Спутниковая связь

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования Южно-Российский государственный  университет экономики и сервиса

 

 

 

 

 

Механико-технологический  факультет

 

 

 

Реферат на тему:

«Спутниковая связь»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы SCKT-101 …………………

 

 

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону 2011 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План

 

I . Введение

II. Первый искусственный спутник Земли

III. Современная спутниковая связь

IV. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. ВВЕДЕНИЕ

 

Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучении и исследовании околоземного и межпланетного космического пространства в огромной степени расширили наши представления о Солнце и Луне, о Марсе, Венере и других планетах. Очень результативным оказалось изучение верхних слоев атмосферы, ионосферы, магнитосферы. Вместе с тем выявилась весьма высокая эффективность использования околоземного космоса и космической техники в интересах многих наук о Земле.

  Использование искусственных  спутников Земли для связи  и телевидения, оперативного и  долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники, в различных областях хозяйства значительно возрастет.

Для нашей эпохи характерен огромный рост информации во всех сферах деятельности человека. Помимо прогрессирующего развития традиционных средств передачи информации—телефонии, телеграфии, радиовещания, возникла потребность в создании новых ее видов — телевидения, обмена данными в автоматических системах управления и ЭВМ, передачи матриц для печатания газет.

Глобальный характер различных хозяйственных проблем и научных исследований, широкая межгосударственная интеграция и кооперация в производстве, торговле, научно-исследовательской деятельности, расширение обмена в области культуры привели к значительному росту международных и межконтинентальных связей, включая обмен телевизионными программами.

   Традиционные средства связи в отношении их видов, объема, дальности, оперативности и надежности передачи информации будут непрерывно совершенствоваться. Однако дальнейшее развитие их встречает немалые затруднения как технического, так и экономического характера. Уже теперь ясно, что требования, предъявляемые к пропускной способности, качеству, надежности каналов дальней связи, не могут быть полностью удовлетворены наземными средствами проводной и радиосвязи.

   Сооружение дальних  наземных и подводных кабельных линий занимает много времени. Они сложны и дорогостоящи не только в строительстве, но и в эксплуатации, и в отношении дальнейшего развития. Обычные кабельные линии имеют к тому же сравнительно малую пропускную способность. Лучшие перспективы имеют широкополосные концентрические кабели, однако и они обладают рядом недостатков, ограничивающих их применение.

   Значительно большей пропускной способностью, дальностью действия, возможностью перестройки для различных видов связи располагает радио. Но и радиолинии обладают определенными недостатками, затрудняющими во многих случаях их применение.

    Сверхдлинноволновые системы радиосвязи из-за ограниченности диапазона применяются обычно лишь для нужд транспорта, авианавигации и для специальных видов связи.

   Длинноволновые радиолинии из-за ограниченной пропускной способности и сравнительно малого диапазона действия используются главным образом для местной радиосвязи и радиовещания.

Коротковолновые радиолинии обладают достаточной дальностью действия и широко применяются во многих видах связи различного назначения.

   Новые пути  преодоления свойственных дальней  радиосвязи недостатков открыли запуски искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Практика подтвердила, что использование ИСЗ для  связи, в особенности для дальней  международной и межконтинентальной, для телевидения и телеуправления, при передаче больших объемов информации, позволяет устранить многие затруднения. Вот почему спутниковые системы связи (ССС) в короткий срок получили небывало быстрое, широкое и разностороннее применение.

 

II. Первый искусственный спутник Земли.

Первая попытка поставить  вопрос о создании ИСЗ была сделана  в декабре 1953 г. при подготовке проекта постановления Совмина по ракете  Р-7. Предлагалось: "Организовать в НИИ-88 научно-исследовательский отдел с задачей разработки проблемных заданий совместно с АН в области полета на высотах порядка 500 и более км, а также разработки вопросов, связанных с созданием искусственного спутника Земли и изучением межпланетного пространства с помощью изделия".

Эта задача рассматривалась  в ОКБ не как разовая, а с  расчетом на создание специального направления в  развитии  ракетостроения.     Такая масштабная постановка вопроса требовала большой  предварительной  подготовки, вплоть до оценки стоимости предстоящих работ по созданию ИСЗ.

При планировании работ  по ИСЗ определенным ориентиром служили  сведения о работах США в этой области. Вопросы приоритета оставались главным аргументом в течение всего последующего периода развития космонавтики. Поэтому в  докладах, прежде всего, дается подробный обзор состоянию работ за рубежом. При этом высказывается, можно сказать, основополагающая мысль о том, что "ИСЗ есть неизбежный этап на пути развития ракетной техники, после которого станут возможными межпланетные сообщения". Обращается внимание на то, что за последние 2-3 года возросло внимание зарубежной печати к проблеме создания ИСЗ и межпланетным сообщениям.

