подтверждается по обратному каналу ИСЗ – КИП.

В радиоканале КИП – ИСЗ (Земля – ИСЗ) передача командной информации совмещается с сигналами управления бортовой аппаратуры и сигналами запроса телеметрической информации; в радиоканале ИСЗ – Земля совмещаются: информационный канал, по которому идет передача телеметрической и коммерческой информации, канал обратной связи и обратный измерительный канал. Для синхронизации сигналов в совмещенных радиосистемах по одному из радиоканалов передаются специальные синхропоследовательности, вид которых зависит от применяемого способа разделения каналов.

Для разделения каналов может использоваться АКР с временным разделением (ВКР), частотным разделением (ЧКР), кодовым разделением (КРК) и комбинированным разделением каналов.

При КРК каждому каналу отводится временной интервал, как это имеет место при ВРК, однако сигналы таких каналов передаются в любой последовательности в выделенной для них полосе частот, благодаря тому, что каждый блок данных содержит информационную и адресную составляющие. Системы КРК имеют более высокую помехоустойчивость, но их пропускная способность меньше, чем при ВРК или ЧРК.

Учитывая многофункциональность систем ССУ и К и структурную неоднородность передаваемых сигналов, в радиоканалах ИСЗ – Земля и обратно используются сложные виды модуляции ШИМ – ЧМ, КИМ – ЧМ – ФМ, ИМ – ФМ – ФМ (при временном разделении каналов – ВРК) и АМ – ЧМ, ЧМ – ФМ, ЧМ – АМ (при частотном разделении каналов – ЧРК).

Поскольку каналы системы управления и контроля совмещаются с коммерческими каналами спутниковой системы связи или с каналами научной информации спутниковых систем специального назначения, в качестве несущих в радиоканалах используется тот же диапазон частот: от сотен МГц до десятков ГГц.

Система относится к телеметрии, слежению и управлению спутников и, в частности, для спутников, используемых в глобальных мобильных системах связи, применяемых ячеистую технологию. Технический результат - обеспечение телеметрии, слежения и управления (TTC) спутников системы для спутниковых ячеечных систем связи, использующей один абонентский канал связи речь/данные для передачи данных TTC на спутник и через один спутник на другой спутник. Для этого глобальный позиционирующий приемник положения (GPS) на борту каждого спутника выдает сигналы управления положением на бортовую спутниковую подсистему управления и приемник положения сообщает текущую информацию на наземную станцию по ячеечному абонентскому каналу данных. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к телеметрии, слежению и управлению спутников и, в частности, для спутников, используемых в глобальных мобильных системах связи, применяющих ячеистую технологию. В современном космическом корабле или спутниках для спутниковых систем используется TTC транспондер, который является отдельным от системы связи речь/ данные пользователя для таких спутников. Эти транспондеры TTC в основном выдают команды управления, посылаемые на космический корабль с фиксированной наземной станции. Телеметрическая и следящая информация также поступает от космического корабля на наземную станцию по транспондеру TTC. Таким образом, для такой связи требуется двухсторонняя транспондерная связь между каждым спутником и наземной станцией. Телеметрические данные, поступающие со спутника, информируют оператора сети о положении и состоянии спутника. Например, телеметрические данные могут содержать информацию об оставшемся топливе ракет движения, так что можно произвести оценку полезной жизни спутника. Кроме того, производят слежение за критическим напряжением и величиной тока, поступающими в качестве телеметрических данных, которые позволяют оператору определять, правильно или нет работают схемы спутника. Следящая информация содержит кратковременные данные, которые позволяют определять расположение спутника. Более конкретно в данной спутниковой системе используется транспондер TTC на борту спутника для посылки тонового сигнала вниз на базовую станцию для обеспечения динамического диапазона и номинального диапазона спутника. Высота и угол наклона орбиты спутника могут быть вычислены на основании этой информации оператором наземной станции. Тоновый сигнал может быть модулирован для обеспечения более высокой степени точности при определении динамического диапазона и номинального диапазона. Наземная станция выдает команды управления в ответ на следящие или телеметрические данные на спутник, которые могут использоваться для регулирования орбиты спутника путем включения двигателя спутника. Кроме того, могут выдаваться другие независимые команды управления для перепрограммирования работы спутника при управлении другими функциями спутника. Информация TTC в основном кодируется для устранения нежелательной интерференции от сигналов других операторов. В известных системах можно было в основном только обмениваться информацией TTC со спутником, когда спутник находится в прямой видимости с фиксированной наземной станции. Также известные связи TTC осуществлялись между конкретной фиксированной наземной станцией и ее спутником и, например, не обеспечивали линию связи с другими спутниками. Транспондерные линии связи TTC, которые отделены от каналов речь/ данные, в настоящее время используются в сотнях спутниках. Отдельные транспондеры в основном используются, поэтому обрабатываемая ими информация в основном отличается по происхождению от информации в каналах связи пользователя. Более конкретно информация TTC может быть по преобладанию в цифровой форме, тогда как связь речь/ данные в некоторых известных спутниковых системах имеет аналоговую форму, для чего требуется вся имеющаяся полоса канала связи речь/ данные пользователя. Кроме того, скорость данных для сигналов TTC, в основном намного ниже, чем у данных пользователя. К сожалению, использование предшествующих систем, имеющих отдельные транспондеры для передачи данных TTC, приводит к некоторым проблемам. Эти известные системы не способны на мобильную работу TTC, Даже в созвездиях спутников, когда каналы речь/ данные абонента взаимосвязаны между различными спутниками, такая мобильная работа TTC, не получается из-за невзаимосвязи ответчиков TTC. Мобильные операции TTC успешны для отыскания и устранения неисправностей или для ситуаций, когда оператор системы должен оказаться в любом из различных местоположений. Также каждый спутник имеет только один ответчик TTC. который имеет тенденцию к высокой цене, потому что существенно, чтобы такой ответчик позволял осуществить надежное управление спутника соответствующей наземной станцией. Кроме того, в этих ответчиках используется электрическая энергия, полученная от бортовой системы выработки энергии, в которой обычно используются солнечные элементы и батареи. Также за счет использования отдельных ответчиков TTC нежелательно возрастает вес известных спутниковых систем и возрастает стоимость изготовления, испытания и вывода таких спутников на орбиту. Сущность изобретения

