Orbit satelit yang sangat popular ialah orbit geostasioner. Ia digunakan untuk mengehoskan pelbagai jenis satelit, termasuk satelit siaran langsung, satelit komunikasi dan sistem geganti.

Kelebihan orbit geostasioner ialah satelit yang terletak di dalamnya sentiasa terletak pada kedudukan yang sama, yang membolehkan antena tetap stesen tanah dihalakan kepadanya.

Baca juga:

Faktor ini amat penting untuk sistem seperti siaran langsung melalui satelit, di mana penggunaan antena yang sentiasa bergerak mengikuti satelit akan menjadi sangat tidak praktikal.

Penjagaan mesti diambil apabila menggunakan singkatan untuk orbit geostasioner. Kita mungkin menjumpai akronim GEO dan GSO dan kedua-duanya digunakan untuk merujuk kepada orbit geopegun dan geosynchronous.

Pembangunan orbit geostasioner

Idea mengenai kemungkinan menggunakan orbit geostasioner untuk menampung satelit telah dikemukakan selama bertahun-tahun. Ahli teori dan penulis fiksyen sains Rusia Konstantin Tsiolkovsky sering disebut sebagai pengarang kemungkinan peruntukan yang mendasari idea ini. Walau bagaimanapun, buat pertama kalinya, Hermann Oberth dan Hermann Potochnik menulis tentang kemungkinan meletakkan kapal angkasa pada ketinggian 35,900 kilometer di atas Bumi dengan tempoh orbit selama 24 jam, memberi mereka peluang untuk "berlegar" pada satu titik di atas khatulistiwa. .

Langkah penting seterusnya ke arah kelahiran Orbit Geostationary telah diambil pada Oktober 1945, apabila penulis fiksyen sains Arthur Charles Clarke menulis artikel serius untuk Wireless World, penerbitan British terkemuka dalam bidang radio dan elektronik. Artikel itu bertajuk "Komunikasi Relay Luar Angkasa: Bolehkah Roket Angkasa Menyediakan Liputan Isyarat Seluruh Dunia?"

Clark cuba untuk mengekstrapolasi daripada apa yang sudah mungkin menggunakan teknologi roket sedia ada yang dibangunkan oleh saintis Jerman kepada apa yang mungkin berlaku pada masa hadapan. Beliau menyatakan idea kemungkinan menutup seluruh Bumi dengan isyarat menggunakan hanya tiga satelit geostasioner.

Dalam kertas kerjanya, Clark menggariskan ciri orbit yang diperlukan, serta tahap kuasa pemancar, kemungkinan menjana elektrik menggunakan panel solar, dan juga mengira kemungkinan kesan gerhana matahari.

Artikel Clark adalah jauh lebih awal daripada masanya. Hanya pada tahun 1963 NASA dapat melancarkan satelit ke angkasa lepas yang boleh menguji teori ini secara praktikal. Satelit penuh pertama yang mampu memulakan ujian praktikal teori Clark ialah satelit Syncom 2, yang dilancarkan pada 26 Julai 1963 (sebenarnya, satelit Syncom 2 tidak dapat melakukan ini kerana ia tidak dapat dihantar ke orbit geostasioner yang diperlukan) .

Asas Teori Orbit Geostasioner

Apabila ketinggian orbit di mana satelit berada meningkat, tempoh revolusinya di orbit ini juga meningkat. Pada ketinggian 35,790 kilometer di atas Bumi, satelit mengambil masa 24 jam untuk melengkapkan orbitnya mengelilingi planet ini. Orbit sedemikian dikenali sebagai geosynchronous kerana ia disegerakkan dengan tempoh putaran Bumi pada paksinya.

Kes khas orbit geosynchronous ialah orbit geostasioner. Apabila menggunakan orbit sedemikian, arah pergerakan satelit mengelilingi Bumi sepadan dengan arah putaran planet itu sendiri, dan tempoh orbit kapal angkasa adalah kira-kira 24 jam. Ini bermakna satelit berputar pada kelajuan sudut yang sama dengan Bumi, dalam arah yang sama dan, oleh itu, sentiasa terletak pada titik yang sama berbanding dengan permukaan planet.

Baca juga:

Untuk memastikan satelit beredar mengelilingi Bumi pada kelajuan yang sama dengan planet itu sendiri beredar di sekitar paksinya, adalah perlu untuk memahami dengan jelas apakah tempoh revolusi Bumi di sekeliling paksinya sebenarnya. Kebanyakan peranti penentu masa mengukur putaran Bumi berbanding kedudukan semasa Matahari, dan putaran Bumi pada paksinya digabungkan dengan putaran mengelilingi Matahari memberikan tempoh hari. Walau bagaimanapun, ini bukanlah tempoh putaran Bumi yang menarik minat kita dari sudut pengiraan orbit geopegun - masa yang diperlukan untuk satu revolusi lengkap. Tempoh masa ini dikenali sebagai hari sidereal, yang berlangsung selama 23 jam, 56 minit dan 4 saat.

Undang-undang geometri memberitahu kita bahawa satu-satunya cara untuk satelit sentiasa berada di atas satu titik di permukaan bumi, membuat satu revolusi setiap hari, adalah dengan mengorbit dalam arah yang sama di mana Bumi itu sendiri berputar. Di samping itu, satelit tidak boleh beralih di orbitnya sama ada ke utara atau selatan. Semua ini boleh dicapai hanya jika orbit satelit melepasi khatulistiwa.

