Польза от искусственных спутников земли
Vunderkind.Info > Космос > Для чего нужен спутник?
Для чего нужен спутник? Спутником называется любое небесное тело, которое вращается вокруг другого тела.
Однако чаще всего имеется в виду искусственный спутник, который находится на орбите вокруг Земли и собирает и передает данные.
Искусственный спутник может служить многим целям. Спутники, исследующие из космоса облака, ветры и температуру атмосферы, используются метеорологами для прогнозов погоды.
Спутники используются в военных целях, чтобы следить за зонами боевых действий, отслеживать запуски ракет и ядерные испытания, производить разведывательную деятельность за другими странами и засекать приближающиеся объекты, например метеориты.
Спутники ретранслируют между континентами телевизионные программы и телефонные переговоры.
Первый спутник глобальной системы навигации и определения местоположения (GPS) был запущен 22 ноября 1978 г., и сегодня GPS является стандартным инструментом навигации, который применяется в военном деле, в науке и промышленности.
Спутники используются и в астрономических целях, например для изучения других планет и для исследования взаимодействий между Солнцем и Землей.
Без спутников — как без рук
С того дня, когда был запущен первый искусственный спутник Земли, на околоземные орбиты были выведены тысячи космических беспилотных аппаратов. И сегодня земляне без них уже не могут обойтись.
Спутники используются для научных исследований, осуществляют связь между разными континентами, помогают кораблям, самолетам и даже обычным автомобилям находить дорогу, ищут полезные ископаемые. Ими пользуются военные, астрономы, метеорологи, создатели новых лекарств и многие другие специалисты.
В наши дни с помощью навигационных спутников в любой точке земного шара корабли, самолеты, автомобили и даже отдельные люди могут в любое мгновение определять свое местоположение и даже скорость, с которой они двигаются. Для этого используются 24 спутника, вращающиеся вокруг Земли на высоте 20 тысяч километров.
Точнее не бывает
Другая задача у спутников, вращающихся на низких орбитах и оборудованных приборами для сверхточной фото- и видеосъемки земной поверхности.
За последние десятилетия они позволили создать самые точные и подробные карты поверхности Земли, на которых видны детали размером меньше одного метра. Стали ненужными длительные и дорогостоящие экспедиции картографов.
Погода на завтра
Метеорологические спутники бдительно следят из космоса за всеми изменениями погоды на планете. С их помощью составляют метеорологические карты, предсказывают погоду, предупреждают суда и самолеты о штормах и ураганах, изучают изменения климата.
Как «подвесить» спутник
Вращаться вокруг Земли спутники могут на разных высотах, но не ниже 150 км над поверхностью планеты. На такой высоте атмосфера тормозит движение космического аппарата, и срок его «жизни» сокращается.
Особое значение имеют спутники, которые выводят на очень высокие орбиты — так, что они совершают один оборот вокруг Земли за то же время, что и сама Земля.
Спутник при этом как бы постоянно «висит» на огромной высоте над одной точкой земной поверхности. Эти спутники называют «геостационарами».
Полвека назад на орбиту Земли был запущен первый искусственный спутник. Сегодня их уже около полутора тысяч. Мы обращаемся к их услугам, когда пользуемся навигатором в телефоне, снимаем деньги в банкомате или слушаем прогноз погоды. В день юбилея «Спутника-1» давайте задумаемся, что бы произошло, если бы спутников вдруг не стало, и о том, насколько вероятен подобный сценарий.
Применение искусственных спутников Земли. По данным Union of Concerned Scientists
Почти половина спутников на орбите — это спутники связи, они передают сигналы спутниковых телефонов, интернета и радио. Ими пользуются в далеких от цивилизации районах, например в Антарктиде, где нет ни наземных станций связи, ни подводных кабелей. Кроме того, спутниковые телефоны нужны везде, где обычная инфраструктура не работает: в море, в районах стихийных бедствий и боевых действий.
История знает случаи перебоев со связью из-за поломок спутников: в 1998 году из-за одного сломавшегося PanAmSat перестали работать 80—90% пейджеров. Правда, сейчас, скорее всего, подобное повториться не может: спутниковые телефоны используются лишь в особых случаях, а сотовые телефоны и радио работают благодаря наземным станциям, обычная же телефонная связь, как и интернет, полагается на кабели.
