В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
При эксплуатации системы поиска и спасания "КОСПАС-САРСАТ", совершенной в техническом отношении системы, обнаружился серьезный недостаток – периодичность просмотра объекта аварии (периодичность получения информации). Низкоорбитальные спутники, пролетающие на высотах 800–1000 км, "просматривают" полосу шириной в 5500 км, а бортовая аппаратура спутника может одновременно принять, обработать и запомнить несколько десятков сигналов бедствия. Но вот передать их на Землю спутник сможет только тогда, когда он находится в зоне видимости наземной станции приема и обработки информации (СПОИ). Все остальное время собранная и обработанная информация бесцельно хранится в блоках его электронной памяти.
Время задержки получения аварийных сигналов с низкоорбитальных спутников на СПОИ составляло от 1 часа 45 минут до трех часов. Стремление повысить оперативность системы дало толчок новым исследованиям по использованию других орбит.
Проведенная оценка всех орбит по основным показателям (зона обзора (связи), область обслуживания (применения), продолжительность сеанса связи (приема информации), периодичность получения информации) показала, что наиболее полно отвечает этим требованиям геостационарная орбита.
Геостационарная орбита (ГСО) – круговая орбита, расположенная в плоскости экватора Земли (0 град. широты), находясь на которой, спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг своей оси, и постоянно находится над одной и той же точкой земной поверхности. Геостационарная орбита является разновидностью геосинхронной орбиты и используется для размещения искусственных спутников (коммуникационных, телетрансляционных и т.п.)
Спутник должен обращаться в направлении вращения Земли, на высоте 35 786 км над уровнем моря. Именно такая высота обеспечивает спутнику период обращения, равный периоду вращения Земли относительно звезд.
При движении спутника по ГСО один виток совершается за 24 часа, то есть за период суточного вращения Земли. Спутник, находящийся на ГСО и движущийся со скоростью примерно 3 км/с, будет постоянно находиться над определенной точкой поверхности Земли.
Первым спутником, занявшим место на стационарной орбите 19 августа 1964 г., стал "Синком-3" (после двух первых неудачных попыток: "Синком-1" 14 февраля 1963 г. и "Синком-2" 26 июля 1963 г.). В последующие годы началось интенсивное освоение стационарной орбиты. Спустя 30 лет на ней находились сотни спутников связи, действующих и умолкших по истечении сроков годности.
В связи с теснотой в космосе были приняты строгие международные правила, согласно которым "билет", дающий право пребывания на стационарной орбите, выдается после длительных дорогостоящих хлопот с Международным союзом электросвязи.
Несмотря на то что скорость света равна 300 тыс. км/с, задержка прохождения сигнала из точки на экваторе, расположенной под спутником, на спутник и обратно довольно существенна.
Основным показателем спутника на стационарной орбите является зона обслуживания. Ключевой параметр зоны обслуживания – угол возвышения (закрытия) антенны наземной станции, который является углом между горизонтальной линией (то есть линией, касательной к поверхности Земли в точке расположения антенны) и направлением основного луча антенны непосредственно на спутник. Максимальная величина зоны обслуживания спутника получается при нулевом угле возвышения антенны. Тогда зона обслуживания во всех направлениях ограничивается только оптическим горизонтом спутника. Однако существуют по крайней мере три проблемы, которые не позволяют строить антенны наземных станций с нулевым углом возвышения и определяют минимальный угол возвышения.
Несложные геометрические построения показывают, что на широтах выше 81,3 град. геостационарные спутники находятся под горизонтом, а значит связь с их помощью в полярных районах невозможна. На практике мобильная связь через геостационарный спутник ограничивается широтой 65–70 град., а фиксированная – 70–75 град.
