Космические системы связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• космос спутник связь ретранслятор

Введение

Глава 1. Космические системы связи

1.1 Ретрансляция

1.1.1 Активные ретрансляторы с задержкой

1.1.2 Спутники -ретрансляторы без задержки

1.1.3 Неподвижные спутники- ретрансляторы

1.2 Спутники

Заключение

Глава 2. Практическая часть

Приложения

Введение

Освоение космоса, космические исследования относятся к одному из основных направлений научно-технической революции. Рассмотрение этого направления в технико-экономическом аспекте представит определенный интерес для специалистов, разрабатывающих международные программы сотрудничества в области экономики, науки и техники.

Искусственные спутники Земли, обладая такими особенностями, как возможностью находиться в зоне прямой видимости со значительных территорий поверхности Земли, высокой скоростью перемещения и регулярностью движения, позволяют эффективно решать важные народнохозяйственные задачи: определение координат (геодезия и навигация), передача информации (телевидение, радиовещание, телефонная и телеграфная связь), наблюдение за Землей (исследование природных ресурсов и окружающей среды), изучение и контроль процессов в атмосфере.

Большой практический интерес, в частности, представляет вынесение в космос, например на орбиты искусственных спутников Земли или на Луну, части производственно-технических комплексов. На Луну могут быть вынесены вредные, горнодобывающие, энергоемкие виды производства. В условиях космического полета (невесомость, вакуум) могут производиться крупные кристаллы, композитные материалы, уникальная оптика, сверхчистые химические и лекарственные препараты и многое другое. Особое значение в ближайшем будущем будет иметь вынос за пределы Земли вредных, вторично не перерабатываемых отходов производства.

Технические характеристики ракетно-космических систем, а также успехи в создании радиоэлектронной и оптико-механической аппаратуры позволили приступить уже в наши дни к решению конкретных задач. Среди них особо важное значение имеют задачи, связанные с разносторонним и комплексным исследованием природных ресурсов Земли и окружающей среды. Это объясняется по крайней мере двумя главными обстоятельствами. Первое из них связано со все расширяющейся (причем за последние годы темпы растут лавинообразно) хозяйственной деятельностью человека на нашей планете, требующей форсированной разработки природных ресурсов, второе -- со все более существенным влиянием человека и его производственной деятельности на природную среду. Если в прежние годы вопрос стоял о том, чтобы в минимальной степени влиять на экологическую систему планеты, другими словами, не нарушать равновесия в природе, то теперь мы вынуждены на основании глубокого изучения биосферы изменять эти условия, но таким образом, чтобы сохранить природную среду в состоянии, пригодном для комфортной жизни человека. Решать такие глобальные задачи возможно только с помощью космонавтики.

Глава 1. Космические системы связи

1.1 Ретрансляция

Проблема дальней радиосвязи приобрела особое значение, как только полеты человека в космос встали на повестку дня. В чем сложность, каковы пути решения этой проблемы? Рассматривать ее можно с двух точек зрения, имея в виду радиосвязь между наземными пунктами управления и космическими летательными аппаратами, а также использование ИСЗ ИСЗ- искусственный спутник Земли как ретрансляторов для увеличения дальности связи между наземными объектами, самолетами, кораблями и т. д. Эти две задачи различаются по своей постановке, но с технической точки зрения имеют много общего.

Необходимость радиосвязи между наземными пунктами управления и космическими летательными аппаратами очевидна. Во время исторического полета майора Титова, например, связь с Землей поддерживалась по нескольким радиоканалам, в том числе по двум коротковолновым и одному ультракоротковолновому каналам телефонной связи, а также по двум ультракоротковолновым радиоканалам, по которым передавалось телевизионное изображение.

Для увеличения дальности и повышения надежности радиосвязи с космическим кораблем ее вели несколько радиостанций, расположенных в различных пунктах СССР. Эти радиостанции служили ретрансляторами, что позволило вести надежную связь с космическим кораблем почти на всех участках его полета.

Использование искусственных спутников Земли как ретрансляторов в системах наземной связи значительно повысит ее дальность.

До последнего времени радиосвязь между наземными пунктами, а также с самолетами, находившимися на расстоянии, превышающем 1000 км, велась только на коротких волнах. Однако коротковолновая радиосвязь сейчас не может нас полностью удовлетворить, и вот почему.

Поскольку коротковолновый диапазон частот сравнительно небольшой, в нем одновременно без взаимных помех на разных частотах могут работать не более 1000 радиостанций. Сейчас число работающих радиостанций во много раз больше, что приводит к сильным взаимным помехам.

С другой стороны, возрос уровень промышленных помех на коротких волнах, и для надежной связи требуются очень мощные передатчики. Кроме того, коротковолновой радиосвязи принципиально свойственны такие недостатки, как искажения сигнала из-за многолучевого распространения радиоволн и замирания сигнала в точке приема. В результате надежная радиосвязь на коротких волнах на очень большие расстояния в настоящее время практически невозможна.

