نظام الاتصالات الفضائية كيف يعمل. الاتصالات الساتلية: مبدأ التشغيل ومنطقة التغطية وخصائص القناة وخطط التعرفة

الأقمار الصناعية الحديثة وأنظمة الأقمار الصناعية

الأنواع الرئيسية للأقمار الصناعية

الخامس العالم الحديثيستخدم سكان كوكبنا بالفعل إنجازات تقنيات الفضاء بنشاط. الأقمار الصناعية العلمية ، مثل تلسكوب هابل الفضائي ، تُظهر لنا جميعًا عظمة وضخامة الفضاء من حولنا ، والمعجزات التي تحدث في كل من الزوايا البعيدة للكون وفي الفضاء القريب.

يتم استخدام أقمار الاتصالات ، مثل ، على سبيل المثال ، Galaxy XI بنشاط. بمشاركتهم ، يتم توفير الاتصالات الهاتفية الدولية والمحمولة ، وبالطبع الفضائيات... تلعب أقمار الاتصالات دورًا كبيرًا في انتشار الإنترنت. بفضلهم ، أتيحت لنا الفرصة بسرعة كبيرة للوصول إلى المعلومات الموجودة فعليًا على الجانب الآخر من العالم ، في قارة أخرى.

تنقل أقمار المراقبة ، أحدها "Spot" ، معلومات مهمة لمختلف الصناعات والمؤسسات الفردية ، وتساعد ، على سبيل المثال ، الجيولوجيين في البحث عن الرواسب المعدنية ، وإدارات المدن الكبيرة - لتخطيط التنمية ، وعلماء البيئة - لتقييم مستوى التلوث الأنهار والبحار.

يتم توجيه الطائرات والسفن والسيارات باستخدام الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) و GLONASS ، ويتم التحكم في الاتصالات البحرية باستخدام الأقمار الصناعية للملاحة وأقمار الاتصالات.

لقد اعتدنا بالفعل على رؤية الصور التي التقطتها الأقمار الصناعية مثل Meteosat في تنبؤات الطقس. تساعد الأقمار الصناعية الأخرى العلماء في مراقبة البيئة عن طريق إرسال معلومات مثل ارتفاع الأمواج ودرجة حرارة مياه البحر.

تزود الأقمار الصناعية العسكرية الجيوش والأجهزة الأمنية بمجموعة متنوعة من المعلومات ، بما في ذلك المعلومات الاستخبارية الإلكترونية ، مثل أقمار ماغنوم ، فضلاً عن الصور ذات الدقة العالية. دقة عاليةالتي تنفذ الأقمار الصناعية الاستطلاعية البصرية والرادارية السرية.

في هذا القسم من الموقع ، سنتعرف على العديد من أنظمة الأقمار الصناعية ومبادئ تشغيلها وترتيب الأقمار الصناعية.

مدار كلارك الثابت بالنسبة للأرض أو مدار الأرض المتزامن

لأول مرة ، ظهرت فكرة إنشاء أقمار صناعية للاتصالات بعد فترة وجيزة من الحرب العالمية الثانية ، عندما قدم أ. كلارك ، في عدد أكتوبر 1945 من مجلة "Radio World" (Wireless World) ، بالتفصيل مفهومه عن محطة اتصالات ريلاي تقع على ارتفاع 35880 كم فوق سطح الأرض.

يسمى هذا المدار بالتزامن مع الأرض أو مدار الأرض أو مدار كلارك. كلما زاد ارتفاع مدار القمر الصناعي ، زادت مدة مدار واحد حول الأرض. عند التحرك في مدار دائري على ارتفاع 35880 كم ، يكتمل مدار واحد في غضون 24 ساعة ، أي لفترة الدوران اليومي للأرض. إن أي قمر صناعي يتحرك في مثل هذا المدار سيكون دائمًا فوق نقطة معينة على سطح الأرض (على الرغم من أن التصحيحات المدارية المنتظمة ستكون مطلوبة للتعويض عن تأثير مجال جاذبية القمر).

اعتبر كلارك أن مثل هذا المدار مثالي لاتصالات الترحيل العالمية. توفر ثلاثة أقمار صناعية في مدار ثابت بالنسبة للأرض في المستوى الاستوائي رؤية لاسلكية لمعظم سطح الأرض (باستثناء المناطق المحيطة بالقطب). هذا يلغي تأثير الأيونوسفير على الاتصالات الراديوية. لم يتم تنفيذ فكرة كلارك على الفور ، لأنه في ذلك الوقت لم تكن هناك وسيلة لإيصال قمر صناعي إلى مدار أرضي منخفض ، ناهيك عن قمر ثابت.

قدم أ. كلارك مقترحاته الأولية بشأن قمر صناعي ثابت بالنسبة إلى الأرض إلى مجلس الجمعية البريطانية للكواكب في شكل مذكرة. هذه الوثيقة ، المؤرخة في 25 مايو 1945 ، موجودة حاليًا في أرشيف مؤسسة سميثسونيان بواشنطن.

ساتل الاتصالات "كومستار 1"

كان القمر الصناعي من أوائل الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة إلى الأرض المستخدمة لتلبية الاحتياجات اليومية للناس كومستار... الأقمار الصناعية كومستار 1المشغل "كومسات"واستأجرت من قبل AT&T. تم تصميم مدة خدمتهم لمدة سبع سنوات. ينقلون إشارات الهاتف و إشارات تلفزيونيةداخل الولايات المتحدة ، وكذلك بورتوريكو. من خلالها ، يمكن إعادة إرسال ما يصل إلى 6000 محادثة هاتفية وما يصل إلى 12 قناة تلفزيونية في وقت واحد. الأبعاد الهندسية للقمر الصناعي كومستار 1: الارتفاع: 5.2 م (17 قدمًا) ، القطر: 2.3 م (7.5 قدم). وزن البدء 1410 كجم (3109 رطلاً).