Связь через ГСО имеет и еще один серьезный недостаток. По пути к спутнику и обратно радиосигнал преодолевает более 70 тыс. км, затрачивая на это четверть секунды. С учетом времени на обработку сигнала и его передачу по наземным линиям связи задержка может заметно превышать полсекунды. В результате интернет-сервисы через спутник откликаются медленно, а телефонное общение становится некомфортным, поскольку даже современные средства эхоподавления не всегда справляются с большими задержками. Чтобы избавиться от этих недостатков, приходится уменьшать высоту спутников.
Основная трудность заключалась в том, что спутники на стационарной орбите использовались лишь в качестве ретрансляторов, приспособленных к вполне определенным условиям. Но одно дело, когда в космос направляется мощный сигнал радиостанции, дополнительно сфокусированный остронаправленной антенной, и совсем другая ситуация, когда приходится иметь дело со слабым сигналом аварийного радиобуя или рации, антенной которых служит обычный четвертьволновый штырь. Здесь было много неясного. Прежде всего требовалось получить ответ на вопрос: насколько надежной будет радиотрасса? А ответ мог дать только эксперимент.
Существовала и другая трудность. Например, как определять координаты места бедствия? Ведь для неподвижного относительно Земли спутника эффект Доплера не имеет места. И если исключить передачу координат "открытым текстом", то в информационной посылке не нашлось бы ничего, за что можно было бы зацепиться, чтобы их определить. Единственной возможностью было подключение аварийного буя к навигационной системе корабля или самолета, с тем чтобы координаты записывались в память буя либо непрерывно, либо периодически. При этом из сферы обслуживания сразу выпадал целый класс малотоннажных судов различного назначения, которые не обладали совершенным навигационным оборудованием, но могли нуждаться в помощи.
Тем не менее в пользу геостационарных спутников говорили два обстоятельства. Во-первых, это быстрая передача информации о бедствии – фактор времени утратил свою остроту. Расчеты показали, что спутники на стационарной орбите позволят значительно ускорить доставку аварийной информации до конечных потребителей – поисково-спасательных служб.
Другим аргументом были экономические соображения. Дело в том, что строительство наземных станций слежения за спутниками требует больших капитальных затрат, а также времени. Здесь же представлялась возможность использовать часть уже имеющегося оборудования действующей системы "ИНМАРСАТ": спутники, приемные антенны, часть электронной аппаратуры, энергетические установки. Станции слежения "ИНМАРСАТ" уже работают, их остается только дооборудовать.
Секретариат системы "КОСПАС-САРСАТ" обратился к Международному союзу электросвязи с просьбой произвести необходимые исследования и выявить возможности создания второй международной системы поиска и спасания, основой которой были бы геостационарные спутники. В дальнейшем эта система могла бы стать гармоничным дополнением к действующей системе "КОСПАС-САРСАТ".
Сегодня в составе орбитальной группировки "КОСПАС-САРСАТ" шесть низкоорбитальных и шесть геостационарных космических аппаратов. Спутники на низкой орбите Земли (НССПС, LEOSAR): "Сарсат-7", "Сарсат-8", "Сарсат-9", "Сарсат-10", "Сарсат-11".
Система ГССПС включает геостационарные спутники с ретрансляторами 406 МГц на борту, а также наземные станции ГЕОСПОИ, которые обрабатывают сигналы от спутников.
Спутники на геостационарной орбите Земли (ГССПС, GEOSAR): GOES-11 (135 град. з.д.); GOES-13 (75 град. з.д.); INSAT 3A (93,5 град. в.д.); MSG-1 (9,5 град. в.д.); MSG-2 (0 град.); Elektro-L (76 град. в.д.).
Система ГССПС из шести спутников охватывает пояс земного шара в диапазоне широт от 78 град. с.ш. до 78 град. ю.ш. (при углах возвышения антенны терпящего бедствие объекта около 3 град.) за исключением полярных областей. Таким образом, система не обладает глобальностью.
