Зоны размещения спутников связи

В настоящее время работа спутников связи ограничена тремя диапазонами частот: 6/4 ГГц с шириной полосы 0,5 ГГц (только коммерческая связь), 14/11 ГГц с шириной полосы 0,5 ГГц (телевидение и связь) и 30/20 ГГц с шириной полосы 2,5 ГГц (только связь). В каждом диапазоне первое число соответствует частоте приемного сигнала (от наземной станции к спутнику), второе — частоте передающего сигнала (от спутника к наземной станции). Военные спутники работают на частотах 8/7,5 ГГц и 30,5/20,5 ГГц. В коммерческой связи в настоящее время используются более низкие частоты, однако обширные испытания, проведенные в 70-х годах, приблизили практическое использование диапазона частот 30/20 ГГц.

Взаимного влияния спутников пока удается избежать, размещая их в определенных зонах орбиты, исключающих смешения сигналов от разных спутников; спутники, работающие в диапазоне частот 6/4 ГГц, могут быть расположены на угловом расстоянии друг от друга не менее 4°, откуда следует, что над американским континентом существует лишь 15 зон возможного размещения таких спутников, из которых 12 зон приняты для практического использования. Спутники связи, работающие в диапазоне частот 14/12 ГГц, должны быть разнесены на угловое расстояние по крайней мере 4°, а спутники телевизионного вещания на тех же частотах — на расстояние 8°, что уменьшает располагаемое число зон.

При переходе к диапазону частот 30/20 ГГц, ожидаемом большинством экспертов в 80-е годы, угловое расстояние составит лишь 1°, и, таким образом, число располагаемых зон над американским континентом увеличится до 60, а по всей орбите — до 360. При использовании диапазона частот 40/30 ГГц (только для телевизионного вещания) ограничения будут аналогичны.

Применяется несколько методов повторного использования частот на одних и тех же спутниках. Один из них — остронаправленные радиолучи, когда сигналы радиопередачи точно фокусируются на небольшую зону в области приема. Поляризованные сигналы, такие, как принятые на серии спутников «Комстар», также расширяют область использования. На высоких частотах располагаемая ширина полосы больше, но возникают новые трудности. Дождь, редко создающий проблемы на низких частотах, способен поглотить сигналы частотой 30/20 ГГц или деполяризовать проходящие сигналы. Однако испытания радиомаяков по программе «Комстар» показали, что в большинстве случаев эта проблема может быть решена путем увеличения мощности, а размещение дополнительных наземных станций, скажем на расстоянии 15 км, позволит иметь по крайней мере одну станцию вне зоны самых сильных дождей. Кроме того, в диапазоне частот 30/20 ГГц возможно формирование более узких лучей с их повторным использованием до 24 раз с применением жестких отражателей.

Эти и другие проблемы предстоит исследовать после возобновления работы НАСА в области связи в соответствии с космической политикой, объявленной в 1978 г. По словам одного из представителей НАСА, после нескольких лет напряженной работы по демонстрации новых областей использования спутниковой связи программа НАСА развивается в направлении разработки новой техники связи.

Главной причиной такой политики является недостаточное продвижение вперед организации «Комсат» и других потребителей в разработке новой техники. В частности, консорциум «Интелсат» требует, чтобы на спутниках устанавливалась матчасть, отработанная в космосе, а промышленность, как правило, не располагает достаточными средствами для проведения необходимых космических экспериментов.

Требуется изыскать новые методы расширения возможностей существующих частотных диапазонов и возможности функционирования в неиспользуемом диапазоне К (30/20 ГГц), предназначенном для спутниковой связи.

Важнейшим экспериментом, который предполагалось провести на борту космической лаборатории «Спейслэб», является испытание адаптивной многолучевой антенны с фазированной решеткой, разработанной в Центре космических полетов им. Годдарда. Такие антенны применяются в военных радиолокационных установках; для управления их лучами используются разности фаз и амплитуд без механического перемещения антенны. Эти антенны позволят более эффективно использовать располагаемую ширину полосы частот и упростить наземные станции.

Для расширения располагаемых полос частот применительно к спутникам связи НАСА в конце 1979 г. начало разработку проекта по освоению диапазона 30/20 ГГц. По этому проекту будут запущены два демонстрационных спутника для испытания новой техники, работающей в указанном диапазоне, который позволит увеличить объем информации в 50—100 раз по сравнению с объемом информации при использовании более низких частот. Перспективные исследования Льюисского исследовательского центра НАСА сосредоточены на многолучевых антеннах, бортовой обработке сигналов и коммутации, мощных передатчиках и малошумных усилителях. В июне 1980 г. Льюисский центр заключил параллельные контракты в 1 млн. долл. с фирмами «Хьюз эйркрафт», «Томпсон-Рамо-Вулдридж дифенс» и «Спейс системс групп» на проектные работы по спутникам связи, действующим на частотах 30/20 ГГц. Одна из этих фирм будет выбрана для создания двух спутников, запуски которых намечены на 1986 и 1988 гг.

Работы Центра космических полетов им. Маршалла (НАСА) по программе больших космических конструкций определили параллельные исследования корпораций «Грумман аэроспейс» и «Харрис» по раскрывающейся антенне диаметром 50 м, выводимой с помощью космического корабля «Спейс Шаттл».