Сравнительные характеристики связных СС, созданных в ОАО ИСС

В аппаратах «Экспресс-АМ» есть модуль полезной нагрузки (ПН) и модуль служебных систем (МСС) с минимумом интерфейсов между ними. Конструктивной основой МСС (платформы) является цилиндрический гермоконтейнер, в котором на приборной раме массой 22 кг устанавливается до 500 кг аппаратуры. Вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха внутри гермоконтейнера. Снаружи на него навешиваются радиатор чечевицеобразного сечения, баки гидразина бортовой ДУ, баки ксенона для стационарных плазменных двигателей, используемых для коррекции точки стояния аппарата.

Электропитание обеспечивают две панели солнечных батарей общей площадью 60 м², устанавливаемых на поворотное устройства в нижней части гермоконтейнера (на орбите она будет верхней). Эффективность СБ увеличена с 96 до 111 Вт/м² в конце 12-го года работы, а мощность для ПН – с 3 200 до 4410 Вт. Шесть блоков никель-кадмиевых аккумуляторных батарей имеют доказанный ресурс 20 лет при уровне разряда 80 % и систему капельного заряда, позволяющую аппарату входить в тень с почти 100 % зарядом.

Основа модуля ПН – базовая плита, установленная на 12 точек механического крепления на МСС. К плите стыкуются боковые панели и астроплата, образуя так называемый «домик» суммарной массой 129 кг. На северную и южную панели, которые менее всего нагреваются Солнцем, ставится аппаратура с максимальным тепловыделением.

Базовая плита и панели изготавливаются по оригинальной и перспективной технологии – сотопанели со встроенным жидкостным трактом терморегулирования. Благодаря системе терморегулирования температура поддерживается на уровне +16…+20ºС с отклонением на 0,5º от заданной величины и регулируется скоростью прокачки.

На панелях «домика» монтируются электронные компоненты ПН и антенны. Модуль ПН имеет две раскрываемые антенны диаметром 1 800 мм, каждая из которых формирует два «пятна» различной поляризации сигнала, и две перенацеливаемые диаметром 650 мм, позволяющие сформировать узкий луч.

В интересах министерства обороны РФ на орбитах работают ИСЗ «Радуга» и «Радуга-1» (см. табл. 8.8). «Радуга-1», запущенная 6 октября 2001 года, имеет орбиту со следующими параметрами:

наклонение орбиты – 1,35º;

среднее удаление от поверхности Земли – 35 922 км;

период обращения – 24 ч.

Аппараты «Радуга-1» предназначены для трех частотных диапазонов, работают со стационарной орбиты.

Таблица 8.8

Запуски СС серии «Радуга»

Современные зарубежные спутники связи

Стационарный спутник связи канадской корпорации TeLesat «Anik». 21 ноября 2001 года в 23:56 UTC (20:56 местного времени) с пускового комплекса «ELA-2» космодрома Куру во Французской Гвиане стартовой командой компании Arianespace запущен носитель «Ariane 44L» (вариант с четырьмя жидкостными стартовыми ускорителями) со спутником «Anik Fl», принадлежащим канадской корпорации TeLesat.

По сообщению Arianespace, параметры орбиты КА после отделения от верхней ступени ракеты составили (в скобках - расчетные значения):

наклонение – 5,999° (6,002±0.07);

высота в перигее – 225,5 км (224,7±3);

высота в апогее – 38 412 км (38 340±86).

Сейчас аппарат находится в точке стояния 107,3° з.д.

Спутник имеет 84 транспондера с усилителями на основе ламп бегущей волны и использует для маневрирования на орбите и удержания в точке стояния четыре 25-сантиметровых ионных электроракетных двигателя XIPSTM, работающих на ксеноне.

«Anik Fl» – девятый спутник, который построили для TeLesat, и самый мощный на сегодня.

Аппараты «Anik Fl» и -F2 (последний будет запущен в конце 2002 г.) являются мировыми лидерами в области мощности и пропускной способности. «Anik F1» в 15 раз мощнее таких спутников, как «Anik С» и D. (Мощность СБ (средняя за весь срок эксплуатации) составляет 17,5 кВт, используются две пятисекционные панели с фотоэлементами на основе арсенида галлия с двойным р-n переходом). Характеристики спутника «Anik F1» приведены в табл. 8.9.

Таблица 8.9

Характеристики спутника «Anik F1»

Спутники связи европейской компании SES «Astra». 16 июня 2001 года в 04:49:00 ДМВ (01:49:00 UTC) с 23-й пусковой установки 81-й стартовой площадки 5-го Государственного испытательного космодрома Байконур стартовыми расчетами Росавиакосмоса при поддержке боевых расчетов Космических войск РФ выполнен пуск РН 8К82К «Протон-К» с РБ ДМВ. В 11:45 ДМВ на переходную к геостационарной орбиту был выведен телекоммуникационный спутник «Astra 2C».

КА принадлежит компании Societe Europeenne des Satellites S.A. (SES, штаб-квартира расположена в Люксембурге). Поставщиком пусковых услуг выступило российско-американское совместное предприятие International Launch Services (ILS).

По данным ILS, отделение КА было произведено на орбите с параметрами (в скобках – расчетные значения):

наклонение – 15,99° (16.0±0.75°);

высота перигея – 7 706,6 км (7 700,0±400 км);

высота апогея – 35 826,6 км (3 5836,0±150 км).