يسمح هوائي اتصال جهاز الإرسال والاستقبال مع صفيفات الاستقطاب الرأسي والأفقي بالاستقبال والإرسال على نفس التردد ، ولكن مع الاستقطاب العمودي. هذا يضاعف سعة قنوات الترددات الراديوية للقمر الصناعي. بالنظر إلى المستقبل ، يمكننا القول أن استقطاب إشارة الراديو يُستخدم الآن في جميع أنظمة الأقمار الصناعية تقريبًا ، وهذا مألوف بشكل خاص لأصحاب أنظمة استقبال القنوات التلفزيونية الفضائية ، حيث ، عند ضبط القنوات التلفزيونية عالية التردد ، عليك ضبط إما الاستقطاب الرأسي أو الأفقي.

ميزة تصميم أخرى مثيرة للاهتمام هي أن الجسم الأسطواني للقمر الصناعي يدور بسرعة حوالي دورة واحدة في الثانية لتوفير تأثير التثبيت الجيروسكوبي للقمر الصناعي في الفضاء. إذا أخذنا في الاعتبار الكتلة الكبيرة للقمر الصناعي - حوالي طن ونصف - فسيحدث التأثير بالفعل. وفي الوقت نفسه ، تظل هوائيات الأقمار الصناعية موجهة إلى نقطة معينة في الفضاء على الأرض من أجل إرسال إشارة راديو مفيدة هناك.

في الوقت نفسه ، يجب أن يكون القمر الصناعي في مدار ثابت بالنسبة للأرض ، أي "التعليق" فوق الأرض "بلا حراك" ، بشكل أكثر دقة ، للطيران حول الكوكب بسرعة دورانه حول محوره في اتجاه دورانه. يتم مراقبة المغادرة من نقطة تحديد الموقع بسبب تأثير عوامل مختلفة ، من أهمها عوامل الجذب المتداخلة للقمر ، ومواجهات الغبار الكوني والأشياء الأخرى في الفضاء ، يتم مراقبتها بواسطة نظام التحكم وتصحيحها بشكل دوري بواسطة محركات نظام التحكم في الموقف الساتلي.

فلاديمير كالانوف ، موقع "المعرفة قوة".
لتر: تيم فورنيس. تاريخ المركبات الفضائية.

زوارنا الكرام!

عملك معطل جافا سكريبت... يرجى تشغيل البرامج النصية في متصفحك ، وسترى الوظائف الكاملة للموقع!

الاتصال عبر الأقمار الصناعية هو نوع من الاتصالات الراديوية الفضائية يعتمد على استخدام الأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية ، كقاعدة عامة ، أقمار الاتصالات المتخصصة كمكررات.

اتصال القمر الصناعي. الاتصالات الفضائية الفضائية. تكنولوجيا الاتصالات عبر الأقمار الصناعية:

اتصال القمر الصناعييمثل مرحلة جديدة في تطوير التقنيات المتقدمة ، التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا باستكشاف الفضاء الخارجي.

يبدو تعريف الاتصالات الساتلية مقنعًا تمامًا في الصيغة التالية: يجب أن تكون الاتصالات الساتلية معادلة لنوع من الاتصالات الراديوية الفضائية ، والتي تقوم على استخدام مكررات خاصة - أقمار صناعية روابط.

اتصال القمر الصناعيهو أحد أنواع الاتصالات الراديوية الفضائية المعتمد على استخدام الأقمار الصناعية الأرضية كمكررات ، كقاعدة عامة ، أقمار صناعية متخصصة روابط.

يتم نقل إشارة الراديو بواسطة مركبة فضائية صغيرة تتحرك في جميع الأنحاء من الارضعلى طول مسار معين.

تم إطلاق اسم الجهاز ، الذي تم إطلاقه في المدار بهدف توفير ترحيل ومعالجة إشارة الراديو قمر صناعي للاتصالات(مختصر ISS). يتم تثبيت معدات الترحيل المعقدة على متن قمر صناعي للاتصالات: وحدات استقبال / إرسال الإشارة ، بالإضافة إلى استهدافها بشكل ضيق الهوائياتتعمل على ترددات معينة. يتمثل عمل قمر صناعي للاتصالات في استقبال إشارة وتضخيمها ومعالجة التردد ونقلها نحو المحطات الأرضية الموجودة في منطقة الرؤية بالجهاز. القمر الصناعي المرحل هو جهاز مستقل قادر على الحفاظ على موقعه في نقطة معينة في الفضاء واستهلاك الكهرباء من مصادر الطاقة الموجودة على متنه. يوفر نظام التثبيت اتجاهًا معينًا هوائيات الأقمار الصناعية... توفر معدات القياس عن بعد إرسال البيانات عن موقع المركبة الفضائية على الأرض ، واستقبال أوامر التحكم.

يمكن تنفيذ إعادة إرسال إشارة الراديو المستقبلة بحفظ أو بدون حفظ ، وذلك بسبب البقاء غير الثابت الأقمار الصناعيةعلى مرمى البصر من الأرض المحطات.

اليوم أنظمة اتصالات الأقمار الصناعيةهي جزء لا يتجزأ من العمود الفقري للاتصالات في العالم ، وتربط بين القارات والبلدان.

مبدأ الاتصالات الفضائية. أنظمة ومعدات ومرافق ومحطات الاتصال عبر الأقمار الصناعية:

مبدأ الاتصالات الفضائية الفضائيةيتضمن إرسال / استقبال إشارة راديوية باستخدام محطات أرضية أو متنقلة من خلال مكرر ساتلي. هذه الخصوصية في ضمان مرور الموجات الراديوية ترجع إلى انحناء سطح الأرض ، مما يمنع مرور إشارة الراديو. بمعنى آخر ، في منطقة خط البصر ، يتم إرسال إشارة الراديو من محطة إلى أخرى دون تأخير. ومع ذلك ، إذا كانت المهمة هي استقبال إشارة لآلاف الكيلومترات من محطة الإرسال ، فحينئذٍ يلزم وجود مكرر يوجه الإشارة بزاوية مناسبة إلى محطة الاستقبال.