Значительно менее загружен и более свободен от промышленных помех диапазон ультракоротких волн. Но они хорошо распространяются только в пределах прямой видимости. В последнее время начали применяться линии дальней связи, использующие рассеивание ультракоротких радиоволн на неоднородностях тропосферы или ионосферы, а также отражения от следов метеоров. Однако для такой связи требуются очень мощные передатчики.

Таким образом, обычная дальняя наземная радиосвязь испытывает большие затруднения. Между тем успехи в освоении космоса показали, что если установить на искусственные спутники Земли ретрансляторы, то с их помощью можно передавать сигналы на значительные расстояния. Мало того, можно создать системы связи, охватывающие весь земной шар. Эти системы могут служить как для наземной радиосвязи, так и для связи с космическими летательными аппаратами. Идея их создания весьма перспективна.

Использование искусственных спутников Земли в системе связи основывается на ретрансляции отражающей поверхностью или аппаратурой спутника сигналов от передающих наземных станций к приемным. В первом случае ретрансляция называется пассивной, во втором -- активной. При пассивной ретрансляции используется большая площадь отражающей поверхности спутника, которая рассеивает падающую на него часть энергии радиоволн, а наземная приемная радиостанция принимает часть рассеянной спутником энергии. Пассивные спутники передают сигналы без задержки (в реальном масштабе времени), т. е. обеспечивают мгновенную ретрансляцию.

Такие спутники отличаются простотой и малой стоимостью. Это могут быть надувные тонкостенные оболочки, не содержащие сложной специальной аппаратуры. Они надежны в работе и могут служить весьма продолжительное время. Управлять их работой предельно просто. Еще одним их преимуществом является возможность одновременной и независимой ретрансляции через один спутник практически неограниченного числа сигналов совершенно различных систем связи, соединяющих разные пункты (при условии, что системы работают на разных частотах).

По схеме пассивной ретрансляции работали американские спутники серии “Эхо”. Тонкостенная оболочка из металлизированных синтетических пленок имела сферическую форму диаметром 30 м у “Эхо--1” и 40 м -- у “Эхо--2”. Экспериментальная эксплуатация этих спутников показала, что связь на их основе недостаточно эффективна. Это объясняется прежде всего слишком большим затуханием сигнала. В связи с этим требуются большие мощности (около 10 МВт) передающих станций и очень высокие чувствительности приемных наземных устройств. Это определяет сложность и высокую стоимость наземных станций и, следовательно, всей системы космической связи в целом, несмотря на относительно небольшую стоимость самих спутников. Кроме того, слабость отраженных к Земле сигналов обусловливает большие шумы и помехи, а следовательно, низкое качество связи. Все это заставило отказаться от создания в настоящее время эксплуатационных систем связи на основе использования пассивных космических ретрансляторов.

Намного более перспективным оказался принцип построения космических систем связи на основе активной ретрансляции сигналов. В этом случае аппаратура спутника принимает радиосигналы с Земли, усиливает и затем вновь передает (ретранслирует) их на Землю. Наличие на спутнике специальной приемопередающей аппаратуры позволяет существенно снизить мощность передающей и чувствительность приемной станции, работающих на Земле. Вызванное этим снижение стоимости наземных станций столь велико, что вполне окупаются затраты на создание достаточно сложного спутника, его запуск и последующую эксплуатацию. Такая система космической связи рентабельнее системы на основе пассивных ретрансляторов и более рентабельна, чем обычные наземные системы связи. Оценки показывают, что, например, в ряде случаев подобная космическая система связи становится экономически более эффективной по сравнению с обычной наземной уже при дальности связи более 200 км. Высокий уровень мощности приходящего к Земле сигнала при его активной ретрансляции спутником обусловливает высокое качество связи. Эти факторы определили использование для космической системы связи принципа активной ретрансляции сигналов.

Большими достоинствами обладает космическая система связи со спутниками на так называемой стационарной орбите, представляющей собой круговую экваториальную орбиту высотой около 30 тыс. км. Такая орбита характерна тем, что спутник на ней находится в неподвижном относительно поверхности Земли положении (в связи с равенством их угловых скоростей вращения). Со стационарной орбиты обеспечивается большая зона охвата поверхности. Один стационарный спутник может обеспечить круглосуточную связь между пунктами, удаленными друг от друга на расстояние около 17 тыс. км, причем для уменьшения потерь сигналов принимается, что спутник а крайних точках виден под углом 7,5°.

Весь диапазон частот, ретранслируемых спутником связи, делится на поддиапазоны, называемые стволами, причем каждый ствол занимает полосу частот, необходимую для передачи одной телевизионной программы. Однако через него может передаваться не только телевизионная информация, но и, если необходимо, телефонная, телеграфная, фототелеграфная, радиовещательная. Так, например, через один ствол можно передавать одновременно до 600 телефонных разговоров. Чем большее количество стволов имеет связной спутник, тем более информативную связь он может обеспечить, том более “производительной” будет космическая система связи.

