Геостационарная орбита

Геостационарная орбита — такая орбита, при которой искусственный спутник Земли постоянно находится над одной и той же точкой земной поверхности.

Параметры геостационарной орбиты

Зона видимости геостационарного ИСЗ с долготой точки стояния 53° в.д.

Круговая геосинхронная орбита.

Высота: 35 875 километров над поверхностью Земли.

Период обращения спутника: 23 часа 56 минут 4 секунды.

Движение спутника: в восточном направлении.

Угол наклона орбиты относительно экватора: 0 градусов (в одной плоскости с экватором).

Эксцентриситет: 0.

Применение геостационарных спутников

Три геостационарных спутника, расположенных под углом 120 градусов относительно друг друга, позволяют держать связь между любыми двумя наземными радиостанциями. Связь может производиться непрерывно.

На наземных устройствах не нужна механизация антенн, они направляются на спутники и остаются неподвижными. Это делает антенны легче и проще в эксплуатации.

Из-за неизменного расстояния между спутником и устройством достигается стабильность сигнала.

Для геостационарной системы связи естественной является полносвязная топология.

Устройство геостационарного спутника

• Бортовой ретрансляционный комплекс. Является полезной нагрузкой спутника и выполняет все основные функции системы связи.
• Система коррекции орбиты. Может сочетаться с системой увода спутника с орбиты после отработки.
• Система ориентации. Направляет антенну на зону обслуживания.
• Система энергообеспечения — солнечные батареи.
• Система энергорегулирования, отвечает за регуляцию температуры. Около 70 % энергии от солнечных батарей уходит в тепло.
• Информационно-управляющая система, обеспечивает формирование, распределение и исполнение команд.

Вывод спутника на орбиту

Вывод геостационарного ИСЗ на орбиту требует мощных многоступенчатых ракет-носителей, например, «Протон» или Atlas-5.

Сначала спутник выводится на переходную орбиту. В точке апогея переходной орбиты включается двигатель, переводящий ИСЗ на геостационарную орбиту. После этого спутник перемещается в нужную точку ГО, происходит развёртывание антенн, их ориентация на нужную точку земной поверхности, ориентация батарей на Солнце, ввод бортового ретранслятора в рабочий режим.

Недостатки геостационарных спутников

В полярных широтах из-за формы Земли возможно ухудшение качества сигнала вплоть до невозможности приёма и передачи.

Ещё одним недостатком является ограниченное пространство на геостационарной орбите. Спутники могут снабжаться системами увода с орбиты, после отработки определённого срока они возвращаются на Землю и сгорают в её атмосфере. Подсчитано, что даже если на геостационарную орбиту вывести 18 000 спутников, вероятность их столкновения не превысит 1 раза в 40 000 лет. Другой проблемой является занятие свободных радиочастот и их распределение. В общей полосе частот могут работать не более 100‒180 спутников.

Из-за большой высоты орбиты сигнал идёт с задержкой. С высоты примерно 36 000 км сигнал доходит до Земли за 240 миллисекунд. В реальности запаздывания составляют 500 миллисекунд и более, это связано с искажениями в ионосфере. В голосовой связи запаздывание ощущается в виде эха. Для нормализации связи применяются эхозаградители, которые защищают каналы и подавляют помехи. Также возможно использование синхронизаторов, они выравнивают время задержки сигнала.

Однако в радионавигационных системах задержка сигнала не вредит, напротив, её вычисление позволяет узнать расстояние от спутника до навигационного приёмника.

Реальный спутник, в отличие от идеального, находится не постоянно над одной и той же точкой поверхности Земли, а совершает колебательные движения. Из-за этого проявляется эффект Доплера и сдвиг частоты, не более 10⁻⁸. Это не вносит особых искажений в передачу, например, программ телевидения или сигналов телефонии, однако сказывается при передаче некоторых особых узкополосных сигналов.

Источники

• Л.Я. Кантор, В.В.Тимофеев Спутниковая связь и проблема геостационарной орбиты / Под ред. Л.И.Венгренюк. — 1-е изд. — М.: Радио и связь, 1988. — С. 168. — ISBN 5-256-00065-9^{о книге}