في الصميم، اتصال القمر الصناعيمن خلال جهاز مكرر هو تشبيه نموذجي لاتصالات المرحل الراديوي ، فقط في هذه الحالة ، يقع المكرر على مسافة (ارتفاع) كبيرة من سطح الأرض ، تصل إلى آلاف الكيلومترات. إذا كانت هناك حاجة إلى العديد من أجهزة إعادة الإرسال الأرضية لتنظيم الاتصالات الراديوية عبر مسافات طويلة إلى أجزاء مختلفة من الكرة الأرضية ، ثم مع ظهور الأقمار الصناعية الفضائية ، انخفض عددها بشكل كبير. الآن مطلوب قمر صناعي واحد فقط لبث إشارة راديو من بر رئيسي إلى آخر.

اتصال القمر الصناعيبشكل عام ، يتم توفيره من خلال مجموعة كاملة من العناصر المترابطة لنظام الاتصالات: تتابع الأقمار الصناعية; ثابت محطات أرضية ساتليةعلى سطح الارض مركز تحكم الأقمار الصناعية(TsUSS) وعناصر أخرى من النظام.

لنقل فعال للإشارات الراديوية عبر مسافات طويلة الإشارات التناظريةغير مناسب بسبب حمل الضوضاء المرتفع ، لذلك فهو مُرقم مسبقًا (يسمى. اتصالات الأقمار الصناعية الرقمية) ثم ينتقل إلى القمر الصناعي. لتصحيح الأخطاء ، يتم استخدام مخططات تشفير لتصحيح الأخطاء.

حتى الآن ، يتم توفير استقبال / إرسال إشارة تلفزيونية وبث إذاعي على أراضي الاتحاد الروسي من قبل أنظمة اتصالات الأقمار الصناعية(CCC). اتصال القمر الصناعي، هو عنصر أساسي في شبكة الاتصالات المترابطة للاتحاد الروسي. جزء نظام الأقمار الصناعيةتضمنت الاتصالات عنصرين أساسيين - الأرض والفضاء.

تطوير الاتصالات الفضائية. تاريخ التنمية في الاتحاد السوفياتي:

تم إطلاق أول قمر صناعي أرضي إلى المدار في عام 1957. كان وزن المركبة الفضائية 83.6 كجم فقط. تم التحكم في القمر الصناعي من خلال وحدة مصغرة - جهاز إرسال لاسلكي. النتائج الناجحة لاستقبال / إرسال إشارة الراديو في العراء الفضاء الخارجيجعل من الممكن تنفيذ الخطط الاستشرافية التي تنطوي على استخدام محطة الفضاء الدولية كمكرر إشارة راديوية نشطة وسلبية. ومع ذلك ، من أجل تنفيذ مثل هذه الخطط الواعدة ، كان من الضروري إنشاء مثل هذه المركبات الفضائية التي يمكن أن تحمل وزنًا كافيًا (مجموعة متنوعة من معدات الإرسال والاستقبال). أيضا ، لوضعه في المدار مصطنعقمر صناعي ، كنا بحاجة إلى صاروخ قوي المحركاتوالمعدات. بعد أن حل المهندسون الروس هذه المشاكل ، أصبح من الممكن إطلاق محطة الفضاء الدولية في الفضاء المفتوح للعمل العلمي والبحثي ، لحل مهام الملاحة والأرصاد الجوية والاستطلاع ، وكذلك لتوفير قناة مستقرة. روابطلنقل الإشارات اللاسلكية عبر مسافات طويلة. تم تفعيل تشكيل نظام اتصالات ساتلي (SSS) بعد إطلاق أول قمر صناعي. كجزء من تنفيذ هذا المفهوم ، بدأ بناء محطات تحويلية قاعدية مزودة بهوائيات مكافئة على سطح الأرض. قطر الدائرة الهوائياتيصل إلى 12 مترًا ، مما جعل من الممكن ضمان استقبال وإرسال ثابت لإشارات الراديو. في عام 1965 ، تمكن المهندسون الروس من ضمان استلام البرامج التلفزيونية في فلاديفوستوك ، التي تبث من موسكو عبر CCC.

في عام 1967 ، بعد الاختبار وتوفير القدرة التقنية للمعلمات المطلوبة ، تم تشغيل نظام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية Orbita. في عام 1975 ، تم إطلاق القمر الصناعي Raduga الفضائي في مدار دائري. كانت المسافة من سطح الأرض إلى الطائرة الاصطناعية تقارب 36 كم. تزامن اتجاه دوران الكوكب والقمر الصناعي عمليًا ، لذلك "حلقت" محطة الفضاء الدولية حرفيًا فوق الأرض ، وبقيت بلا حراك طوال اليوم. سهّل هذا الحل التقني نقل أوامر التحكم إلى المركبة الفضائية وضمن عمل قناة مستقرة لاستقبال / إرسال موجات الراديو. وبعد ذلك ، تم إطلاق "هورايزون" لمحطة الفضاء الدولية أكثر تقدمًا إلى المدار.

أظهرت نتائج تشغيل محطة الفضاء الدولية "أوربيتا" عدم فاعلية خدمة الإشارات الراديوية في خدمة بث البرامج التلفزيونية الصغيرة. المستوطنات، يبلغ عددهم عدة عشرات الآلاف من السكان المحليين. لذلك ، أعطيت الأولوية للمحطات الأرضية المدمجة لاستقبال وإرسال الإشارة ، التي تخدمها SCC "Ekran". تم إطلاق قمر صناعي لنظام الاتصالات الساتلية هذا في مدار أرضي منخفض في عام 1976. الآن يمكن مشاهدة برامج التلفزيون المركزي من قبل الناس حتى في الأماكن النائية من سيبيريا والشرق الأقصى.