Rajah menunjukkan pelbagai jenis orbit. Memandangkan satah mana-mana orbit mesti melalui pusat Bumi, angka itu menunjukkan dua pilihan yang mungkin. Lebih-lebih lagi, walaupun peredaran kapal angkasa di kedua-dua orbit dilakukan pada kelajuan yang sama dengan kelajuan putaran Bumi di sekeliling paksinya, orbit yang ditetapkan sebagai "geosynchronous" akan beralih ke utara berbanding khatulistiwa selama setengah hari, dan selatan. untuk separuh hari yang tinggal dan, oleh itu, tidak akan pegun. Untuk membolehkan satelit menjadi pegun, ia mesti terletak di atas khatulistiwa.

Hanyut dalam orbit geostasioner

Walaupun satelit terletak di orbit geopegun, ia tertakluk kepada daya tertentu yang perlahan-lahan boleh mengubah kedudukannya dari semasa ke semasa.

Faktor-faktor seperti bentuk elips Bumi, graviti Matahari dan Bulan, dan beberapa faktor lain meningkatkan potensi satelit untuk menyimpang dari orbitnya. Khususnya, bentuk Bumi yang tidak sepenuhnya bulat di kawasan khatulistiwa membawa kepada fakta bahawa satelit tertarik kepada dua titik keseimbangan yang stabil - salah satu daripadanya terletak di atas Lautan Hindi, dan yang kedua adalah kira-kira di bahagian bertentangan Bumi. Hasilnya ialah fenomena yang dipanggil libration timur-barat, atau pergerakan ke hadapan dan ke belakang.

Untuk mengatasi akibat pergerakan sedemikian, satelit mempunyai bekalan bahan api tertentu di atas kapal, yang membolehkannya menjalankan "manuver sokongan" yang mengembalikan peranti dengan tepat ke kedudukan orbit yang diperlukan. Selang yang diperlukan antara masa "manuver sokongan" sedemikian ditentukan mengikut toleransi sisihan satelit yang dipanggil, yang ditetapkan terutamanya dengan mengambil kira lebar pancaran antena stesen bumi. Ini bermakna semasa operasi satelit biasa tiada pelarasan antena diperlukan.

Baca juga:

Selalunya, tempoh operasi aktif satelit dikira daripada jumlah bahan api di atas kapal yang diperlukan untuk mengekalkan satelit dalam satu kedudukan orbit. Selalunya tempoh ini adalah beberapa tahun. Selepas itu satelit mula hanyut ke arah salah satu titik keseimbangan, selepas itu adalah mungkin untuk turun dan seterusnya memasuki atmosfera Bumi. Oleh itu, adalah dinasihatkan untuk menggunakan bahan api terakhir yang ada di atas kapal untuk mengangkat satelit ke orbit yang lebih tinggi untuk mengelakkan kemungkinan kesan negatifnya terhadap operasi kapal angkasa lain.

Liputan dari orbit geostasioner

Jelas sekali bahawa satu satelit geostasioner tidak mampu memberikan liputan isyarat lengkap permukaan Bumi. Walau bagaimanapun, setiap satelit geopegun "melihat" kira-kira 42% permukaan bumi, dengan liputan berkurangan ke arah satelit yang tidak dapat "melihat" permukaan. Ini berlaku di sekitar khatulistiwa dan juga ke arah kawasan kutub.

Dengan meletakkan buruj tiga satelit yang sama jarak antara satu sama lain dalam orbit geostasioner, adalah mungkin untuk menyediakan liputan isyarat seluruh permukaan Bumi dari khatulistiwa dan sehingga 81° latitud utara dan selatan.

Kekurangan liputan di kawasan kutub bukanlah masalah bagi kebanyakan pengguna, tetapi keperluan untuk menyediakan liputan yang stabil bagi latitud kutub memerlukan penggunaan satelit yang mengorbit di orbit lain.

Orbit geostasioner
dan panjang laluan isyarat

Salah satu masalah yang dihadapi apabila menggunakan satelit dalam orbit geostasioner ialah kelewatan isyarat yang disebabkan oleh jarak yang perlu ditempuhnya.

Jarak minimum ke mana-mana satelit geostasioner ialah 35,790 km. Dan ini hanya jika pengguna terletak terus di bawah satelit, dan isyarat sampai kepadanya di sepanjang laluan terpendek. Pada hakikatnya, pengguna tidak mungkin berada tepat pada ketika ini, dan oleh itu jarak yang perlu dilalui isyarat adalah jauh lebih besar.

Berdasarkan panjang jarak terpendek dari stesen bumi ke satelit, anggaran masa minimum untuk isyarat bergerak sehala—iaitu, dari Bumi ke satelit atau dari satelit ke Bumi—adalah kira-kira 120 milisaat. Ini bermakna bahawa masa untuk laluan isyarat lengkap - dari Bumi ke satelit dan dari satelit kembali ke Bumi - adalah kira-kira seperempat saat.

Oleh itu, ia mengambil masa setengah saat untuk menerima respons dalam perbualan yang melalui satelit, kerana isyarat mesti melalui satelit dua kali: sekali bergerak ke arah pendengar jauh, dan kali kedua kembali dengan respons. Kelewatan ini merumitkan perbualan telefon yang menggunakan pautan satelit. Seorang wartawan yang menerima soalan daripada studio penyiaran mengambil sedikit masa untuk menjawab. Kehadiran kesan kelewatan ini adalah sebab bahawa banyak talian komunikasi jarak jauh menggunakan saluran kabel dan bukannya saluran satelit, kerana kelewatan dalam kabel adalah lebih rendah.

