|
|
ъъъъъъъъъъъъъъъъ. Перспективы развития кадиапазона в отечественной спутниковой группировке на гсо
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КА-ДИАПАЗОНА В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СПУТНИКОВОЙ ГРУППИРОВКЕ НА ГСО
Сухорукова Ирина Юрьевна,
старший преподаватель кафедры СиСРТ МТУСИ, Москва, Россия,
suhorukovaiu@mail.ru
Бартязова Алёна Валерьевна,
студент МТУСИ, Москва, Россия,
alenabart1221@gmail.com
Аннотация
Спутники Ка-диапазона задуманы как интегрированная спутниковая система, объединяющая спутниковую платформу, полезную нагрузку, аппаратные и программные технологии и услуги наземной сети для создания коммерчески успешных спутниковых систем. В этой статье рассматриваются технические характеристики Ka-диапазона, сравнительный анализ. Изучаются возможности и перспективы развития для организации широкополосного доступа в интернет, приводится обзор группировок ФГУП "Космические системы" и "Газпром космические системы", имеющие стволы Ка-диапазона, их позиции на ГСО, технические характеристики и сравнительный анализ, возможности и перспективы развития для организации широкополосного доступа в интернет.
Ключевые слова: Ка-диапазон, спутниковая группировка,
Ka-диапазон. Технические характеристики. Сравнительный анализ
Ka-диапазон – это полоса электромагнитного спектра с диапазоном частот 26,5-40 ГГц. По сравнению с традиционными частотными диапазонами спутниковой связи, такими как S, C, X и т.д. Ka-диапазон предлагает высокую пропускную способность и возможности повторного использования частот по нескольким лучам. Из его преимуществ по можно стоит выделить следующие:
Широкий доступный диапазон частот и высокая пропускная способность.
Рис.1 Характеристики Ka-диапазона
Ka-диапазон имеет более широкий диапазон, чем другие полосы частот, обладает характеристиками высокой пропускной способности и может обеспечить более широкие ресурсы спектра для достижения большей передачи данных. По сравнению с низкочастотным диапазоном разработка Ka-диапазона была начата позже, поэтому частотные ресурсы относительно менее переполнены. Например, общая доступная полоса пропускания C-диапазона составляет 500 МГц800 МГц; доступная полоса пропускания Ku-диапазона составляет 500 МГц
1000 МГц; а доступная полоса пропускания Ka-диапазона может достигать 3500 МГц.
Что касается подачи заявок на получение лицензий на частоту, низкочастотный спектр был широко изучен, и выход на рынок новых коммерческих спутниковых компаний требует согласования частоты с соответствующими субъектами для получения права прохода. Хотя использование частот Ka-диапазона также может потребовать координации, это, по крайней мере, позволяет избежать перегрузки и насыщения традиционных частотных диапазонов.
Небольшие размеры оконечного оборудования и спутниковой нагрузки
Чем выше частота, тем больше коэффициент усиления спутниковой антенны. и пользовательский терминал будет меньше и легче, что способствует продвижению и применению конечных пользователей.
Для наземной системы, основанной на том же параметре приема, апертура антенны Ka-диапазона значительно меньше, чем у низкочастотной антенны, а апертура наземной антенны является одним из основных факторов, определяющих входные затраты наземной системы. Диаметр наземной антенны становится меньше, что может обеспечить более экономичные и гибкие услуги наземного приема данных.
С другой стороны, размер антенны и передатчика на спутнике Ka-диапазона также меньше. Для спутника легче уменьшить общий вес и объем космического аппарата, снизить стоимость запуска и позволить спутнику нести больше полезной нагрузки.
Ka-диапазон также имеет определенные недостатки. Из-за высокой частоты и короткой длины волны способность обходить препятствия невелика, и на нее более очевидно влияют погодные условия, такие как облака, осадки и дымка. Это создает определенные трудности при использовании Ка-диапазона в дождливых районах. Для удовлетворения обычных требований к пропускной способности передачи данных в дождливые и пасмурные дни часто необходимо получать больше мощности, чем фактическая потребность, для компенсации ослабленного сигнала.