في الثمانينيات من القرن الماضي ، تم استغلال نظام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية "موسكو" بنشاط من خلال محطة الفضاء الدولية "Gorizont".

استخدام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. مميزات تشغيل أقمار الاتصالات:

في الفترة الأولى لاستكشاف الفضاء القريب من الأرض ، من أجل نقل إشارة الراديو إلى الفضاء ، تم إطلاق أبسط سواتل تحتوي على حد أدنى من المعدات على متنها (سواتل الفضاء "ECHO" و "EKHO-2") . كمكرر ، تم استخدام كرة معدنية للجسم ، والتي لها تأثير عاكس. في كثير من الأحيان ، كرة بوليمر مع معدن رش... كانت كفاءة هذه الأجهزة منخفضة للغاية ، وبالتالي فإن السواتل الاصطناعية المنفعلة لم تحصل على التطوير المناسب. لقد أصبح نقيضها الكامل أقمارًا صناعية نشطة ، تحتوي على حشوة إلكترونية معقدة بداخلها ، مصممة لتلقي إشارة راديو ومعالجتها وتضخيمها ونقلها إلى أي مكان في العالم.

عن طريق طريقة معالجة الإشارات الراديويةتُصنف الأقمار الصناعية الفضائية إلى نوعين: محطة الفضاء الدولية المتجددة وغير المتجددة.

أقمار الاتصالات المتجددةيتم تنفيذ مجموعة أكبر من العمليات - في مرحلة استقبال الإشارة ، تقوم بإزالة تشكيلها ، وفي وقت إعادة الإرسال ، تقوم بتعديلها. تتطلب هذه الطريقة في معالجة الإشارات الراديوية إضافية معداتويتسم بالتعقيد الكافي. الأقمار الصناعية المتجددة غالية الثمن.

أقمار الاتصالات غير المتجددةتوفير أبسط مجموعة من العمليات بإشارة لاسلكية. في لحظة استقبال إشارة من محطة أرضية ، يقوم قمر صناعي للاتصالات بتضخيمه ونقله إلى تردد آخر. بعد ذلك ، يتم نقل إشارة الراديو إلى محطة أرضية أخرى. يمكن للقمر الصناعي استقبال ونقل العديد من إشارات الراديو في وقت واحد من خلال قنوات مختلفة (أجهزة الإرسال والاستقبال). يتم تخصيص جزء مخصص من الطيف لكل قناة. عيب هذه الطريقة هو التأخير الملحوظ للإشارة الراديوية المرحّلة بسبب القواعد المزدوجة لتصحيح الخطأ.

مدارات اتصالات الأقمار الصناعية. مدارات أقمار الاتصالات الفضائية:

تشغيل هذه اللحظةهناك التصنيف التالي لمدارات المرسلات المستجيبة الساتلية.

مدار الاتصالات الساتلية الاستوائية.السمة المميزة للمدار الاستوائي هي النهج الثابت بالنسبة للأرض الذي يقوم عليه المقترح التقنيات... يكمن جوهر النهج في حقيقة أن السرعات الزاوية لقمر الترحيل والأرض لا تتطابق فقط ، بل تتحرك أيضًا في نفس الاتجاه. بمعنى آخر ، اتجاه حركة القمر الصناعي ودوران كوكبنا متطابقان. الميزة الرئيسية للمدار الاستوائي هي أن جهاز الاستقبال الأرضي على اتصال دائم بالقمر الصناعي. في هذه الحالة ، يبدو أن القمر الصناعي موجود في مكان واحد ، لذا لا تواجه موجات الراديو عوائق.

تشمل عيوب النسخة المقترحة لتداول قمر الاتصالات ما يلي:

- نظرًا لأنه يتم إطلاق مئات وآلاف من الأقمار الصناعية المختلفة في المدار في وقت واحد ، يزداد خطر الاصطدام بينها ، لذلك عليك حساب مساراتها والتحكم فيها بعناية ؛

- الارتفاع العالي (حوالي 36 ألف كم) من وضع الأقمار الصناعية في المدار يؤدي إلى تأخير كبير في الإرسال معلومات مفيدة(تأثير تأخر إشارة الراديو) ؛

- يتطلب ارتفاع كبير عند إطلاق الساتل في المدار تكاليف مادية كبيرة ؛

- استحالة خدمة المحطات الأرضية في المناطق القطبية.

يميل مدار اتصالات الأقمار الصناعيةيمثل نسخة أكثر تعقيدًا من الحركة في الفضاء الخارجي وتفاعل القمر الصناعي مع المحطات الأرضية.

في إطار المخطط المقترح ، تم تجهيز المحطات الأرضية بأجهزة تتبع خاصة تسهل البحث عن مرسل مستجيب فضائي في مدار قريب من الأرض وتوفر تصحيحًا لزاوية دوران مرآة الهوائي. من المزايا المهمة لهذا النهج خيار التتبع المستمر للساتل. بمعنى آخر ، تراقب المحطة الأرضية باستمرار موقع القمر الصناعي و "توجهه" عبر السماء. يبرر الابتكار نفسه تمامًا في حالات ما قبل الطوارئ وحالات القوة القاهرة ، عندما لا يتحكم أصحاب الأقمار الصناعية ، لأسباب مختلفة ، في موقعهم.

المدار القطبي اتصالات الأقمار الصناعيةيُعرف بحالة خاصة للمدار المائل ويفترض ميلًا بمقدار 90 درجة إلى المستوى الاستوائي.

