Космонавтика в телекоммуникациях

Что представляют собой искусственные спутники и какую пользу из них извлекает человек? Мы хотим рассказать о нескольких видах спутника: спутники – связисты и спутники – навигаторы.

Наш сегодняшний мир совершенно невозможно представить себе без искусственных спутников, кружащих над землей по ближним и дальним орбитам. И если всего лишь четверть века назад исчезновение всех спутников с околоземной орбиты означало бы лишь умеренные неудобства, причем в большей степени для государств, чем для частных лиц, то сегодня это привело бы к немедленному краху всей современной цивилизации.

Связано это, прежде всего с тем, что за последние десятилетия многократно возросли потоки информации, и значительная часть ее идет через спутниковые каналы связи. Конечно, большую роль играют и проводные и оптоволоконные линии, однако доля магистральных спутниковых каналов в общем объеме передачи данных постоянно растет.

Без спутников современный Интернет просто не справился бы с потоками информации, которые проходят через Всемирную сеть.

Спутниковые тарелки на крышах Самары

Еще одна сфера применения спутников связи, которая затрагивает очень многих людей — это телевидение. Спутники начали применяться для доставки телесигнала в отдаленные районы еще с шестидесятых годов прошлого века (спутник связи «Молния-1), а в восьмидесятые появилось спутниковое телевидение с передачей сигнала непосредственно на приемники частных абонентов (через спутниковую «тарелку»).

Сегодня спутниковое телевидение абсолютно доминирует в развитых странах, и Россия тоже постепенно приближается к этому стандарту. Убедиться можно хотя бы на примере нашего города. Большинство самарцев смотрит сейчас кабельное телевидение, а сигнал, который распространяется по кабелю, приходит со спутников. Кроме того, и в центре города, и в частном секторе (особенно там, где кабельное телевидение пока недоступно) и в сельской местности появляется все больше спутниковых тарелок на домах.

Спутниковая связь это -

1) Использование искусственных спутников Земли в качестве ретрансляторов;

2) Осуществление связи между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными;

3) Развитие традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту.

Интересное

Не регенеративный спутник переносит сигнал на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует. Это позволяет исправить ошибки дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Сложно, дорого, задержка сигнала!

Немного истории

В 1945 году Артур Кларк предложил идею систему создания системы спутников связи на геостационарных орбитах.

В 50-е годы первые исследования в области спутниковой связи.

20 августа 1965 году в рамках этой программы был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird.

1971 - соглашение между 9 странами социалистического блока о создании системы связи "Интерспутник".

Применение навигационных спутников

Еще одним достижением современной космонавтики является приемник системы глобального позиционирования.

Система навигации ГЛОНАСС

Система навигации GPS

Создаваться существующие ныне спутниковые системы глобального позиционирования — американская GPS (NAVSTAR) и российская «ГЛОНАСС» (Глобальная навигационная система) — начали еще 40 лет назад, в период «холодной войны», для точного определения координат баллистических ракет. Для этих целей в качестве дополнения к спутникам — регистраторам старта ракет, в космосе была развернута система навигационных спутников, в задачу которых входило сообщение своих точных координат в пространстве. Приняв необходимые данные одновременно с нескольких спутников, навигационный приемник определял и собственное местоположение.

Первоначально GPS разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того как в 1983г. был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Но точность была уменьшена специальным алгоритмом.

Разнообразные типы и модификации GPS-приемников широко используются на морских и воздушных средствах, в системах мобильной и спутниковой связи. Они облегчают прокладку курса и поисково-спасательные работы в случае аварий и катастроф. Сейчас приборы GPS все чаще устанавливаются в автомобилях и помогают выбрать оптимальный маршрут движения по городу. Охотно используют эти приборы также туристы — ведь с таким устройством практически невозможно заблудиться.