В соответствии с этим целью настоящего изобретения является создание системы TTC, в которой используется канал речь/ данные для передачи данных TTC, а следовательно, не требуется ответчик, отдельный от оборудования канала связи данные/ речь абонента. Другой целью является создание системы TTC, которая подходит для спутников, применяемых в глобальных, мобильный задачах элементной связи. В одном из вариантов изобретения система управления включена в состав спутниковой системы связи, имеющей, по меньшей мере, один спутник с приемопередатчиком, обеспечивающим множество каналов связи для установления связи между множеством абонентов. Система управления включает в себя спутниковую подсистему на борту каждого спутника и наземную станцию. Спутниковая подсистема управляет функциями спутника. Один из каналов связи абонента соединен с наземной станцией и со спутниковой подсистемой управления для установления связи TTC, так, чтобы команды могли передаваться на спутниковую подсистему управления, которая реагирует управлением заданной функции спутника. Система управления также включает в себя блок датчиков на борту спутника для измерения заданных режимов на спутнике и обеспечения передачи телеметрических данных по каналу связи абонента на наземную станцию. Кроме того, система управления также может содержать приемник положения на борту спутника для слежения и выдачи текущих данных спутника. Текущие данные подаются по каналу связи абонента так, чтобы эти текущие данные посылались со спутника на наземную станцию. Также текущие данные могут подаваться на подсистему управления спутника для обеспечения автоматического бортового управления курсом спутника. На фиг.1 показана ячеистая диаграмма, создаваемая одним спутником в многоспутниковой ячеистой системе связи, на фиг. 2 показана перекрестная связь между наземной станцией управления и множеством спутников, на фиг.3 показана блок-схема электронной системы для наземной станции управления и спутника. Спутник 10 содержит множество комбинаций передатчик-приемник данных абонента, далее называемых приемопередатчиками, солнечные приемники 12, передающие антенны 14 и приемные антенны 16. Передатчики приемопередатчиков используют отдельные передающие антенны 14 для одновременного излучения множества движущихся ячеек, образующих диаграмму 18 на части поверхности Земли. Каждая отдельная ячейка типа ячейки 20 на диаграмме 18 также содержит воздушное пространство над Землей и может быть охарактеризована как коническая ячейка. Оператор системы наземной станции 22, хотя и являющейся мобильной, в основном рассматривается в качестве фиксированной точки на Земле относительно быстро движущегося спутника 10, который может перемещаться со скоростью 17000 миль в час. Ячейки всегда находятся в движении, потому что непрерывно движется спутник 10. Это является противоположностью наземным мобильным ячеистым системам, в которых обычно ячейки рассматриваются как фиксированные, а мобильный абонент перемещается по ячейкам. По мере продвижения ячейки к абоненту ячеичный коммутатор должен "передавать" связь абонента к смежной ячейке. Если спутники все перемещаются в одном и том же направлении и имеют по существу параллельные низкие полярные орбиты, смежная диаграмма ячейки и/или смежная ячейка может быть предсказана ячеичным коммутатором с высокой степенью точности. Для проведения переключения может использоваться информация об амплитуде или информация двоичной погрешности. В каждой диаграмме спутника ячеистой системы может использоваться множество сгустков из четырех ячеек. Один сгусток содержит ячейки 24, 26, 20 и 28, где ячейки работают на частотах, имеющих величины соответственно обозначенные A, B, C и D. Девять таких узлов показаны на фиг.1 и они образуют диаграмму 18. При повторном использовании частот A, B, C и D происходит деление величины спектра, который бы потребовался для связи с диаграммой 18, примерно на девять. Один из приемопередатчиков спутника 10, например, может использовать частоту связи Земля-спутник 1,5 гигагерц (ГГц) - 1,52 ГГц, а частоту связи спутник -Земля от 1,6 до 1,62 ГГц. Диаграмма 18 каждой ячейки может быть установлена в 250 морских миль в диаметре и для обработки полной диаграммы ячейки ячеистой