1. Виды орбитальных группировок. Геостационарные орбиты

Многие важнейшие свойства ССС напрямую зависит от высоты и тина орбит КА, а также от их числа в составе орбитальной группировки. Высоты орбит не могут быть произвольными. Первое ограничение связано с тем, что наша планета окру­жена двумя облаками ионизированных частиц, так называемыми поясами Ван-Аллена. Эти частицы удерживаются благодаря магнитному полю Земли. Пояса Ван-Аллена расположены в экваториальной плоскости. Первый пояс на высо­тах от 1,5 до примерно 4 тыс. км, его «толщина» около 600 км. Второй пояс Ван-Аллена расположен на высотах 13 -19 тыс. км и занимает области порядка 500 км по обе стороны от плоскости экватора, «толщина» 1000 км. Уровень иони­зационного излучения в области поясов Ван-Аллена порядка 10 тыс. имп./с, что по крайней мере на порядок выше прилегающих зон. Очевидно, что КА в этих районах лучше не летать. Поэтому выделяют четыре основные градации высот орбит: низкоорбитальные группировки (LEO-low earth orbit) с высотами порядки 500- 2000 км, средневысотные группировки (MEO medium earth orbit) с высотами 5 - 15 тыс. км (между первым и вторым поясами Ван-Аллена), геоста­ционарные орбитальные группировки (GEO) на фиксированной высоте 36 тыс. км и орбитальные группировки на высокоэллиптических орбитах (НЕО). В по­следнем случае орбита представляет сильно вытянутый эллипс: с Землей в одном из его фокусов. Высоты в апогее (наивысшей точке), как правило, составляют порядка 7-70 тыс км, в перигее 400 500 км. Каждая из этих орбитальных позиций обладают своими достоинствами и недостатками.

О важности GEO еще в 1945 году писал Артур Кларк. Как и следует из на­звания, период обращении спутника на эгой орбите строго соответствует периоду вращения Земли. Нетрудно заметить, что возможна всего одна такая орбита, рас­положенная в экваториальной плоскости Земли. Простейший расчет показывает, что ее радиус 42 164 км (или высота 35768 км от поверхности Земли), соответ­ственно, протяженность 264 790 км. КА на геостационарной орбите неподвижно висит над заданной точкой Земли, поэтому GEO еще называют геосинхронной орбитой. Очевидно, что трех спутников на GEO достаточно, чтобы, по крайней мере, один из них был в зоне примой видимости в любой точке Земли. Неуди­вительно, что с 1964 года нашлось немало желающих разместить свои спутники на GEO. Проблема в том, что близко расположенные спутники, работающие в одинаковых частотных диапазонах, будут серьезно мешать работе друг друга. Ситуацию нужно было урегулировать, для чего и был организован Международ­ный комитет но регистрации часто (IFRB - International Freguency Registration Board). Эта организации занимается вопросами распределения позиций (точек стояния) на GEO. Стандартный шаг точек стояния 1°. Однако допускается интервал и (1,5°, если частотный диапазон соседних спутников существенно раз­личен. Таким образом, всею возможно ил более 720 точек стояния. В одной точке стояния разрешено располагать несколько спутников, если они принадлежат од­ной стране или компании.

Достоинства КА на GEO сязаны с их неподвижностью относительно Зем­ли и хорошем видимостью. В результате отпадает необходимость перестройки антенн наземных станций, нет измененья частот в связи с эффектом Доплера и т.д. Но у этой медали есть и обратная сторона. Прежде всего, из-за столь вы­сокой орбиты возникает более чем ощутимая задержка распространения сигнала на трассе «Земля спутник — Земля» — никак не менее 500 мс 36000 (км) х 2/300000(м/с) = 0,48с), реально — от 600мс. Напомним, в телефонии задерж­ка распространения сигнала не должна превышать 250 мс, иначе это становится заметным. С задержками 500-600 мс не справятся никакие системы компенса­ции эхосигнала. Высокая орбита существенно повышает требования к мощности передатчиков и чувствительности приемников, к размерам приемопередающих антенн. Для того чтобы спутник постоянно находился в определенной точке гео­стационарной орбиты, требуется периодическая коррекция его полета. Наконец, чтобы вывести спутник на высокую орбиту, нужен достаточно мощный носитель. Достаточно сказать, что долгое время в СССР не могли вывести спутник на гео­стационарную орбиту именно из-за проблем с мощными ракетами-носителями. В США дело обстояло лучше не только из-за более чем десятилетнего техно­логическою опережения в создании мощных носителей, но и из-за лучшею географического положения (ближе к экватору) стартовой позиции. Использование же мощного носителя неизбежно приводит к удорожанию запуска и всей ССС в целом, тем более что срок жизни КА ограничен (у современных КА 10-15 лет). Еще один недостаток КА на GEO — в полярных районах (в широтах выше 76,5°) они становятся практически невидимыми. А по крайней мере для России наличие связи в этих областях достаточно актуально. Альтернативой в данном случае может стать так называемая высокоэллиптическая орбита.