Невидимые магистрали проложены в космическом пространстве искусственными спутниками Земли. Они должны помочь соединить между собой все континенты нашей планеты прочной радио-- и телевизионной связью.

На первом искусственном спутнике Земли был установлен передатчик, работавший на частотах около 20 и 40 мегагерц и имевший мощность 1 ватт. Несмотря на незначительную мощность, сигналы спутника принимались на расстоянии в несколько тысяч километров. Это привлекло внимание связистов и послужило толчком к разработке систем космической связи.

В таких системах могут использоваться как активные, так и пассивные ретрансляторы, устанавливаемые на искусственных спутниках Земли. Возможно, например, применение неподвижных относительно Земли, или так называемых стационарных, спутников (их угловая скорость должна быть равна угловой скорости вращения Земли) на высоте около 36 000 км и подвижных на низких орбитах.

За рубежом сейчас обсуждается несколько проектов (на рис. 1 они указаны цифрами). Первый предусматривает запуск на высоту нескольких тысяч километров двенадцати спутников, которые должны получать с Земли сигналы и, отражая, передавать их на многие тысячи километров.

По второму проекту три неподвижных стационарных спутника с передающей и приемной аппаратурой должны находиться на высоте около 36 000 км. Аппаратура будет принимать сигналы с Земли, усиливать и направлять в разные стороны. Подвижные спутники могут использоваться как активные ретрансляторы без задержки и ретрансляторы с задержкой в передаче информации.

1.1.1 Активные ретрансляторы с задержкой

На ИСЗ проектируется устанавливать приёмник, запоминающее устройство и передатчик. Пролетая над одним пунктом, спутник принимает и запоминает информацию; а пролетая над другим, передает ее по команде с Земли этому пункту. Информация передается при движении самих спутников. Поэтому они получили название «курьеров»

Основной недостаток этого метода -- запаздывание передаваемой информации, величина которого определяется временем ожидания спутника до передачи на него информации и временем ее «переноса». Первая величина зависит от количества спутников в системе связи, а вторая составляет около 2-3 минут на тысячу километров расстояния при высоте полета спутника 200-500 км.

Преимущество такого вида связи в том, что могут применяться спутники на низких орбитах (200-500 км), и, поскольку дальность связи невелика, нет нужды в передатчиках большой мощности. Например, если высота орбиты 300 км и связь ведется на частоте 1000 мегагерц, наземное устройство имеет направленную антенну диаметром 5 м, а антенна на спутнике ненаправленная, то для радиотелефонной связи достаточно передатчика мощностью 5 ватт.

Продолжительность сеанса связи, во время которого информация передается на спутник или принимается с него на ультракоротких волнах, ограничивается временем нахождения спутника в пределах прямой видимости от пункта связи. При высоте полета 200-500 км она составляет около 3 минут.

Системы космической радиосвязи, использующие спутники -- «курьеры», являются простейшими, но практическое значение их огромно. Достаточно сказать, что в таком режиме работает аппаратура и искусственных спутников Земли, предназначенных для космических исследований. Во время облета Земли информация, получаемая с различных датчиков, накапливается на спутнике в запоминающем устройстве, а при пролете над приемным пунктом передается на Землю. Так было во время полета майора Титова. На космическом корабле «Восток-2» был установлен магнитофон, на ленте которого записывалось все, что говорил летчик-космонавт. Когда он пролетал над приемным пунктом, записанная информация по команде передавалась на Землю.

Чтобы определить возможность использования ИСЗ для передачи информации между наземными пунктами, в США запустили связной спутник «Курьер» с четырьмя приемниками, запоминающим устройством на 272 000 слов и четырьмя передатчиками мощностью 5-8 ватт каждый. Спутник мог одновременно вести прием и передачу информации на нескольких частотах.

1.1.2 Спутники -ретрансляторы без задержки

Они принимают информацию и одновременно передают ее на другой частоте. Если спутник летит на большой высоте относительно поверхности Земли, то дальность связи увеличивается. Зависимость дальности связи от высоты полета спутника нетрудно определить.

Принципиально возможны два варианта построения системы связи с помощью таких спутников. Прежде всего -- управляемые спутники, следующие по заданным орбитам на определенных расстояниях друг от друга. Тогда можно добиться, чтобы в любой момент между наземными корреспондентами находился хотя бы один спутник и связь была бесперебойной.

Но наиболее реально применение неуправляемых спутников. При этом не исключены перерывы в связи. Подсчитаем число необходимых спутников. Пусть q -- вероятность того, что спутник находится в пределах видимости обоих пунктов. Тогда (1-q)n = г -- вероятность того, что ни один спутник из n не может быть использован для связи.

Преимущество описываемой системы -- отсутствие запаздывания в передаче сообщений. Однако такой системе свойственны и недостатки: для надежной связи надо большое число спутников.

Не исключены также и другие варианты систем связи, использующих пассивные отражатели в космическом пространстве. Пассивными отражателями могут служить ИСЗ, Луна, рассеянные металлические тела.