КА «Astra 2C» – двенадцатый спутник системы «Astra». Он изготовлен компанией Boeing Satellite Systems (BSS) на основе базового блока BSS-601HP. Аппарат имеет стартовую массу 3643 кг. При запуске его габариты составляют 3,3 м в длину и ширину и 5,5 м в высоту. На геостационарной орбите он разворачивает солнечные батареи (размах 26 м) и антенные рефлекторы (размах 10 м). Система ориентации спутника – трехосная. Гарантийный срок активной эксплуатации КА – 15 лет.

Система электропитания спутника включает две солнечные батареи с фотоэлектрическими преобразователями из арсенида галлия мощностью 7 кВт и 28-элементная никель-водородную буферную батарею. На Astra 2C установлена двухкомпонентная апогейная двигательная установка многократного запуска. Для коррекции точки стояния аппарат использует ионную двигательную установку XIPS (Xenon Ion Propulsion System), работающую на ксеноне. Использование ионной ДУ позволяет сократить на 90% массу запасов рабочего тела.

Полезная нагрузка «Astra 2C» состоит из 32 транспондеров с шириной полосы пропускания по 33 МГц, работающих в Кu-диапазоне (14/11 ГГц). Ретрансляторы используют в качестве усилителей лампы бегущей волны с выходной мощностью 105 Вт каждая. Режим работы этих ретрансляторов цифровой. BSS гарантирует работу как минимум 28 из 32 ретрансляторов через 5 лет после запуска спутника. Кроме того, на «Astra 2C» установлены усовершенствованные антенны, использующие два больших облегченных рефлектора.

Аппарат предназначен для непосредственного теле- и радиовещания на Западную Европу. В обозначении спутников семейства «Astra» всегда кодировалась точка его стояния на геостационаре: группа «Astra 1» размещалась в 19,2° в.д., «Astra 2» – в 28,2°в.д., а для еще не запускавшихся «Astra 3» заготовлена точка 23,5°в.д. Такое правило верно для всех КА «Astra», за исключением ID, который в 1998-2000 гг. «гулял» между точками 19,2° в.д. и 28,2° в.д. и сейчас стабилизирован в последней (табл. 8.10).

Однако в сообщении SES, посвященном запуску КА «Astra 2C», в качестве расчетных точек были названы обе: и 19,2° в.д., и 28,2° в.д. Дело в том, что запуск нового мощного КА «Astra 1K» в точку 19,2° в.д. задерживается. Поэтому 2C будет временно работать вместо него в этой точке. Там он подстрахует «Astra 1A», у которого заканчивается гарантийный 13-летний ресурс. Но как только 1K придет в нее и будет введен в эксплуатацию, 2C переберется в свою «законную» точку 28,2° в.д.

Таблица 8.10

Точки стояния КА семейства «ASTRA»

«Astra ЗА» - восьмой спутник компании SES «Astra», запущенный на РН семейства «Ariane». Первым был «Astra 1A» в декабре 1988 г.

29 марта 2001 года в 01:29 UTC (22:29 по местному времени 28 марта) со стартового комплекса ELA-2 Гвианского космического центра стартовой командой компании Arianespace произведен пуск РН «Ariane 44L» (полет «V149»). Носитель вывел на орбиту КА связи «JCSAT-2A» (также встречается обозначение «JCSAT-8»), принадлежащий японской корпорации Japan Satellite Systems Inc. (JSAT), и КА Astra ЗА, принадлежащий компании SES «Astra» (Люксембург) - европейскому подразделению компании SES Global. Оба КА были изготовлены американской компанией Boeing Satellite Systems Inc., расположенной в Эль-Сегундо (Калифорнии).

По данным Arianespace, отделение КА было произведено на орбите с параметрами (в скобках - расчетные значения):

высота перигея – 249,8 км (249,6±3 км);

высота апогея – 35 995 км (35 982±150 км);

наклонение – 4,00° (4,0±0,06°).

С запуском КА «Astra-3А» Люксембургская компания SES «Astra», широко известная в Европе своими услугами в области кабельного телевидения и широкополосной спутниковой связи, начала осваивать новую для себя орбитальную позицию 23,5° в.д. До сих пор главной точкой для SES «Astra» была 19,2°в.д. В нее выводились все первые КА «Astra», имевшие индекс «I» (всего восемь спутников от 1А до 1Н). Расширению орби­тальной группировки мешала сильная за­груженность пространства на ГСО, позволя­ющего вещать на Европу.

Однако в середине 90-х годов фирме удалось согласовать в МЭС вторую орбитальную позицию, расположенную восточней первой, - 28,2° в.д. С 1998 г. в нее начались запуски аппаратов второй серии –«Astra 2». Однако компания не остановилась на достигнутом. В недавнем прошлом SES «Astra» получила еще ряд орбитальных позиций: 5,2°, 23,5° и 24,2° в.д

Текущее положение связных спутников серии «Astra» приведено в табл. 8.11.

Таблица 8.11

Текущее положение связных спутников серии «Astra»

Полезная нагрузка КА состоит из двадцати транспондеров диапазона Кu. Через них будет вестись непосредственное телевещание на наземные пользовательские терминалы на частотах 11,45-11,70 и 12,50-12,75 ГГц.

Характеристики КА «Astra 3А» приведены в табл. 8.12.