Если вывести из строя все спутники, то нам грозят проблемы со связью в труднодоступных районах. «Любители спутникового ТВ не смогут смотреть передачи, станет гораздо менее точной геолокация в каждом автомобиле. Пилотам тоже придется непросто, но у них есть дополнительные приборы. Перестанут обновляться Google Maps», — рассказал «Чердаку» Илья Тагунов, разработчик симулятора работы спутников «Орбита».
Действительно, системы GPS/ГЛОНАСС сейчас используются всеми, кому нужно ориентироваться на местности, — от водителей автомобилей до пилотов самолетов и капитанов кораблей. Однако без спутников навигация, хоть и станет менее точной, не сломается совсем: навигаторы в мобильных телефонах и планшетах могут определять свое положение по сигналу сотовых станций и Wi-Fi, в самолетах есть радионавигация и инерциальные системы, на кораблях — электронные карты. В конце концов, все это как-то ездило, летало и плавало и до появления спутниковой навигации.
Однако навигационные спутники позволяют не только отвечать на вечный вопрос «Где я?». На борту каждого спутника находятся атомные часы, так что спутники постоянно передают точное время. Оно используется во множестве компьютерных систем: например, операторы связи синхронизируют по ним работу сотовых вышек, а банки фиксируют время операций по GPS.
Теоретически без GPS все это должно рассинхронизироваться, но и это на практике оказывается не так страшно. В 2016 году у 15 спутников GPS «сбилось» время — на целых 13 микросекунд. Ошибку быстро устранили, и она не имела заметных последствий для обычных пользователей, хотя и переполошила специалистов.
Кроме того, без спутников станет менее точным прогноз погоды, прекратится не только обновление Google Maps и Яндекс. Карт, но и всякого рода мониторинг Земли из космоса в принципе.
Могут ли спутники «погибнуть»?
«Убить» спутник можно, но очень сложно. Для них опасны сильные солнечные бури, но пока настолько сильных бурь, чтобы хватило на всю спутниковую флотилию, не было, хотя отдельные спутники солнечная активность выводила из строя. Так, геомагнитная буря 1989 года на неделю вывела из строя четыре навигационных спутника.
«Противоспутниковые ракеты сейчас разрабатываются (недавно свои испытания провел Китай), но уничтожить все действующие спутники очень дорого. Разрабатываются и спутники-камикадзе для уничтожения спутников, но это опять же очень дорого. Заблокировать сигнал спутника в конкретной точке можно, если поставить очень сильную глушилку. По всей планете заблокировать связь не получится», — говорит Тагунов.
Илья Тагунов — эксперт Олимпиады НТИ для школьников, профиль «Системы связи и дистанционного зондирования Земли».
Екатерина Боровикова
Запуск искусственных спутников Земли (сокращённо ИСЗ) и других космических аппаратов имеет огромное научное значение, так как позволяет изучать на больших высотах состав атмосферы, распространение электромагнитных волн, космические лучи и другие тайны космоса.
Для того чтобы ИСЗ двигался по круговой орбите вокруг Земли, ему необходимо сообщить в горизонтальном направлении скорость определённой величины. Какова величина этой скорости?
Сила, заставляющая ИСЗ обращаться вокруг Земли, – это сила тяжести Р = mg, действующая на спутник со стороны Земли. Эта сила обусловливает центростремительное ускорение, с которым спутник движется вблизи поверхности Земли по круговой орбите.
Таким образом, сила тяжести выполняет роль центростремительной силы:
mg = ? · mM/R2 = mv12 : R
откуда v1 = ?gr, или v1 = ?? · m/R, где М – масса Земли; R – её радиус (R = 6371 · 103 м).
v1 ? 7910 м/сек ? 7,9 км/сек
Эту скорость принято называть первой космической скоростью.
Все тела независимо от их массы могут стать искусственными спутниками Земли, если сообщить им горизонтальную скорость, равную первой космической скорости.
Круговая скорость ИСЗ убывает с высотой.
Например, на высоте 35 800 км скорость равна приблизительно 3 км/сек. Спутник на этой орбите будет иметь период обращения Т = 24 часа (так называемый суточный ИСЗ). Такой спутник будет обращаться вместе с Землёй в её суточном вращении, и для наблюдателя на Земле он будет казаться неподвижным.