Самое примечательное в документах на эту тему - это суждения о перспективе работ по ИСЗ. Разработка простейшего спутника - это только первый этап. Второй этап - создание спутника, обеспечивающего полет одного - двух человек по орбите. Третий этап работ - создание спутника-станции для длительного пребывания людей на орбите. При осуществлении этого проекта предлагалось собирать спутник-станцию из отдельных частей, доставляемых поочередно на орбиту.

Подготовительные работы к первым пускам ракеты шли со значительными трудностями и отставанием от установленных сроков. Вместе с тем, конструктора выражали уверенность, что при напряженной работе в марте 1957 г. начнутся пуски ракет. Ракету путем некоторых переделок можно приспособить для пуска в варианте искусственного спутника Земли, имеющего небольшой полезный груз в виде приборов весом около 25 кг... и отделяющийся шаровидный контейнер собственно спутника диаметром около 450 мм и весом 40-50 кг.

И вот в Советском  Союзе была создана ракета, способная  развить скорость 8 км/сек. Она стартовала 4 октября 1957 г. Взлетев ввысь вертикально, свечкой, ракета пронзила стратосферу. Ее вели автоматические устройства, действующие по заданной программе. Ракета поднялась на двести с лишком километров, постепенно приняла горизонтальное направление и легла на курс. Нужно было это сделать очень точно:

ошибка на один градус испортила бы все. Но автоматы действовали  безупречно. Ракета набрала нужную скорость и отправила в путь блестящий шар из алюминиевых сплавов— первый в мире искусственный спутник, сделанный в нашей стране.

8 км в секунду, 28800 км в час!

Если в какую-либо минуту спутник был над Австралией, то через 20 минут — над Аляской, еще через 12 минут — над Нью-Йорком, еще через 10 — над Бразилией. За полтора часа - кругосветное путешествие, 15 оборотов в сутки, и всякий раз по новой трассе, потому что плоскость орбиты спутника в пространстве неподвижна, а Земля вращается вокруг своей оси внутри этой орбиты.

Первый спутник был  невелик: диаметр его — 58 см, вес — 83,6 кг. У него были двухметровые усы - антенны. Внутри — два радиопередатчика. Проносясь над всеми странами мира, спутник оповещал, что эра космических странствий уже наступила, и эту эру открыла страна социализма. За ним отправились в странствование вокруг Земли второй и третий спутники.

«Бэби-мун» — «Луной-малюткой» — прозвали американцы нашего межпланетного первенца. Тысячи глаз и радиоприемников следили за его полетом. И каждый час его жизни интересовал ученых. Впервые земное тело поднималось на высоту 947 км. Впервые на таких высотах работал радиопередатчик.

 

 Сигналы его показывали, как проходят радиоволны через верхние наэлектризованные слои атмосферы, позволяли глубже понять их строение.

Радиопередача требует  энергии. Энергия в космосе есть. Ее можно заимствовать от Солнца. Пусть оно своими лучами заряжает аккумуляторы. Но на первом спутнике стояли батареи, заряженные на Земле. Они иссякли через некоторое время, однако и замолкший спутник продолжал служить науке. На больших высотах, где пролегал его путь, воздуха почти нет... но все же «почти нет», а не «совсем нет». Даже при незначительной плотности воздух оказывает сопротивление, и скорость спутника постепенно снижается. Благодаря этому можно установить, какова плотность атмосферы на различных высотах.

     Некоторые особенности в движении спутника указывают на неравномер- ное притяжение Земли. Это позволяет уточнить форму и строение нашей пла-неты, найти скрытые под Землей тяжелые или легкие массы.

Теоретически тело, летящее над Землей со скоростью 8 км/сек, не упадет никогда. Но первые спутники не могли летать вечно. Ничтожное сопротивление воздуха со временем затормозило их полет. Они снижались и, влетев в плотные слои воздуха, сгорали и рассыпались.