Kebaikan dan keburukan satelit,
terletak di orbit geostasioner

Walaupun orbit geostasioner digunakan secara meluas dalam amalan untuk penggunaan pelbagai teknologi, ia masih tidak sesuai untuk semua situasi. Apabila memikirkan kemungkinan penggunaan orbit ini, seseorang harus mengambil kira beberapa kelebihan dan kekurangannya:

Kelebihan

Kecacatan

Satelit sentiasa terletak pada satu titik berbanding dengan Bumi - oleh itu, pengalihan antena tidak diperlukan

Isyarat bergerak lebih jauh, dan oleh itu terdapat kerugian yang lebih besar berbanding LEO atau MEO. Kos penghantaran dan penempatan satelit di orbit GEO adalah lebih tinggi disebabkan oleh ketinggian yang lebih tinggi di atas Bumi. Jarak jauh dari Bumi ke satelit membawa kepada kelewatan isyarat. Orbit satelit geostasioner hanya boleh terletak di atas khatulistiwa, dan oleh itu tiada liputan latitud kutub.

Walau bagaimanapun, walaupun terdapat semua kelemahan orbit geopegun yang sedia ada, satelit yang terletak di atasnya digunakan secara meluas di seluruh dunia kerana kelebihan utamanya, yang boleh mengatasi semua kelemahan: satelit geopegun sentiasa berada dalam kedudukan orbit yang sama berbanding dengan satu atau satu lagi titik di Bumi.

Kini, manusia menggunakan beberapa orbit yang berbeza untuk menempatkan satelit. Perhatian terbesar tertumpu pada orbit geostasioner, yang boleh digunakan untuk "pegun" meletakkan satelit di atas titik tertentu di Bumi. Orbit yang dipilih untuk satelit beroperasi bergantung pada tujuannya. Contohnya, satelit yang digunakan untuk menyiarkan program televisyen secara langsung diletakkan di orbit geostasioner. Banyak satelit komunikasi juga berada dalam orbit geopegun. Sistem satelit lain, terutamanya yang digunakan untuk berkomunikasi antara telefon satelit, mengorbit di orbit Bumi rendah. Begitu juga, sistem satelit yang digunakan untuk sistem navigasi seperti Navstar atau Global Positioning System (GPS) juga berada dalam orbit Bumi yang agak rendah. Terdapat banyak satelit lain - meteorologi, penyelidikan dan sebagainya. Dan setiap daripada mereka, bergantung pada tujuannya, menerima "pendaftaran" dalam orbit tertentu.

Baca juga:

Orbit khusus yang dipilih untuk operasi satelit bergantung pada banyak faktor, termasuk fungsi satelit, serta wilayah yang dilayaninya. Dalam sesetengah kes, ini mungkin berada di orbit Bumi yang sangat rendah (LEO), terletak pada ketinggian hanya 160 kilometer di atas Bumi, dalam kes lain, satelit berada pada ketinggian lebih daripada 36,000 kilometer di atas Bumi - iaitu, dalam orbit geostasioner GEO. Selain itu, beberapa satelit tidak menggunakan orbit bulat, tetapi berbentuk elips.

Graviti bumi dan orbit satelit

Apabila satelit mengorbit Bumi, ia beransur-ansur menjauhinya kerana tarikan graviti Bumi. Jika satelit tidak berputar di orbit, ia secara beransur-ansur akan mula jatuh ke Bumi dan terbakar di atmosfera atas. Walau bagaimanapun, putaran satelit di sekeliling Bumi mencipta daya yang menolaknya dari planet kita. Bagi setiap orbit terdapat kelajuan reka bentuknya sendiri, yang membolehkan anda mengimbangi daya graviti Bumi dan daya emparan, mengekalkan peranti dalam orbit yang tetap dan menghalangnya daripada mendapat atau kehilangan ketinggian.

Agak jelas bahawa semakin rendah orbit satelit, semakin kuat ia dipengaruhi oleh graviti Bumi dan semakin besar kelajuan yang diperlukan untuk mengatasi daya ini. Semakin jauh jarak dari permukaan Bumi ke satelit, semakin kurang kelajuan yang diperlukan untuk mengekalkannya dalam orbit yang tetap. Satelit yang mengorbit kira-kira 160 km di atas permukaan bumi memerlukan kelajuan kira-kira 28,164 km/j, bermakna satelit tersebut akan mengorbit Bumi dalam masa kira-kira 90 minit. Pada jarak 36,000 km di atas permukaan Bumi, sebuah satelit memerlukan kelajuan hanya di bawah 11,266 km/j untuk kekal dalam orbit tetap, yang membolehkan satelit tersebut mengorbit Bumi dalam masa kira-kira 24 jam.

Definisi orbit bulat dan elips

Semua satelit mengorbit Bumi menggunakan salah satu daripada dua jenis orbit asas.

• Orbit satelit bulat: Apabila kapal angkasa mengorbit Bumi dalam orbit bulat, jaraknya di atas permukaan Bumi sentiasa kekal sama.
• Orbit Satelit Elips: Putaran satelit dalam orbit elips bermaksud jarak ke permukaan Bumi berubah pada masa yang berbeza dalam satu orbit.

Baca juga:

Orbit satelit

Terdapat banyak definisi berbeza yang dikaitkan dengan pelbagai jenis orbit satelit:

• Pusat Bumi: Apabila satelit mengorbit bumi - dalam orbit bulat atau elips - orbit satelit membentuk satah yang melalui pusat graviti, atau Pusat Bumi.
• Arah pergerakan mengelilingi Bumi: Cara satelit mengorbit planet kita boleh dibahagikan kepada dua kategori mengikut arah orbit ini:

1. Orbit pecutan: Revolusi satelit mengelilingi Bumi dipanggil pecutan jika satelit berputar dalam arah yang sama di mana Bumi berputar;
2. Orbit retrograde: Orbit satelit mengelilingi Bumi dipanggil retrograde jika satelit berputar ke arah yang bertentangan dengan arah putaran Bumi.