На орбите Луны (r = 384 000 км) круговая скорость равна около 1 км/сек.
Если скорость спутника окажется больше круговой скорости или если она направлена под углом к местному горизонту, то спутник будет двигаться вокруг Земли по эллипсу, ближайшая к Земле точка которого – перигей – лежит в точке разгона, а удалённая – апогей – в диаметрально противоположной точке орбиты.
При увеличении скорости до 11,2 км/сек, которую называют второй космической скоростью, орбита спутника настолько будет вытянута и апогей будет настолько удалён от Земли, что при незначительном превышении этой скорости спутник удалится за пределы действия поля тяготения Земли. Орбита спутника при этом не будет уже замкнутой в поле Земли – спутник навсегда уйдёт в межпланетное пространство.
При запуске ИСЗ и космических ракет учитывают также суточное и годичное обращение Земли, причём стремятся запустить ракету-носитель в плоскости, проходящей через центр тяжести Земли.
Чтобы сообщить спутникам необходимые скорости, нужны для их запуска мощные многоступенчатые ракеты. Высокий уровень техники в Советском Союзе даёт возможность строить такие ракеты.?
4 октября 1957 г. в Советском Союзе был запущен первый в мире искусственный спутник.
12 апреля 1961 г. у нас был осуществлён первый запуск космического корабля «Восток» с человеком на борту. Пилотом корабля-спутника был лётчик-космонавт Герой Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. Этот день навсегда войдёт в историю как начало эры освоения человеком космоса, как день триумфа творческого гения советского народа.
Подвиг Ю. А. Гагарина был повторен героями-космонавтами Г. С. Титовым, А. Г. Николаевым, П. Р. Поповичем, В. Ф. Быковским и другими советскими космонавтами.
На корабле «Восток-6» в июне 1963 г. длительный космический полёт совершила первая в мире женщина – советская героиня В. В. Терешкова.
По состоянию на конец марта 2020 года в космос запущено 5 774 самостоятельных спутника. Если сравнивать с 2019 годом, общее количество возросло более чем на 15%.
Очевидно, что это всего лишь цифры, но, чтобы понять насколько быстро растёт число спутников, вращающихся вокруг Земли, необходимо обратиться к истории запусков этих космических объектов.
Иллюстрация: Public Domain
Первый запуск состоялся 4 октября 1957 (Спутник-1). За шестьдесят три года, прошедших с того момента, в космос запустили 9 456 объектов. Однако более 20% запусков (1 919) были осуществлены за последние 40 месяцев. Феноменальный уровень роста. Самое удивительное, это ничто, по сравнению с грандиозными планами в этой области.
Стремительное увеличение количества спутников вызвано несколькими корпорациями, подпитывающими отрасль. Уже в ближайшее время они планируют запустить десятки тысяч новых аппаратов.
Однако далеко не все спутники являются действующими. В настоящее время на орбите Земли находится 2 666 активных объектов (на 40% больше, чем примерно год назад), примерно 46% от всех 5 774 действующих. Остальная часть вращается вокруг других планет, спутников или астероидов.
У спутников есть определённые задачи: 884 наблюдают за Землёй; 312 занимаются развитием технологий; 148 задействованы навигацией
и позиционированием; 93 служат интересам космической науки; 18 штук направлены на удовлетворение потребностей наук о Земле. Некоторые спутники являются многоцелевыми.
Иллюстрация: Wikimedia Commons/Niksoon/CC BY-SA 4.0
США, Китай, Российская Федерация, Великобритания, Япония — так выглядит пятёрка стран с наибольшим количеством искусственных спутников.
Но главный вопрос состоит в том, как такому огромному, на первый взгляд, количеству космических объектов удаётся не пересекаться друг
с другом.
Площадь поверхности Земли составляет примерно 510 млн км².
Если взять все космические спутники и равномерно распределить
их на поверхности, то каждый имел бы в своём распоряжении
около 190 000 км². Это сопоставимо с площадью Республики Беларусь.
Также необходимо учитывать размер искусственных космических аппаратов — от обувной коробки до десятков-первой сотни метров. Фактически, на орбите речь идёт не о площади, а об объёме (в пределах геостационарной орбиты — более 300✕10¹² км³), поэтому объекты могут быть гораздо дальше друг от друга.
