Спутниковая связь. 6
Государственное образовательное
учреждение высшего профессионального
образования Южно-Российский государственный
университет экономики и
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
Практика подтвердила,
что использование ИСЗ для
связи, в особенности для дальней
международной и
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
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.
В Iridium запущено 66 низкоорбитальных (780 км) спутников, облетающих нашу планету от полюса к полюсу всего за 100 минут. Спутники в Iridium в сорок раз ближе к абоненту, чем в Inmarsat. Казалось бы, и выходная мощность телефона должна быть намного ниже, но из-за быстрого перемещения спутников приходится применять ненаправленные антенны. Поэтому среднюю выходную мощность телефона удалось понизить с 2 Вт только до 0,5 Вт.
В Globalstar и ICO используються спутники, кружащие под углами 52 и 45 градусов к экватору. В первой работают 48 спутников, облетающих землю за 114 минут (на расстоянии 1414 км), во второй - 10 спутников, совершающих круг за половину суток (на расстоянии 10355 км). Выходная мощность мобильных трубок не больше, чем у сотовых телефонов и колеблется от четверти до полуватта.
Белые пятна на нашей планете в спутниковых системах связи все же есть, так Inmarsat принципиально не может работать на северном и южном полюсе и за полярным кругом (поскольку геостационарные спутники оттуда не видны), Globalstar пока также не предоставляет связи севернее и южнее семидесятой параллели, так что получается, что пока только Iridium является действительно глобальной системой спутниковой связи, обеспечивающей всеобщую мобильность войскам Пентагона.
Как это все работает:
Для состыковки спутниковых систем с наземными линиями связи предназначены земные станции сопряжения, разбросанные по всем континентам. В их функции входит также контроль и учет разговорного времени и определение подлинности и кредитоспособности выходящего на связь абонента. Пока наземные службы решают эти задачи, а также определяют трассу соединения, абоненту приходится ждать. Ожидание может продолжиться не один десяток секунд.
В Iridium звонок с мобильного на мобильный проходит только через спутниковую часть системы, однако при установлении и тарификации такого чистого звонка могут участвовать до 4 станций сопряжения. В системе Inmarsat звонок со спутникового телефона на спутниковый приводит к так называемому "двойному скачку", когда сигнал идет сначала в космос, оттуда возвращается на землю, обрабатывается и уходит опять на спутник, откуда отправляется на телефон адресата. Именно поэтому за звонок со спутникового на спутниковый в Inmarsat платить приходится в два раза больше, чем в сеть общего пользования.
То, что для применения Inmarsat нужно иметь представление о том, что такое широта и долгота, и уметь пользоваться компасом, навряд ли остановит клиентов, имеющих хотя бы неполное среднее образование. Имеются красочные карты для определения азимута и склонения обслуживающего вас спутника, да и просто покрутив аппарат и покачав антенну, можно поймать сигнал получше и начать связь.
Ну, а если вы путешествуете не пешком, а на машине или яхте, то можно поставить и всепогодную универсальную антенну, которая сама найдет подходящий спутник и обеспечит бесперебойную связь как во время ралли в пустыне, так и в шторм в океане.
Кодеки современных сотовых и спутниковых телефонов сильно ломают и пакуют обычную человеческую речь, и порой трудно отделаться от впечатления, что разработчики системы уплотнения и кодирования голоса не смогли разработать одинаково хорошую систему для всех земных наречий и отдали предпочтение романской группе языков.
Передача данных через космос:
Стоит четко различать собственно телефонию как возможность поговорить и передачу цифровых данных по телефонному каналу. И здесь Iridium, да и все остальные чисто телефонные спутниковые системы, и не пытается конкурировать с Inmarsat-системами передачи данных. Доступные сегодня в Inmarsat-M4 и Inmarsat-B 64 кбит/с на порядок превышают 4,8 кбит/с в Iridium и 9,6 кбит/с в Globalstar, и даже если цена траффика будет в низкоорбитальной системе в десять раз ниже, чем в высокоорбитальной, то все равно удобней и выгодней пользоваться Inmarsat, поскольку время, необходимое для передачи данных, само по себе тоже деньги. Текст данной статьи, например, в формате Mirosoft Word (36 кбайт) при скорости 4,8 кбит/с можно передать всего за 1 минуту, а вот передача одной цифровой фотографии потребует уже от четверти до целого часа эфирного времени (объем от 300 кбайт до 1,2 Мбайт в запакованном виде).
В системе Inmarsat сегодня можно отправлять не только телексы и факсы, но даже телеграммы на нужный почтовый адрес прямо с подключенного к спутниковому терминалу компьютера, при желании можно воспользоваться и высокоскоростной ISDN- телефонией для передачи не только слов, но и изображений (Inmarsat-B и -M4 до 64 кбит в секунду при тарифе $5 за минуту).
Конфиденциальность связи:
Конфиденциальность абонента - понятие относительное. И если от национальных и тем более международных органов безопасности практически ничего не утаишь, то от конкурентов кое-что скрыть можно. И здесь есть два пути: первый - всецело довериться производителю и второй - кодировать свои секреты самостоятельно.