• Laluan orbit: Laluan orbit satelit ialah satu titik di permukaan Bumi di mana satelit itu melepasi terus ke atas semasa ia mengorbit Bumi. Laluan itu membentuk bulatan, di tengah-tengahnya ialah Pusat Bumi. Perlu diingatkan bahawa satelit geopegun adalah kes yang istimewa kerana ia sentiasa berada di atas titik yang sama di atas permukaan Bumi. Ini bermakna laluan orbit mereka terdiri daripada satu titik yang terletak di khatulistiwa Bumi. Kita juga boleh menambah bahawa laluan orbit satelit berputar dengan ketat di atas khatulistiwa terbentang di sepanjang khatulistiwa ini.

Orbit ini biasanya mempunyai laluan orbit setiap satelit yang beralih ke arah barat apabila Bumi di bawah satelit berputar ke arah timur.

• Nod orbit: Ini adalah titik di mana laluan orbital berlalu dari satu hemisfera ke hemisfera yang lain. Untuk orbit bukan khatulistiwa terdapat dua nod tersebut:

1. Nod menaik: Ini adalah nod di mana laluan orbit beralih dari hemisfera selatan ke utara.
2. Nod menurun: Ini adalah nod di mana laluan orbit beralih dari utara ke hemisfera selatan.

• Ketinggian satelit: Apabila mengira banyak orbit, adalah perlu untuk mengambil kira ketinggian satelit di atas pusat Bumi. Penunjuk ini termasuk jarak dari satelit ke permukaan Bumi ditambah jejari planet kita. Sebagai peraturan, ia dianggap sama dengan 6370 kilometer.
• Kelajuan orbit: Untuk orbit bulat ia sentiasa sama. Walau bagaimanapun, dalam kes orbit elips, semuanya berbeza: kelajuan orbit satelit berubah bergantung pada kedudukannya dalam orbit yang sama ini. Ia mencapai maksimum apabila ia paling hampir dengan Bumi, di mana satelit menghadapi rintangan maksimum kepada daya graviti planet, dan berkurangan kepada minimum apabila ia mencapai titik jarak paling jauh dari Bumi.
• Sudut angkat: Sudut ketinggian satelit ialah sudut di mana satelit berada di atas ufuk. Jika sudut terlalu kecil, isyarat mungkin disekat oleh objek berdekatan jika antena penerima tidak dinaikkan cukup tinggi. Walau bagaimanapun, bagi antena yang dinaikkan di atas halangan, terdapat juga masalah apabila menerima isyarat daripada satelit yang mempunyai sudut ketinggian rendah. Sebabnya ialah isyarat satelit kemudiannya perlu menempuh jarak yang lebih jauh melalui atmosfera bumi dan, akibatnya, tertakluk kepada pengecilan yang lebih besar. Sudut dongakan minimum yang boleh diterima untuk penerimaan yang lebih kurang memuaskan dianggap sebagai sudut lima darjah.
• Sudut kecondongan: Tidak semua orbit satelit mengikuti garis khatulistiwa—malah, kebanyakan orbit Bumi rendah tidak mengikuti garis ini. Oleh itu, adalah perlu untuk menentukan sudut kecenderungan orbit satelit. Rajah di bawah menggambarkan proses ini.

Sudut kecondongan orbit satelit

Penunjuk lain yang berkaitan dengan orbit satelit

Untuk membolehkan satelit digunakan untuk menyediakan perkhidmatan komunikasi, stesen bumi mesti dapat "mengikuti"nya untuk menerima isyarat daripadanya dan menghantar isyarat kepadanya. Jelas bahawa komunikasi dengan satelit hanya boleh dilakukan semasa ia berada dalam julat keterlihatan stesen bumi, dan, bergantung pada jenis orbit, ia hanya boleh berada dalam julat keterlihatan untuk jangka masa yang singkat. Untuk memastikan komunikasi dengan satelit boleh dilakukan untuk jumlah masa maksimum, terdapat beberapa pilihan yang boleh digunakan:

• Pilihan pertama terdiri daripada menggunakan orbit elips, titik apogee yang terletak betul-betul di atas lokasi yang dirancang stesen bumi, yang membolehkan satelit kekal dalam medan pandangan stesen ini untuk tempoh masa maksimum.
• Pilihan kedua terdiri daripada melancarkan beberapa satelit ke dalam satu orbit, dan dengan itu, apabila salah satu daripadanya hilang dari penglihatan dan komunikasi dengannya hilang, yang lain mengambil tempatnya. Sebagai peraturan, untuk mengatur komunikasi yang lebih kurang tanpa gangguan memerlukan pelancaran tiga satelit ke orbit. Walau bagaimanapun, proses menggantikan satu satelit "tugas" dengan yang lain memperkenalkan kerumitan tambahan ke dalam sistem, serta beberapa keperluan untuk sekurang-kurangnya tiga satelit.

Definisi orbit bulat

Orbit bulat boleh dikelaskan mengikut beberapa parameter. Istilah seperti Orbit Bumi Rendah, Orbit Geostasioner (dan seumpamanya) menunjukkan ciri tersendiri bagi orbit tertentu. Ringkasan definisi orbit bulat dibentangkan dalam jadual di bawah.