Иллюстрация: NASA/Andrew Satran/CC BY 2.0
Спутники располагаются на низкой (более 1900 спутников, 160-2000 км над поверхностью), средней (более 130, 2000-35 786 км), геостационарной (более 550, 35 786 км) и эллиптической (более 50) орбитах.
То есть, с учётом того, что на высоте 400 км длина окружности составит более 42 500 км, расстояние даже между 4000 равномерно распределённых спутников, движущихся в одном направлении, составит более десятка километров. Не говоря о геостационарной орбите, где эта цифра возрастёт до сотен км.
Космос гораздо больше, чем можно себе представить. Если внимательно присмотреться в ночное небо, один ярких, движущихся объектов может оказаться искусственным спутником.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
• Как в 1946 году была получена первая фотография Земли из космоса, если первый спутник запустили лишь в 1957?
• Откуда взялась фотография Млечного Пути если мы находимся внутри него?
• Как понимать фразу, что Вселенная простирается на 93 миллиарда световых лет, если ей всего 13.8 млрд лет?
• Озеро Восток находится под слоем вечных льдов в 4 км. Почему оно не замерзает, как его удалось обнаружить и что оно хранит?
• Почему корабли и подводные лодки не делают из нержавеющей стали, чтобы сразу избежать проблем с коррозией?
Спу́тник — объект, вращающийся по определённой орбите вокруг земли (или другой планеты), под действием гравитации.
Различают искусственные спутники земли (ИСЗ) – созданные человеком и естественные спутники – созданные силами природы.
Искусственными спутниками земли (ИСЗ) – являются все летательные космические аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли, включая космические корабли и орбитальные станции с экипажами. Однако к ИСЗ принято относить главным образом автоматические спутники, не предназначенные для работы на них человека – космонавта. Это вызвано тем, что пилотируемые космические корабли существенно отличаются по своим конструктивным особенностям от автоматических спутников. Так, космические корабли должны иметь системы жизнеобеспечения, специальные отсеки – спускаемые аппараты, в которых космонавты возвращаются на Землю. Для автоматических ИСЗ такого рода оборудование не обязательно или вовсе излишне. Они предназначаются для решения различных научных и прикладных задач.
Различают следующие виды искусственных спутников земли:
Биологические спутники (биоспутники) — спутники Земли, специально предназначенные для проведения в космических полетах экспериментов с разнообразными представителями животного и растительного мира.
На биоспутниках проводятся биологические эксперименты, с их помощью решается большинство технических проблем космонавтики (например, отрабатываются различные способы защиты космонавтов от излучений, опасных для здоровья и жизни).
2. Спутники дистанционного зондирования Земли, используются для изучения природных ресурсов Земли и ее недр. Прямо из космоса, при помощи спутника мы можем узнать какие ископаемые находятся под землей.
3. Метеорологические спутники. Метеорологический спутник, создан для получения из космоса метеорологических данных о Земле. Метеоспутники ведут наблюдение за изменением погоды и исследуют климат Земли. По их сообщениям метеорологи составляют для нас прогноз погоды.
4. Навигационные спутники. Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения и времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Спутники-навигаторы помогают кораблям совершать плавания, показывая на экране где находиться корабль при любой погоде, даже в шторм. С помощью навигаторов, встроенных в мобильные телефоны, планшеты и автомобильные компьютеры любой человек может определить свое местонахождение и прокладывать маршруты с учетом дорожных знаков, искать на карте нужные ему дома и улицы и т. д.
5. Спутники связи. Спутник связи — искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между точками на поверхности земли, не имеющими прямой видимости.
Спутники-связисты помогают нам смотреть телепередачи, вести телефонные разговоры, общаться через компьютеры, передавая сигнал в точки земной поверхности, куда не доходи проводная связь. Например, спутниковое телевиденье.
6. Спутники наблюдения. Спутники наблюдения часто называют спутниками-разведчиками или их разговорное название спутник-шпион. Они предназначены для передачи информации, важной для различных отраслей промышленности и отдельных организаций, включая планирование застройки объектов, оценку уровня загрязнения водных бассейнов, а также проведения мероприятий по сбору разведывательной информации о том или ином объекте, расположенном на Земле.
