Невероятно, но факт!
Главная / Космос / Выбор проектных характеристик радиолиний дальней космической связи

Выбор проектных характеристик радиолиний дальней космической связи

Выбор проектных характеристик космических радиолиний является сложной инженерной задачей и требует учета большого числа различных факторов, влияющих на энергетику радиолиний и качество передачи информации на требуемые дальности. Рассмотрим выражение, определяющее зависимость максимальной дальности связи D от параметров космической радиолинии,

где Р — мощность передатчика; S6, S3 — эффективные площади бортовой и наземной антенн; hS — коэффициент, определяемый суммарными потерями энергии сигнала в элементах антенно-фидерных трактов и при распространении в окружающей среде; А — длина радиоволны; к = 1,38*10-23 Дж/К — постоянная Больцмана; ГЭф — эффективная температура шума на входе приемной системы; Д — ширина полосы пропускания приемника до детектора; дп — пороговое отношение мощности сигнала к мощности шума на входе приемного устройства, при котором обеспечивается заданное качество принимаемого сообщения.

Формула справедлива как для запросных («Земля-борт»), так и для ответных («борт — Земля») радиолиний. В дальнейшем будем рассматривать в основном ответную радиолинию как наиболее напряженную с точки зрения обеспечения требуемого энергетического потенциала. Одна из основных проблем проектирования радиосистем дальней космической связи — выбор оптимального диапазона радио-волн.

В формуле наряду с явной зависимостью D от А, функциями длины волны являются эффективная температура шума ТЭф и составляющие коэффициента hS, характеризующие потери энергии сигнала в атмосфере Земли, планет и в межпланетной плазме. Потери энергии радиоволн в ионосфере обусловлены их отражением и рассеянием, а также вращением плоскости поляризации при распространении. Указанные эффекты уменьшаются с уменьшением длины радиоволны. При А < 3 м потери в ионосфере несущественны в дециметровом диапазоне ими можно пренебречь.

Потери энергии радиоволн в тропосфере Земли, наоборот, растут с уменьшением длины волны, они малы при А > 3 см. При уменьшении длины волны А < 3 см потери начинают расти вследствие наличия резонансных линий поглощения в спектре молекулярных компонент паров воды и кислорода земной атмосферы. Графические зависимости потерь энергии радиосигнала в земной атмосфере от длины волны при различных углах места антенны представлены на рис. Поглощение радиоволн, вызываемое осадками, в основном дождем и туманом,растет с уменьшением длины волны, зависит от интенсивности осадков и становится существенным при А < 5 см.

На рис. показаны кривые зависимости потерь энергии радиосигнала на трассе длиной 1 км от длины волны X иПоглощение радиоволн, вызываемое дождем, на трассе длиной 1 км интенсивности дождя. Нужно иметь в виду, что и другие планеты Солнечной системы имеют атмосферу, поэтому при выборе характеристик радиоканала связи с КА, находящимся на поверхности планеты, необходимо учитывать условия распространения радиоволн в ее атмосфере. Уровень шумов на входе приемной системы определяется собственными шумами входных устройств приемника, потерями в элементах антенно-фидерного устройства (АФУ) и внешними шумами, вызываемыми тепловым излучением атмосферы, поверхности Земли, Галактики и дискретных космических источников — Солнца, Луны.

Атмосферные шумы на высоких частотах обусловлены поглощением энергии радиоволн в газах тропосферы и атмосферных образованиях (облаках, дожде, тумане). Интенсивность этих шумов зависит от длины пути радиосигнала в среде. Далее на рис. представлены графики зависимости яркостной температуры стандартной атмосферы от длины радиоволны и угла места антенны, рассчитанные для средних условий европейской части территории РФ.

На этом же рисунке приведены графики зависимости от длины волны яркостной температуры космического из лучения, соответствующей галактическому центру (Tkmax) и «холодному» небу вблизи Галактики (Tkmin). Представленные графики могут быть использованы для приближенных оценок вклада атмосферы и галактических шумов в эффективную температуру шума на входе приемного устройства.

Из рис. ниже следует, что при длинах волн менее 10 см атмосферный шум преобладает над галактическим. При А = 1,35 см и X = 0,5 см имеют место максимумы яркостной температуры атмосферы, вызываемые резонансным излучением паров воды и молекул кислорода. Поверхность Земли также излучает радиошумы с эквивалентной температурой около 290 К, которые могут приниматься наземными антеннами по боковым лепесткам диаграммы направленности. Для крупноразмерных антенн, работающих при больших углах места, влияние теплового излучения поверхности Земли на эффективную температуру шума на входе приемного устройства будет мало.

Температуры излучения стандартной атмосферы и галактического фонаТаким образом, анализ выражения и рис. показывает, что оптимальный диапазон радиоволн с точки зрения обеспечения наилучших энергетических характеристик космических радиоканалов и достижения максимальной дальности связи с КА наземными средствами соответствует длинам волн от 1,5 до 30 см. В этом диапазоне эффективная температура внешних шумов, вносимых излучением атмосферы Земли и космического пространства, составит 5-40 К, а интегральное поглощение энергии радио-волн в тропосфере при отсутствии осадков не превысит 0,1 дБ при средних углах места антенны. Возможна организация космической связи с ДКА кроме указанного диапазона в миллиметровом, субмиллиметровом и оптическом диапазонах волн в «окнах прозрачности» атмосферы Земли.

