04 июл 2017

Как устроена спутниковая связь

 

Сегодня мир переживает своеобразный ренессанс космический науки и техники, – все больше стран и даже отдельных компаний включаются в программы освоения внеземного пространства, все более амбициозными становятся цели, все большие расстояния преодолеваются. И ни одна из этих программ не может быть реализована без организации системы связи.

Для России с ее огромной территорией спутниковые системы связи имеют особое значение. Именно они обеспечивают единую систему управления органов государственной и муниципальной власти, инфраструктурных объектов и систем жизнеобеспечения в самых удаленных, а порой и труднодоступных уголках страны.

Основными, по функциональному назначению, элементами спутников связи являются усилители мощности сверхвысокочастотной (СВЧ) радиоволны, которые позволяют увеличить расстояние доставки радиосигнала. Наиболее эффективными среди них признаны электровакуумные приборы – лампы бегущей волны (ЛБВ), они способны усилить мощность в сотни тысяч раз и демонстрируют длительный срок эксплуатации.

Связь со спутниками осуществляется с помощью наземных приемо-передающих центров, в аппаратуре которых также применяются усилители мощности различного типа. Во входных усилителях используются маломощные ЛБВ, в промежуточных – усилители средней мощности, в выходных – большой и сверхбольшой.

Холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех является крупнейшим в России разработчиком и производителем СВЧ-электроники, объединяя легендарные в отрасли предприятия – фрязинский «Исток», московские Государственный завод и НПП «Пульсар», саратовский «Алмаз». Именно они на протяжении десятков лет обеспечивают электронную базу отечественного аэрокосмического комплекса.

Например, специалисты «Алмаза» уже более полувека изготавливают выходные усилители радиопередающих устройств для космических аппаратов разных типов и назначения. Именно эти изделия определяют главные тактико-технические характеристики космических связных систем в целом. Всего разработано более 20 типов ЛБВ, работающих в различных диапазонах частот. Ими комплектовались, в частности, пилотируемые космические корабли типа «Союз» и «Салют», Российская космическая станция «Мир», межпланетные аппараты «Венера» и «Марс», связные спутники «Молния-1», «Молния-2», «Горизонт», «Радуга», «Глобус-1» и «Глобус-1М», «Луч», «Галс», «Целина», «Экспресс», «Меридиан» и другие.

Спутник «Горизонт»


Стоит отметить, что выходная мощность ЛБВ аппарата «Молния-1» в 10 раз превышала показатель американского спутника того времени – TELSTAR. Это обеспечило возможность использования в наземной аппаратуре малогабаритных приемных антенн, что в свою очередь позволило создать в СССР в 1968 году первую в мире общегосударственную сеть спутникового телерадиовещания в рамках системы «Орбита». Подобная система оставалась единственной в мире на протяжении целых семи лет, – в мировой науке и технике не так много примеров, когда первенство удавалось удерживать так долго.

За годы эволюции ЛБВ срок их эксплуатации удалось увеличить в 4 раза – с 3-5 до 15-20 лет, КПД – в 2 раза, с 30% до 60%. При этом существенно сокращены сроки освоения в производстве вновь разрабатываемых изделий.

В последнее время НПП «Алмаз» выполнило разработки ЛБВ средней мощности для нового поколения аппаратуры бортовых ретрансляционных комплексов космических аппаратов по заявке АО «Российские космические системы» и разработку современного выходного усилителя для бортовой спутниковой аппаратуры в интересах АО «ОКБ Московского энергетического института» и поставляет эти приборы для комплектации российских спутников.

Кроме того, предприятия «Росэлектроники» участвуют в перспективных программах космических радиотелескопов. Самая грандиозная из них – создание в 2025 году обсерватории «Миллиметрон» (проект «Спектр-М») с 10-метровым космическим телескопом в районе точки Лагранжа L2, находящейся на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Обсерватория предназначена для исследования различных объектов Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах на длинах волн от 0,02 до 17 мм.

Проект, в котором принимают участие 32 организации, в том числе из Италии и Нидерландов, возглавляет ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина». НПП «Алмаз» разрабатывает для «Миллиметрона» ЛБВ с заданными характеристиками: срок службы – более 20 лет, КПД – более 60%, а также способность обеспечить с высокой скоростью передачу больших объемов информации по каналам спутниковой связи, работающим в диапазоне 2 см. Уже в 2019 году предприятие планирует начать поставки изделий.

В то же время московское АО «НПП «Торий» разрабатывают новый усилитель для уникального российского радиотелескопа РТ-70. В настоящее время аппаратура работает в режиме сложения мощностей двух усилителей на одну антенну до уровня 160 кВт. Цель новой разработки заключается в создании прибора сразу на 200 кВт непрерывной мощности при минимальном увеличении мощности питания за счет качественного повышения электронного КПД. Опытные образцы нового изделия планируется изготовить в 2018 году.

Радиотелескоп РТ-70 участвует в пассивном наблюдении собственного излучения небесных тел, а также в активных экспериментах, связанных с зондированием космических объектов мощным электромагнитным излучением, с последующим анализом принятого сигнала. Комплекс не имеет аналогов в мире, является основным исследовательским инструментом в обеспечении астероидной безопасности, космической связи, слежения за дальним космосом, в частности, в рамках программ «Спектр-Р», «Луна-Глоб», «Спектр-РГ», «Фобос-Грунт».

Обеспечение надежных каналов космической связи позволяет формировать разнообразные функциональные системы и сервисы, в частности, системы навигации, мониторинга метео- и ледовой обстановки, зондирования Земли. Ожидается, что в ближайшее время с помощью спутниковой связи будет обеспечиваться широкополосный доступ в Интернет. 

Источник: Росэлектроника