В печати сообщалось о запуске экспериментального спутника «Эхо-1». Это пассивный ретранслятор, представляющий собой надувной баллон диаметром 30 м и весом 60 кг. Поверхность баллона покрыта алюминиевой фольгой с коэффициентом отражения радиоволн 0,98. Если на Земле приемник и передатчик будут иметь направленные антенны диаметром 5 м, то для телефонной связи на расстоянии 8000 км с помощью такого спутника потребуется передатчик мощностью в несколько мегаватт. Построить столь мощный передатчик в настоящее время затруднительно.

Необходимость мощных передатчиков, естественно, является недостатком пассивных ретрансляторов. Но они обладают и рядом преимуществ. Прежде всего необходимо отметить простоту конструкции и высокую надежность пассивных ретрансляторов. Кроме того, они могут одновременно ретранслировать сообщения практически неограниченного числа корреспондентов, в то время как активный ретранслятор по одному каналу может передавать сообщения только одного корреспондента.

Если объем информации невелик и применяются направленные антенны, то мощность, потребная для связи, будет небольшой, и пассивные ретрансляторы могут оказаться выгодными.

Пассивным отражателем может быть и естественный спутник Земли -- Луна. Но поскольку она удалена от Земли на большое расстояние (385 000 км) и поверхность Луны отражает всего лишь несколько процентов падающей на нее электромагнитной энергии, то для связи требуется мощный передатчик.

Однако использование Луны как пассивного ретранслятора имеет и свои преимущества -- высокую надежность и неуязвимость системы связи.

В иностранной печати обсуждается проект создания на высоте 3-4 тысяч километров пояса из рассеянных металлических предметов, способных отражать электромагнитные волны. Предполагалось, что, используя отражение радиоволн от этого пояса, можно будет вести дальнюю связь в диапазоне УКВ УКВ- ультракороткие волны примерно так же, как в диапазоне коротких волн при их отражении от ионосферы. Однако убедительных доказательств того, что такой пояс позволит создать эффективную систему связи, нет. Между тем металлические иголки, рассеянные в космическом пространстве, будут мешать при радиофизических и астрономических исследованиях, представляя собой экран вокруг Земли, а также создадут значительную угрозу для космических летательных аппаратов.

1.1.3 Неподвижные спутники- ретрансляторы

Если запустить спутник в плоскости экватора в направлении вращения Земли на круговую орбиту высотой около

Создание таких спутников открывает большие возможности для построения всемирной системы космической связи. Как видно из рис. 5, достаточно трех спутников, расположенных на вершинах равностороннего треугольника, чтобы охватить связью всю Землю за исключением небольших районов у полюсов. В простейшем варианте система связи может состоять из одного спутника. Она обслужит связью примерно 30% поверхности Земли.

Однако создание неподвижного спутника связано с большими затруднениями из-за необходимости стабилизировать его положение относительно поверхности Земли. Для этого предполагается использовать специальные дальномерные радиоканалы, позволяющие определять смещение спутника относительно заданного положения и вырабатывать команды на двигатели. Кроме того, необходима система ориентации в пространстве антенн спутника.

Если на спутнике установлена ненаправленная антенна, то из-за его большого удаления от Земли потребуется передатчик большой мощности (например, для радиотелефонной связи -- около 300 ватт). Если же установить на спутнике направленную антенну диаметром 3 м и направить ее на Землю, то необходимая мощность передатчика уменьшится (до 0,5 ватта). В обоих случаях предполагается, что связь ведется на частоте 1000 мегагерц, а диаметр антенны наземной станции равен 5м.

Использование неподвижных спутников в качестве пассивных ретрансляторов затруднено потому, что для этого требуется слишком большая мощность наземного передатчика. Для устойчивой телевизионной передачи при сравнительно приемлемых размерах наземных антенн (порядка 1000 м) и мощности наземной передающей аппаратуры около нескольких тысяч кВт нужно, чтобы диаметр искусственного спутника в виде сферы был равен примерно одному километру. Требуемая мощность существенно уменьшится, если на спутнике установить направленный отражатель больших размеров. Такой отражатель может быть надувным (из металлизированной пластмассы) размером в несколько десятков метров. При этом на спутнике необходима система ориентации отражателя.

Важное преимущество системы с неподвижными спутниками Земли -- бесперебойность связи. Спутник всегда находится на своем месте и готов ретранслировать сигналы. Правда, такая система сложна и не может использоваться в полярных районах.

Каковы же основные проблемы, возникающие за рубежом при создании систем космической связи? Можно отметить, что каналы космической радиосвязи строятся на тех же принципах, что и «земной», но имеются некоторые особенности.

Из-за большой дальности связи и невозможности установить на космическом летательном аппарате передатчик большой мощности встает проблема приема слабых сигналов. Необходимо учитывать и воздействие на приемник шумов Земли, космических шумов и тепловых шумов самого приемника.

Возможны два пути: использование наиболее помехоустойчивых способов передачи и приема информации, применять которые в обычных условиях нет необходимости, и разработка приемников с малым уровнем собственных шумов, т. е. приемников с параметрическими и особенно молекулярными усилителями.