نطاقات تردد الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. أنواع الاتصالات عبر الأقمار الصناعية:

ترسل المحطات الأرضية إشارة راديو إلى قمر صناعي في نطاق معين. النوعية هذه العمليةيرجع ذلك إلى حقيقة أن نطاق التردد الخاص بنقل الإشارات الراديوية من المحطة الأرضية يختلف عن طيف التردد للإشارة المنقولة من القمر الصناعي. بمعنى آخر ، يتم استخدام نطاق تردد واحد لنقل إشارة راديو ، والآخر يستخدم لإعادة الإرسال. هذه الميزةيفسر من خلال حقيقة أن طبقات الغلاف الجوي تنقل الإشارات الراديوية بطرق مختلفة ، مما يؤدي إلى تنشيط عملية التوهين وامتصاص الإشارة. تحدد "لوائح الراديو" نطاقات التردد للاتصالات الساتلية ، مع مراعاة خصوصية "نوافذ الشفافية لموجات الراديو" للغلاف الجوي ، ومستوى التداخل الراديوي وتأثير العوامل الأخرى.

يتم تحديد نطاقات التردد المستخدمة في الاتصالات الساتلية بأحرف خاصة.

بالنسبة للنطاق L ، يتم تخصيص نطاق تردد 1.5-1.6 جيجاهرتز ، النطاق الأقمار الصناعية المتنقلة(PSS).

بالنسبة للنطاق S ، يتم تخصيص نطاق التردد 1 و9-2.2 و 2.4-2.5 جيجاهرتز ، وهو نطاق الاستخدام الأقمار الصناعية المتنقلة(PSS).

بالنسبة للنطاق C ، يتم توزيع نطاق تردد من 4-6 GHz ، والنطاق هو (FSS).

بالنسبة إلى النطاق Ku ، يتم تخصيص نطاق تردد يبلغ 11 ، 12 ، 14 جيجاهرتز ، يكون نطاق التطبيق اتصالات الأقمار الصناعية الثابتة(FSS) ، البث الفضائي.

بالنسبة للنطاق K ، يتم تخصيص نطاق تردد قدره 20 جيجاهرتز ، ونطاق التطبيق هو اتصالات الأقمار الصناعية الثابتة(FSS) ، البث الفضائي.

بالنسبة للنطاق Ka ، يتم تخصيص نطاق تردد قدره GHz 30 ، ونطاق التطبيق هو اتصالات الأقمار الصناعية الثابتة(FSS) ، الأقمار الصناعية المتنقلة(PSS) ، التواصل بين الأقمار الصناعية.

بالنسبة لنطاق ENF ، يتم تخصيص نطاق تردد 40-50 جيجا هرتز ، ونطاق التطبيق هو اتصالات الأقمار الصناعية الثابتة(FSS) ، منظور.

أكثر جودة عاليةيتم توفير استقبال الراديو من خلال النطاق C ، ولكن هذا يتطلب هوائيًا بقطر صحن أكبر.

كم عدد القنوات التي يمكن أن يوفرها قمر اتصالات واحد؟ نظام اتصالات الأقمار الصناعية:

يشغل جهاز الإرسال والاستقبال الساتلي النموذجي الذي يعمل في نطاق 4-6 جيجاهرتز نطاق تردد 36 ميجاهرتز ، مما يجعل من الممكن إعادة إرسال 6 قنوات تلفزيونية أو 3.6 ألف قناة هاتفية. يحتوي قمر صناعي واحد عادة على 12 أو 24 جهاز إرسال واستقبال.

سيشمل نظام اتصالات الأقمار الصناعية الحديث في المستقبل عدة أنظمة فرعية:

- الاتصالات الساتلية الثابتة (FSS) ، المصممة لخدمة شبكة الاتصالات المترابطة في الاتحاد الروسي ؛

- النظام الفرعي للبث التلفزيوني عبر الأقمار الصناعية والبث الإذاعي ؛

- نظام فرعي للاتصالات الساتلية المتنقلة (MSS) مصمم لتلبية احتياجات المشتركين عن بعد والمتنقل.

لكي يتمكن مكرر الأقمار الصناعية من العمل ، يستخدم العديد من المستخدمين تقنية الوصول المتعدد التردد أو الكود أو الوقت.

ملاحظة: © الصورة //www.pexels.com ، //pixabay.com

خطوط اتصالات أنظمة الأقمار الصناعية
تستخدم خدمات مشغلي المحطات خصائص حساب هاتف الأقمار الصناعية المنظمة
العمل الأقمار الصناعية العسكرية الهاتف المحمول الاتصالات الساتلية الحديثة التعريفات إيريديوم في روسيا الإنترنت الموقع الرسمي شراء globalstar inmarsat messenger
قناة اتصالات فضائية

معامل الطلب 2 101

أقمار الاتصالات التي يتم إطلاقها في الفضاء ، كقاعدة عامة ، تدخل المدارات الثابتة بالنسبة للأرض ، أي أنها تطير بسرعة دوران الأرض وتجد نفسها في وضع ثابت بالنسبة لسطح الكوكب. يدور أحد الأقمار الصناعية على ارتفاع 22300 ميل فوق خط الاستواء ، ويمكنه استقبال إشارات الراديو من ثلث الكوكب.

الأقمار الصناعية المبكرة مثل Echo ، التي تم إطلاقها في عام 1960 ، تعكس ببساطة إشارات الراديو الموجهة إليها. لا تستقبل النماذج المتقدمة الإشارات فحسب ، بل تقوم أيضًا بتضخيمها ونقلها إلى نقاط محددة على سطح الأرض. منذ إطلاق أول ساتل اتصالات تجاري ، إنتلسات في عام 1965 ، أصبحت هذه الأجهزة أكثر تعقيدًا. أحدث نموذجيعمل قمر صناعي يعمل بالطاقة الشمسية بقدرة 30000 اتصالات هاتفيةأو يخدم أربعة برامج تلفزيونية في نفس الوقت. تأتي الإشارات من هوائيات محطة الاتصالات Earth-LA ويتم استقبالها بواسطة جهاز الإرسال والاستقبال عبر الأقمار الصناعية. يقوم هذا الجهاز الإلكتروني بتضخيم الإشارة وتحويلها إلى هوائي ينقلها إلى أقرب محطة أرضية للطائرة. من أجل تجنب التداخل ، يتم إرسال الإشارات الصاعدة والهابطة بترددات مختلفة.