Orbit geostasioner (Rajah 13.7) dicirikan oleh fakta bahawa jika satelit yang terletak di atasnya bergerak dengan halaju sudut sama dengan halaju sudut putaran Bumi di sekeliling paksinya, maka dari permukaan Bumi ia kelihatan tidak bergerak, "bergantung" di satu tempat. , pada satu ketika. Oleh kerana jarak dari satelit yang bergerak dalam orbit geopegun ke Bumi adalah tiga kali diameter Bumi, satelit itu "melihat" kira-kira 40% permukaan Bumi sekaligus.

Meletakkan satelit buatan ke dalam orbit geostasioner bukanlah tugas yang mudah. Sebelum ini, tidak ada kenderaan pelancar yang cukup berkuasa untuk melancarkannya, jadi satelit komunikasi pertama berada di orbit Bumi rendah berbentuk elips (contohnya, satelit geganti Amerika pertama Telstar).

Rajah 13.7 - Orbit geostasioner

Mengekalkan komunikasi dengan satelit dalam orbit elips adalah sangat kompleks dan mahal, baik dari segi penghantaran dan penerimaan.

Oleh kerana perubahan pantas dalam lokasi satelit, adalah perlu untuk mempunyai sistem antena pengesan mudah alih. Satelit dalam orbit sedemikian boleh digunakan untuk mencipta komunikasi kekal hanya apabila ia berada di atas ufuk berhubung dengan kedua-dua peranti pemancar dan penerima, i.e. bagi mereka, kedua-dua "kenaikan" satu satelit dan "tetapan" yang lain harus kelihatan.

Perkembangan teknologi roket dan penciptaan pelancar roket yang berkuasa telah memungkinkan untuk menggunakan orbit geostasioner secara meluas untuk "memasang" satelit geganti di atasnya. Rajah 13.8 menunjukkan kaedah yang biasa digunakan untuk melancarkan satelit ke orbit geopegun. Satelit buatan mula-mula dilancarkan ke orbit bulat dekat dengan permukaan Bumi (250...300 km dari permukaan), kemudian, meningkatkan kelajuannya, ia dipindahkan ke orbit perantaraan elips, titik terdekatnya, perigee, adalah kira-kira 270 km dari Bumi, dan titik yang jauh ialah apogee pada jarak kira-kira 36,000 km, yang sudah sepadan dengan ketinggian orbit geostasioner*.

Rajah 13.8 - Urutan pelancaran satelit ke orbit geopegun:

1 - pelepasan fairing; 2 - penyiapan penerbangan awal; 3 - pemisahan lengkap peringkat terakhir; 4 - penentuan kedudukan untuk pengaktifan pertama enjin sendiri (apogee); 5 - pengaktifan pertama enjinnya sendiri untuk memasuki orbit perantaraan (pemindahan); 6 - penentuan kedudukan dalam orbit perantaraan; 7 - pengaktifan kedua enjinnya sendiri untuk memasuki orbit geostasioner; 8 - orientasi semula satah orbit satelit dan pembetulan ralat; 9 - orientasi satelit berserenjang dengan satah orbit dan pembetulan ralat; 10-stop, penggunaan panel solar, nyahdock lengkap; 11 - penggunaan antena, pengaktifan penstabil; 12 - penstabilan kedudukan dan permulaan kerja

Apabila satelit buatan "berdiri" dalam orbit perantaraan elips (pemindahan), dan jika semuanya berfungsi dengan sempurna, maka pada titik apogee jetnya sendiri, yang dipanggil enjin apogee dihidupkan, yang dengan cepat meningkatkan kelajuan linear satelit kepada 3.074 km/s. Kelajuan ini diperlukan untuk bergerak ke orbit geopegun dan "berhenti" (lebih tepat, untuk bergerak di sepanjangnya), selepas itu satelit, mengikut arahan dari Bumi, dialihkan sepanjang orbit geopegun ke kedudukan yang dirancang pada titik berdiri. Kemudian panel solar digunakan, antena digunakan, mereka berorientasikan ke wilayah tertentu di Bumi, panel solar berorientasikan kepada Matahari, dan penyampai pemancar on-board dihidupkan. Pemasangan tepat satelit di orbit geostasioner dilakukan oleh enjin jetnya sendiri yang menggunakan bahan api pepejal atau cecair. Selepas satelit dilancarkan ke kedudukan orbitnya, enjin dimatikan dan ia bergerak dalam orbit geopegun sebagai badan angkasa di bawah pengaruh inersia pada kelajuan 3.074 km/s dan daya graviti Bumi. Sangat penting untuk satelit geganti bahawa orbitnya sendiri sepadan dengan sempurna dengan orbit geopegun. Jadi, jika satelit bergerak dalam orbit yang lebih kecil sedikit daripada geopegun, maka ia beransur-ansur beralih dari kedudukannya ke arah barat, dan jika orbitnya melebihi geopegun, maka anjakan berlaku ke arah timur, iaitu dalam arah pergerakan Bumi. Peralihan 1° dalam orbit geopegun sepadan dengan jarak kira-kira 750 km. Jika penerima tanah mempunyai antena penjejakan berputar, mudah untuk menghalakannya semula dengan tepat ke satelit. Walau bagaimanapun, kebanyakan peranti berasaskan tanah individu untuk menerima daripada satelit mempunyai antena tetap dengan corak sinaran "berbentuk jarum" yang sangat sempit, dan agak menyusahkan untuk sentiasa melaraskan arah antena ke satelit secara manual, dan disebabkan oleh ketidaktepatan. daripada penunjuknya, imej televisyen yang diterima nyata merosot atau hilang sama sekali. Dalam hal ini, untuk memastikan penerimaan yang boleh dipercayai dan boleh dipercayai, adalah perlu untuk memastikan bahawa "jejak" satelit adalah malar dari semasa ke semasa dan bahawa sinaran antena on-boardnya adalah stabil hanya di kawasan yang ditetapkan. Oleh itu, satelit perlu kerap membetulkan kedudukan dan orbitnya, yang dilakukannya menggunakan enjinnya sendiri dan membawa kepada penggunaan bahan api. Ini menjejaskan hayat perkhidmatannya. Dengan ketiadaan bahan api untuk enjin, satelit mula bergerak dari kedudukannya, yang membawa kepada penumpuan berkala satelit jiran dan, dengan itu, kepada peningkatan gangguan bersama, dan kepada peningkatan gangguan kepada peranti penerima di Bumi.