В каналах космической связи при движении космического летательного аппарата возникает эффект Доплера. Он проявляется в изменении частоты передаваемых сигналов. Для борьбы с этим, вредным явлением прибегают к автоподстройке приемника под частоту принимаемого сигнала.

Радиоволны, направляемые с Земли на космический летательный аппарат, проходят сквозь ионосферу, в которой длинные и короткие радиоволны затухают. Радиоволны короче нескольких сантиметров затухают в тропосфере. Если учесть, что собственные шумы приемников с уменьшением длины волны связи, как правило, растут, то можно выбрать оптимальную волну связи, чтобы получить максимальное отношение мощности принимаемого сигнала к мощности собственных шумов приемника.

Оказывается, для менее совершенных приемников с параметрическими усилителями оптимальными являются метровые, для более совершенных приемников с молекулярными усилителями -- дециметровые и сантиметровые волны связи. Однако без ретрансляции они позволяют вести связь только в пределах прямой видимости. Для радиосвязи за линией горизонта можно использовать короткие волны диапазона 10-20 м. Они с некоторым затуханием проникают сквозь ионосферу и, отражаясь от поверхности Земли и ионосферы, распространяются на большие расстояния.

Мощность, необходимая для радиосвязи, резко снижается при направленных антеннах. Выигрыш в мощности тем больший, чем «острее» направленность антенны. Антенну надо точно направлять на антенну корреспондента. Для этого необходимо знать положение последнего и располагать специальной системой ориентации антенны. Точность системы ориентации должна быть тем выше, чем «острее» направленность антенны и больше получаемый выигрыш в мощности.

В последнее время достигнуты большие успехи в генерировании узких пучков электромагнитной энергии. Возбуждая определенные колебания в некоторых кристаллах, удается создать узкий и почти нерасходящийся пучок электромагнитных волн. Если этот пучок направить точно на приемную антенну, то почти вся переданная энергия будет принята. При этом связь можно вести на большие расстояния, используя передатчики малой мощности и простые малочувствительные приемники. Вся сложность здесь в точном направлении передачи на приемную антенну.

Ретрансляторы, установленные на искусственных спутниках Земли, позволяют создать системы дальней связи. Эти системы могут найти применение как для связи с Землей, так и с самолетами и космическими летательными аппаратами. Наиболее пригодны для этой цели системы связи с активными ретрансляторами без задержки, которые не требуют мощных передатчиков и громоздких антенн с высокой направленностью. Такие ретрансляторы могут устанавливаться как на неподвижных (стационарных) искусственных спутниках, запущенных на высоту 36 000 км, так и на подвижных, находящихся на малых высотах.

1.2 Спутники

Принцип построения космических систем на основании активной ретрансляции радио- и телевизионных сигналов оказался более перспективным. При его использовании аппаратура спутника принимает сигналы с Земли, усиливает их и снова отправляет на Землю. Если на спутнике смонтирована приемо-передающая аппаратура, то это позволяет существенно снизить мощность передающей и чувствительность приемной аппаратуры. Несмотря на то что в этом случае материальные затраты на спутник увеличиваются, все же такая система более совершенна. А с практической точки зрения использование этого способа для радио- и телевизионной связи на сверхдальние расстояния просто необходимо.

Учеными были произведены расчеты, согласно которым для надежного охвата всей территории России телевизионным вещанием потребовалось бы 5000 башен высотой 100 метров, 1000 башен высотой 300 метров, 700 башен высотой 500 метров. Кроме этого, вместе с возведением башен и установкой антенных устройств пришлось бы монтировать студии с аппаратурой, иметь значительный штат обслуживающего персонала и пр. Все это потребовало бы очень больших капиталовложений.

Например, затраты на строительство Останкинской телебашни вполне себя окупили, потому что в зоне ее вещания велика плотность населения. А в тех местах, где плотность населения мала, возведение подобных башен -- весьма нерентабельное дело.

Если применяется система радиорелейной связи, то отпадает необходимость создания студий при каждой башне. Такой способ связи имеет в своей основе последовательную передачу радио- и телевизионных сигналов от одной промежуточной вышки до другой. В связи с тем, что Земля имеет кривизну поверхности, этот фактор ограничивает передачу прямолинейно распространяющихся сигналов, поэтому и радиорелейных станций требуется значительное количество. К примеру, если башня имеет высоту в 100 метров, то можно произвести передачу сигнала только на расстояние в 30-40 километров, а при высоте в 300, 500 и 1000 метров -- на расстояние соответственно в 60, 100, 150 километров. А сами башни представляют собой сложнейшие инженерные сооружения, на возведение которых требуются большие материальные затраты. Тогда становится вполне очевидными, что использование искусственных спутников Земли для обеспечения радиотелевизионной связи наиболее выгодно.