Спутники-разведчики умеют делать фотографии объектов на Земле высокой четкости, прослушивать системы связи, осуществлять слежку.
Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники, в различных областях хозяйства значительно возрастет.перейти в каталог файлов
Спутниковая связь — вид радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников Земли (ИСЗ) в качестве ретрансляторов.
В 1957 году запустили первый спутник. Там стояли два передатчика на разных частотах, который передавал сигнал “БИП, БИП, БИП”. Это был первый, официальный, известный спутник, который преодолел первую космическую скорость (7 844 м/с на высоте 100 км) и вышел на орбиту сделав несколько витков. Это был шар в котором был аккумулятор, два передатчика и антенна.
Потом оказалось, что с помощью спутника можно осуществлять связь, причем связь практически не ограниченная по расстоянию в пределах Земного шара. Низкочастотные радиоволны не проходят за ионосферу, они отражаются либо огибают Земной шар.
Когда переходим в УКВ диапазон часть энергии начинает проходить через ионосферу и уходить в космическое пространство. Это ограничивает связь по дальности на Земном шаре, но позволяет связываться с космическими аппаратами, а космический аппарат может связаться с наземными станциями, которые могут передавать ему сигнал и принимать сигнал со спутника. В зависимости от системы связи, земная станция может быть стационарной и подвижной, что не ограничивает использование спутниковой связи никаким образом.
Спутники используются, как ретрансляторы. Использование ИСЗ позволяет резко увеличить дальность радиосвязи, так как ретранслятор располагается высоко над Землей, от сотен до десятков тысяч км.
Спутники связи эта та часть космической программы человечества от которой есть польза для всех людей. Вот Гагарин слетал в космос и этим было доказано, что человека можно запустить в космос и он вернется живым и с непомутненным рассудком. Хотя, когда отправили второго космонавта Титова, это на уровне слухов, у него с головой было не все в порядке, Гагарин сделал один виток, может быть испугаться не успел, а Титов 17 витков. Но теперь люди сидят год на космической станции и все нормально.
Преимущества спутниковой связи
- Большая пропускная способность, по сравнению с радиорелейной линией примерно тоже самое. Можно использовать широкий частотный диапазон.
- Существуют спутники связи, которые обладают глобальным действием.
- Высокое качество связи.
История развития спутниковой связи
23 апреля 1965 года в СССР был успешно запущен на высокую эллиптическую орбиту спутник Молния-1. На марке виден Земной шар, Советский Союз, а спутник находится на эллиптической орбите.
В одном из фокусов орбиты стоит Земной шар, спутники вращаются по орбите, спутник выходит, устанавливает связь с антенной и пока он находится в зоне видимости, связь спутник поддерживает, потом спутник уходит из зоны видимости и в это время в зону видимости должен войти второй спутник. На высокой эллиптической орбите должны быть минимум 3 аппарата, чтобы связь была непрерывной.
В рамках международной программы Intelsat первый коммерческий спутник связи Early Bird (Ранняя Пташка), произведенный корпорацией COMSAT был запущен 6 апреля 1965 года.
Основные разновидности ИСЗ
Конфигурация системы спутниковой связи зависит от типа ИСЗ, вида связи и параметров земной станции. Три основных разновидности ИСЗ в зависимости от орбиты спутника:
- ИСЗ на высокой эллиптической орбите (ВЭО)
- ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО)
- ИСЗ на низковысотной орбите (НВО)
ИСЗ на высокой эллиптической орбите (ВЭО)
Спутники типа “Молния” с периодом обращения 12 часов, наклоном орбиты 63 градуса, высотой апогея над северным полушарием 40 тыс. км.
У спутника переменная скорость. В области апогея скорость движения ИСЗ замедляется и обеспечивает радиовидимость 6…8 часов. 6…8 часов это то время, когда один спутник находится в рабочей зоне. Для обеспечения непрерывной связи на одной орбите необходимо расположить не менее трех спутников, а лучше 4.
Преимущества ИСЗ с ВСО большой размер зоны обслуживания.
Недостатки: необходимость слежения земных антенн за спутниками и переориентация этих антенн с заходящего спутника на восходящий.
ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО)
ГСО это орбита, на которую если поставить спутник, он будет вращаться вместе с Землей с одинаковой скоростью. Он находится неподвижно относительно земной точки.