Dari sudut pandangan hayat satelit, jumlah bahan api yang digunakan oleh enjin jet (apogee)nya sendiri adalah amat penting. Dan, jelas sekali, lebih banyak bahan api yang tinggal selepas pemasangan awal satelit di orbit, lebih banyak pelarasan kedudukan boleh dibuat dan, oleh itu, lebih lama satelit akan beroperasi. "Kehidupan" satelit di orbit biasanya 5...7 tahun, dan beberapa - 10 tahun atau lebih, selepas itu ia digantikan dengan yang baru dipasang pada kedudukan yang sama.

Kelebihan orbit geostasioner. Orbit geostasioner (dipanggil Clark Belt di England dan beberapa negara Eropah) adalah unik dan mempunyai nilai operasi yang ketara. Sebilangan negeri khatulistiwa sebelum ini mahu bahagian orbit yang terletak di atas wilayah mereka digunakan hanya dengan persetujuan dengan mereka. Negara bukan khatulistiwa, secara semula jadi, tidak boleh bersetuju dengan ini, memandangkan orbit geostasioner sebagai warisan bersama manusia. Hanya pada tahun 1988 adalah mungkin untuk bersetuju mengenai rancangan untuk pengedaran kedudukan satelit untuk penyiaran dalam jalur frekuensi 6/4 GHz dan 14/11 GHz.

Kelebihan orbit geostasioner menggalakkan peningkatan bilangan pengguna untuk meletakkan satelit untuk pelbagai tujuan di atasnya. Dari benua Eropah anda boleh "memerhati" beberapa dozen satelit buatan yang bergerak di orbit geostasioner. Melalui mereka, komunikasi telefon terutamanya dijalankan dengan negara-negara benua Amerika dan negara-negara Timur Tengah. Selain itu, banyak satelit digunakan untuk menyampaikan siaran televisyen dan bunyi. Menggunakan orbit geostasioner untuk tujuan ini memberikan kelebihan berikut:

§ satelit bergerak dalam orbit geopegun dari Barat ke Timur untuk masa yang lama tanpa menghabiskan tenaga untuk pergerakan ini (seperti benda angkasa) disebabkan oleh tarikan graviti Bumi dan inersianya sendiri, dengan kelajuan linear 3.074 km/s ;

§ bergerak dalam orbit geopegun dengan halaju sudut sama dengan halaju sudut putaran Bumi, satelit membuat revolusi tepat dalam satu hari, akibatnya ia mendapati dirinya tidak bergerak "tergantung" di atas permukaan bumi;

§ bekalan tenaga sistemnya dijalankan daripada panel solar yang diterangi oleh Matahari;

§ memandangkan satelit tidak melintasi tali pinggang sinaran Bumi, tetapi terletak di atasnya, kebolehpercayaan dan hayat perkhidmatan peranti elektronik dan sumber kuasanya - panel solar - meningkat;

§ komunikasi dengan stesen pemancar dijalankan secara berterusan, tanpa beralih dari satu satelit "masuk" ke yang lain - "hulu", i.e. hanya satu satelit diperlukan untuk memastikan komunikasi berterusan berterusan;

§ dalam menghantar antena dalam sistem Bumi-Satelit, peranti penjejakan satelit automatik boleh dipermudahkan atau dihapuskan sama sekali, dan dalam antena penerima berasaskan darat hampir tidak memerlukannya, yang memastikan kesederhanaan peranti penerima, kos rendah, ketersediaan. dan pengedaran massa;

§ memandangkan jarak ke satelit dalam orbit geopegun sentiasa malar, pengecilan isyarat apabila melalui laluan Bumi-Satelit-Bumi sentiasa pasti dan tidak berubah apabila satelit bergerak dalam orbit, yang memungkinkan untuk mengira dengan tepat kuasa pemancar onboardnya;

§ Orbit geostasioner adalah unik - satelit yang terletak di orbit di atasnya "pergi" ke angkasa lepas, dan yang terletak di orbit di bawahnya secara beransur-ansur menghampiri Bumi. Dan hanya satelit yang terletak di orbit geostasioner berputar serentak pada jarak tetap dari Bumi dan tidak bergerak relatif kepadanya;

§ selepas tamat hayat operasinya, satelit dipindahkan ke orbit yang dipanggil "perkuburan", iaitu 200 km di atas orbit geostasioner, dan ia secara beransur-ansur bergerak menjauhi Bumi ke angkasa lepas.

Walau bagaimanapun, buruj orbit yang terdiri daripada satelit geopegun mempunyai satu kelemahan utama: masa perambatan isyarat radio yang panjang, yang membawa kepada kelewatan dalam penghantaran isyarat semasa komunikasi radiotelefon. Menunggu isyarat respons tiba boleh menyebabkan rasa tidak puas hati di kalangan pelanggan yang tidak sabar.