спутниковой системы может понадобиться 610 с. Спектр частоты ячейки может быть выбран, как предлагается стандартами, опубликованными Ассоциацией электронной промышленности (EIA) для кодирования наземной ячеистой системы. В каналах связи абонента используется цифровая техника для передачи речевой и/или фактической информации от одного абонента к другому. В соответствии с описанным примером реализации станция управления 22, находящаяся в ячейке 24 частоты "А", передает информацию TTC на спутник 10 с использованием одного из каналов связи потребителя на ячейках в режиме речь/ данные вместо отдельного приемопередатчика TTC. Каждый из этих ячеистых каналов абонента представляет собой одну линию речь/ данные, обозначенную трассовым или телефонным номером. Обычно эти каналы начинаются и заканчиваются на поверхности Земли. Однако при использовании в качестве TTC окончанием линии канала и приемником "вызова" может быть спутник 10. Каждый спутник в узле получает единственный номер (то есть телефонный номер). Наземная станция 22 может связаться непосредственно с любым спутником, в зоне видимости которого он находится, путем генерирования адреса спутника. Аналогично наземная станция 22 также имеет единственный адрес. Если спутник 10 находится в движении в направлении стрелки 30 так, что ячейка 26 будет двигаться следующей над оператором 22, ячейка "A" 24 перейдет на ячейку 26 "B", которая позднее "перейдет", например, на ячейку "D" 32. Если ячейка 26 становится нерабочей, связь TTC будет только временно прервана, а не полностью нарушена, как бывает в случае известных систем, имеющих только по одному ответчику TTC на спутник. Следовательно, ячеечная система, показанная на фиг. 1, обеспечивает высокую степень надежности для обмена TTC, ввиду избыточности приемопередатчиков, обеспечивающих каждую ячейку. Как показано на фиг. 2, наземная станция 50 может подавать информацию TTC на спутник 52, находящийся в прямой видимости, по каналу 51 абонента. Спутник 52 принимает и посылает TTC от станции 50 наряду с мультиплексными каналами данных абонента, например, от абонента 53 по каналу 55. Ячеечный коммутатор распознает идентификатор или адрес спутника для спутника 52 таким же путем, каким сеть распознает наземные обозначения. Также если необходимо пропустить данные TTC на другой спутник 54, который не находится в прямой видимости станции 50, тогда эти данные могут быть посланы на спутник 52, а затем переданы по линии 56 на спутник 54. Аналогичные меры могут быть предприняты для всех дополнений сети и данных TTC на каждый спутник и от каждого спутника сети. Если необходимо сообщить о состоянии спутника 58 и данных приемника положения на станцию 50 наземного управления, он вырабатывает сигнал вызова и пропускает данные по линии 60, используя единственный номер для спутника 52. Затем информация TTC передается на Землю по каналу 51 на станцию управления 50. Обычно спутники типа 52, 54 и 58 опрашиваются по данным TTC, а серьезные события, влияющие на состояние любого данного спутника, вырабатываются и посылаются этим спутником через другие спутники, если это необходимо, на станцию управления. Таким образом, система позволяет осуществлять постоянную передачу данных TTC и от станции управления 50, даже если станция управления 50 не находится на линии наблюдения находящегося на связи спутника. На фиг.3 показаны блок-схемы наземной станции 100 и спутника 102. Наземная станция 100 может быть либо фиксированной постоянной станцией или мобильным абонентом, использующим компьютер с модемом для связи через стандартный телефон. Средство кодирования 103 обеспечивает "адресный" сигнал на передатчик 105. По линии 104 приемопередатчика передаются сигналы от передатчика 105 станции управления 100 на антенную подсистему 106 спутника 102. Приемник 108 спутника 102 соединен между антенной подсистемой 106 и системой 110 демодулятора/демультиплексора. Маршрутизатор 112 соединен между выходом системы 100 и входом мультиплексора / модулятора 114. Маршрутизатор 112 также обрабатывает адреса всех входящих данных и посылает соответственно адресованные данные на другие спутники, например, через мультиплексор/ модулятор 114, который также соединен с двусторонней приемопередающей