Файл: Перспективы развития кадиапазона в отечественной спутниковой группировке на гсо.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 50
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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 МГц
800 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.
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 МГц
800 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
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 МГц
800 МГц; доступная полоса пропускания Ku-диапазона составляет 500 МГцШирокий доступный диапазон частот и высокая пропускная способность.
Небольшие размеры оконечного оборудования и спутниковой нагрузки
-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).