Oleh kerana sifat dan kelebihannya yang unik, orbit geostasioner di kawasan yang paling mudah (terutamanya di atas lautan Pasifik dan Hindi, serta di benua Afrika) "dipenduduki" dengan satelit hingga ke had. Terdapat 425 titik "berdiri" yang dikenal pasti dalam orbit geopegun—kedudukan satelit. Perkataan "kedudukan" dengan jelas menentukan kedudukan satelit dalam orbit geopegun dan longitudnya.

Pengiraan parameter orbit geopegun

Semasa putaran bulat pegun satelit dengan jisim m ia bertindak oleh daya graviti Bumi (graviti) F dan daya sentrifugal F c, mereka mengimbangi antara satu sama lain.

di mana v– kelajuan kapal angkasa (SV), m- jisim kapal angkasa, R z- jejari Bumi, h– ketinggian kapal angkasa di atas permukaan bumi.

Daya graviti Bumi daripada undang-undang graviti universal ditentukan seperti berikut:

di mana G= 6.6729*10 -11 m 3 kg -1 s -2 – pemalar graviti, M- jisim bumi, m- jisim kapal angkasa, r = R з +h– jarak dari pusat Bumi ke kapal angkasa.

Untuk mengira parameter utama—jejari orbit geopegun—kelajuan satelit perlu memastikan tempoh putaran selama 24 jam mengelilingi Bumi.

Kelajuan satelit dalam orbit bulat bergantung pada jejari dan tempoh:

di mana T=24 Jam

Menggantikan v ke dalam persamaan F c = F kita memperoleh formula untuk mengira ketinggian orbit geostasioner:

= 42241752.19 m

h= 35,870,452.1877312 m

Anda boleh menentukan kelajuan putaran satelit v= 3071.906906 m/s = 11,058.86486 km/j.

1. Pengenalan.. 3

1.1. Cerita pendek. 3

1.3. Sebuah televisyen. 5

1.4. Sistem navigasi... 5

1.4.2. GLONASS..7

1.4.3. GALILEO..8

1.4.4. BeiDou. 8

1.5. Telefoni satelit. 9

1.6. Sistem penyelamat kecemasan.. 10

1.8. Penggunaan angkasa lepas... 13

1.9. Trend dalam pembangunan telekomunikasi satelit... 14

2. Pengelasan, kaedah mengatur dan menggunakan sumber sistem telekomunikasi satelit.. 17

2.1. Sumber frekuensi dan ciri-cirinya.. 18

2.2. Kaedah menggunakan sumber frekuensi... 19

2.3. Kaedah mengatur saluran komunikasi.. 19

2.4. Ciri-ciri segmen angkasa... 20

3. Peralatan untuk sistem telekomunikasi satelit 27

3.1. Hidangan satelit.. 28

3.1.1. Klasifikasi antena satelit. 28

3.1.2. Pengiraan mudah bagi diameter antena penerima parabola 33

3.1.3. Metodologi untuk mengira penggantungan azimut. 36

3.1.4. Suspensi kutub hidangan satelit dan kaedah pengiraannya 39

3.1.5. Pengiraan keterlihatan satelit di kawasan tertentu. 44

3.1.6. Pengiraan putaran satah polarisasi. 44

3.1.7. Cara untuk meningkatkan prestasi antena satelit 45

3.2. Peranti penentududukan. 46

3.3. Peralatan komunikasi. 47

3.3.1. Penukar untuk penerima satelit. 48

3.3.2. Penerima satelit (penerima) 52

3.3.3. Kad komputer.. 53

3.3.4. Suis. 54

4. Piawaian untuk mengurus sistem antena dan peralatan komunikasi lain... 56

Lintasan kapal angkasa buatan berbeza dari orbit badan angkasa semula jadi: hakikatnya ialah dalam kes pertama terdapat apa yang dipanggil "bahagian aktif". Ini adalah kawasan-kawasan orbit satelit, di mana mereka bergerak dengan menghidupkan enjin jet. Oleh itu, mengira trajektori kapal angkasa adalah tugas yang kompleks dan bertanggungjawab, yang ditangani oleh pakar dalam bidang astrodinamik.

Setiap sistem satelit mempunyai status tertentu, bergantung pada tujuan satelit, penempatannya, liputan wilayah perkhidmatan, dan pemilikan kedua-dua kapal angkasa itu sendiri dan stesen bumi yang menerima isyaratnya. Bergantung pada status, sistem satelit adalah:

• Antarabangsa (serantau atau global);
• Nasional;
• Jabatan.

Di samping itu, semua orbit dibahagikan pada geostasioner dan bukan geostasioner (seterusnya, dibahagikan kepada LEO - orbit rendah, MEO - ketinggian sederhana dan HEO - elips). Mari kita lihat dengan lebih dekat kelas-kelas ini.

Geostasioner orbit satelit

Orbit jenis ini paling kerap digunakan untuk menempatkan kapal angkasa, kerana ia mempunyai kelebihan yang ketara: komunikasi berterusan sepanjang masa adalah mungkin, dan hampir tidak ada peralihan frekuensi. Satelit geostasioner terletak pada ketinggian kira-kira 36,000 km di atas permukaan Bumi dan bergerak pada kelajuan putarannya, seolah-olah "berlegar" di atas titik tertentu khatulistiwa, "titik sub-satelit". Walau bagaimanapun, sebenarnya, kedudukan satelit sedemikian tidak pegun: ia mengalami beberapa "hanyut" disebabkan oleh beberapa faktor, akibatnya - orbit beralih sedikit dari semasa ke semasa.