подсистемой 116. Маршрутизатор 112 кодирует соответствующие адреса в сигналы, имеющие назначения, отличные от спутника 102. Маршрутизатор 112 отсортировывает любые сообщения для спутника 102, которые обозначены своим адресным кодом. Приемник положения 118 глобального установочного спутника (GPS) соединен с маршрутизатором 112 через проводник 120 и со спутниковой подсистемой 122 через проводник 124. Маршрутизатор 112 соединен со спутниковой подсистемой управления 122 через проводник 126 и с сенсорной подсистемой 128 - через проводник 130. Спутниковая подсистема управления 122 расшифровывает командные сообщения от маршрутизатора 112 для спутника 102 и вызывает осуществление определенных действий. Сенсорная подсистема 128 подает телеметрические данные на маршрутизатор 112. Приемник положения 118 глобальной установочной системы (GPS) принимает информацию от существующих спутников (GPS) известным способом и определяет точное местоположение спутника 102 в космосе. Орбитальные космические вектора получают на основе этой информации. Приемник положения 118 также определяет положение спутника 102 относительно созвездия GPS. Эту информацию сравнивают с информацией о заданном положении, записанной в маршрутизаторе 112. Сигналы погрешности вырабатываются приемником положения 118 GPS и посылаются на спутниковую подсистему управления 122 спутником для автоматической коррекции курса. Сигнал ошибки используется в спутниковой подсистеме управления 122 для контроля небольших ракет, играющих роль "держателя курса". Следовательно, спутник 102 использует информацию GPS для управления его собственным курсом, а не только для получения курсоконтроля от станции 100. Этот бортовой контроль позволяет устанавливать положение спутника 102 и контролировать его в пределах нескольких метров. Приемник положения GPS 118 также создает пространственные вектора на маршрутизатор 112, а сенсорная подсистема 128 обеспечивает подачу другой телеметрической информации по проводнику 130 на маршрутизатор 112, который составляет сообщения, которые подаются по проводнику 132 на мультиплексор/ модулятор 114 и по проводнику 134, передатчик 136 и проводнику 138 - для передачи антенной подсистемой 106. Затем эти сообщения передаются по линии 140 на приемник 108 наземной станции 100. Или же, когда необходимо связаться с другой станцией управления по другой спутниковой линии, сообщения, составленные маршрутизатором 112, посылаются через приемопередающую двустороннюю подсистему 116. Таким образом, каждый спутник может "знать" свое положение, а также положение своих соседей по созвездию. Наземный оператор также имеет постоянный доступ к этой текущей информации. Следовательно, в отличие от известных систем, которые не содержат приемники положения GPS, следящая или текущая информация для спутника 102 вычисляется на борту спутника 102. Спутнику 102 не надо иметь постоянные исправления траектории от наземной станции 100. Однако информация контроля траектории обеспечивается от наземной станции 100, когда в этом есть необходимость. Сигнал GPS является цифровым сигналом, который совместим с цифровыми ячеечными линиями связи или каналами, используемыми для наземной связи абонент-абонент. Бортовой захват формата цифрового сигнала GPS позволяет вставлять следующую информацию в каналы, нормально используемые для передачи речевой и/или фактической информации. Система имеет много преимуществ по сравнению с известными системами, в которых используется отдельный ответчик TTC в каждом спутнике. А именно, если ответчик в известной системе выходит из строя, спутник становится бесполезным. В ином случае, поскольку наземная станция 22 на фиг.1, например, может использовать любой из приемопередатчиков, связанных со спутником 10, даже если один из этих приемопередатчиков и выйдет из строя, остаются еще 35 других, с помощью которых станция 22 может поддерживать связь TTC со спутником 10. Кроме того, как показано на фиг. 2, даже если все связи спутник-Земля конкретного спутника, например, 58 выйдут из строя, наземная станция 50 сможет связаться с тем спутником с помощью двусторонней связи, например, 60 через другой спутник, например 52. Таким образом, система по изобретению обеспечивает надежную связь TTC.