GPS полностью введена в эксплуатацию, имеет 24 спутника, размещенных на круговых орбитах по 4 в шести орбитальных плоскостях (высота 20 000 км от поверхности Земли), а также 5 запасных аппаратов. В настоящее время орбитальная группировка ГЛОНАСС состоит из 26 спутников, но еще не обеспечивает 100-процентную доступность услуг ГЛОНАСС на территории страны.

С 1 января 2006 г. все вновь вводимые в эксплуатацию транспортные средства, включая самолеты, суда, наземный транспорт, геодезическое оборудование и космические аппараты, — должны в обязательном порядке оснащаться аппаратурой спутниковой навигации отечественной системы ГЛОНАСС или комбинированными приемниками ГЛОНАСС/ GPS.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами — спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутника до приёма антенной GPS-приёмника. То есть для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. Таким образом, для определения координат и высоты приёмника, используются сигналы как минимум с четырёх спутников.

Несмотря на кажущуюся сложность и масштабность системы глобального позиционирования, компактный GPS-приемник сегодня может приобрести любой желающий в магазине электроники. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющих возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.

Существует туристическая игра с применением спутниковых навигационных систем – геокешинг. Основная идея состоит в том, что одни игроки прячут тайники, с помощью GPS определяют их географические координаты и сообщают о них в Интернете. Другие игроки используют эти координаты и свои GPS-приёмники для поиска тайников. Можно использовать «связки» c подключением к карманному персональному компьютеру или ноутбуку. На первый взгляд, кажется, что найти тайник с помощью GPS-приёмника просто. Однако точность, с которой GPS-приемник определяет позицию, составляет несколько десятков метров. GPS-приемник позволяет только «очертить» небольшой район местонахождения тайника. Для более точного поиска надо пользоваться подсказками из его описания.

Достоинства космических навигационных систем настолько неоспоримы, что Объединенная Европа, несмотря на гигантские затраты, планирует создать собственную навигационную систему «Галилео». Ожидается, что Галилео войдёт в строй в 2013, когда на орбиту будут выведены все 30 запланированных спутников (27 операционных и 3 резервных).

Систему своих навигационных спутников планирует развернуть и Китай - «Бэйдоу». Первый спутник был запущен в 2007 году. Система должна заработать в Азиатско-Тихоокеанском регионе к 2012 году. Планируется, что "Бэйдоу" станет глобальной системой к 2020 году, когда на орбите будет 35 спутников.

Кроме достоинств существуют и недостатки использования любой навигационной системы. При определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь.

В начале эпохи телевидения, еще до запусков космических кораблей, люди столкнулись с проблемой передачи телесигнала на большие расстояния, например между континентами. Строились множество ретрансляторов, но это требовало больших вложений денег. К тому же качество сигнала оставляло желать лучшего.

Первые идеи по созданию спутников, которые ретранслировали сигнал, появились еще в середине 1940-х годов. Первой статьей по этой теме была статья «Extra-terrestrial Relays», опубликованная Артуром Кларком в журнале «Wireless World». Серьезные исследования и разработки начались через десять лет, в середине 1950-х годов в США. Значительный вклад в это внес СССР, запустив первый искусственный спутник Земли с радиоаппаратурой на борту. Первым прообразом современных спутников связи был воздушный шар «Эхо-1», который был выведен на высоту 1500 км с ретранслятором на борту.

В 1965 году в рамках программы «Intelsat» был запущен спутник «Early bird». Он служил для телефонной связи, но являлся толчком к созданию спутников для передачи телесигнала.

Научные разработки продолжались, и уже в 1976 году была осуществлена первая передача телесигнала. С тех пор были запущены сотни телекоммуникационных спутников, которые ежедневно транслируют многие часы телевизионных программ жителям Земли.

В статье использованы материалы исследовательской работы ученицы 11А класса МОУ Школы № 94 Икьковой Насти.

Визитка экипажа "FacePalm".

Визитка экипажа "Союз-63"

Межрегиональный интернет-конкурс "Гагаринский взлёт"