Seperti yang telah dinyatakan, satelit geopegun hampir tidak memerlukan gangguan dalam operasi, kerana tiada pergerakan bersama kapal angkasa dan stesen tanahnya. Sistem yang terdiri daripada tiga satelit jenis ini mampu memberikan liputan hampir seluruh permukaan bumi.

Pada masa yang sama, sistem sedemikian bukan tanpa kelemahan tertentu, yang utama adalah beberapa kelewatan isyarat. Oleh itu, satelit dalam orbit geopegun paling kerap digunakan untuk penyiaran radio dan televisyen, di mana kelewatan dalam kedua-dua arah 250 ms tidak menjejaskan kualiti isyarat. Kelewatan dalam sistem komunikasi telefon radio adalah lebih ketara (dengan mengambil kira pemprosesan isyarat dalam rangkaian daratan, jumlah masa sudah lebih kurang 600 ms). Di samping itu, kawasan liputan satelit tersebut tidak termasuk kawasan latitud tinggi (di atas 76.50° U dan S), iaitu, liputan yang benar-benar global tidak dijamin.

Oleh kerana perkembangan pesat komunikasi satelit, dalam dekad yang lalu orbit geostasioner telah menjadi "sesak", dan masalah timbul dengan penempatan peranti baru. Hakikatnya, mengikut piawaian antarabangsa, tidak lebih daripada 360 satelit boleh diletakkan di orbit hampir khatulistiwa, jika tidak, gangguan bersama akan berlaku.

Pertengahan tinggi orbit satelit

Sistem satelit jenis ini mula dibangunkan oleh syarikat yang pada mulanya terlibat dalam pengeluaran kapal angkasa geostasioner. Orbit altitud sederhana memberikan prestasi komunikasi yang lebih baik untuk pelanggan mudah alih, kerana setiap pengguna komunikasi mudah alih berada dalam jangkauan beberapa satelit secara serentak; jumlah kelewatan – tidak lebih daripada 130 ms.

Lokasi satelit bukan geostasioner dihadkan oleh apa yang dipanggil tali pinggang sinaran Van Allen, tali pinggang ruang zarah bercas yang telah "ditawan" oleh medan magnet Bumi. Yang pertama dari tali pinggang stabil radiasi tinggi terletak kira-kira pada ketinggian 1500 km dari permukaan planet, skopnya adalah beberapa ribu kilometer. Tali pinggang kedua, dengan keamatan tinggi yang sama (10,000 denyut/s), terletak dalam jarak 13,000–19,000 km dari Bumi.

Sejenis "laluan" untuk satelit ketinggian sederhana terletak di antara tali pinggang sinaran pertama dan kedua, iaitu, pada ketinggian 5000-15000 km. Peranti ini lebih lemah daripada yang geostasioner, oleh itu, untuk menutup sepenuhnya permukaan Bumi, kumpulan orbit 8-12 satelit diperlukan (contohnya, Spaceway NGSO, ICO, Rostelesat); setiap satelit berada dalam zon penglihatan radio stesen bumi untuk masa yang singkat, kira-kira 1.5-2 jam.

Pekeliling rendah orbit satelit

Satelit di orbit rendah (700-1500 km) mempunyai beberapa kelebihan berbanding kapal angkasa lain dari segi ciri tenaga, namun, ia hilang dalam tempoh sesi komunikasi, serta hayat perkhidmatan keseluruhan. Tempoh orbit satelit adalah, secara purata, 100 minit, dengan kira-kira 30% masa ini kekal di bahagian bayang planet. Bateri on-board mampu mengalami kira-kira 5,000 kitaran pengecasan/nyahcas setiap tahun, dan akibatnya, hayat perkhidmatannya tidak melebihi 5-8 tahun.

Pilihan julat ketinggian ini untuk sistem satelit orbit rendah bukanlah kebetulan. Pada ketinggian kurang daripada 700 km, ketumpatan atmosfera agak tinggi, yang menyebabkan "degradasi" orbit - sisihan beransur-ansur dari laluan, yang memerlukan peningkatan penggunaan bahan api untuk mengekalkannya. Pada ketinggian 1500 km, tali pinggang Van Allen pertama bermula, di zon sinaran yang mana operasi peralatan di atas kapal hampir mustahil.

Walau bagaimanapun, disebabkan ketinggian rendah orbit, buruj orbit sekurang-kurangnya 48 kapal angkasa diperlukan untuk meliputi seluruh wilayah Bumi. Tempoh putaran dalam orbit ini ialah 90 min-2 jam, manakala masa maksimum satelit kekal dalam zon penglihatan radio ialah 10-15 minit sahaja.

Orbit elips

elips Orbit satelit bumi adalah segerak, iaitu, apabila dimasukkan ke orbit, mereka berputar pada kelajuan planet, dan tempoh orbit ialah gandaan sehari. Pada masa ini, beberapa jenis orbit sedemikian digunakan: Archi-medes, Borealis, "Tundra", "Molniya".

Kelajuan satelit elips di apogee (apabila mencapai bahagian atas "elips") adalah lebih rendah daripada di perigee, jadi dalam tempoh ini peranti boleh berada dalam zon keterlihatan radio kawasan tertentu lebih lama daripada satelit dengan orbit bulat . Sesi komunikasi, contohnya, dengan Molniya berlangsung 8-10 jam, dan sistem tiga satelit mampu mengekalkan komunikasi global sepanjang masa.