На орбите над Атлантическим и Тихим океанами развернуты два геостационарных метеорологических спутника США типа GOES, принадлежащих NASA и Национальному управлению США по океанам и атмосфере, на борту которых имеются ретрансляторы 406 МГц. Кроме того, Индия запустила национальный многофункциональный спутник INSAT 3A с двумя европейскими метеорологическими спутниками MSG-1/-2 на борту, которые принадлежат европейской метеорологической организации Eumetsat. Россия в 2011 г. разместила на стационарной орбите два спутника "Электро-Л" и "Луч-5А", на борту которых имеются ретрансляторы 406 МГц.
20 января 2011 г. в 15:29 мск с космодрома Байконур ракетой-носителем "Зенит-2SБ" был запущен космический аппарат гидрометеорологического назначения "Электро-Л" с разгонным блоком "Фрегат-СБ" и выведен на стационарную орбиту. Международное название спутника: Elektro-L/GOMS. Назначение спутника: оперативное получение потребителями данных о гидрометеорологической и гелиогеофизической обстановке в околоземном космическом пространстве для анализа и прогноза погоды, ретрансляция сигналов от аварийных радиобуев системы "КОСПАС-САРСАТ". Бортовой радиотехнический комплекс (БРТК) служит для передачи на Землю изображений (7,5 ГГц, до 30,72 Мбит/с) и данных ГГАК-Э, производит ретрансляцию и обмен метеоинформацией, сбор и передачу на Землю данных с платформ сбора данных, а также ретрансляцию сигналов аварийных буев системы "КОСПАС-САРСАТ". Частоты: передача: 7,5 ГГц (Х-диапазон), 1,697 ГГц, 1,692 ГГц, 1,54 ГГц (L-диапазон); прием: 8,2 ГГц (X-диапазон), 466 МГц, 406 МГц, 402 МГц (UHF-диапазон). Срок активного существования спутника – 10 лет. У России появился собственный метеорологический космический аппарат на геостационарной орбите впервые после многолетнего (13 лет) перерыва. Таким образом, Россия выполнила обязательство перед Всемирной метеорологической организацией.
Рассматривается также возможность использования в системе "КОСПАС-САРСАТ" российских геостационарных спутников типа "Луч", на которых будут установлены ретрансляторы 406 МГц.
12 декабря 2011 г., российский телекоммуникационный спутник "Луч-5А" отделился от разгонного блока "Бриз-М" и вышел на заданную орбиту. Стационарный спутник "Луч-5А" – российский телекоммуникационный спутник-ретранслятор, будет первым из трех спутников, являющихся частью многофункциональной космической системы ретрансляции (МКСР) "Луч" (наряду с "Луч-5Б" и "Луч-4") и вторым спутником в системе "КОСПАС-САРСАТ". Третьим российским спутником в системе "КОСПАС-САРСАТ" на стационарной орбите будет "Луч-4".
Разработка МКСР "Луч" была включена в Федеральную космическую программу России на 2006–2015 гг. Позже к ним был добавлен спутник-ретранслятор "Луч-4" для обеспечения радиообмена с космическими аппаратами, стартующими с космодрома "Восточный", который будет введен в эксплуатацию в 2014–2015 гг.
МКСР "Луч" унаследовала точки стояния на геостационарной орбите от системы "Альтаир": 16 град. з.д. над Атлантикой, 95 град. в.д. над Индийским океаном и 167 град. в.д. над Тихим океаном. В зоне ее видимости будет находиться вся поверхность планеты за исключением полярных и приполярных областей. Таким образом, КА будут иметь возможность взаимодействовать с ЦУПами, расположенными на территории России, почти 100% времени.
"Луч-5А" будет принимать как телеметрическую, так и целевую информацию на активных и пассивных участках полета, находящихся вне зон видимости с территории России, и передавать ее в режиме реального времени на российские наземные пункты приема информации.