Спутники связи «Молния»

23 апреля 1965 года на околоземную орбиту был выведен спутник связи «Молния-1». С его помощью предполагалось обеспечивать эксплуатацию системы дальней телефонно-телеграфной связи и передачи программ Центрального телевидения в районы Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии. Он летал на высокоэллиптической орбите с апогеем 39 380 километров и перигеем 497 километров, наклоненной к плоскости экватора под углом 65°. В течение суток «Молния-1» совершала два оборота вокруг планеты, находясь большую часть времени (примерно 16 часов) над Северным полушарием. За один виток спутник захватывал зону связи, в которую входят территории СССР, Западной Европы, ряда стран Африки и Юго-Восточной Азии, а за другой -- территорию европейской части СССР, большую часть стран Западной Европы Америку.

В 1971 году был запущен спутник «Молния-2», а в 1974 году -- «Мол-ния-3». От предшественников они отличались тем, что работали в дециметровом диапазоне волн и использовали для ретрансляции сигналов более высокие частоты, в частности сантиметровый диапазон волн (4-6 ГГц). Запуск данных спутников позволил улучшить качество передач и увеличить полосу пропускания.

Например, если расположить через равномерные интервалы времени 3-4 спутника на одинаковых эллиптических орбитах, плоскости которых будут смещены относительно друг друга на 120° для трех и на 90° для четырех спутников, то будет образована система спутников-ретрансляторов. Эта система обеспечит круглосуточную связь между пунктами в Северном полушарии планеты.

Передаваемая информация поступает на приемные антенны, установленные на Земле. Затем с помощью мощных радиопередатчиков и направленных антенн она посылается на принимающий спутник, который преобразует ее, усиливает и передает на Землю. Земные антенные установки принимают ретранслированный сигнал и далее по кабелю или радиорелейным линиям передают информацию на местные телецентры и узлы связи.

На основе «Молнии-1» и наземных станций радиоинженерами была создана первая в нашей стране космическая система связи, получившая название «Орбита». Данная система дала возможность реорганизовать внутрисоюзную связь, приблизив к Москве самые отдаленные пункты страны. Даже в далекой провинции появилась возможность принимать московские телевизионные программы при хорошей, качественной связи.

По этому же спутниковому каналу из центра на периферию передаются страницы газетных полос и фотографии, и читатели имеют возможность получать центральные газеты в день их выхода. Проводимые эксперименты: показали, что скорость передачи газет через спутники можно повысить в 7 раз по сравнению со скоростью передач по обычным линиям связи. т в течение 22 минут, а через спутник всего 3 минуты. При этом загружается тот же канал, по которому транслируется телевизионный сигнал.

Телевизионные программы, транслируемые через спутник, стали настолько привычными, что большинство зрителей даже не задумывается, каким способом на их телеэкранах появляются передачи Центрального телевидения, приходят в дом газеты и прочая информация.

Восемнадцатого мая 1966 года с борта искусственного спутника Земли «Молния-1» впервые в мировой практике были получены телевизионные изображения Земли с расстояния в 30-40 километров. В отличие от фотоснимков, сделанных системой «Метеор» с высоты примерно 1000 километров, на этот раз удалось изучить распределение облачного покрова над обширной территорией Северного полушария. После получения данных фотоснимков появилась новая возможность эффективного использования спутников связи для метеорологии, землеведения и др.

После запуска спутников серии «Молния-2» и «Молния-3» была возведена целая сеть приемных станций «Орбита». Впоследствии произошло дальнейшее расширение системы космической связи. Основой стало соглашение о создании международной системы космической связи «Интерспутник».

Геостационарные искусственные спутники Земли

Геостационарный искусственный спутник Земли представляет собой аппарат, который двигается вокруг планеты в восточном направлении, по круговой экваториальной орбите с периодом обращения, равным периоду собственного вращения Земли.

Если смотреть на такой спутник с Земли, то наблюдателю покажется, что он не движется, а стоит на одном месте. Высота его орбиты равна 36 000 километров от поверхности планеты. Именно с такой высоты видна почти половина поверхности Земли. Поэтому, расположив равномерно вдоль экваториальной орбиты на равном расстоянии (через 120°) три одинаковых спутника, можно обеспечить непрерывное наблюдение за поверхностью планеты в диапазоне широт, равном плюс-минус 70°, и глобальную круглосуточную радио- и телевизионную связь.

При использовании данных спутников в системе «Орбита» повышается качество вещания. Кроме этого, один геостационарный спутник заменяет 3-4 спутника типа «Молния». В связи с тем, что орбита спутника строго согласована с периодом вращения Земли, такой аппарат получил название синхронного, а его орбита -- стационарной.

Для того чтобы было более ясным положение спутника на орбите, ниже дается описание процесса вывода его на геостационарную орбиту.

Для начала стоит отметить, что такой спутник лучше всего запускать с космодрома, который находится на экваторе, в восточном направлении. Это следует делать потому, что появляется возможность использовать начальную скорость, обусловленную вращением Земли. В случае, когда космодром расположен не на экваторе, приходится использовать довольно сложную двух- или трех импульсную схему выведения.