Почему же страны по всему миру конкурируют за разработку и применение спутниковой связи в Ка-диапазоне? Есть две основные причины. Во-первых, орбиты спутников в диапазонах C и Ku очень узкие. Ограниченные геосинхронные спутниковые орбиты над экватором Земли почти полностью заняты. Частотные ресурсы в этих двух диапазонах также интенсивно используются, что вынуждает людей искать и развивать высокоточные диапазоны для удовлетворения новых потребностей в связи. Во-вторых, спутниковая связь Ka-диапазона имеет очевидные преимущества, которые воплощены в трех аспектах:
-Рабочий диапазон Ka-диапазона составляет 26,5
40 ГГц, что намного превышает диапазон C (3,95
8,2 ГГц) и Ku-диапазон (12,4
18,0 ГГц), которые могут быть использованы. Полоса частот шире и больше подходит для передачи таких приложений, как видео высокой четкости.
-Из-за высокой частоты можно увеличить коэффициент усиления спутниковой антенны, а антенну пользовательского терминала можно сделать меньше и легче, что выгодно для гибкого перемещения и использования.
-Благодаря использованию многолучевой технологии и технологии фазированных решеток антенну на спутнике можно гибко изменять в соответствии с потребностями многоточечной связи и приложений коммутации на борту.
Основываясь на характеристиках высокочастотных Ka-диапазонов с высокой пропускной способностью и передачи данных, спутники связи могут предоставлять конечным потребителям высокоскоростные услуги передачи данных с низкой задержкой. С начала этого столетия операторы спутниковой связи начали увеличивать инвестиции, строительство и запуск серии спутников Ka-диапазона
Как и спутники связи в других рабочих диапазонах частот, спутники связи Ka-диапазона в основном предназначены для областей, которые не покрыты наземными сетями связи, в качестве дополнения к системам наземных сетей связи. Основное приложение включает в себя услуги голосовых сообщений в отдаленных районах, услуги подключения к Интернету на море и в полете, услуги общественного Интернета, экстренную связь, услуги телевизионного вещания, передачу данных Интернета вещей, внутрикорпоративные сети компаний и правительственных учреждений и т.д. По мере развития технологии Ka будет появляться все больше и больше приложений Кa-диапазон.
ФГУП "Космические системы" (ГПКС)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Космические системы" (ГПКС) является российским национальным оператором спутниковой связи, чьи космические аппараты имеют глобальное покрытие, крупнейшую в России орбитальную группировку из 11 геостационарных спутников, работающих в C-, Ku- и L-диапазонах. Зоны обслуживания космических аппаратов ГПКС охватывают всю территорию России, стран СНГ, Европы, Ближнего Востока, Африки, Азиатско-Тихоокеанского региона, Северной и Южной Америки, Австралии.
ФГУП «Космические системы» предоставляет полный спектр услуг связи и вещания, используя собственную спутниковую группировку и наземные технологии. ГПКС работает на всех географически доступных рынках, предоставляя услуги связи и вещания клиентам из 35 стран мира, и входит в десятку крупнейших спутниковых операторов в мире по объему орбитального и частотного ресурса.
На 2012 год спутниковая группировка включает 11 спутников, расположенных по дуге геостационарной орбиты от 14 градусов западной долготы до 140 градусов восточной долготы.
ГПКС включает в себя пять телепортов – Центры космической связи (ЦКС):
"Медвежьи озера" (Щелковский район Московской области),
"Дубна",
"Сколково",
Железногорск,
Хабаровск.
А также Технический центр на Шаболовке в Москве.
Рис 2. Центр космической связи в Дубне
Торговый центр "Шаболовка" является коммутационным центром для волоконно-оптических линий связи, соединяющих телепорты с международными коммутационными центрами. В торговом центре "Шаболовка" ГПКС развернула собственный центр сжатия программ и мультиплексирования цифровых потоков трафика, обеспечивающий формирование пакетов федеральных теле- и радиопрограмм для последующего подъема на спутники GPKS (в том числе в стандарте MPEG4).
