Спутники на разных орбитах

На сегодняшний день на различных орбитах вокруг Земли вращаются 27 спутников с радиолюбительской аппаратурой. Некоторые из них работают очень хорошо уже долгое время, другие капризничают — то работают, то не работают, третьи работают в полсилы. Есть и такая группа спутников, которые исправно вращаются, а работать для радиолюбителей не хотят.

Большинство спутников с радиолюбительской аппаратурой летают вокруг Земли по круговым орбитам, имеют удаление от Земли (примерно) от 500 до 1500 км. На рис. 2.1 изображена схема движения такого спутника. Один оборот спутника вокруг Земли продолжается около двух часов, время нахождения в зоне радиовидимости составляет от 5 до 18 минут. Зоной "радиовидимости" я называю пространство, в котором спутник достаточно хорошо слышен и нормально принимает передаваемые ему команды.

 

Рис. 2.1. Схема движения низкоорбитального спутника

Движение каждого спутника характеризуется периодом обращения, углом наклонения плоскости орбиты спутника к плоскости экватора Земли, удалением орбиты от поверхности Земли.

Типичным представителем такого типа спутников является RS-12/13, который далее буду упоминать довольно часто. Преимущество подобных спутников в достаточно хорошем приеме поступающих от них сигналов, недостатком является слишком малая продолжительность пребывания спутника в зоне радиовидимости.

Имеются также спутники, движение которых осуществляется по эллиптическим орбитам. Схема движения по эллиптической орбите приведена на рис. 2.2. Обозначенная на схеме величина R_з обозначает радиус Земли. Радиус R_з примерно равен 3180 км.

 

Рис. 2.2. Схема движения по эллиптической орбите

Преимуществом таких спутников является длительное время нахождения спутника в зоне радиовидимости, более простое управление антенными системами для их направления на спутник. Таких спутника сейчас два. Первым из них является ветеран с семнадцатилетним стажем — АО-10. Спутник работает в режиме ретранслятора, уже очень давно и всегда хорошо. В удачные дни бывает так, что одновременно можно сработать со всеми континентами. Вторым из спутников, движущихся по эллиптическим орбитам, является АО-40. Практически с самого начала этот аппарат преследуют неудачи. В настоящее время прием информации со спутника можно вести только на диапазонах частот выше 2400 МГц. Аппаратура на такие частоты, мягко говоря, имеется не у каждого радиолюбителя, поэтому информации о работе этого спутника исключительно мало.

На рис. 2.3 приведена карта нашей планеты, выполненная в прямоугольных координатах. Траектории движения низкоорбитальных спутников выглядят на этой карте в виде одного периода синусоидальной волны. Чем больше угол наклонения плоскости орбиты к плоскости экватора, тем "амплитуда" подобной синусоиды становится больше.

Рис. 2.3. Карта Земли с траекториями движения спутников

Точкой А на карте обозначен один из спутников. Кривая линия в виде замкнутого неправильной формы круга (кривая Б) показывает границу зоны радиовидимости этого спутника.  Кривая линия в виде синусоиды (линия В) показывает траекторию движения какого-то спутника, предположим, что этим спутником является МКС — Международная Космическая станция. Таких траектории на карте показано три. Можно предположить, что это траектория трех последовательных витков одного и того же спутника.

Движение по орбите каждого из спутников происходит по индивидуальным, присущим только этому спутнику, параметрам. Привожу параметры (элементы) орбиты спутника RS-20, которые были характерны для  его орбиты № 112.

Таблица 2.1. Параметры орбиты RS-20

 

Далее привожу расшифровку каждого из параметров.

q      Эпохальное время – время прохождения спутником через точку восходящего узла. В этот момент времени должны быть зафиксированы все расположенные ниже параметры. Эпохальное время представлено в непривычном для нас виде – когда все часы и минуты представлены как общее количество секунд. Для превращения подобной записи времени в обычную запись существуют специальные формулы. Также любое обычное время можно представить, путем расчета по аналогичным формулам, в виде подобной записи.

q      Наклонение орбиты – это угол наклона плоскости орбиты к плоскости экватора. Величина этого угла для разных спутников может быть различной в пределах от 0 до 180 градусов.

·          При наклонении 0 град. плоскость орбиты совпадает с плоскостью экватора, при этом спутник движется с запада на восток.

·          При наклонении 90 град. спутник всегда пролетает точно над северным и южным полюсами Земли.

·          При наклонении 180 град. орбиты спутника и экватора совпадают, при этом спутник движется с востока на запад.

q      Долгота восходящего узла – долгота точки экватора, над которой проходит спутник в момент фиксации эпохального времени. Узлом называется условная точка на экваторе, над которой проходит спутник в данный момент. Если спутник при этом движется с юга на север, то узел называется восходящим, если спутник движется с севера на юг – узел нисходящий.

q      Эксцентриситет – относительная величина, которая показывает, насколько форма орбиты отличается от формы идеального круга. Если величина эксцентриситета равна 0, то орбита представляет собой идеальный круг.

q      Аргумент перигея – представляет собой угол, начало которого берется из центра Земли, между направлением на точку восходящего узла и направлением на точку перигея орбиты. При аргументе равном 0, точка перигея совпадает с точкой восходящего узла.

q      Средняя аномалия  – показывает положение спутника на орбите относительно перигея.

q      Среднее движение – число орбит за сутки (86 400 секунд).

q      Среднее ускорение – относительная величина, которая показывает как быстро спутник наращивает скорость своего движения под действием сил притяжения Земли.

q      Номер витка (орбиты) – номер соответствующий эпохальному времени.         