Для снижения эквивалентной температуры собственных шумов на входе приемной системы наземной станции применяют малошумящие квантово-параметрические или молекулярные усилители высокой частоты, охлаждаемые с помощью криогенных устройств до температуры жидкого гелия. При этом в лучших усилителях, используемых в современных радиотехнических комплексах дальней космической связи, достигается температура шума 10-20 К.

Значение произведения А/дп в формуле (выше) зависит от вида модуляции сигнала, метода кодирования и выделения принятого сигнала, а также от допустимой вероятности ошибок приема информации. С точки зрения наилучшего использования энергетики радиолинии оптимальными являются многопозиционные ортогональные цифровые сигналы и фазовая манипуляция несущей частоты. В современных радиотехнических системах минимальное значение произведения ЛЛП составляет 3-4 F при вероятности ошибки приема сигнала 10-3, где F — скорость передачи цифровой информации.

Космические эксперименты

Одним из первых космических экспериментов было фотографирование Земли, показавшее, как много могут дать наблюдения из космоса для открытия и разумного использования природных ресурсов. Задачи по разработке комплексов фото- и оптикоэлектронного зондирования земли, картографирования, исследования природных ресурсов, экологического мониторинга, а также по созданию ракет-носителей среднего класса на базе ракет Р-7А выполняет бывший филиал № 3 ОКБ,…

Европейские носители легкого класса

В Испании под руководством Испанского национального института аэрокосмических технологий INTA, финансируемого министерством обороны, разрабатывается проект трехступенчатого твердотопливного легкого носителя Capricornio («Козерог») для запуска малых КА. Первая ступень РН представляет собой американский РДТТ Castor-4B, a верхние ступени — испанской разработки. Стартовая масса РН, имеющей длину 18,25 м, составляет 15 т. РН способна выводить на низкие околоземные…

Анализ процесса реструктуризации аэрокосмических фирм

Нынешняя реструктуризация аэрокосмической промышленности США — самый широкомасштабный процесс за всю послевоенную историю. С 1990 г. состоялось более 30 сделок по слияниям и поглощениям. Сюда относятся как крупные приобретения одними компаниями отдельных подразделений других фирм, так и слияния самих корпораций с образованием фирм с новым названием. Однако было бы упрощением рассматривать проходящие в зарубежной аэрокосмической…

Фундаментальные исследования

Получаемые из космоса фундаментальные данные чрезвычайно важны для понимания глубинных космических процессов и их влияния на Землю. Возможность внеатмосферных наблюдений чрезвычайно важна для астрономических исследований. Земная атмосфера, состоящая из азота, кислорода и других газов, сильно поглощает излучение звезд, и наземные телескопы могут наблюдать его в узких спектральных окнах прозрачности. Между тем звезды излучают в очень…

Система дистанционного энергоснабжения

В перспективе наиболее пред почтительным, не требующим топлива и экологически чистым способом энергоснабжения представляется преобразование солнечной энергии. Сохранение среды обитания, включая околоземное космическое пространство, также должно явиться одной из важнейших целей космической деятельности. Весьма актуальны разработка и реализация ряда целевых программ, ориентированных на ослабление и ликвидацию негативных последствий антропогенного влияния на окружающую среду с помощью…

Космическая система ретрансляции информации

Увеличение объема и сложности целевых задач, решаемых современными КА, и повышенные требования к надежности управления вызывают необходимость обеспечения непрерывности и глобальности информационного взаимодействия НКУ с КА. Эффективным путем достижения этой цели является использование для обмена информацией с КА космических систем ретрансляции (КСР). Техническая структура КСР включает два-три спутника-ретранслятора (СР) на геостационарной орбите, одну-две наземные станции…

Международно-правовые аспекты проблемы экологии космос

Основополагающим документом, имеющим отношение к проблеме сохранения устойчивого экологического состояния космической среды, является Договор по космосу (1967 г.). Статья 1 этого Договора предусматривает осуществление космической деятельности таким образом, чтобы не затруднить и не нарушить права других стран на мирное освоение космоса. В статье 4 Договора подчеркивается, что государства несут международную ответственность за национальную деятельность в…

Общая характеристика космонавтики в мире

Вывод Советским Союзом 4 октября 1957 г. искусственного спутника на орбиту вокруг Земли положил начало космической гонке, которая к настоящему времени достигла небывалых масштабов. На начальном ее этапе, проходившем в условиях «холодной» войны, главные побудительные причины, задававшие тон в этом марафоне, носили политический и военный характер. Престиж и безопасность (в широком понимании) государства — вот…

Носители легкого класса США

В 1993 г. фирмой Lockheed была начата программа создания семейства РН LLV (Lockheed Launch Vehicle) малой и средней грузоподъемности. Первый пуск первой РН этого семейства — двухступенчатой твердотопливной РН LLV-1 малой грузоподъемности после неоднократных задержек из-за различных неполадок был осуществлен в августе 1995 г., однако закончился неудачей. Характеристики РН LMLV таковы: LMLV-1 грузоподъемностью порядка 1,0…

Направленность реструктуризации

Процессы реструктуризации аэрокосмической промышленности, происходящие за рубежом, направлены на достижение качественно нового состояния фирм, позволяющего не только выжить в условиях изменяющейся обстановки,но и обеспечить наращивание конкурентных возможностей на рынке космических товаров и услуг. Преимущества, получаемые фирмами в результате реструктуризации, можно условно выделить в четыре группы. Первая группа — текущая экономия на элементах постоянных издержек. Внутрифирменная…

Все права защищены ©2006-2022. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
 

Невероятно, но факт!