СОВРЕМЕННЫЕ СПУТНИКИ. Спутник Комстар

Опубликовано: 22.08.2018

Геостационарная или геосинхронная орбита Кларка

Впервые идея создания спутников связи зародилась вскоре после второй мировой войны, когда А. Кларк в номере журнала «Мир радио» (Wireless World) за октябрь 1945 г. подробно представил свою концепцию ретрансляционной станции связи, расположенной на высоте 35 880 км над поверхностью Земли.

Спутник смотрит сквозь землю

Такая орбита называется геосинхронной, геостационарной, или орбитой Кларка. Чем больше высота орбиты спутника, тем больше длительность одного витка вокруг Земли. При движении по круговой орбите высотой 35 880 км один виток совершается за 24 ч, т. е. за период суточного вращения Земли. Спутник, движущийся по такой орбите, будет постоянно находиться над определенной точкой поверхности Земли (хотя потребуются регулярные коррекции орбиты для компенсации влияния гравитационного поля Луны).

ИНОПЛАНЕТНЫЙ спутник, который вращается вокруг земли 13 000 лет

Кларк считал такую орбиту идеальной для глобальной ретрансляционной связи. Три спутника, находящиеся на геостационарной орбите в плоскости экватора, обеспечивают радиовидимость большей части поверхности Земли (за исключением приполярных областей). При этом исключается влияние ионосферы на радиосвязь. Идея Кларка не была сразу воплощена в жизнь, поскольку в то время не существовало средств доставки спутника даже на низкую околоземную орбиту, не говоря уже о стационарной.

А. Кларк представил свои первоначальные предложения по геостационарному спутнику Совету Британского межпланетного общества в виде меморандума. Этот документ, датированный 25 мая 1945 г., в настоящее время находится в архиве Смитсонского института в Вашингтоне.

Геостационарная или геосинхронная орбита

Спутник на геостационарной орбите имеет период обращения, равный суточному периоду вращения Земли, и находится в экваториальной плоскости, поэтому он все время как бы «висит» над одной точкой земной поверхности, не сдвигаясь ни на запад, ни на восток.

В такой системе один спутник обеспечивает круглосуточное вещание в определенной зоне Земли.

В системе со многими спутниками, летящими на различных (не геостационарных) более низких орбитах, такие спутники, например, как "Телстар" , требуются отслеживания траекторий движения спутников по небу наземными станциями. Вследствие этого, наземным станциям приходится переключаться с одного спутника на другой по мере того, как один спутник уходит за горизонт, а другой входит в зону видимости.

Первые запуски спутников на геостационарную орбиту

Первые шаги к использованию геостационарной орбиты были сделаны НАСА с запуском спутника «Синком 2» , имевшего орбиту с наклонением и описывавшего в проекции на земную поверхность «восьмерку». Затем был запущен «Синком 3» , имевший полноценную геостационарную орбиту.

Эти эксперименты позволили разработать спутник «Эрли берд» («Интелсат-1») — первый коммерческий спутник на геостационарной орбите.

26 июля 1963 г. спутник «Синком-2» был выведен на геосинхронную орбиту над Атлантическим океаном. Перед этим, в феврале, был запущен спутник «Синком-1» , однако у него отказала радиоаппаратура. Орбита спутника «Синком-2» имела наклонение 28° и, таким образом, след его движения на Земле имел вид восьмерки. Тем не менее, спутник был использован. 13 сентября совместно с «Реле-1» для кратковременной связи между Рио-де-Жанейро в Бразилии, Лагосом в Нигерии и шт. Нью-Джерси в США.

«Синком-3» был выведен 19 августа 1964 г. на экваториальную орбиту в точку над международной линией перемены даты и использовался для передачи церемонии открытия Олимпийских игр в Японии. Сообщения дикторов телепрограммы о том, что «Передача ведется через спутник» с этого времени зазвучали в эфире. Мир начал осознавать технические возможности спутников связи.

