Системы спутниковой связи

Динамические нагрузки, вызываемые работой стартовой установки, очень велики и состоят из механических и акустических ударов и вибраций, связанных с работой двигателя и возникающих в процессе движения.

Обычно конструкция ИСЗ условно делится на две части: главную и вспомогательную (или обеспечивающую).

Главную конструкцию, или корпус, на ИСЗ выполняют из легких алюминиевых сплавов, она содержит простую оболочку цилиндрической или конической формы с рамой или ребрами жесткости и различные фасонные опоры и перекладины для ячеистых панелей и плоскостей антенн и других устройств.

Вспомогательная конструкция (платформа) включает в свой состав, например, панели солнечных генераторов (батарей) и антенных рефлекторов, и выполняют ее обычно из сложных материалов (например, угольное волокно, эпоксидная резина) высокой жесткости и с низким коэффициентом расширения, с одновременным учетом минимизации массы и в совокупности со стойкостью и способностью сохранить размеры при значительных перепадах температур.

Система терморегулирования поддерживает температуру ИСЗ в пределах, подходящих для нормального функционирования ПН, и другой, обеспечивающей функционирование ИСЗ на орбите, аппаратуры.

В космосе теплопередача происходит главным образом в результате излучения в вакуум. Для приборов ИСЗ она происходит через их конструктивную связь с внешними излучающими радиаторами, постоянная освещенность которых сильно ограничивает емкость теплопередачи. Внешние источники тепловой энергии, воздействующие на ИСЗ, — это тепловое излучение Солнца и Земли, а также отраженная от освещенной части Земли солнечная радиация (альбедо). Эти воздействия имеют различные спектральные и геометрические характеристики и поэтому по разному поглощаются (воспринимаются) поверхностью спутника.

Для геостационарных ИСЗ тепловая окружающая обстановка определяется следующими условиями: земной тепловой поток и альбедо незначительны; максимальная продолжительность периодов тени доходит до 70 мин/сутки; северная и южная стороны ИСЗ попеременно находятся в тени (до шести месяцев в году) и освещаются Солнцем на относительно низких углах (до 23° для других шести месяцев); в случае трехосной стабилизации боковые стороны ИСЗ по разному освещаются Солнцем в течение суток.

Кроме того, полезная нагрузка состоит, как правило, из подсистем с сосредоточенным (локализованным) тепловыделением (например, мощные усилители на ЛБВ, клистронах и т. п.).

Решение задач терморегулирования в трудных условиях обеспечивают принятые специальные конструктивно-технологические меры, а именно: использование жесткозакрепленных оптических солнечных отражателей, специальных материалов для создания легких поверхностей с высокой теплопроводностью (бериллий, магний), методов специального теплового кондиционирования для южной и северной сторон, в некоторых случаях ЛБВ с коллектором прямого излучения и/или с помощью тепловых труб и ограничение температурных перепадов на антеннах путем использования специальных покрытий.

Ещё одной важной характеристикой спутника является – срок его службы, его увеличение, достигнутое за последние годы, обусловлено внедрением твердотельных схем и усилителей, многократным дублированием (резервированием) ЛБВ и клистронов выходных устройств, появлением водородно-никелевых аккумуляторов и совершенствованием системы удержания ИСЗ на орбите.

Последнее стало возможным благодаря появлению двухкомпонентного топлива и электротермических корректирующих двигателей. Создание ионных двигателей позволит еще более повысить срок службы спутников (вплоть до 20 лет), одновременно уменьшая массу системы коррекции.

Внедрение перечисленных выше технических усовершенствований в технику ИСЗ уже сегодня привело к существенному увеличению времени его нахождения на орбите. Сейчас срок службы ИСЗ в первую очередь ограничивается износом систем коррекции орбиты и энергоснабжения, что объясняется деградацией солнечных элементов и потерей емкости аккумуляторов. За последние 20 лет срок службы спутников возрос с 18 месяцев до 3 .5 лет, а потом и до 7 лет. Намечается переход к эксплуатации спутников с 10-летним жизненным циклом.

Основным элементом спутника является бортовой ретранслятор (БРТР) – радиотехническое приемопередающее устройство, устанавливаемое на ИСЗ и предназначенное для приема сигналов от передающей земной станции (одной или нескольких), их усиления и дальнейшей передачи в направлении приемной земной станции (одной или нескольких). Большинство спутников связи и вещания представляет собой многофункциональные устройства, содержащие по несколько трактов (или стволов), подключенных к нескольким антеннам. Возможны следующие варианты построения схемы одного ствола с учетом характера преобразования принимаемого сигнала.

БРТР гетеродинного типа наиболее часто встречаются в практике спутниковой связи и вещания. Ширина полосы пропускания такого БРТР, как правило, не превышает 40 .80 МГц, а основное усиление обеспечивается в тракте преобразования частоты (ПЧ), в ряде случаев выбираемой в пределах 70 .120 МГц. В таком БРТР обычно два преобразования частоты: понижающее и повышающее.

БРТР с однократным преобразованием частоты (в литературе встречаются названия: линейный БРТР, БРТР прямого усиления). В нем только одно преобразование частоты принимаемого сигнала, в результате которого спектр сигнала переносится в область сигналов передаваемых на землю частот. Преимущество такой схемы – в её простоте и большей широкополосности. Ширина полосы пропускания может доходить до 80 .120 МГц. Однако недостаток такой схемы – трудности технической реализации, связанные с необходимостью получения значительного усиления на одной из частот. При типичных для большинства линий связи уровнях передаваемых и принимаемых сигналов потребуется реализовать в БРТР большое усиление (120 дБ ориентировочно), что затруднительно с точки зрения обеспечения устойчивости в работе.

БРТР с демодуляцией (или обработкой) сигнала на борту. Применялись, как правило, для передачи специальных видов информации. По мере развития систем спутниковой связи (переход к цифровым методам, обработка, сигналов на борту, изменение вида модуляции, коммутация сообщений по лучам и т. п.) такие схемы стали использовать и для обеспечения дуплексной связи через стационарные ИСЗ с детектированием (демодуляцией). Например, в случае работы цифровыми методами на борту нередко осуществляются детектирование принятых сигналов и их регенерация.

Конструкция БРТР должна обеспечивать самостоятельное и надежное функционирование в сложных условиях воздействия всей совокупности этих факторов в течение всего срока службы и удовлетворять следующим требованиям: минимально возможная масса при заданных требованиях надежности и энергетических показателей; оптимальная по условиям установки в ИСЗ форма для обеспечения минимальных нагрузок на ракету-носитель; оптимальное использование внутреннего пространства БРТР с целью обеспечения необходимых условий терморегулирования, удобного доступа к узлам и блокам и возможности замены блоков перед стартом; минимальное влияние динамических нагрузок неравномерности распределения масс в полете на другие системы ИСЗ, главным образом на системы ориентации и стабилизации; способность выдерживать различного рода вибрации, ускорения и удары, возникающие в процессе запуска и коррекции траектории, основным источником которых является работающий реактивный двигатель как самого космического аппарата, так и ракеты-носителя, частота вибраций от нескольких до тысяч герц; способность выдерживать резкое изменение температуры (+60 .−150°С). Как видно, к БРТР предъявляют довольно жесткие требования, часто противоречащие друг другу. Например, БРТР должны иметь минимальные массу и габаритные размеры, отличаться высокой надежностью и экономичностью и в то же время отдавать максимально возможную мощность, иметь высокую стабильность параметров в течение большого срока эксплуатации.

1	2	3	4	5