Геостационарный аппарат предназначен для ретрансляции информации с низколетящих (на орбитах высотой до 2 тыс. км над поверхностью Земли) космических аппаратов, включая пилотируемые космические комплексы, и в первую очередь российский сегмент Международной космической станции, а также с других объектов ракетно-космической техники (ракетносителей, разгонных блоков и т.д.).
Спутник способен принимать сигналы радиобуев (радиомаяков) космической системы "КОСПАС-САРСАТ" и транслировать их на наземные станции. Кроме того, он будет передавать поправки к измерениям, выполняемым по спутникам системы ГЛОНАСС, что позволит увеличить точность измерения сигнала.
Система ГССПС включает геостационарные спутники с ретрансляторами 406 МГц на борту, а также наземные станции ГЕОСПОИ, которые обрабатывают сигналы со спутников.
Наземный сегмент системы "КОСПАС-САРСАТ" включает в себя 56 СПОИ, 29 координационно-вычислительных центров (КВЦ) системы и аварийные радиобуи. Станции связаны с центром арендованными телефонными каналами связи. В системе "КОСПАС-САРСАТ" применяются два типа СПОИ. Те, что предназначены для работы с низкоорбитальной группировкой спутников системы НССПС, называются НИОСПОИ (LEOLUTs), а те, что предназначены для работы с группировкой спутников системы ГССПС, носят название ГЕОСПОИ (GEO-LUTs).
ГЕОСПОИ представляет собой наземную приемную станцию в системе "КОСПАС-САРСАТ", которая принимает и обрабатывает сигналы аварийных радиобуев 406 МГц, ретранслированных геостационарными спутниками "КОСПАС-САРСАТ". Всего 22 ГЕОСПОИ размещены в 19 государствах мира. В таблице показаны, какие геостационарные спутники с какими ГЕОСПОИ работают.
Приказом Федерального агентства морского и речного транспорта от 31 января 2011 г. № 7 "О мерах по обеспечению функционирования российской части наземного сегмента Международной спутниковой системы поиска и спасания "КОСПАС-САРСАТ" утверждена минимальная конфигурация российской части наземного сегмента Международной спутниковой системы поиска и спасания "КОСПАС-САРСАТ".
Она состоит из Международного координационно-вычислительного центра с резервированием (г. Москва) и двух станций приема и обработки информации: СПОИ-1 (г. Москва), СПОИ-3 (г. Находка).
С 1 января 2012 г. функции по содержанию, эксплуатации и развитию наземного сегмента системы "КОСПАС-САРСАТ" возложены на ФГУП "Морсвязьспутник". Ранее в их выполнении участвовали ФГУП "Главный центр связи и спутниковых систем" и "Росморпорт".
На СПОИ с использованием эффекта Доплера определяются координаты места бедствия, которые передаются в национальные центры системы (в России – в МКВЦ и затем в соответствующие поисково-спасательные службы).
Опыт эксплуатации системы "КОСПАС-САРСАТ" лишний раз подтвердил: решать проблему обеспечения безопасности аварийных объектов можно только в комплексе, используя все принципы (схемы) построения спутниковых систем в космосе.
Система "КОСПАС-САРСАТ" наглядно показала, что элементы систем НССПС и ГССПС дополняют друг друга. К примеру, система ГССПС может подать почти мгновенный сигнал бедствия в зоне видимости геостационарного спутника, в то время как система НССПС покрывает полярные районы (которые находятся вне видимости геостационарных спутников); может рассчитать местоположение бедствия, используя метод доплеровского определения координат; и поскольку спутники постоянно находятся в движении по отношению к радиобую, то система НССПС менее чувствительна к препятствиям, которые могут блокировать передачу сигнала радиобуя в данном направлении. Система "КОСПАС-САРСАТ" наглядно показала, что существующее поколение радиобуев 406 МГц, получивших одобрение "КОСПАС-САРСАТ", может быть обнаружено при использовании инструментария поиска и спасания, установленного на борту геостационарных спутников.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #1, 2012
Посещений: 22657
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
