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.

Космонавтика

Космонавтика как наука, а затем и как практическая отрасль, сформировалась в середине XX века. Но этому предшествовала увлекательная история рождения и развития идеи полета в космос, начало которой положила фантазия, и только затем появились первые теоретические работы и эксперименты. Так, первоначально в мечтах человека полет в космические просторы осуществлялся с помощью сказочных средств или сил…

Носители среднего класса Японии

Двухступенчатая РН Н2 (табл.), разработанная фирмой Mitsubishi под руководством NASDA, существенно расширяет возможности Японии по запуску крупногабаритных КА в космос. По американской классификации ее можно отнести к промежуточному (между средним и тяжелым) классу. В конструкции РН Н2 и новой тяжелой западноевропейской РН Ariane-5 имеется некоторое сходство. Различия главным образом в размерах и суммарной тяге. Компоновка…

Экономические причины реструктуризации

Процессы на фондовой бирже. Не только политика, но и реальный сектор экономики повинен в реструктуризации финансово-промышленных групп в военной индустрии. В США развиты финансовые рычаги влияния на военно-промышленную отрасль, и среди них процессы на фондовой бирже стоят на первом месте. Первичным толчком к консолидационным слияниям послужило падение Берлинской стены в 1989 г. Фондовые игроки под…

Навигационные системы

Находящие все большее применение в различных областях космические навигационные системы будут развиваться в направлении создания на качественно новом уровне навигационно-временного обеспечения различных объектов хозяйственного, научного и оборонного назначения в интересах решения широкого круга задач навигации подвижных объектов, высокоточной привязки при строительстве, геологических изысканиях, при проведении кадастровых работ, контроля за перевозкой ценных грузов, проведения аварийно-спасательных работ…

Энергетические и двигательные установки ракетно-космической техники

В создание движителей для вывода полезных нагрузок в космос огромный вклад внесли наши соотечественники. Будучи приговоренным к смертной казни, студент медико-хирургической академии Николай Иванович Кибальчич (1853-1881 гг.) передал в адвокатуру не просьбу о помиловании, а свой «Проект воздухоплавательного прибора». В этом проекте он высказал идею ракетного летательного аппарата. Н.И. Кибальчич писал, что если его идея…

Основные средства НКУ

Все средства НКУ можно подразделить по функциональному признаку на следующие основные группы: средства центра управления полетом КА; средства информационного обмена с КА; средства связи и передачи данных (ССПД) между ЦУПом и другими элементами НКУ, а также между ЦУПом и внешними взаимодействующими комплексами; средства системы единого времени. Информационный обмен между НКУ и КА осуществляется по радиоканалам…

Международно-правовой режим военно-космической деятельности

Международно-правовой режим, регламентирующий решение в космосе военных вопросов, не успевает за экспансивным развитием ракетно-космической техники и технологий. Принимаемые политические меры также до конца не способны обеспечить эффективный контроль за эволюцией космических вооружений, надежно заключая их в «прокрустово ложе» международных договоров и соглашений. Бурное развитие космических систем, усиление их роли в поддержании боеспособности современных вооруженных сил…

Достижения космонавтики

В докладе Правительству в 1954 г. о возможности разработки ИСЗ С.П. Королев писал: «По вашему указанию представляю докладную записку тов. Тихонравова М.К. «Об искусственном спутнике Земли…». В отчете о научной деятельности за 1954 г. С.П. Королев отмечал: «Мы полагали бы возможным провести эскизную разработку проекта самого ИСЗ с учетом ведущихся работ (особенно заслуживают внимания работы…

Носители среднего класса Индии

С 1986 г. фирмой «Хиндустан аэронотикс» под руководством ISRO в Индии осуществляется разработка трехступенчатой РН среднего класса GSLV (Geosynchronous Satellite Vehicle — РН для выведения спутников на геостационарную орбиту). Согласно проекту на первой ступени РН GSLV предполагается установить ЖРД индийского производства — РДТТ S-125, на второй — ЖРД индийского производства Vicas, на третьей — криогенный…

Ресурсные причины реструктуризации

В 1990 — 1992 гг. в США произошел спад производства в высокотехнологическом секторе промышленности (который включает и аэрокосмическую отрасль). Причина спада — сокращение государственных капиталовложений в науку и технику, осваиваемых промышленностью в порядке выполнения государственных программ. Если в 1987 г. эти вложения составляли 57,9 млрд. дол., то в 1996 г. — 47,4 млрд. дол. Из…

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!