Также система TTC может находиться в постоянной связи с конкретным спутником посредством двусторонней связи, а не ожидая линию прямой видимости, как в некоторых известных системах TTC. Для известных систем TTC требуется, чтобы наземная станция была фиксирована, тогда как для данной системы можно использовать мобильные наземные управляющие станции. Мобильная наземная станция имеет единственный адрес или телефонный номер, присвоенный ей, и за положением наземной станции можно следить так же, как следят за абонентами со спутников ячеечных спутниковых созвездий. В данной следящей системе используется приемник GPS на борту спутника для обеспечения бортового слежения и следящего управления, а не только наземного управления слежением. Эта цифровая информация слежения сразу вводится в цифровой ячеечный канал абонента.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система управления для спутниковой системы связи, имеющей по меньшей мере один спутник с приемниками и передатчиками, создающими множество абонентских каналов связи для установления связи между множеством абонентов, содержащая спутниковую подсистему управления на борту спутника для управления функциями спутника, наземную станцию управления, первую линию связи, соединенную со спутниковой подсистемой управления и наземной станцией управления для соединения наземной станции управления со спутниковой подсистемой управления, отличающаяся тем, что обеспечивающее связь соединение устанавливается посредством одного из абонентских каналов связи, при этом указанный один из абонентских каналов связи используется для передачи команд в спутниковую подсистему управления, объединенную с множеством абонентских каналов связи, причем спутник включает в себя множество передатчиков и приемников для проецирования множества смежных ячеек на Землю, а спутниковая подсистема управления чувствительна к командам наземной станции управления для обеспечения возможности управления этими командами выбранной функцией спутника. 2. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что первая линия связи содержит передатчик наземной станции управления и средство кодирования, соединенное с передатчиком наземной станции управления для кодирования заданного спутникового адресного кода в командах для спутника, причем спутник содержит демодулятор/демультиплексор, соединенный с приемником спутника, и маршрутизатор для распознавания и ответа на заданный спутниковый адресный код для выдачи команд и соединенный со спутниковой подсистемой управления и демодулятором/демультиплексором для соединения спутниковой подсистемы управления с демодулятором/демультиплексором с возможностью приема спутниковой подсистемой управления команд от наземной станции управления. 3. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что спутник содержит сенсорную подсистему для измерения заданного режима на спутнике и выдачи телеметрических данных, вторую линию связи для подсоединения сенсорной подсистемы к указанному одному из абонентских каналов связи для передачи телеметрических данных со спутника на наземную станцию управления. 4. Система управления по п.3, отличающаяся тем, что вторая линия связи содержит маршрутизатор, соединенный с сенсорной подсистемой, причем маршрутизатор кодирует телеметрические данные адресным кодом, соответствующим наземной станции управления, и выдает кодированные телеметрические данные посредством передатчика спутника через указанный один из абонентских каналов связи. 5. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что спутник содержит приемник положения для контроля и выдачи текущих данных спутника, вторую линию связи для выдачи текущих данных спутника через указанный один из абонентских каналов связи со спутника на наземную станцию управления. 6. Система управления по п.5, отличающаяся тем, что вторая линия связи содержит маршрутизатор, соединенный с приемником положения, причем маршрутизатор кодирует указанные телеметрические данные адресным кодом, соответствующим наземной станции управления, и соединенный с передатчиком, входящим в состав спутника, причем передатчик обеспечивает передачу текущих данных на наземную станцию управления через указанный один из абонентских каналов связи. 7. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что наземная станция управления является мобильной. 8. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что спутниковая система связи содержит множество спутников, причем каждый спутник содержит приемопередающую подсистему, в которой спутники соединены двусторонними связями посредством приемопередающих подсистем, так что они устанавливают абонентские каналы связи друг с другом и разрешают наземной станции управления посылать команды по указанному одному из абонентских каналов связи на один из множества спутников через другой из множества спутников, имеющий с ним двустороннюю связь. 9. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что спутниковая система связи дополнительно содержит ячеечный коммутатор, соединенный с первой линией связи для направления множества абонентских сообщений по указанным абонентским каналам связи. 10. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что спутник дополнительно содержит множество передатчиков и приемников для проецирования множества смежных ячеек, которые перемещаются в связи со спутником относительно поверхности Земли, причем каждый из передатчиков и приемников имеет возможность передавать и принимать на одну из ячеек по одному из абонентских каналов связи, и мультиплексор/модулятор для переключения связи с наземной станцией управления между передатчиками и приемниками, связанными с каждой из ячеек с обеспечением непрерывной выдачи команд на спутник по меньшей мере в течение заданного периода времени при нахождении спутника в прямой видимости наземной станции управления. 11. Телеметрическая, следящая и управляющая система для спутниковых ячеистых систем связи, имеющая множество спутников, у каждого из которых имеются передатчики и приемники, создающие множество абонентских каналов связи для установления связи между множеством абонентов, содержащая на каждом спутнике спутниковую подсистему управления для управления функциями этого спутника, приемник положения для определения положения этого спутника, наземную станцию управления и первую линию связи, соединенную с спутниковой подсистемой управления, приемником положения и наземной станцией управления, отличающаяся тем, что обеспечивающее связь соединение устанавливается посредством одного из абонентских каналов связи, при этом наземная станция управления использует указанный один из абонентских каналов связи для передачи команд в спутниковую подсистему управления и приема данных из приемника положения. 12. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.11, дополнительно отличающаяся тем, что содержит маршрутизатор, соединенный с приемником положения и спутниковой подсистемой управления для соединения приемника положения со спутниковой подсистемой управления, причем приемник положения выполнен с возможностью выдачи сигналов управления курсом в спутниковую подсистему управления для управления курсом спутника, а спутниковая подсистема управления чувствительна к командам от наземной станции управления для обеспечения возможности управления этими командами выбранной функцией спутника. 13. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.11, отличающаяся тем, что первая линия связи содержит передатчик наземной станции управления, средство кодирования, соединенное с передатчиком наземной станции управления, для кодирования заданного адресного кода в командах для спутника, причем каждый спутник содержит демодулятор/демультиплексор, соединенный с приемником спутника, и маршрутизатор для распознавания и ответа на заданный адресный код для выдачи команд, соединенный и со спутниковой подсистемой управления и демодулятором/демультиплексором для соединения спутниковой подсистемы управления с приемником спутника с возможностью принимать спутниковой подсистемой управления команд от наземной станции управления. 14. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.11, отличающаяся тем, что содержит на каждом спутнике сенсорную подсистему для измерения заданного режима на спутнике и выдачи телеметрических данных, причем сенсорная подсистема соединена с маршрутизатором, соединенным с передатчиком и первой линией связи для соединения сенсорной подсистемы с наземной станцией управления через указанный один из абонентских каналов связи с возможностью посылки телеметрических данных со спутника на наземную станцию управления. 15. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.14, отличающаяся тем, что содержит маршрутизатор, соединенный с сенсорнной подсистемой для кодирования указанных телеметрических данных адресным кодом, соответствующим наземной станции управления. 16. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.11, отличающаяся тем, что наземная станция управления является мобильной. 17. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.11, отличающаяся тем, что спутниковая система связи содержит множество спутников, каждый из которых содержит приемопередающую подсистему, причем спутники соединены двусторонними связями посредством приемопередающих подсистем, так что они устанавливают абонентские каналы связи друг с другом и разрешают наземной станции управления посылать команды по указанному одному из абонентских каналов связи на один из множества спутников через другой из множества спутников, имеющих с ним двустороннюю связь. 18. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.11, отличающаяся тем, что спутниковая система связи дополнительно содержит ячеечный коммутатор, соединенный с первой линией связи для направления множества абонентских сообщений по указанным абонентским каналам связи. 19. Телеметрическая, следящая и управляющая система по п.11, отличающаяся тем, что спутниковая система связи дополнительно содержит множество передатчиков и приемников для проецирования множества смежных ячеек, которые перемещаются в связи со спутником относительно поверхности Земли, причем каждый из передатчиков и приемников выполнен с возможностью передачи и приема на одну из ячеек через один из абонентских каналов связи и мультиплексор/модулятор для переключения связи с наземной станцией управления между передатчиком и приемником, связанными с каждой из ячеек с возможностью непрерывной выдачи команд на спутник по меньшей мере в течение заданного периода времени, когда спутник находится в прямой видимости наземной станции управления. Окно запуска - это такой период времени, когда наиболее просто разместить спутник на требуемую орбиту для того, чтобы он начал выполнять свои функции.