Спутники связи компании PanAmSat «PAS». Компания PanAmSat, образованная в 1988 г., является одной из самых крупных в спутниковом бизнесе. В конце 1980-х гг. она смогла лишить Intelsat монополии на международные услуги спутниковой связи. Сегодня PanAmSat – лидер телекоммуникационной промышленности, имеющий сотни клиентов. Компания обладает самым большим среди коммерческих фирм флотом геостационарных спутников: 22 КА, три из которых были запущены в 2000 г. Годовой оборот PanAmSat составляет почти 10 млрд. $.

Таблица 8.12

Характеристики КА «Astra 3А»

«PAS-1R» стал самым мощным КА в «спутниковом флоте» компании PanAmSat. КА «PAS-1R» изготовлен компанией Boeing Satellite Systems (бывшая Hughes Space and Communications) в г.Эль-Сегундо (штат Калифорния, США) на основе базовой платформы «Boeing702» (ранее – «HS-702»). Это второй КА, изготовленный на базе такой платформы. Первым был Galaxy XI, запущенный также для PanAmSat ранее в 2000 г. на «Ariane 4».

Стартовая масса КА - 4793 кг, сухая - около 3000 кг. Спутник рассчитан на 15 лет активной эксплуатации. При запуске КА имеет высоту 6,2 м, ширину и длину по 3,5 м. Размах анелей СБ на орбите после их развертывания – 40,95 м. КА имеет трехосную стабилизацию. Мощность системы электропитания в конце расчетного срока эксплуатации – 15 кВт.

Полезная нагрузка спутника состоит из 72 активных транспондеров с линейной поляризацией, 36 из которых работают в диапазоне Кu на частотах 13,750-14,500 ГГц для канала «Земля-КА», 10,950-11,200 и 11,450-11,950 ГГц для канала «КА-Земля». Ширина полосы пропускания 36 МГц, мощность усилителей - 125 и 140 Вт. Другие 36 транспондеров работают в диапазоне С на частотах 5,925-6,425 ГГц («Земля-КА») и 3,700-4,200 ГГц («КА-Земля»). Ширина полосы пропускания - 36 МГц, мощность усилителей - 38 и 55 Вт.

К 27 ноября 2001 года с помощью собственной двигательной установки PAS-1R был переведен на околостационарную орбиту, однако вплоть до 14 декабря не был стабилизирован.

Характеристики спутников связи семейства «PAS» приведены в табл. 8.13.

Аппарат должен занять точку стояния 45° з.д., в которой до сих пор работает запущенный в июне 1988 г. (кстати, тоже на РН «Ariane») КА PAS-1. Теперь PAS-1R заменит PAS-1, гарантийный ресурс которого уже практически исчерпан. КА будет обеспечивать непосредственное телевещание, широкие услуги связи, передачи данных и доступа в Internet на территории Европы, Африки, Карибского бассейна, Южной и Центральной Америк.

Таблица 8.13

КА семейства «PAS»

Среди клиентов, которые пользовались ресурсами «PAS-1» и теперь собираются переключиться на «PAS-1R», такие известные фирмы, как ImpSat, Cisneros Television Group, CTC Mundo, Telefynica Data Colombia, Citibank, Reuters, Zona Franca Montevideo, Latinet, Suratel, Vitacom and Galaxy Latin America.

«PAS-1R» стал одиннадцатым в этом семействе (запуск еще одного – «PAS-3» - в 1994 г. был неудачным из-за аварии РН «Ariane 4»). Двенадцатый «PAS» должен выйти на орбиту в первом квартале 2001 г. на РН «Протон-К». Это будет «PAS-10». Стоит добавить, что из 11 спутников «PAS» запускались на РН семейства «Ariane», и лишь два - на РН «Протон-К».

Кроме того, компания PanAmSat владеет серией спутников Galaxy, используемых для предоставления телекоммуникационных услуг на территории Соединенных Штатов. Для этого сейчас на орбите работают КА «Galaxy IR», «Galaxy IIIR», «Galaxy IVR», «GalaxyV»… «Galaxy VII», «Galaxy IX», «Galaxy XR», «Galaxy XI.»

Спутники связи консорциума «Intelsat». Консорциум «Intelsat» (официальное название – International Telecommunication Satellite Organization (Международная организация спутниковой связи)), являющийся первым в мире коммерческим предприятием в области спутниковой связи, в настоящее время предоставляет свои услуги более чем миллиарду человек. Консорциум обеспечивает половину международных телефонных переговоров и передачу практически всех трансатлантических телевизионных программ для 30 стран мира.

Спутники консорциума, расположенные на геостационарной орбите, обеспечивают телефонную, телексную и факсимильную связь, а также телевизионные передачи для абонентов, находящихся в 170 странах мира. В системе «Intelsat» циркулирует разнообразная информация, в том числе данные о биржевых операциях, копии газет, заказы на резервирование мест в самолетах, гостиницах и так далее. В состав системы «Intelsat» также входит более 600 стационарных и 800 мобильных приемных станций, обеспечивающих более 2000 независимых каналов связи.

Стационарные станции оснащены антеннами разных видов, габаритов и назначения: от параболоидов диаметром 18 метров, предназначенных для приема данных речевой информации и телевизионных программ, до антенн диаметров 3,5 метра для приема и передачи коммерческой и деловой информации.

Управление спутниками «Intelsat» осуществляется из штаб-квартиры консорциума, расположенной в Вашингтоне. Центр управления ведет круглосуточное слежение и коррекцию орбит космических операторов. Центр обслуживает каждый новый спутник «Intelsat» с момента его запуска. Специалисты Центра выводят спутник в расчетную точку геостационарной орбиты, разворачивает антенны, и проводят цикл орбитальных проверок. Восемь станций слежения, приема телеметрии и выдачи команд системы «Intelsat» находятся в разных частях Земли (Бразилия, Камерун, Франция, Гавайские острова, Индонезия, Италия, Япония и США).

Оперативный Центр системы «Intelsat», так же расположенный в Вашингтоне, контролирует доступ наземных станций в орбитальной части системы и ежедневно обеспечивает передачу более 100 телевизионных программ.

В будущем главные усилия консорциума «Intelsat» буду направлены на широкое внедрение средств передачи сигналов в цифровой форме, что весьма важно в конкурентной борьбе с наземными волоконно-оптическими системами связи. Будет использоваться техника мультиплексирования, называемая коллективным доступом с разделением во времени (TDMA), которая позволит увеличить количество передаваемых через спутник телефонных разговоров с 24 до 120 тысяч.

Услуги, предоставляемые консорциумом «Intelsat» на коммерческой основе, условно можно подразделить на шесть категорий:

Выполнение коммутационных функций для международных телефонных сетей общего пользования. Ежегодно «Intelsat» обеспечивает миллиарды международных телефонных переговоров. Аналоговые системы с частотным уплотнением и частотной модуляцией, с многостанционным доступом с временным уплотнением каналов и коммутацией на борту спутника обеспечили более эффективную работу системы скоростной передачи информации.

Сдача ретрансляторов в аренду. Для обеспечения национальных потребностей в средствах связи, по состоянию на 1 января 1990 г., ретрансляторы консорциума «Intelsat» арендовали следующие страны: Алжир, Чили, КНР, Колумбия, Берег Слоновой Кости, Дания, Франция, Индия, Ливия, Малайзия, Мозамбик, Новая Зеландия, Нигерия, Пакистан, Перу, ЮАР, Испания, Таиланд, Великобритания, Венесуэла и Заир. Существует два способа аренды ретрансляторов: с предоставлением ряда преимуществ и без них. Аренда с преимуществом в оплате предоставляется сроком от 3 месяцев до 5 лет. При этом пользователи обеспечиваются связной аппаратурой с шириной полосы 9 МГц для глобальной связи в диапазоне С. Для предоставления таких услуг выделяются ретрансляторы с покрытием половины зоны видимости, ретрансляторы с зонными лучевыми антеннами и ретрансляторы диапазона Ku с остронаправленными антеннами. Аренда с преимуществами предоставляется по более низкому тарифу.

Аренда ретрансляторов без преимуществ в оплате предоставляется на срок 1, 5, 10 и 15 лет. Этот вид услуг отличается от предыдущего более высокой приоритетностью предоставления связи, что влечет повышение тарифа. Однако при аренде на срок свыше 5 лет предоставляются определенные льготы.

Продажа ретрансляторов пользователям для создания национальных систем связи производится на весь срок их эксплуатации в соответствии с существующей в «Intelsat» программой PDC (Planned Domestic Service). Продажа начата в 1985 г. по цене 146 млн. долларов. Ретрансляторы закупили: Аргентина, Боливия, Центрально-Африканская республика, Чад, Чили, КНР, Эфиопия, Габон, ФРГ, Иран, Израиль, Италия, Япония, Нигер, Норвегия, Португалия, Швеция, Турция, США и Венесуэла.

Сеть IBS (Intelsat Business Services) используется для организации двусторонней деловой связи через спутниковую систему Intelsat. Такого рода радиосети относятся к категории частновладельческих (Private Network Services).

Предоставление телевизионных каналов на срок минимум 10 минут до недели, например. Для спортивных передач или освещения политических событий. Возможна сдача в аренду телевизионных каналов сроком до 15 лет. Возможна также передача цифровой видеоинформации, а также различных данных и радиовещательных программ.

На период ремонта и профилактики трансатлантических подводных кабелей связи их функции выполняют спутники системы Intelsat. Первая операция подобного рода была произведена в июне 1965 года с помощью спутника Intelsat-1 (Early Bird).

Рассмотрим конструкциии таких спутников консорциума «Intelsat», как «Intelsat-4», «Intelsat-4а» и «Intelsat-6».

В 1975 году запуском седьмого связного спутника было завершено развертывание системы «Intelsat» на базе ИС3 «Intelsat-4» были расположены на стационарной орбите над атлантическим океаном и по два – над Тихим и Индийским океанами.

С помощью спутников «Intelsat-4» можно было обеспечивать все виды связи: телефонную, телеграфную, телевизионную, факсимильную передачу данных с высокой скоростью, а также ретрансляцию радио и телевизионных программ. Корпорацией «Comsat» (США) для системы связи через СС «Intelsat-4» была разработана аппаратура SPADE для наземных станций, обеспечивающая работу в режиме многостанционного доступа с предоставлением каналов по требованию, с одной несущей на канал, с кодово-импульсной модуляцией и частотным уплотнением отдельных телефонных каналов, с четырех фазовой манипуляцией несущей.

Эта аппаратура обеспечивала выключение в период пауз, что позволяло экономить мощность передатчика (а следовательно, увеличить пропускную способность) и имела поступлении запроса. Каждый приемопередатчик ИС3 «Intelsat-4» в сочетании с антеннами с глобальной DH (диаграммой направленности) наземными станциями четвертого поколения обеспечивал пропускную способность 500 дуплексных телефонных каналов в режиме многостанционного доступа с частотным разделением каналов и 800 каналов с использованием SPADE или передачу одноцветной программы со звуковым сопровождением.

Первый ИС3 серии «4» был выведен на орбиту в январе 1971 года. Основные отличия его от спутников предыдущей серии следующие:

1. На антенной платформе с механической системой противовращения были установлены приемные и передающие антенны с широкой (рупорные) и узкой (параболические) диаграммами направленности (DH);

2. Благодаря использованию системы многостанционного доступа с аппаратурой SPADE была повышена эффективность использования 500 МГц полосы частот;

3. Эффективная изотропно-излучаемая мощность (ЭИМ) при работе на остронаправленную антенну была повышена на 10 дБ;

4. Наличие отдельных антенн для командной и телеметрической систем.

Система ориентации и коррекции обеспечивала удержание спутника по широте и долготе с точностью ±0,35º. Для обеспечения заданной надежности все элементы системы ориентации и коррекции были зарезервированы. Инфракрасные (ИК) датчики Земли и солнечные датчики имели тройное резервирование.

Энергопитание бортовых систем ИС3 осуществлялось от солнечных батарей (СБ), а при нахождении в тени от двух бортовых химических батарей (БХБ).

Корпус ИСЗ (рис. 8.7) представлял собой два цилиндра, расположенные один над другим. На каждом были укреплены 11 секторов, каждый из которых был покрыт 32 вертикальными панелями кремниевых солнечных элементов (СЭ) n-p типа, размером 2×2 см., разделенных двумя панелями, используемыми для подзарядки БХБ.

Бортовая ИСЗ «Intelsat-4» представляла собой 12-ствольный ретранслятор с усилением по СВЧ. В состав системы входили 4 приемника, два входных мультиплексора, блок оконечных усилителей на лампах бегущей волны (ЛБВ), четыре выходных мультиплексора, антенная система из 6 антенн, размещенных на антенной платформе вокруг центральной мачты. Кроме того, на борту имелись также ненаправленные командная и телеметрическая антенна. В качестве приемных антенн использовались 2 рупорно-параболические антенны с круговой поляризацией: одна в плоскости –XO+Z, другая в плоскости +XO+Z бортовой системы координат (рис. 8.8)

В качестве передающих использовались 2 рупорно-параболические с широкой ДН (диаграммой направленности) и 2 остронаправленные параболические антенны с круговой поляризацией.

Отражатели антенн с узкой ДН могли поворачиваться с дискретностью 0,1º с целью их переориентации в заданный район земного шара.

Облучатели антенн оставались неподвижными. Остронаправленными антеннами пользуются на линиях спутниковой связи с высоким графиком.

Из 4 комплектов приемников ретранслятора СС «Intelsat-4» один рабочий, а остальные – резервные. В состав приемника входили следующие каскады: усилитель на туннельном диоде (6ГГц), полосовой фильтр, смеситель, гетеродин, усилитель на туннельном диоде (4ГГц), усилитель на ЛБВ. Блок входных мультиплексоров разделяют 500 МГц тракт на 12 стволов, каждый из которых имеет 36 МГц рабочую полосу пропускания.

Рис. 8.7. Вид СС «Intelsat-4» в разрезе: 1 – телеметрическая и командная антен­на;

2 – демпферы нутации (2 шт.); 3 – передающая антенна с широкой диа­граммой направленности; 4 – приемная антенна с широкой диаграммой на­правленности; 5 – остронаправленная передающая антенна; 6 – облучатель остронаправленной передающей антенны; 7 – антенная мачта; 8 – механизм вращения рефлекторов остронаправленных антенн; 9 – телеметрическая ру­порная антенна; 10 – волновод; 11 – выходные мультиплексеры; 12 – передний солнце защитный экран; 13 – телеметрическое и командное оборудование; 14 – блоки питания ЛБВ; 15 – ЛБВ (12X2 шт.); 16 – антенная платформа; 17 – узел вращения антенной платформы; 18 – блок контроля системы борто­вого питания; 19 – радиальные двигатели малой тяги системы ориентации и коррекции (2 шт.); 20 – топливные баки с гидразином (4 шт.); 21 – электронный блок управления противовращением антенной платформы; 22 – аккумулятор­ные батареи (2 шт.); 23 – ИК-датчики горизонта Земли (3 шт.); 24 – солнечные датчики (3 шт.); 25 – двигатели противовращения ИСЗ; 26 – панели солнечных батарей; 27 – теплозащитный экран; 28 – аксиальные двигатели малой тяги системы ориентации (2 шт.); 29 – апогейный РДТТ

Рис. 8.8. Система координат СС <dntelsat-4»: 1 – ось вращения ИСЗ (ось Z); 2 – приемная антенна с глобальной зоной обслу­живания в плоскости -ХО +Z; 3 – приемная антенна с глобальной зоной обслужива­ния в плоскости +ХО +Z; 4 – передающая антенна с гло­бальной зоной обслуживания в плоскости -ХО +Z; 5 – пере­дающая антенна с региональной зоной обслуживания для не четных стволов, размещенная в плоскости -ХО +Z; 6 – передаю­щая антенна с глобальной зоной обслужи-вания в плоскости +ХО +Z; 7 – пере­дающая антенна с региональной зоной обслуживания для чет­ных стволов, размещенная в плоскости +ХО +Z

Стволы подразделялись на верхние и нижние, и между ними имелась защитная полоса шириной 20 МГц, используемая для передачи телеметрии и команд управления. Средние частоты в верхних и нижних стволах были разнесены друг от друга на 40МГц. Как и спутники серии «Intelsat-4» спутники серии «Intelsat-4А» (рис. 8.9) были разработаны и построены фирмой «Hughes Aircraft».

Рис. 8.9. Спутник «INTELSAT-4A»: 1 – демпфер нутации; 2 – оборудование ретрансляционной системы; 3 – панель с солнечными элементами; 4 – батареи; 5 – солнечный датчик и датчик направления на Землю; 6 – бортовой РДТТ; 7 – бачок с гидразином для микродвигателей ориентации и коррекции орбиты; 8 – система противовращения антенного блока; 9 – передающая антенна; 10 – телеметрическая антенна.

На ИСЗ этой серии было установлено 20 ретрансляционных устройств (вместо 12 на ИСЗ «Intelsat-4»), использовалась более совершенная антенная система, которая, благодаря пространственному разделению диаграмм направленности антенн, позволяла многократно использовать один и тот же частотный диапазон. Например, на спутнике, находящемся над Атлантическим океаном в положении 25º з-д. (расчетное положение второго – 29,5º з-д.) восемь ретрансляторов с общей шириной полосы 300 МГц работали на антенну с ДН, ориентированной на Восток и охватывающей Европу и Африку; еще восемь ретрансляторов, использующие тот же частотный диапазон, работали на антенну с ДН, ориентированной на Запад и охватывающей Северную и Южную Америку; четыре ретранслятора работали на антенну с глобальной ДН; последние четыре ретранслятора обеспечивали связь со станциями на островах в Атлантическом океане, которые не были охвачены антеннами, ориентированными на Запад и Восток. Так как для антенн, ориентированных на Западное и Восточное полушария, используются одни и те же частоты, возникает необходимость надлежащей степени изоляции для сохранения на приемлемом уровне межканальной интерференции. Технические условия на систему требуют изоляции порядка 27 дБ одной антенны от ее интерферирующего бокового лепестка другой антенны. Так как спектр сигнала с частотной модуляцией имеет неединственное распределение, он не может рассматриваться как тепловой шум. В результате два несущих сигнала, имеющие одинаковые частоты, будут вызывать большую взаимную интерференцию по сравнению со случаем, когда частоты разнесены. На основе анализа ряда вариантов частот и рассматриваемых несущих сигналов, интерференция на несущую частоту может быть выдержана в пределах 1 000-1500 пВтп (пиковатт псофометрических).

Минимизация межканальной интерференции требует так же тщательной координации частот, так как имеет место широкий разброс географического положения наземных станций с вариациями окружающих эти станции электромагнитных условий среды.

Представим характеристики связных ИСЗ «Intelsat-4» и «Intelsat-4А» в сводной табл. 8. 14.

Таблица 8.14

Сравнительные характеристики СС «Intelsat - 4» и «Intelsat – 4А»

Продолжение табл. 8.14

Примечание: СБ – солнечная батарея; БХБ – бортовая химическая батарея; ЭИМ – эффективная изтропно-излучаемая мощность; ДН – диаграмма направленности; АФУ – антенно-фидерные устройства; СТР – система терморегулирования.

«Intelsat-6» (рис. 8.10) считается самым крупным и сложным коммерческим спутником связи в мире. Масса аппарата на орбите – 2 560 кг. (масса при запуске 4 240 кг.), длина (включая развернутые антенны) – 11,9 м.

Проектный срок эксплуатации – 13 лет. Спутник «Intelsat-6» является первым среди коммерческих космических аппаратов, обеспечивающий коллективный доступ с разделением во времени и бортовым переключением каналов SS/TDMA (Satellite Switched Time Division Multiple Access).

Рис. 8.10. Спутник связи «Intelsat-6»

Конструктивно спутник «Intelsat-6» разделен на вращающуюся и противовращаемую секции, которые соединены между собой устройством ВАРТА (Bearing and Power Transfer Assembly). При запуске обе секции жестко скрепляются между собой с целью уменьшения нагрузки на несущую конструкцию. На вращающейся секции смонтированы блок панелей солнечных батарей, нижний теплоизоляционный экран, электронное оборудование спутниковой платформы и топливная подсистема. Центральная цилиндрическая конструкция является унифицированным переходником для установки спутника на последней ступени РН «Ариан-4» и «Титан». На ней так же крепятся коммуникации и другие элементы двигательной установки.

Восемь баков для жидких компонентов топлива смонтированы на кольце в нижней части цилиндра, что обеспечивает снижение нагрузки на основную конструкцию. Электронный блок включает приборы систем ориентации телеметрического контроля управления и энергорегулирования, а также пиротехнические и электромагнитные приводные устройства. На вращаемой секции смонтированы четыре двигателя тягой 2,2 кг. для радиальной коррекции, при этом их сопла находятся напротив вырезов в панелях солнечных батарей. В нижней части спутника смонтированы два двигателя 2,2 кг. для осевой коррекции 2 апогейных двигателя тягой 50 кг. Эффективный теплообмен никель-водородных батарей достигается за счет их установки на вращающейся секции в нижней части цилиндра, где обеспечивается более благоприятный температурный режим. Легкая сотовая конструкция для крепления солнечных элементов изготовлена из кевлара. Для обеспечения оптимального температурного режима служебных подсистем спутниковой платформы используются смонтированные на корпусе спутника солнечные элементы типа К4-3/4. На развертываемой в космосе панели солнечных батарей установлены более мощные солнечные элементы типа К7. На ней также имеются зеркальные радиаторы. Они обеспечивают радиальный теплоотвод, за счет чего снижается уровень вторичного изучения и затенения, создаваемого штангой противовращаемой антенны.

Противовращающаяся секции состоит из антенны подсистемы, несущей конструкции, противовращаемого переднего экрана и панели, на которой крепятся антенные зеркала и облучатели диапазона. С, а также диапазона Ku с их облучателями и блок рупорных антенн. Противовращаемая секции представляет собой плоскую круглую панель с цилиндрическим опорным коном и узким ободом. На внешней стороне опорного кольца в близи зеркальных радиаторов смонтированы усилители на ЛБВ (лампы бегущей волны) и твердотельных приборов, при работе которых образуется большое количество теплоты.

На круглой панели устанавливаются выходные мультиплексор, радиопередатчики и другая аппаратура подсистемы слежения. На другой стороне круглой панели крепятся входные мультиплексоры, коммуникационные матрицы, приемники и аппаратура командной телеметрической систем. При таком размещении бортового оборудования обеспечивается оптимальный доступ при монтаже и испытаниях ретрансляционной аппаратуры.

Приемники ретрансляторов спутника связи «Intelsat-6» с покрытием половины и всей зоны видимости, а также обслуживание отдельных участков определяют системный коэффициент шума. Там же происходит преобразование по частоте принятых сигналов из диапазона 6 ГГц в 4ГГц. Для обеспечения взаимосвязи между ретрансляторами диапазона Ku (11/14ГГц) и ретрансляторами с покрытием половины зоны видимости и покрытием отдельных участков принятый на остронаправленную антенну сигнал в диапазоне 4ГГц. Приемники сгруппированы в 4 комплекта по 2 в каждом. Распределение принятых сигналов по каналам осуществляется с помощью входных мультиплексоров, в которых используются работающие в автоматическом режиме выравнивающие коаксиальные фильтры с термокомпенсацией.

Блоки усилителей мощности включают в себя предоконечные усилители, преобразователи с повышением частоты, усилители на ЛБВ и твердотельных элементов, предоконечные усилители в сочетании с усилителями на ЛБВ используются во всех каналах за исключением каналов шириной полосы 36 МГц. Усилители на ЛБВ, работающие в полосу частот 4 МГц и использующиеся в ретрансляторах, предназначенных для обслуживания половины зоны видимости и покрытием отдельных частей, а также охвата всей хоны видимости, работают на 4 уровнях мощности в пределах 5,5…16 Вт. В ретрансляторах для покрытия небольших участков используются усилители на твердотельных элементах, их мощность составляет 3,2 и 1,8 Вт. Усилители диапазона Ku мощность 20 и 40 Вт изготовлены на ЛБВ. Они используются в ретрансляторах с острой диаграммой направленности, работающих в полосе частот 11 ГГц. В них имеются преобразователи с повышением частоты, с помощью которых полученный сигнал на частоте 4 ГГц преобразуется в сигнал на частоте 11 ГГц. Усилители мощности сгруппированы в 3 резервированных комплекта, по 2 усилителя в каждом, за исключением усилителей Ku-диапазона, сгруппированных попарно в 4 блока.

Выходные мультиплексоры для всех ретрансляторов работают в режиме уплотнения смежных каналов. На спутнике для 50 ретрансляционных стволов имеется 10 мультиплексоров; 4 (по 5 стволов для каждого) используются для обслуживания отдельных участков; 2 (по 6 стволов) – для ретрансляторов с обслуживанием половины зоны видимости; 2 (по 4 ствола) – для обслуживания всей зоны видимости и еще 2(по 4 ствола) – для режимов связи с острой диаграммой направленности.

Антенная система спутника спутника связи «Intelsat-6» представлена отдельными приемными и передающими антеннами:

с острой диаграммой направленности,

для обслуживания половины и всей зоны видимости,

рупорными антеннами для обслуживания всей зоны видимости.

Сюда же относятся несколько антенн командной и телеметрической систем. Режимы обслуживания с покрытием половины зоны видимости одинаковый для всех регионов мира и точек стояния спутников на орбите. Поэтому не требуется никакой реконфигурации а исключением коррекции орбиты спутника.

Для обслуживания абонентов в прилегающих к Атлантическому, Тихому и Индийскому океанам районах путем коммутации различных фидерных распределительных блоков можно сформировать 4 луча, охватывающие отдельные крупные участки Земли. А также лучи с острой диаграммой направленности эллиптической формы, управление положением которых на поверхности земли может осуществляться как в направлении Север-Юг, так и в направлении Восток-Запад. Корректировка направленности лучей, обслуживающих всю зону видимости, для компенсации смещения спутника возможна в направлении Восток-Запад.

Прием сигналов в режимах покрытия половины зоны видимости и обслуживания отдельных участков ведется на параболическую антенну диаметром в 2 м со смещенными облучателями. Передача преобразованных сигналов осуществляется с помощью антенны диаметром 3,2 м. Обе антенны облучаются комплектом многомодовых рупорных облучателей, объединенных в фидерные блоки. Блоки выполнены из алюминия, чем обеспечивается высокая амплитуда и вазовая стабильность в различных условиях формирования диаграммы направленности. Перераспределение диаграммы направленности для обслуживания абонентов в отдельных участках междуокеанскими регионами осуществляется с помощью специальной сети средств коммутации. При этом антенные отражатели, работающие в режиме покрытия половины зоны видимости и покрытия отдельного участка, могут управляться дистанционно (с участием оператора) или автоматически (с использованием системы радиослежения).

Прием сигналов из зон, обслуживаемых остронаправленными лучами, осуществляется на отдельные управляемые параболические антенны, сориентированные на Восток и Запад. Каждая антенна облучается одним рупорным облучателем с двойной поляризацией на 2 частотах, что позволяет не только вести прием, но и осуществлять ретрансляцию с помощью одной и той же антенны. Ориентирование антенны достигается поворотом ее рефлектора и рупорного облучателя с использованием механического поворотного механизма.

Покрытие всей зоны видимости на частотах 6/4 ГГц обеспечивается двумя рупорными антеннами с круговой поляризацией. Передача сигналов телеметрического контроля и траекторных измерений ведется на частотах диапазона 11 ГГц через конические рупорные антенны. При нахождении спутника на переходной орбите ведется передача телеметрических сигналов и прием командной информации через смонтированные на выдвижной штанге всенаправленной биконической антенны.

Бортовая телеметрическая система «Intelsat-6» модульного типа осуществляет выборку данных о состоянии показателей работы аппаратуры и передачу их для оценки на Землю. При работе телеметрической аппаратуры спутника в нормальном режиме передачи используется малый кадр (Minor Frame), состоящий из 256 восьмиразрядных слоев и большой кадр (Major Frame), который состоит из 32 малых кадров с 32 машинными словами, субкоммунитированными на их полную глубину. Наличие так называемого расширенного (Dwell) режима позволяет осуществлять ускоренную выборку данных от одной до 8 заданных точек измерения без воздействия на работу телеметрических средств в нормальном режиме. На противовращаемой секции спутника насчитывается 768 резервированных точек телеметрических измерений, а на вращающейся 256. Несущая для передачи телеметрических сигналов, где может быть до 3 поднесущих одновременно, модулируется по фазе закодированными в двухфазном уровне данными (нормальный и расширенный режимы), поступающими от генераторов поднесущих в центральных телеметрических блоках, или тональными сигналами измерения дальности от командного приемника.

На переходной орбите маломощные выходные сигналы передатчиков телеметрической системы усиливается в блоках с лампами бегущей волны (ЛБВ), относящихся к целевой аппаратуре, и подаются на всенаправленную биконическую антенну, обеспечивающего тороидальное покрытие с шириной луча ±20° относительно плоскости перпендикулярной от вращения спутника. При штатной эксплуатации спутника на рабочей орбите сигнал с каждого передатчика телеметрической информации передается непосредственно на коническую рупорную антенну, обеспечивающую передачу луча шириной ±20°.

Командный сигнал состоит из трех тональных сигналов, которые представлены единицей (1), нулем (0) и исполнительным кодом. Структура команды состоящая из двух частей обеспечивает максимальную гибкость в управлении длительностью исполнительного режима, упрощает конструкцию аппаратуры и исключает наличие исполнительных импульсов большой длительности, появляющихся в результате наличия битовых ошибок.

В первой части команды точно определяется адрес спутника и номер команды. Для выполнения команды передается короткая по длительности ее вторая часть, в которой уточняется адрес спутника и задействуются в реальном масштабе времени контуры исполнения тоновых сигналов. Исполнительный код может быть любой длительности и может при необходимости передаваться неоднократно для многоразового его выполнения. В аппаратуре командной подсистемы имеются дистанционные дешифраторы командных сигналов. Командные интерфейсы отрицательного порогового напряжения обеспечивают высокую отказо- и помехоустойчивость. Помимо 1 024 (768+256) резервиро-ванных команд, на противовращаемой секции обеспечивает прием еще 24 команд, а на вращаемой – 8, что обеспечивает возможность передачи на спутник резервированных последовательных команд. Кроме того, командная подсистема может одновременно передавать импульсные команды для приведения в действие радиочастотных переключателей статической коммуникационной матрицы и в СВЧ – коммутационной матрице.

При нахождении спутника на переходной орбите передача телеметрических сигналов, прием командной информации и обмен данными измерений орбиты ведется на 2 всенаправленные биконические антенны. Биконическая антенна (диапазона 6ГГц) командной системы смонтирована поверх телеметрической биконической антенны диапазона 4ГГц, вся сборка укреплена на длинной штанге, которая частично развертывается на переходной орбите. При окончательном развертывании эти антенны уходят из поля обзора целевых антенн, предназначенных для обслуживания половины из всей зоны видимости. На стационарной орбите работа телеметрической системы обеспечивается двумя спутниковыми рупорпными антеннами; команды с Земли принимаются на всенапрпавленную биконическую антенну.

В табл. 8.15-8.23 приведем основные характеристики спутников связи «Intelsat».

Таблица 8.15

Основные характеристики спутников связи «Intelsat»

Примечание: РТР – ретранслятор КА.

Таблица 8.16