تم إطلاق ثلاثة أقمار صناعية تابعة لإنتلسات (على اليسار) في مدارات ثابتة بالنسبة إلى الأرض ، وهي ترسل إشارات لاسلكية طويلة الموجة حول العالم. تخدم الأقمار الصناعية ، التي تخدم أحواض المحيط الهادئ والهندي والأطلسي ، الهاتف والتلفزيون عالي السرعة و الاتصالات البرقية... في هذا الصدد ، تعمل الإشارات الراديوية عالية التردد ، حيث يتم صدها بواسطة الجسيمات المشحونة التي تشكل الطبقتين E و F من الغلاف الجوي.

يمكن أن يستقبل هذا الهوائي المكافئ حتى إشارات ضعيفة جدًا من القمر الصناعي ، ويمكن أيضًا أن تعمل معظم هذه الأنظمة في الاتصالات من أرض إلى طائرة.

إنتلسات -6

تضعف إشارات الراديو التي تصل إلى القمر الصناعي تدريجيًا عبر مسافة طويلة إلى هذا المستوى بحيث يصعب إرسالها مرة أخرى إلى الأرض. تعمل سواتل INTELSAT ، الموضحة أعلاه ، على تضخيم الإشارات الواردة باستخدام الطاقة من الألواح الشمسية. يحتوي كل قمر صناعي أيضًا على وقود صلب للحفاظ على مداره.

في الصورة أعلاه المقال:

1. عنصر البطاريات الشمسيةمزود الطاقة
2. عاكسات قطع مكافئ
3. عاكسات قطع مكافئ
4. عاكسات قطع مكافئ
5. عاكسات قطع مكافئ

مثل الهوائيات الأرضية ، هذا هوائي الأقمار الصناعيةيتكون من جهاز على شكل سن يسمى باعث أولي ودرع مكافئ عاكس. يضمن عنصران من هذا النظام استقبال موجات الراديو الواردة وتدمير الموجات الأجنبية.

تتصل المحطات الموجودة على سطح الكوكب بـ INTELSAT من خلال هوائيات مكافئة ضخمة بعرض 30 قدمًا مثل تلك الموضحة في الشكل. فوق.

الاتصال الفضائي أو الساتلي هو في الأساس نوع من اتصالات الترحيل الراديوي (التروبوسفير) ويختلف من حيث أن مكرراته لا توجد على سطح الأرض ، ولكن على الأقمار الصناعية في الفضاء الخارجي.

لأول مرة قدم الإنجليزي آرثر كلارك فكرة الاتصالات الساتلية في عام 1945. في مجلة الهندسة الراديوية ، نشر مقالًا عن احتمالات صواريخ مثل V-2 لإطلاق أقمار صناعية للأرض لأغراض علمية وعملية. الفقرة الأخيرة من هذه المقالة مهمة: "القمر الصناعي على مسافة معينة من الأرض سيحدث ثورة واحدة في غضون 24 ساعة. سيبقى ثابتًا فوق مكان معين وضمن نطاق الرؤية البصرية من نصف سطح الأرض تقريبًا. ستتمكن ثلاث مكررات ، موضوعة في المدار الصحيح مع فصل زاوي قدره 120 درجة ، من تغطية الكوكب بأكمله بالبث التلفزيوني والبث VHF ؛ أخشى أن أولئك الذين يخططون للعمل في فترة ما بعد الحرب لن يجدوا ذلك سهلاً ، لكنني أعتبر هذا المسار هو الحل النهائي للمشكلة ".

في 4 أكتوبر 1957 ، أطلق الاتحاد السوفياتي أول قمر صناعي أرضي في العالم ، وهو أول جسم فضائي تم استقبال إشاراته على الأرض. يمثل هذا القمر الصناعي بداية عصر الفضاء. تم استخدام الإشارات الصادرة عن القمر الصناعي ليس فقط لتحديد الاتجاه ، ولكن أيضًا لنقل المعلومات حول العمليات على القمر الصناعي (درجة الحرارة والضغط وما إلى ذلك). تم إرسال هذه المعلومات عن طريق تغيير مدة الرسائل المنبعثة من أجهزة الإرسال (تعديل عرض النبضة). في 12 أبريل 1961 ، ولأول مرة في تاريخ البشرية ، تم تنفيذ رحلة مأهولة إلى الفضاء الخارجي في الاتحاد السوفيتي. تم إطلاق المركبة الفضائية فوستوك وعلى متنها رائد الفضاء يو. أ. غاغارين إلى مدار القمر الصناعي الأرضي. لقياس معلمات مدار المركبة الفضائية والتحكم في تشغيل المعدات الموجودة على متنها ، تم تركيب العديد من معدات القياس والقياس الراديوي عليها. لإيجاد اتجاه المركبة الفضائية وإرسال معلومات القياس عن بعد ، تم استخدام نظام راديو الإشارة الذي يعمل على تردد 19.955 ميغاهرتز. تم توفير الاتصال ثنائي الاتجاه لرائد الفضاء مع الأرض من خلال نظام الهاتف الراديوي الذي يعمل في نطاقات الموجات القصيرة (19.019 و 20.006 ميجاهرتز) والفائقة القصر (143.625 ميجاهرتز). نقل نظام التلفزيون صورة رائد الفضاء إلى الأرض ، مما جعل من الممكن التحكم البصري في حالته. نقلت إحدى كاميرات التلفزيون صورة كاملة الوجه للطيار ، والأخرى - من الجانب.