В первую очередь спутник вместе с последней ступенью ракеты-носителя выводится на круговую промежуточную орбиту на высоте около 200 километров и оставляется на ней до возникновения благоприятного момента для последующего маневра. В первый раз двигательную установку включают для того, чтобы перевести спутник с орбиты ожидания на переходную, которая своим апогеем соприкасается со стационарной, апогеем -- с исходной орбитой. Причем включение двигателей аппарата должно совпасть со временем, когда спутник пересекает экватор. Продолжительность полета должна быть такой, за которую спутник выйдет в заданную точку стационарной орбиты. Как только аппарат достигнет апогея, опять включаются двигатели для поворота плоскости переходной орбиты и поднятия перигея до высоты стационарной орбиты. Затем двигатели выключаются, и спутник отделяется от ракеты-носителя.

Если космодром находится на широте более 50°, то при выводе спутника на орбиту, кроме двух рассмотренных выше включений двигателей, должно выполняться еще одно. Как и в первом случае, спутник запускается на исходную орбиту, затем переводится на переходную, но при этом высота апогея должна быть значительно большей и превышать высоту стационарной орбиты. При достижении аппаратом апогея включаются двигатели, и спутник переводится на вторую переходную орбиту, которая расположена в плоскости экватора и касается своим перигеем стационарной орбиты. На второй переходной орбите, в перигее, в третий раз включаются двигатели. Это делается для того, чтобы уменьшить скорость спутника и стабилизировать его на этой орбите.

В декабре 1975 года был создан новый спутник связи -- «Радуга», которому был присвоен международный регистрационный индекс «Стаци-онар-1». Он используется для тех же целей, что и «Молния», но находится на стационарной орбите. А что собой представляет стационарная орбита? «Радуга» летает по круговой орбите в плоскости экватора на высоте 36000 километров. Его угловая скорость точно такая же, как скорость вращения Земли. Получается, что он постоянно висит над одной и той же точкой планеты. Поскольку имеется такой высоко расположенный ретранслятор, можно сэкономить на постройке наземных радио- и телестанций, то есть оснащать их небольшими по размеру приемными антеннами.

В 1978 году появился ««Стационар-Т», а еще через год -- спутник «Экран» (международный регистрационный индекс «Стационар-Т»). Данный спутник имел особую форму: при его использовании облегчился прием передач Центрального телевидения на упрощенные наземные приемные установки. На спутнике «Стационар-Т» был смонтирован радиопередатчик, мощность которого во много раз выше аналогичных устройств обычных спутников связи. Кроме этого, он имел остронаправленную антенну, позволявшую сконцентрировать излучаемую электромагнитную энергию в зоне обслуживания.

Постоянное местонахождение спутника «Экран» -- точка, соответствующая 99° восточной долготы, над Индийским океаном. Спутник обеспечивает ретрансляцию как черно-белых, так и цветных телевизионных программ на территорию площадью около 9 миллионов квадратных километров. Для приема сигналов с «Экрана» применяются наземные установки двух типов. При использовании установки первого типа ведется профессиональный прием программ с последующей подачей их на телецентры. Те, в свою очередь, передают сигнал непосредственно на приемники телезрителей, находящиеся в радиусе 10-20 километров. Приемные установки могут быть смонтированы как на городском, так и на сельском узле связи.

Наземная приемная установка второго типа предназначена для применения совместно с маломощными телевизионными ретрансляторами, обслуживающими телевизионные приемники, находящиеся в радиусе 3-5 километров, а также для непосредственного коллективного приема телепрограмм с подачей их в домовую распределительную сеть. Установки второго типа оснащены антеннами уменьшенного размера и более простым приемным оборудованием.

Спутниковой связью пользуются не только при приеме телевизионных передач или для обеспечения телефонного разговора с далеко находящимся абонентом, но и для передачи всевозможной служебной информации. Сейчас в нашей стране действует около сотни наземных станций «Орбита», которые через спутники-ретрансляторы могут связать Саратов с Иркутском, Тбилиси с Якутском и т. д.

Имеется еще одна, но очень важная функция у искусственных спутников Земли. В воздухе, на море и на суше порой возникают аварийные ситуации, и люди нередко оказываются в сложной обстановке. Практически всегда при кораблекрушениях, авариях самолетов и прочих неприятностях требуется найти пострадавших и оказать им помощь.

В настоящее время поиск и спасение терпящих бедствие судов и самолетов осуществляются при помощи спутников. Была создана международная космическая поисково-спасательная спутниковая система под названием «КОСПАС-САРСАТ» (Космическая система поиска аварийных судов -- Поисково-спасательный спутник). «Коспас» -- это российская часть системы, «Сарсат» -- часть спутниковой системы, созданная совместно США, Канадой и Францией. Вводилась данная система поэтапно. Она включает в себя искусственные спутники Земли на околополярных круговых орбитах, аварийные радиобуи, пункты приема информации. В зоне обслуживания этой системы может находиться одновременно не менее 20 работающих радиобуев.