ГСО — круговая орбита с периодом обращения ИСЗ 24 часа, расположенная в плоскости экватора на высоте 35 875 км с поверхности Земли. Орбита синхронно вращается с вращением Земли, поэтому спутник находится неподвижно относительно земной поверхности.
Достоинства:
- Зона обслуживания одного спутника достигает треть поверхности Земли, т.е. 3-х спутников достаточно для глобальной сети.
- Антенны земных станций не требуют систем слежения. Антенна неподвижна.
- Не требуют сложной наземной аппаратуры, могут обеспечивать большое покрытие, но в зонах не сильно приближенных к полюсам Земли.
Недостатки:
- В северных широтах спутник виден под малыми углами к горизонту и совсем не виден в приполярных областях.
Но если в южном полушарии это не так страшно, то в северном Скандинавские страны, Россия, Канада находятся достаточно близко к полюсу и там геостационарные спутники связь не обеспечивают.
- Ограничение на количество спутников на ГСО.
- Достаточно высокая цена самого аппарата ИСЗ и его запуска.
ИСЗ на низковысотной орбите (НВО)
В настоящее время развиваются спутники связи на низковысотной орбите.Спутники запускаются на круговые орбиты, бывает полярная орбита, которая проходит через нулевой меридиан, плоскость которых наклонена к плоскости экватора. Наличие большого количества спутников на разных орбитах, позволяет добиться высокого покрытия поверхности Земли этими системами связи.
Высота орбиты 200…2000 км над поверхностью Земли. Спутники относятся к легкому классу и для их запуска можно использовать недорогой носитель, либо дорогой носитель, который сразу забросит на орбиту два десятка аппаратов, которые потом выводятся в нужной точке. Покрытие может быть глобальное.
Главный недостаток ИСЗ на НВО, спутники вращаются по круговым низким орбитам на достаточно высокой линейной скорости и от момента, когда спутник выходит в ту зону, где находится абонент, до того момента, когда он из этой зоны выходит, может проходить 20-40 минут. Для того, чтобы обеспечить хорошее покрытие, нужно много спутников.
Проблема космического мусора
Еще одна проблема, так называемая проблема космического мусора или засорения околоземного пространства остатками различных летательных аппаратов. Когда, какой-либо космический аппарат выводится из эксплуатации, в доброе старое время его просто отключали, на спутниках “Молния” с помощью пиропатронов отстреливали солнечные панели и спутник терял питание, превращался в кусок железа, который вращается на орбите, а потом с этой орбиты сходит. Когда спутников было 1, 2, 3 это было не страшно для человечества, хотя были печальные случаи, когда довольно массивные космические аппараты, не целиком сгорали при сходе с орбиты и падали туда, куда не надо.
Спутники, как правило имеют систему питания основанную на солнечных батареях. Но в свое время проводили эксперименты над спутниками у которых в качестве источника питания использовался генератор, который работает на основе ядерной реакции, т.е. распад какого-нибудь урана или плутония, при этом выделяется энергия, которая преобразуется в электричество, грубо говоря спутник с ядерным реактором. И такой советский спутник, содержащий радиоактивные материалы, приземлился на территорию Канады и был грандиозный скандал международный.
Сейчас в космосе вращается несколько десятков тысяч старых спутников и их остатков. Поэтому построение систем в которых используется большое количество спутников, оно чревато плачевными последствиями.
Также, наличие большого количества спутников на орбите приводит к тому, что эти спутники, создают световой экран, который мешает наблюдению ученым, через астрономические телескопы с Земли. Эти спутники создают яркие точки, которые все время находятся перед объективами телескопов.
Диапазоны частот спутниковой связи
Диапазоны частот, которые отведены в соответствии с Международным Союзом Электросвязи ITU, которые регламентировали использование частот. Частоты, как правило высокие СВЧ, потому что более низкие частоты хуже себя ведут, отражаются от ионосферы, а ВЧ хорошо затухают в этой атмосфере.
Чем выше подниматься по диапазону частот, тем хуже работает электроника.
Спутниковые службы
В зависимости от назначения систем спутниковой связи и типа земной станции различают следующие службы:
- Фиксированная спутниковая служба для связи между станциями, расположенными в определенных фиксированных пунктах и для распределения телевизионных программ.