Рис. 3 ТЦ Шаболовка
GPCS разработало систему спутниковой связи в Ка-диапазоне, услуга доступа в Интернет предоставляется в европейской части России с использованием спутника KA-SAT(9E). В первом квартале 2015 года услуга спутниковой широкополосной связи стала доступна жителям Дальнего Востока и Сибири (на новом российском спутнике Express-AM5). В третьем квартале в зону покрытия были добавлены (на спутнике Express-AM6) регионы Центрального и Южного Урала. Амбициозная стратегия развития ГПКС предусматривает создание и эксплуатацию самых современных космических аппаратов (на конец 2012 года по заказу ГПКС одновременно троились рекордные 7 спутников), трансформацию бизнес-модели предприятия с инфраструктурной на универсальную. Стратегическая цель ГПКС - войти в пятерку крупнейших глобальных игроков на рынке спутниковой связи. Выручка российского национального оператора ФГУП "Космическая связь" (ГПКС) с каждым годом растет все больше. Инвестиции в развитие связи и технологий увеличиваются, так же, как и количество абонентов сети широкополосного доступа в интернет. Благодаря всему выше сказанному, ФГУП "Космическая связь" уверенно занимает одну из лидирующих позиций в развитии сети и доступа в интернет.
"Газпром космические системы" (ГКС)
«Газпром космические системы» (ГКС) – международный спутниковый оператор, мировой лидер в области технологий, решений и услуг в области спутниковых сетей. ГКС занимается инфокоммуникационной, космической, энергетической деятельностью, и каждая из них имеет свои особенности.
Рис. 3 Телекоммуникационный центр в Щелково
ГКС создали, эксплуатируют и развивают систему спутниковой связи на основе орбитальной группировки, состоящей из пяти спутников: Ямал-202, Ямал-300K, Ямал-402, Ямал-401, Ямал-601. Один из самых современных спутников нашей страны с многолучевым покрытием в Ка диапазоне Ямал-601 запустили на орбиту в 2019 году он заменил Ямал-202 и позволил развивать новый бизнес по предоставлению широкополосных услуг в Ка-диапазоне.
Главная миссия данного аппарата – обеспечение нашей страны высокоскоростным доступом в сеть. Он охватывает корпоративный сектор, социально важные объекты, а также гражданское население. Так же интернет на борту авиалайнеров, чьи маршруты прокладываются по территории нашей страны обеспечивает именно Ямал-601. Объем спутникового ресурса Ка-диапазона "Ямал 601" составит 16 транспондеров 500 МГц для абoнентских линий и 4 транспoндера 2 ГГц для фидерныx линий. Общая частота сети будет равна 16 ГГц. При условии, что в будущем компания сосредоточится на более эффективных технологиях, используя уже неоднократно упоминавшийся стандарт DVB-S2 CCM, пропускная способность сети может достигать 72 Гбит/с
Рис. 4 Зона покрытия спутника Ямал-601
Главный центр управления находится в подмосковном городе Щелково. В нем располагается центр управления спутниковой группировкой сетями связи в регионах, Главный офис и основной телепорт. Так же функционируют пункты управления в Переславле-Залесском и Хабаровске, телепорт в Новосибирске и телевизионный центр в Москве
Заключение
Несомненно, применение Ка диапазона, является первостепенной задачей спутниковых операторов. Благодаря более высокой пропускной способностью в сравнении с диапазонами C, X, Ku появляется возможность обеспечить лучшие условия для передачи большого количества данных. Высокая частота увеличивает коэффициент усиления спутниковой антенны упрощая ее применение у пользователей. Плюсом так же можно отметить снижение затрат благодаря уменьшенному диаметру наземной антенны. Отечественные компании такие как ФГУП "Космические системы" и "Газпром космические системы" активно развиваются в этой сфере спутниковой связи запуская на орбиту более современное оборудование, что бы обеспечить высокоскоростным доступом в сеть как можно большую площадь нашей страны.
Литература
Журнал "Все о Космосе" [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://aboutspacejornal.net/космические-аппараты/искусственный-спутник-земли/малые-спутники/ (Дата обращения: 20.10.2022).
Cubesat Space Protocol [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://m.books.ru/books/cubesat-space-protocol-3169452/ (Дата обращения: 20.10.2022).