Теперь нужно было решить самый  важный вопрос: может ли живое существо перенести космический полет, или оно неминуемо погибнет за пределами атмосферы? Второй советский искусственный спутник, стартовавший 3 ноября 1957 г., должен был ответить на этот вопрос. На нем в космос на высоту до 1670 км отправилась первая путешественница — собака Лайка. Специальные приборы следили за ее дыханием, пульсом, кровяным давлением. Мы знаем, что Лайка хорошо перенесла стремительный старт и многосуточное путешествие вокруг Земли. На третьем советском искусственном спутнике Земли была установлена еще белее разнообразная аппаратура для изучения свойств земной атмосферы, солнечного излучения и т. п. Он весил 1,3 тонны, и запасы его электрической анергии для питания приборов пополнялись за счет действия солнечных лучей на установленные приспособления. Позднее несколько искусственных спутников удалось запустить и в США.

     Третий  советский спутник оказался самым  долговечным и самым тяжёлым.

Советские люди сумели забросить  в пространство солидное сооружение, размером с легковую машину.

III.Современная спутниковая связь

     Остатки традиционных представлений о близком и далеком разрушаются современными средствами телекоммуникаций на наших глазах. Сегодня телефонный звонок с Эвереста или яхты, плывущей среди Атлантики, если и удивляет, то уже не шокирует. Спутниковые системы совершили кардинальный переворот, и проблем со связью на всей территории земного шара теперь не предвидится. Уже 20 лет успешно работает Inmarsat, два года эксплуатируется Iridium, полгода прошло с начала коммерческой эксплуатации Globalstar, а скоро еще и ICO с Teledesic подключатся к обеспечению аборигенов коралловых островов спутниковыми телефонами. За два десятилетия первая спутниковая система связи набрала почти 200 тысяч абонентов, вторая за два года работы сумела обанкротиться и возродиться, не набрав и 50 тысяч пользователей...

     Из истории спутниковой связи:

     Первые телефоны Inmarsat были тяжелы и громоздки, да и для развертывания мобильной системы связи нужно было около 5 минут. Сегодня все существенно упростилось, и как Iridium, так и Inmarsat-mini-M-системы легко помещаются в походную сумочку и приводятся в рабочее состояние за считанные секунды, а мобильные телефоны Globalstar вообще весят всего 300-400 граммов и очень похожи на традиционные сотовые аппараты.

     Любопытно, что созданная первоначально как профессиональная сегодня система спутниковой связи Inmarsat активно эксплуатируются не только фирмами, но и частными лицами.

     Если вы бродите по джунглям, то полукилограммовый телефон Iridium или Globalstar на поясе - не помеха, а если вы плывете на собственной яхте, то и 3-килограммовый аппарат Inmarsat (телефон вместе со всепогодной антенной) на дно не утянут. В таком случае что лучше, становится не совсем понятно. Опять же без внешней антенны "маленький, почти что сотовый телефон" на нижней палубе и в каюте скорее всего работать не будет. Связь только на свежем воздухе.

     Из-за того, что спутник где-то там, вверху, все спутниковые телефоны ненадежно работают в многоэтажных зданиях. Наружная антенна, естественно, решает проблемы со связью, однако масса и габариты при этом растут, а мобильность внутри помещений существенно падает. Неслучайно поэтому в Inmarsat предусмотрен специальный вход для подключения обычного радиотелефона.

     Iridium гарантирует в помещении работу только пейджеров, однако если имеются большие окна, то, возможно, удастся несколько минут поговорить по телефону, пока очередной из 66 спутников, пролетая над домом, виден в вашем окне. В Inmarsat окна, выходящие на геостационарный спутник (юго-восток в Москве), позволяют звонить и отвечать на звонки, не выходя из офиса, просто поставив телефон на подоконник и развернув антенну. Правда, стоит сказать, что спутниковые телефоны созданы не для помещений; их стихия - отдаленные неосвоенные регионы. Неслучайно поэтому выпускаются специальные солнечные батареи и автомобильные адаптеры для питания телефона и зарядки его аккумулятора, поскольку время на связи - пара часов и ожидания - сутки со стандартным аккумулятором - это совсем немного, при этом такие параметры имеют достаточно увесистые Iridium и Inmarsat, а легкий Globalstar в спутниковом режиме автономно может быть не более 30-60 минут на связи и 5-6 часов в ожидании звонка.

     Какие бывают спутники:

     В Inmarsat используется 4 высокоорбитальных (35875 км. от поверхности планеты) экваториальных спутника, "висящих" над вращающейся Землей. Такие спутники еще называют геостационарными, потому что их положение на небе остается неизменным. И на один из таких спутников надо обязательно направить телефонную антенну при связи. В космосе никто не создает помехи радиосвязи. Поэтому спутники даже на высоких орбитах спокойно принимают сигналы телефонов с выходной мощностью в единицы ватт.