Например, очень важным фактором является выбор такого окна запуска, когда можно легко вернуть космонавтов обратно, если что-то пойдет не так. Космонавты должны иметь возможность достигнуть безопасной точки приземления, в которой кроме того, будет соответствующий персонал (никто же не хочет приземляться в тайге или Тихом океане). Для других типов запусков, включая межпланетные исследования, окно запуска должно позволить выбрать наиболее эффективный курс достижения очень далеких объектов. Если в расчетное окно запуска будет плохая погода или произойдут какие-то технические неполадки, то запуск стоит перенести в другое благоприятное окно запуска. Если спутник будет запущен пусть даже и в хорошую погоду, но в неблагоприятное окно запуска, то он может быстро закончить свою жизнь либо на неправильной орбите, либо в Тихом океане. В любом случае он не сможет выполнять требуемые функции. Время - наше все!

Что есть внутри типичного спутника?

Спутники бывают разные и имеют разное предназначение. Например:

• Погодные спутники помогают синоптикам предсказывать погоду или просто видеть то, что происходит в данный момент. Вот типичные погодные спутники: EUMETSAT (Meteosat), США (GOES), Япония (MTSAT), Китай (Fengyun-2), Россия (GOMS) и Индия (KALPANA). Такие спутники, как правило, содержат фотокамеры, которые шлют на Землю снимки погоды. Как правило, такие спутники располагаются либо на геостационарной орбите, либо на полярных орбитах.
• Спутники связи позволяют передавать через себя телефонные звонки и информационные соединения. Типичными коммуникационными спутниками являются Telstar и Intelsat. Самой главной частью спутника связи является транспондер - специальный радиопередатчик, который принимает данные на одной частоте, усиливает их и передает обратно на Землю на другой частоте. Спутник, как правило, содержит на борту сотни или даже тысячи транспондеров. Коммуникационные спутники чаще всего являются геосинхронными.
• Телерадиовещательные спутники передают телевизионный (или радио) сигнал из одной точки в другую (так же как спутники связи).
• Научно-исследовательские спутники выполняют различные научные функции. Самым известным является, пожалуй, космический телескоп Хаббл, однако, на орбите существует и множество других, которые наблюдает за всем чем только можно от солнечных пятен до гамма-лучей.
• Навигационные спутники помогают навигации кораблей и самолетов. Самые известные из навигационных спутников - GPS и наш отечественный ГЛОНАСС.
• Спасательные спутники реагируют на сигналы бедствия.
• Спутники исследования Земли используются для исследования изменений на планете от температуры до предсказания таяниях полярных льдов. Самые известные из них спутники серии LANDSAT.
• Военные спутники используются в военных целях и их назначение как правило засекречено. С появлением военных спутников стало возможным вести разведку прямо из космоса. Кроме того, военные спутники могут использоваться для передачи зашифрованных сообщений, ядерного мониторинга, изучения передвижений противника, раннего предупреждения о запуске ракет, прослушивания наземных линий связи, построение карт радаров, фотографирование (в том числе с использованием специальных телескопов для получения очень подробных картин местности).

Несмотря на существенные различия между всеми этими типами спутников, они имеют несколько общих вещей. Например:

• Все они имеют металлический или композитный каркас и корпус. Корпус спутника содержи все необходимое для функционирования на орбите, в том числе до выживания.
• Все спутники имеют источник энергии (как правило - солнечные батареи) и аккумуляторы для запасов энергии. Набор солнечных батарей обеспечивают электроэнергию для подзарядки батарей. Некоторые новые спутники также содержат и топливные ячейки. Электроснабжение на большинстве спутников очень ценный и ограниченный ресурс. На некоторых космических зондах применяется ядерная энергия. Энергосистема спутников постоянно наблюдается, и собранные данные по энергомониторингу и мониторингу других систем посылаются на Землю в форме телеметрических сигналов.
• Все спутники содержат бортовой компьютер для управления и мониторинга различных систем.
• Все они имеют радиопередатчик и антенну. В самом минимуме все спутники имеют приемопередатчик, с помощью которого наземная команда управления может запращивать информацию со спутника и наблюдать его состояние. Многими спутниками можно управлять с Земли для выполнения различных задач от смены орбиты до перепрошивки бортового компьютера.
• Все они содержат систему управления положением. Такая система предназначена для сохранения ориентации спутника в правильном направлении.

Например, телескоп Хаббл имеет очень сложную систему управления, которая позволяет направлять телескоп в одну точку в космосе в течении часов или даже дней (несмотря на то, что телескоп движется по орбите со скоростью 27 359 км/ч). Система включает гироскопы, акселлерометры, системы стабилизации, ускорите или набор датчиков, которые наблюдают за некоторыми звездами для определения местоположения.

Какие типы орбит спутников бывают?

Существуют три основные типы орбиты, и зависят от они от положения спутника относительно поверхности Земли:

• Геостационарная орбита (еще ее называют геосинхронной или просто синхронной) - это такая орбита, двигаясь по которой спутник всегда находится над одной и той же точкой на поверхности Земли. Большинство геостационарных спутников находится над экватором на высоте около 36000 км, что составляет примерно десятую часть от расстояния до Луны. «Место парковки спутников» над экватором становится перегруженным несколькими сотнями телевизионных спутников, погодных и спутников связи! Эта перегруженность означает, что каждый спутник должен точно управляться для предотвращения перекрытия его сигнала с сигналами соседних спутников. Телевизионные, коммуникационные и погодные спутники - всем нужна геостационарная орбита. Поэтому все спутниковые тарелки на поверхности Земли смотрят всегда в одну сторону, в нашем случае (северное полушарие) на юг.
• Космические запуски обычно используют более низкую орбиту, что приводит к тому, что они пролетают над различными точками в различные моменты времени. В среднем высота асинхронной орбиты составляет примерно 644 километра.
• На полярной орбите спутник обычно находится на малой высоте и проходит через полюса планеты при каждом обороте. Полярная орбита остается неизменной в космосе при вращении Земли по орбите. В результате большая часть Земли проходит под спутником, находящимся на полярной орбите. Из-за того что полярная орбита дает наибольшее покрытие поверхности Земли, ее часто используют для спутников, которые производят картографирование (например, для Google Maps).

Как рассчитывают орбиты спутников?

Для расчета орбиту спутников используется специальное программное обеспечение для компьютеров. Эти программы используют Кеплеровские данные для расчета орбиты и момента, когда спутник будет «над головой». Кеплеровские данные доступны в Интернете и для любительских радиоспутников.

Спутники используют ряд чувствительных к свету датчиков для определения собственного местоположения. После этого спутник передает полученную позицию на наземную станцию управления.