Satsearch B.V. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://blog.satsearch.co/2020-04-03-smallsat-and-cubesat-solar-panels-on-the-global-market (Дата обращения: 20.10.2022).
Solar Power Satellites [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/solar-power-satellites (Дата обращения: 20.10.2022).
Журнал "Все о Космосе" [Электронный ресурс]. Режим доступа: https:// aboutspacejornal.net/2016/11/03/наноспутники-cubesat-получат-универсальну/ (Дата обращения: 20.10.2022).
Harvard University, The Graduate School of Arts and Sciences [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2019/future-solar-bright/ 21.03.2019 свободный (Дата обращения: 20.10.2022).
Solect Energy [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://solect.com/the-science-of-solar-how-solar-panels-work/ (Дата обращения: 20.10.2022).
Jean Bester, Ben Groenewald, Richardt Wilkinson. Cape Peninsula University of Technology Electrical power system for a 3U CubeSat nanosatellite incorporating peak power tracking with dual redundant control, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4a/2012.
Kamel Djamel Eddine Kerrouche, Abderrahmane Seddjar, Nassima Khorchef : CubeSat project: experience gained and design methodology adopted for a low-cost Electrical Power System DOI:10.1080/00051144.2022.2065420.
Sergio Sanchez-SanjuanJesus Gonzalez-LlorenteRonald Hurtado-Velasco : Comparison of the Incident Solar Energy and Battery Storage in a 3U CubeSat Satellite for Different Orientation Scenarios, Journal of Aerospace Technology and Management, Jan-Mar 2016.
Smallsat and CubeSat solar panels on the global market [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://blog.satsearch.co/2020-04-03-smallsat-and-cubesat-solar-panels-on-the-global-market (Дата обращения: 20.10.2022).
Ваш Солнечный Дом [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/mono-or-poly-solar-panels.htm (Дата обращения: 20.10.2022).
Daniel F. Butay, Michael T. Miller: Maximum Peak Power Tracker: A Solar Application, A Major Qualifying Project Report, : April 24th, 2008. С 6-7.
Timothy M. Lim: A MODULAR ELECTRICAL POWER SYSTEM ARCHITECTURE FOR SMALL SPACECRAFT University of Kentucky, 2016, C 12-15.
Смердова И. О., Система электропитания малого космического аппарата УДК 621.311.6:629.78-022.51, Томск – 2019 г
FabioSantonia, FabrizioPiergentilib, SerenaDonati: An innovative deployable solar panel system for Cubesats, Acta Astronautica, February–March 2014, Pages 210-217
FabioSantonia, FabrizioPiergentilib, Gian PaoloCandini: An orientable solar panel system for nanospacecraft, Acta Astronautica Volume 101, August–September 2014, Pages 120-128
Shankar Bhattarai,1Hongrae Kim,2and Hyun-Ung Oh: CubeSat’s Deployable Solar Panel with Viscoelastic Multilayered Stiffener for Launch Vibration Attenuation, International Journal of Aerospace Engineering, 11 Aug 2020
Greener Energy Group [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://greenerenergygroup.co.uk/solar-advantages-and-disadvantages/ (Дата обращения: 20.10.2022).
Wikipedia, the free encyclopedia [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_panels_on_spacecraft (Дата обращения: 20.10.2022).
AN OVERVIEW OF BUILDING SOLAR PANELS FOR CUBESAT SATELLITES
Evgenia D.Pronina,
Senior Lecturer of the Department of S&SRT MTUCI, Moscow, Russia,
e.d.pronina@mtuci.ru
Anastasia V. Svirskaya,
Student MTUCI, Moscow, Russia,
a.v.svirskaya@mtuci.ru
Annotation
Satellites such as CubeSat are becoming an important part of space exploration in both scientific industries and global industry. Satellites of this type are gaining more and more popularity due to their low cost and ease of manufacture relative to other types of satellites. An important part of any satellite is its power system. The best way to power the satellite is to use solar panels. This article discusses issues related to the selection, installation and use of solar panels on a CubeSat satellite.
Keywords: nanosatellites, CubeSat, solar panels, power supply systems, energy storage, autonomy.
|
|
|
Скачать 3.41 Mb.