مكّنت إنجازات العلوم الروسية في مجال استكشاف الفضاء من تنفيذ تنبؤات آرثر كلارك. في نهاية الخمسينيات من القرن الماضي ، بدأت الدراسات التجريبية لإمكانيات استخدام الأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية كمكررات راديو (نشطة وخاملة) في أنظمة الاتصالات الأرضية في الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة الأمريكية. التطورات النظريةفي مجال القدرات الطاقية لخطوط الاتصال عبر الأقمار الصناعية جعل من الممكن صياغة المتطلبات التكتيكية والفنية لأجهزة مكرر الأقمار الصناعية والأجهزة الأرضية ، بناءً على الخصائص الحقيقية للوسائل التقنية التي كانت موجودة في ذلك الوقت.

بالنظر إلى هوية الأساليب ، سنقدم دراسات تجريبية في مجال إنشاء خطوط اتصال عبر الأقمار الصناعية باستخدام مثال الولايات المتحدة. تم إطلاق أول مرحل راديو نشط "Score" في 18 ديسمبر 1958 في مدار بيضاوي مائل مع ذروة 1481 كم وحضيض 177 كم. تتكون معدات الأقمار الصناعية من جهازي إرسال واستقبال يعملان على الترددات 132.435 و 132.095 ميجا هرتز. تم تنفيذ العمل في وضع إعادة الإرسال البطيء. تم تخزين الإشارة المرسلة من محطة الإرسال الأرضية عن طريق تسجيلها على شريط مغناطيسي. تم استخدام بطاريات الفضة والزنك بسعة 45 أمبير - ساعة بجهد 18 فولت كمصادر للطاقة. كانت مدة الاتصال حوالي 4 دقائق لكل ثورة ساتلية واحدة. تم إعادة إرسال هاتف واحد أو 7 قنوات تليفزيونية. كانت خدمة القمر الصناعي 34 يومًا. احترق القمر الصناعي عند دخوله الغلاف الجوي في 21 يناير 1959. تم إطلاق التتابع الراديوي النشط الثاني "Courier" في 4 أكتوبر 1960 في مدار بيضاوي مائل مع ذروة 1270 كم وحضيض 970 كم. تتكون معدات الأقمار الصناعية من 4 أجهزة إرسال واستقبال (150 ميجاهرتز لنقل الأوامر و 1900 ميجاهرتز للاتصالات) وأجهزة الذاكرة المغناطيسية ومصادر الطاقة - الخلايا الشمسية والبطاريات الكيميائية. تم استخدام خلايا السيليكون الشمسية بمبلغ 19152 كمصدر أساسي للطاقة. تم استخدام بطاريات النيكل والكادميوم بسعة 10 أمبير - ساعة بجهد 28-32 فولت كمرحلة عازلة. كانت مدة جلسة الاتصال 5 دقائق لكل ثورة قمر صناعي. كانت خدمة القمر الصناعي سنة واحدة. في 10 يوليو 1962 ، تم إطلاق مكرر Telstar النشط في مدار بيضاوي مائل مع ذروة 5600 كم وحضيض 950 كم ، والذي كان مخصصًا للترحيل النشط للإشارات الراديوية في الوقت الفعلي. وفي الوقت نفسه ، نقل إما 600 قناة هاتفية فردية أو 12 قناة هاتفية مزدوجة أو قناة تلفزيونية واحدة. في جميع الأحوال تم تنفيذ العمل بطريقة تعديل التردد. ترددات الاتصال: على خط القمر الصناعي الأرضي 4169.72 ميجاهرتز ، على خط القمر الصناعي الأرضي 6389.58 ميجاهرتز. كانت مدة جلسة الاتصال على الخط الأمريكي الأوروبي عبر هذا القمر الصناعي حوالي ساعتين في اليوم. تراوحت جودة الصور التلفزيونية المنقولة من جيد إلى ممتاز. تصور المشروع فترة خدمة كبيرة جدًا للقمر الصناعي - سنتان ، ولكن بعد أربعة أشهر من التشغيل الناجح ، فشل سطر الأوامر. وجد أن العطل السببي كان تلف السطح بسبب عمل الإشعاع عند مرور القمر الصناعي على الحزام الإشعاعي الداخلي.

في 14 فبراير 1963 ، تم إطلاق أول قمر صناعي متزامن لنظام Sinkom مع المعلمات المدارية: ذروة الارتفاع 37،022 كم ، ارتفاع نقطة الحضيض 34185 ، الفترة المدارية 1426.6 دقيقة. تردد التشغيل على ارتباط الأرض بالقمر الصناعي هو 7360 ميجاهرتز ، وعلى الرابط من القمر الصناعي إلى الأرض ، 1820 ميجاهرتز. تم استخدام خلايا شمسية بحجم 3840 وحدة بقوة إجمالية قدرها 28 وات بجهد 27.5 فولت كمصدر أساسي للطاقة على القمر الصناعي. استمر الاتصال بالقمر الصناعي لمدة 20،077 ثانية فقط ، وبعد ذلك تم تنفيذ الملاحظات بالطرق الفلكية.

في 23 أبريل 1965 ، تم إطلاق أول قمر صناعي للاتصالات Molniya-1 في الاتحاد السوفياتي. مع إطلاق قمر الاتصالات الثاني "مولنيا -2" في 14 أكتوبر 1965 ، بدأ التشغيل المنتظم لخط الاتصال البعيد المدى عبر القمر الصناعي. في وقت لاحق ، تم إنشاء نظام اتصالات الفضاء بعيد المدى Orbita. وتتكون من شبكة من المحطات الأرضية والأقمار الصناعية الأرضية "مولنيا" ، "رادوغا" ، "أفق". أدناه ، في الفصل السابع ، سيظهر أن تعديلات الأقمار الصناعية Horizon تستمر في العمل في القرن الحادي والعشرين. يشير هذا إلى الموثوقية العالية للمعدات المحلية مقارنة بالمعدات الأجنبية.