На рис. 2.4 приведен рисунок, на котором на фоне карты Земли, выполненной в прямоугольных координатах, изображены следы траектории трех последовательных орбит спутника RS-20. Вокруг спутника замкнутой линией показана часть  поверхности, на которой можно услышать сигналы этого спутника. 

 

Рис. 2.4. Траектории спутника RS-20

На рис. 2.5 приведен рисунок с траекториями спутника RS-15. Этот спутник находится на гораздо большем удалении от Земли, чем спутник RS-20, поэтому зона радиовидимости этого спутника охватывает значительно большую территорию.

Рис. 2.5. Траектории спутника RS-15

На рис. 2.6 Изображены три траектории движения движения МКС – Международной Космической станции (ISS). Угол наклона орбиты у МКС значительно меньше, чем у предыдущих спутников, поэтому амплитуда траектории тоже меньше. Кроме того обратите внимание на малую поверхность зоны радиовидимости, которая зависит от малой высоты (400 км) орбиты МКС.

 

Рис. 2.6. Траектории полета МКС

Чтобы вы могли представить себе преимущества для проведения радиосвязи спутников, находящихся на орбитах с эллиптическими траекториями, привожу на рис. 2.7 изображение зоны радиовидимости спутника AO-40.

 

Рис. 2.7. Зона радиовидимости АО-40

В главе 1 был приведен перечень всех вращающихся вокруг Земли спутников с их краткими характеристиками. Для тех читателей, которые хотели бы узнать о том или ином спутнике чуть больше, там приведены адреса страниц в Интернете. Эти страницы, как правило, принадлежат радиолюбителям, которые готовы поделиться с друзьями своими знаниями и достижениями в спутниковой радиосвязи.

Еще раз привожу расшифровку некоторых, использованных в перечнях спутников, специальных терминов.

q      Download — обозначает радиочастоту, на которой можно получать информацию со спутника (на которой спутник ведет передачу на Землю).

q      Uplink — обозначает радиочастоту, на которой следует передавать информацию на спутник (на которой спутник принимает информацию с Земли).

q      L1-band — обозначает работу на определенном частотном канале и при определенных условиях (смотреть на соответствующей странице  в Интернете).

q      Beacon — обозначает радиочастоту, на которой работает МАЯК — специальный радиопередатчик, передающий на Землю позывные спутника и так называемую "телеметрию" — зашифрованное сообщение о состоянии технических систем данного спутника.

q      USB, LSB, SSB — работа однополосным сигналом (на верхней боковой, нижней боковой, на любой боковой полосе частот).

q      CW — работа телеграфом.

q      ANS — AMSAT NEWS — служба новостей организации AMSAT.

Аппаратура каждого из спутников может работать в нескольких различающихся между собой режимах (mode). Данные по режимам работы спутников приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

 

При разработке аппаратуры спутника АО-40 (P3D) оказалось, что перечисленных выше режимов не достаточно. Пришлось ввести в обозначения режимов дополнительные символы, которые обозначают новые возможные режимы работы аппаратуры на борту ИСЗ. Расшифровка новых символов в обозначении режимов приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Новые обозначения

 

Каждый из символов характеризует определенный диапазон частот. Например, символ ‘K’ обозначает диапазон частот 18 … 26,5 ГГц.  

С появлением спутника АО-40 появились еще два новых термина – это ALON и ALAT. Дело в том, что этот спутник имеет направленную антенну, которая в идеальном случае должна быть направлена точно на центр Земли. Так вот, термин ALAT обозначает величину отклонения (в градусах) направления антенны от идеального (ALAT = 0) по направлению широты Земли, а ALON обозначает величину отклонения (в градусах) направления антенны от идеального (ALON = 0) по направлению долготы Земли. Рассмотрим некоторые примеры.

1.        ALON/ALAT = 0/0  - идеальный случай;

2.        ALON/ALAT = 0/10 – антенна по широте имеет отклонение 10 град. на север, а по долготе все нормально; 

3.        ALON/ALAT = 15/-10 – антенна по широте имеет отклонение  10 град. на юг, а по долготе имеет отклонение 15 град. на восток;

4.        ALON/ALAT = -20/-15 – антенна по широте отклонена на 15 град. на юг, а по долготе отклонена на 20 град. на запад.  

Для получения большего количества информации по всем вопросам радиолюбительских спутников обращайтесь в Интернете по адресу: http://www.amsat.org/.