Сотовые системы GSM и CDMA, спутниковые Globalstar, Iridium, Inmarsat и даже радиотелефоны DECT декларируют вашу полную конфиденциальность и невозможность эфирного прослушивания и двойников. В Iridium даже предусмотрена система отслеживания местоположения звонящего, и если пара последовательных звонков произошла из точек, удаленных друг от друга на слишком большое даже для стратегического бомбардировщика расстояние, объявляется небольшая тревога, и начинаются поиски потенциального двойника.
В базовом варианте Inmarsat не используется криптокодирование, однако если вам есть что скрывать от конкурентов, можно купить и подключить серийный криптоблок. Такая же криптоаппаратура, естественно, должна стоять и у вашего адресата. В этом случае Inmarsat предоставляет так называемый "прозрачный канал", не оцифровывая и не декодируя идущую по каналу связи информацию. Если вы не хотите использовать штатное криптооборудование и алгоритмы, то в любой телефонной сети можно перейти в режим передачи данных и кодировать свои секреты самостоятельно, используя известные криптоалгоритмы. Естественно, что при темпе передачи данных 4,8 кбит/с секретный разговор будет неспешным.
Сколько стоит спутниковая связь:
Ситуация с оплатой звонков существенно зависит от того, откуда вы звоните. Все хорошо знают, что в нашем государстве финансовое бремя мобильной и спутниковой связи лежит в основном на хозяине такого телефона. Он платит не только за исходящие, но и почти всегда за поступающие звонки (исключение составляют только внутрисетевые входящие звонки). Однако за звонок из Америки на аппарат Inmarsat или Iridium платить будет уже ваш американский коллега. В очень многих странах за услугу связи платит только инициатор, и в зависимости от того, куда он звонит, стоимость минуты разговора может существенно изменяться. При звонке со спутникового телефона цена за разговоры в Inmarsat не зависит от того, куда звонишь, и составляет $3, а в Iridium и Globalstar колеблется от $1 до $3 за минуту, в зависимости от пути, проходимого сигналом при связи.
Перспективы спутниковой связи:
Разработчики новых спутниковых систем сегодня делают ставку на массовость использования и интегрированность своих телефонов с системами сотовой связи. Выпускаются дуальные аппараты, изготавливаются сменные картриджи и отстегивающиеся от спутникового сотовые телефоны. Составлены специальные тарифные планы роуминга, введена дифференцированная оплата звонков, используются единые SIM-карты, заключаются договоры, арендуются наземные линии связи и строятся свои глобальные телекоммуникационные сети. Разместить по всему миру базовые станции стандарта GSM или CDMA - задача не из простых, но можно выйти в открытый космос и там, в безвоздушном пространстве, развернуть высокотехнологичное телекоммуникационное оборудование, которое обеспечит связь всегда и везде.
Уйдя далеко вперед от грозоотметчика Попова и превратив наше солнце в достаточно мощную радиозвезду, человечество, оседлав почти все возможные радиоволны, вплотную подошло к полной персонификации телефона. Сегодня технически возможно не только получение личного пожизненного идентификационного номера, но и персонального телефонного, единого на всей территории земного шара и его ближайших окрестностей.
Телефония - это только маленькая часть сегодняшнего рынка телекоммуникаций, и не за горами время, когда появится какая-нибудь система с тысячей низкоорбитальных спутников, и любой пользователь Internet сможет не только получать свои сотни мегабит в секунду, но и высококачественную телефонную и телевизионную связь в любой точке мира.
IV. Заключение
Пропускная способность, разветвленность систем, надежность и экономичность ССС постоянно растут. Многопрограммным телевидением постепенно охватываются все новые районы, включая и самые отдаленные уголки России. Возрасло значение ССС в управлении различными отраслями народного хозяйства, в системах массового обучения, оповещения о различного рода стихийных явлениях, оказания медицинской помощи. Массовое распространение получили мобильные средства спутниковой связи, позволяющие быстро и практически в любых районах страны организовать связь с помощью ИСЗ.
Значительно расширилось международное сотрудничество в области применения спутниковых систем связи, еще более развились системы «Интерспутник», «Стационар», возрасло их взаимодействие с системами «Интел-сат», «Инмарсат» и другими ССС различных стран мира.
У миллионов людей
есть возможность прямого
С каждым годом спутниковые
системы связи будут
Список используемой литературы:
1. Академия наук СССР
«Космос-Земле» Изд. «Наука»,
2. Детская энциклопедия, том 2. Изд. «Академия педагогических наук РСФСР», Москва 1962г.
3. Талызин Н.В. «Спутники связи - Земля и Вселенная», 1977
- Спутниковая связь
- Спутниковая связь
- Спутниковая связь
- Спутниковая связь
- Спутниковая система ГЛОНАСС
- Спутниковая система навигации
- Спутниковая система навигации
- Спуск и посадка космических аппаратов без атмосферы
- Спутники планет гигантов
- