§ 4. Спутники связи

Спутники связи служат для ретрансляции радио и телевизионных сигналов между удаленными пунктами земной поверхности. Особое значение это имеет для телевизионных передач, которые, как известно, распространяются только в пределах прямой видимости. Спутник связи представляет собой ретрансляционную станцию

(подобную радиорелейным вышкам), поднятую высоко над Землей. Для осуществления передачи необходимо, чтобы спутник был виден одновременно из пунктов передачи и приема.

Самые первые эксперименты проводились в США с пассивными ретрансляторами. К ним относился «пояс иголок» (см. § 7 гл. 4 и § 5 гл. 5); предполагалось, что два таких пояса могли бы обеспечить глобальную радиосвязь. Пассивными ретрансляторами служили и американские спутники «Эхо-1» и «Эхо-2» - надувные сферы, покрытые слоем отражающего металла.

Активные ретрансляторы имеют на борту приемно-передающие устройства, что резко повышает уровень передаваемого сигнала, который собирается в пучок параболической антенной, направленной на Землю. Наземная станция ретранслирует сигнал в обычную сеть релейных станций или прямо транслирует его на антенны телеприемников. Но возможна система телевещания и непосредственно на коллективные домовые антенны, лишь бы были достаточно мощны сигналы спутника. Наземная антенна, принимающая сигналы спутника должна поворачиваться, следя за его перемещением по небу. От слежения свободны антенны, направленные на стационарный спутник. Правда, он находится довольно далеко, и Понадобилось время, чтобы прогресс ракетной техники и радиоэлектроники сделал стационарный спутник связи действительностью. К сожалению, стационарный спутник не может послать сигнал в полярные районы с широтами более 81,3°.

Возможны различные системы спутников связи, использующие орбиты разного размера и эксцентриситета, но практика показала, что для Советского Союза наиболее выгодны эллиптические орбиты с апогеем на высоте 40000 км над северным полушарием, перигеем 500 км над южным, наклонением 63,5° и периодом обращения 12 ч, а также стационарные спутники. Указанные эллиптические орбиты имеют советские спутники серии «Молния-1». В течение двигаясь медленно в окрестности апогея, спутник «Молния» смещается не более чем на 10° по долготе. Зона видимости спутника превышает зону видимости стационарного спутника и охватывает полярные районы. Продолжительность сеансов связи между пунктами зоны видимости для одного спутника составляет в сутки. Побывав в апогее над восточным полушарием, спутник на втором за сутки обороте оказывается в апогее над западным полушарием (примерная картина движения в связанной с вращающейся Землей системе координат изображена на рис. 57 [2.32]). Четыре орбиты, апогеи которых образуют квадрат, обеспечивают круглосуточную связь. Антенны спутников «Молния» направлены на центр Земли. Многочисленные приемные станции системы «Орбита» (диаметры антенн 12 м) обеспечивают передачи в отдаленные районы СССР. Система стала еще более совершенной с вступлением в строй технически более совершенных спутников серий «Молния-2» и «Молния-3» на тех

же эллиптических орбитах, а также спутников «Радугам на стационарной орбите. Наконец, 26 октября 1976 г. на стационарную орбиту на меридиан 99° в. был выведен первый спутник серии «Экран» Его приемная антенна ориентирована на Москву, а остронаправленная передающая антенна обеспечивает телепрограммами населенные пункты Сибири и Дальнего Севера; для приема используются коллективные домовые антенны несложной конструкции В 1971 г. было заключено соглашение о создании системы связи «Интерспутник», обслуживающей социалистические страны с помощью спутников серий «Молния-3» и «Радуга» [2.33, 2.34] 19 декабря 1978 г. специально для трансляции XXII Олимпийских игр был запущен советский спутник «Горизонт» на орбиту высотой с периодом обращения мин и наклонением 11,3°, а 6 июля 1979 г. для той же цели был выведен спутник «Горизонт» на орбиту, близкую к стационарной.

Рис. 57 Траектория -часового эллиптического спутника в системе отсчета, связанной с поворачивающейся за 24 часа Землей Линии, сгединяющие спутники центром Земли проведены через равные промежутки времени (эксцентриситет орбиты меньше, чем у спутников «Молния»)

Орбиты первых американских серий спутников «Реле» и «Тель-стар» (начали выводиться в 1962 г.) были эллиптическими, но с меньшими периодами обращения и с более низкими апогеями, чем у спутников «Молния». Затем появились стационарные спутники многочисленных серий, каждая из которых включила в себя несколько спутников. Помимо экспериментальных серий «Синком», Берд», стали эксплуатироваться коммерческие спутники серий «Интелсат-1, -2, -3, -4, -4А, -5». Эти спутники ведут передачи на всю видимую с высоты 35 800 км поверхность Земли, а также, имея на борту по несколько антенн, формируют узкие «карандашные» лучи шириной 4°, направляя их на отдельные районы поперечником примерно в Европе, Северной и Южной Америке (например, на спутнике серии «Интелсат-4» было 13 таких антенн). Спутник «Интелсат-4» используется СССР, ГДР, ЧССР, ПНР и НРБ для связи с США и Канадой [2.31]. В последнее время получили развитие региональные системы, обслуживающие отдельные страны: канадская «Телесат», состоящая из трех спутников серии «Аник», системы США «Сатком», «Комсат», «Уэстар», индонезийская система из двух спутников «Палапа-1, -2»; в США проектируется спутник

«Арабсат» по заказу Лиги арабских стран и т. д. Действуют военные системы: NATO, английская «Скайнет», американские DSCS и FLTSATCOM. Осуществлены системы связи с движущимися объектами: американская «Марисат» и западноевропейская «Маротс» для морских судов и «Аэросат» для самолетов над Атлантикой (США, Канада, Западная Европа). Производятся эксперименты с помощью спутников США LES, ATS-6, Канады и США CTS, западноевропейским OTS, спутником ФРГ и Франции «Симфония», Италии «Сирио», Японии CS и BS. Все перечисленные стационарные спутники, кроме японских, выведены с помощью американских ракет. На очереди, по сообщениям американской печати, создание коммерческой системы, связывающей ЭВМ в разных городах, системы связи с автоматическими и пилотируемыми спутниками и многое другое.

По мере роста мощностей орбитальных источников энергии можно будет осуществлять связь между спутниками на стационарной орбите (уже проводились эксперименты со спутниками разделенными дугой в 90°) Тогда одной наземной станции и трех стационарных спутников, разделенных дугами 120°, будет в принципе достаточно для глобального охвата земного шара. Ожидается, что луч лазера сможет передать со спутника на спутник уже в 80-х за секунду млрд. бит информации.

В 1978 г. на стационарной орбите находилось более 70 спутников. В будущем, вероятно, будут созданы большие стационарные спутники связи, каждый из которых будет способен обслуживать многочисленные виды связи (межконтинентальная, региональная, деловая, морская, авиационная, радиотелефонная, межспутниковая, телевизионное вещание), а также осуществлять метеорологические наблюдения и исследование природных ресурсов.