تم بناء أولى محطات الاتصالات الفضائية واختبارها وتشغيلها في مدينة شتشيلكوفو بالقرب من موسكو وفي أوسوريسك. تم توصيلهم عن طريق خطوط اتصال الكابل والمرحل ، على التوالي ، مع مراكز التلفزيون ومحطات الهاتف بين المدن في موسكو وفلاديفوستوك.

تبين أن أنسب معدات المحطات الأرضية للنظام الساتلي هي معدات الاتصالات التروبوسفيرية TR-60/120 ، حيث تم استخدام أجهزة إرسال عالية القدرة ومستقبلات عالية الحساسية مع مضخمات حدودية منخفضة الضوضاء ، كما هو معروف. . على أساسه ، يجري تطوير مجمع "هورايزون" للاستقبال والإرسال ، وتركيبه في المحطات الأرضية لأول خط اتصالات عبر الأقمار الصناعية بين موسكو وفلاديفوستوك.

أجهزة إرسال مطورة خصيصًا للاتصالات وخطوط القيادة والقياس ، ومكبرات صوت حدودي بدرجة حرارة ضوضاء تبلغ 120 كلفن للتركيب في الهوائي أسفل كابينة المرآة ، بالإضافة إلى معدات جديدة تمامًا توفر الالتحام بمراكز التلفزيون المحلية والمبادلات الهاتفية بعيدة المدى.

في تلك السنوات ، قام مصممو المحطة الأرضية ، خوفًا من تأثير المرسلات القوية على المستقبلات ، بتثبيتها على هوائيات مختلفة وفي مباني مختلفة (استقبال وإرسال). ومع ذلك ، فإن تجربة استخدام هوائي مشترك واحد للاستقبال والإرسال ، التي تم الحصول عليها على خطوط الاتصال التروبوسفيرية ، جعلت من الممكن نقل معدات الاستقبال إلى هوائي الإرسال في المستقبل ، مما أدى إلى تبسيط وتقليل تكلفة تشغيل محطات الاتصالات الساتلية إلى حد كبير.

في عام 1967 ، من خلال القمر الصناعي للاتصالات "Molniya-1" ، تم إنشاء شبكة تلفزيونية واسعة من محطات الاستقبال الأرضية "Orbita" مع محطة إرسال مركزية بالقرب من موسكو. وقد أتاح ذلك تنظيم قنوات الاتصال الأولى بين موسكو والشرق الأقصى وسيبيريا وآسيا الوسطى ، ونقل برنامج التلفزيون المركزي إلى المناطق النائية من وطننا الأم ، بالإضافة إلى الوصول إلى أكثر من 30 مليون مشاهد تلفزيوني.

ومع ذلك ، دارت أقمار مولنيا حول الأرض في مدارات إهليلجية طويلة. لتتبعها ، يجب أن تدور هوائيات محطات الاستقبال الأرضية باستمرار. من الأسهل حل هذه المشكلة عن طريق دوران الأقمار الصناعية في مدار دائري ثابت ، يقع في المستوى الاستوائي على ارتفاع 36000 كم. إنهم يقومون بثورة واحدة حول الأرض في غضون 24 ساعة ، وبالتالي يبدو لمراقب أرضي معلقًا بلا حراك فوق نقطة واحدة من كوكبنا. ثلاثة أقمار صناعية من هذا القبيل تكفي لتوفير الاتصالات لكامل الأرض.

في الثمانينيات من القرن الماضي ، عملت أقمار الاتصالات "Raduga" والأقمار الصناعية التلفزيونية "Ekran" بشكل فعال في مدارات ثابتة. لم تكن هناك حاجة إلى محطات أرضية متطورة لاستقبال إشاراتها. يتم استقبال البث التلفزيوني من هذه الأقمار الصناعية مباشرة على هوائيات جماعية وحتى فردية.

في الثمانينيات ، بدأ تطوير الاتصالات الساتلية الشخصية. في هذا الصدد ، يتصل هاتف القمر الصناعي مباشرة بقمر صناعي في مدار أرضي منخفض. تدخل الإشارة من القمر الصناعي إلى المحطة الأرضية ، حيث يتم نقلها إلى شبكة الهاتف العادية. يعتمد عدد الأقمار الصناعية المطلوبة للاتصال المستقر في أي مكان على الكوكب على نصف القطر المداري لنظام ساتلي معين.

يتمثل العيب الرئيسي للاتصالات الساتلية الشخصية في تكلفتها العالية نسبيًا مقارنةً بالاتصالات الخلوية. بالإضافة إلى ذلك ، تم دمج أجهزة الإرسال عالية الطاقة في الهواتف الساتلية. لذلك ، تعتبر غير آمنة لصحة المستخدمين.

تعمل أكثر هواتف الأقمار الصناعية موثوقية على شبكة إنمارسات التي تأسست منذ أكثر من 20 عامًا. هواتف الأقمار الصناعية لنظام Inmarsat هي حقيبة بغطاء مفصلي بحجم الأول أجهزة الكمبيوتر المحمول... غطاء هاتف القمر الصناعي هو أيضًا هوائي ، يجب توجيهه نحو القمر الصناعي (يتم عرض قوة الإشارة على شاشة الهاتف). تستخدم معظم هذه الهواتف في السفن أو القطارات أو المركبات الثقيلة. في كل مرة تحتاج فيها إلى إجراء مكالمة أو الرد عليها ، ستحتاج إلى تثبيت هاتف القمر الصناعي على سطح مستو ، وفتح الغطاء ولفه ، وتحديد اتجاه أقصى إشارة.

في الوقت الحاضر ، لا تزال أنظمة الأقمار الصناعية تمثل حوالي 3٪ من حركة المرور العالمية في الميزان العام للاتصالات. لكن الطلب على خطوط الأقمار الصناعية مستمر في النمو ، حيث أن مدى القنوات الفضائية يزيد عن 800 كيلومتر ، لتصبح أكثر ربحية من الناحية الاقتصادية مقارنة بالأنواع الأخرى من الاتصالات بعيدة المدى.