- Подвижная спутниковая служба для связи между подвижными станциями,размещенными на транспортных средствах или у абонентов.
- Радиовещательная спутниковая служба для передачи радио и телевизионных программ непосредственно на терминалы абонентов.
Фиксированные спутниковые службы
Начиналось всё с фиксированных спутниковых служб. Это связь с использованием космического ретранслятора между наземными станциями. И основное назначение это обеспечение связи в первую очередь для государственных нужд.
Фиксированные спутниковые службы начали использоваться государством для центральных телевизионных программ на удаленную территорию советского союза. Первоначально ФСС развивалась в направлении создания систем магистральной связи с применением наземных станций с диаметром антенн порядка 12…30 метров.
Фиксированная антенна с приемной станцией “Орбита”, диаметр антенны 12 метров. Система “Орбита” использовала спутники на высокоэллиптической орбите, это были первоначально спутники серии “Молния”. На эллипсе надо иметь 3 аппарата, как правило 4, чтобы обеспечить постоянную связь.
В настоящее время для фиксированных служб функционирует около 50 систем ФСС. Например, “Молния 3”.
На высокоэллиптической орбите используются аппараты, которые называются “Меридиан”. Спутники “Радуга” и “Горизонт” это геостационарные аппараты, которые обеспечивают фиксированную спутниковую связь. Intelsat это международная система.
Подвижные спутниковые службы
Особенностью большинства систем ПСС является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. Востребованы на морском транспорте. Для того, чтобы мощность сигнала достигающего приемника была достаточной, применяют одно из двух решений:
- Спутники располагаются на геостационарной орбите поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35 786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat. Подвижная спутниковая связь начала свое существование с международного договора по созданию системы Inmarsat, которая была первоначально ориентирована на обеспечение связи с морскими судами.
- Множество спутников располагается на наклонных или полярных НВО. Inmarsat и прочие системы основанные на спутниках, как правило предназначены для оказания коллективных услуг. А когда создается система на низковысотных спутниках, то можно за счет более низкой стоимость аппарата и низкой стоимости запуска, построить глобальную сеть, которая позволит Вам связываться из любой точки земного шара, через спутниковую сеть. Первой такой системой, была система Iridium.
Спутниковая система Iridium
Система базируется на 66 лёгких (масса 689 кг) ИСЗ, равномерно размещенных на 6 НВО. Орбиты через 60 градусов охватывают всю Землю. И на каждой орбите находится по 11 спутников, которые по очереди выходят в зону в которой находится абонент. Высота основной орбиты 780 км.
Орбиты разнесены на 30 или 60 градусов и каждый спутник поддерживает связь с тем спутником, который идет впереди и с тем, который идет сзади по его орбите. И с двумя спутниками, которые находятся на двух соседних орбитах. Такая связь позволяет передать сигнал с любого спутника на любой. Одновременно обеспечивается до 11 000 телефонных соединений.
Если у Вас есть терминал Iridium, где бы вы не находились, вы можете установить связь. Если вы находитесь в обычной зоне, где мобильная связь работает, то ваш терминал перейдет в режим работы мобильной связи и не нужно будет нагружать спутник. Кроме основных спутников, есть 4 резервных, которые находятся на резервной орбите.
Радиовещательная спутниковая служба
РСС реализует персонализацию, передачу радио и телепрограмм непосредственно на индивидуальные приемники абонентам.
Прохождение радиосигналов в спутниковых линиях связи имеют особенности. Запаздывание сигнала в спутниковой связи с искусственных определена временем прохождения сигнала Земля — спутник — Земля. tз=2Н/С₀
- где Н — расстояние от спутника до поверхности Земли;
- С₀— скорость распространения электромагнитной энергии.
Для геостационарной орбиты tз=238 мс.
Также имеется эффект Доплера это изменение частоты сигнала, который мы принимаем от движущегося источника или изменение частоты при движении. Для скоростей много меньше скорости света Vr/с˂˂1 изменение частоты составляет Δf=±f₀(Vr/с) для спутников “Молния” не более 6 кГц. Это нужно учитывать при настройке. В принципе для широкополосной системы 6 кГц может ничего не значит, а для стандартного телефонного канала в декаметровом диапазоне, если будет смещение 6 кГц, то вы вывалились бы из него, потому что там вся полоса пропускания может быть 3 кГц.