Высоты спутников

Остров Манхэттен, изображение с GoogleMaps

Если смотреть с Земли, спутники летают на разных высотах. Лучше всего думать о высотах спутников в терминах «как близко» или «как далеко» они от нас. Если рассматривать грубо, от самых близких до самых далеких, то получим следующие типы:

От 100 до 2000 километров - Асинхронные орбиты

Наблюдательные спутники обычно располагаются на высотах от 480 до 970 километров, и используются для таких задач как фотографирование. Наблюдательные спутники типа Landsat 7 выполняют следующие задачи:

• Картографирование
• Наблюдение за движением льда и песка
• Определение местоположения климатических ситуаций (как например, исчезновение тропических лесов)
• Определение местоположения полезных ископаемых
• Поиск проблем с урожаем на полях

Поисково-спасательные спутники работают как передающие станции для ретрансляции сигналов бедствия с упавших самолетов или терпящих бедствия кораблей.

Космические аппараты (например, шаттлы) являются управляемыми спутниками, как правило, с ограниченным временем полета и рядом орбит. Космические запуски с участием людей как правило применяются при ремонте уже существующих спутников или при строительстве космической станции.

От 4 800 до 9 700 километров - Асинхронные орбиты

Научные спутники иногда располагаются на высотах от 4 800 до 9 700 километров. Они отправляют полученные ими научные данные на Землю с помощью радио-телеметрических сигналов. Научные спутники применяются для:

• Изучения растений и животных
• Исследование Земли, как например, наблюдение за вулканами
• Отслеживание дикой природы
• Астрономических исследований, включая инфракрасные астрономические спутники
• Исследований в области физики, как например, исследования NASA в области микрогравитации или исследования солнечной физики

От 9 700 до 19 300 километров - Асинхронные орбиты

Для навигации, американское оборонное ведомство и российское правительство создали навигационные системы, GPS и ГЛОНАСС соответственно. Навигационные спутники используют высоты от 9 700 до 19 300 километров, и применяются для определения точного местоположения приемника. Приемник может располагаться:

• В корабле на море
• В другом космическом аппарате
• В самолете
• В автомобиле
• У вас в кармане

Так как цены на потребительские навигационные приемники имеют тендецию к снижению, обычные бумажные карты столкнулись с очень опасным противником. Теперь вам будет сложнее потеряться в городе и не найти нужную точку.

Интересные факты о GPS:

• Американские войска во время операции «Буря в пустыне» использовали более 9 000 GPS приемников.
• Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) США использовало GPS для измерения точной высоты монумента Вашингтона.

35 764 километров - Геостационарные орбиты

Погодные прогнозы обычно демонстрируют нам изображения со спутников, которые как правило находятся на геостационарной орбите на высоте 35 764 километра над экватором. Вы можете получить напрямую некоторые такие изображения с помощью специальных приемников и компьютерного программного обеспечения. Многие страны используют погодные спутники для предсказания погоды и наблюдения за штормами.

Данные, телевизионные сигнал, изображения и некоторые телефонные звонки аккуратно принимаются и ретранслируются коммуникационными спутниками. Обычные телефонные звонки могут иметь от 550 до 650 миллисекунд задержки на прохождение сигнала туда и обратно, что приводит к неудовольствию пользователя. Задержка возникает из-за того, что сигнал должен дойти вверх до спутника и затем вернуться на Землю. Поэтому из-за такой задержки, многие пользователи предпочитают пользоваться спутниковой связью только в том случае, если нет других вариантов. Однако, VOIP (голос через интернет) технологии встречаются сейчас с похожими проблемами, только в их случае они возникают из-за цифровой компрессии и ограничений пропускной способности, нежели из-за растояния.

Коммуникационные спутники являются очень важными ретрансляционными станциями в космосе. Спутниковые тарелки становятся меньше, потому что спутниковые передатчики становятся более мощными и направленными. С помощью таких спутников передаются:

• Новостные ленты агентств
• Биржевая, бизнес и другая финансовая информация
• Международные радиостанции переходят с коротковолнового (или дополняют его) спутниковым вещанием с использованием микроволнового восходящего сигнала
• Глобальное телевидение, такое как CNN и BBC
• Цифровое радио

Сколько стоят спутники?

Запуск спутников не всегда проходит удачно. Вспомните провал запуска трех спутников ГЛОНАСС или например ФОБОС-ГРУНТ. На самом деле спутники стоят достаточно дорого. Стоимость тех упавших спутников ГЛОНАСС составляла несколько миллиаров рублей.

Другой важный фактор в стоимости спутников - это стоимость запуска. Стоимость запуска спутника на орбиту может варьироваться между 1.5 и 13 миллиардов рублей. Запуск американских шаттлов может достигать до 16 миллиардов рублей (полмиллиарда долларов). Построить спуник, вывести его на орбиту и затем управлять им - это очень дорогое удовольствие!

Продолжение следует…