В современном мире жители нашей планеты уже активно пользуются достижениями космических технологий. Научные спутники , такие, как космический телескоп "Хаббл" , демонстрируют нам все величие и необъятность окружающего нас пространства, чудеса, происходящие как в отдаленных уголках Вселенной, так и в ближайшем космосе. Активное использование получили спутники связи , подобные, например, "Гэлакси XI" . С их участием обеспечивается международная и мобильная телефонная связь и, конечно, спутниковое телевидение . Спутники связи играют огромную роль в распространении интернета . Это благодаря им мы имеем возможность с огромной скоростью получить доступ к информации, которая физически расположена на другом конце света, на другом континенте. Спутники наблюдения , один из них "Спот" , передают информацию, важную для различных отраслей промышленности и отдельных организаций, помогая, например, геологам искать месторождения полезных ископаемых, администрациям крупных городов - планировать застройку, экологам - оценивать уровень загрязнения рек и морей. Самолеты, корабли и автомобили ориентируются, используя спутники Глобальной системы ориентирования (GPS) , а управление морскими коммуникациями осуществляется с использованием навигационных спутников и спутников связи. Мы уже привыкли видеть в прогнозах погоды снимки, сделанные такими спутниками, как "Метеосат" . Другие спутники помогают ученым следить за состоянием окружающей среды, передавая такую информацию, как высота волн и температура морской воды. Военные спутники обеспечивают армии и органы безопасности самой различной информацией, в том числе данными радиоэлектронной разведки, выполняемой, например, спутниками "Магнум" , а также снимками с очень высоким разрешением, которые выполняют секретные спутники оптической и радиолокационной разведки . В этом разделе сайта мы познакомимся со многими спутниковыми системами, принципами их работы и устройством спутников.

Для начала, чтобы сразу иметь представление о сложности спутниковых систем и коммуникаций, рассмотрим более "приближенный к действительности" один из первых спутников связи - спутник «Комстар» .

Конструкция спутника связи «Комстар-1»

Одним из первых геостационарных спутников, применявшихся для повседневных нужд людей, стал спутник «Комстар» . Спутники «Комстар 1» управляются оператором «Комсат» и арендуются AT&T. Их срок службы рассчитан на семь лет. Они ретранслируют сигналы телефонии и телевизионные сигналы в пределах территории США, а также Пуэрто-Рико. Через них может одновременно ретранслироваться до 6000 телефонных разговоров и до 12 телевизионных каналов. Геометрические размеры спутника «Комстар 1» : высота: 5,2 м (17 футов), диаметр: 2,3 м (7,5 фута). Стартовый вес составляет 1410 кг (3109 фунтов).

Приемопередающая антенна связи с вертикальной и горизонтальной поляризационными решетками, позволяет вести и прием, и передачу на одной частоте, но с перпендикулярной поляризацией. За счет этого пропускная способность радиочастотных каналов спутника удваивается. Забегая вперед, можно сказать, что поляризация радиосигнала используется сейчас практически во всех спутниковых системах, особенно это знакомо владельцам спутниковых приемных телевизионных систем, где при настройке на высокочастотные телеканалы приходится устанавливать либо вертикальную, либо горизонтальную поляризацию.

Еще одна интересная конструктивная особенность состоит в том, что цилиндрический корпус спутника вращается со скоростью около одного оборота в секунду, чтобы обеспечить эффект гироскопической стабилизации спутника в пространстве. Если учесть немалую массу спутника - около полутора тонн - то эффект действительно имеет место. И при этом антенны спутника остаются направленными в определенную точку пространства на Земле, чтобы излучать туда полезный радиосигнал.

Одновременно спутник должен находиться на геостационарной орбите, т.е. "висеть" над Землей "неподвижно", точнее, лететь вокруг планеты со скоростью её вращения вокруг собственной оси в направлении её вращения. Уход с точки позиционирования вследствие влияния различных факторов, самыми значительными из которых являются мешающее притяжение Луны, встреча с космической пылью и другими объектами космоса, отслеживается системой управления и периодически корректируется двигателями системы ориентации спутника.

Владимир Каланов

Лит-ра: Tim Furniss. The history of space vehicles.

>>> Читайте дальше: Первые советские спутниковые системы. Спутник связи «Молния-1».

• Спутник связи «Комстар 1» • Спутник связи «Молния-1» • Военная спутниковая программа США «Дискаверер» •