О том, насколько важно иметь такую систему, говорят цифры: ежедневно в морях и океанах находится около 25 000 судов грузоподъемностью от 100 тонн и более, около 15 000 бурильных и нефтедобывающих платформ, сотни тысяч малых судов, катеров, а также спортивных и прогулочных яхт. При этом на их борту ежедневно работают свыше 1 миллиона человек. Если к этой цифре добавить массу трансконтинентальных и местных воздушных линий, на которых ежесуточно совершается несколько тысяч полетов, то число путешественников и туристов достигнет весьма значительных величин.

А начиналась разработка данной системы так. В 1957 году небольшая группа ученых под руководством академика В. А. Котельникова сделала предложение по использованию доплеровского метода при определении параметров орбиты спутников. При слежении за полетами спутников было выявлено, что, наблюдая за ними, можно с достаточной точностью определить параметры их орбит. Одновременно с этим появилась возможность решения и обратной задачи: по параметрам орбиты спутников определять координаты объекта на Земле.

Тридцать первого марта 1978 года на орбиту был выведен искусственный спутник Земли типа «Космос-1000». Он предназначался для определения местонахождения судов транспортного и рыбопромыслового флотов. В 1982 году 30 июня был запущен «Космос-1383». На нем была установлена аппаратура для определения координат морских и воздушных судов, терпящих бедствие. Через небольшой промежуток времени вывели на орбиту «Космос-1447» и «Космос-1574».

Принцип работы космической поисково-спасательной системы следующий. Пролетая на высоте 800-1000 километров, спутник принимает сигналы, поступающие от аварийных радиобуев с площади круга до 27000 квадратных километров. Собрав информацию, спутник передает ее в наземные пункты. В этих пунктах информация перерабатывается, анализируется, вычисляются координаты аварийных радиобуев, и все данные передаются в ближайший к месту аварии поисково-спасательный центр. А остальное -- дело техники, потому что спутник-спасатель определяет место нахождения радиобуя с точностью в 2-3 километра за 8-12 минут.

Заключение

Я коснулась лишь некоторых вопросов космической радиосвязи. Запуск искусственных спутников, межпланетных станций и космических кораблей с человеком на борту открыл новую эру. Сейчас на орбитах находятся новые советские спутники «Космос-1», «Космос-2», «Космос-3» и

«Космос-4».

Их запуск имеет чрезвычайно важное значение для изучения условий прохождения радиосигналов через ионосферу и повышения надежности космической радиосвязи. Перед нами распахнулось окно в будущее и открылись широкие горизонты для новых дерзаний. Сейчас трудно охватить мыслью все, что сулит это величайшее достижение для увеличения дальности радио-- и телевизионной связи, но первые результаты уже получены.

Стремясь поставить свои достижения в исследованиях космоса на службу всему человечеству, советские люди всегда выступали и выступают за широкое международное сотрудничество в области освоения космоса.

Использование космической техники существенно повысило эффективность системы связи, позволило связать между собой все уголки земного шара, дало возможность широко использовать самые информативные, короткие волны, на которых работает телевидение. Дальняя радиосвязь с помощью обычных радиостанций осуществима на сравнительно малоинформативном диапазоне радиоволн длиной от 200 до 10 м. В этом диапазоне, например, можно одновременно осуществлять примерно несколько тысяч разговоров. Это мало. Более короткие радиоволны -- от 10 м до 2 см -- существенно более информативны, но прямолинейность распространения этих волн (они не задерживаются ионосферой) делает невозможным их использование для глобальной радиосвязи с помощью обычных наземных радиопередающих средств. Более того, даже в том диапазоне, которым пользуются наземные средстве, не удается создать высококачественной связи, так как радиосигналы, многократно отражаясь от ионосферы и Земли, претерпевают заметные изменения в зависимости от состояния атмосферы. Довольно частой ситуацией является полное нарушение связи на несколько суток при так называемых магнитных бурях, вызванных солнечной активностью. Все это ограничивает качество и надежность глобальной радиосвязи.

Новые возможности для повышения качества, оперативности и надежности связи открылись с запуском искусственных спутников Земли. Находясь в поле прямой радиовидимости большого числа удаленных друг от друга наземных пунктов, спутник позволяет объединить их сетью космической связи. В этом случае благодаря прямой видимости спутника с наземных пунктов используются информативные, короткие волны, что обеспечивает надежную и высокоэкономичную передачу большого объема информации на дальние расстояния.

Системы космической связи обеспечивают решение национальных задач по удовлетворению внутренних потребностей каждой страны и одновременно расширяют возможности международного обмена информацией.

Сегодня космические системы связи прочно вошли в жизнь. Десятки стран широко используют возможности систем космической связи и телевидения, которые создали предпосылки для обобщения и распространения информации в глобальном масштабе.

Глава 2. Практическая часть

Таблица 1. Таблица показателей для оценки эффективности маркетинговой деятельности

14.03.2012

Приложения

Приложение 1

Гистограмма 1.1 Гистограмма для оценки эффективности маркетинговой деятельности

Приложение 2

Диаграмма 1.2. Ежемесячный доход в маркетинге

Размещено на Allbest.ru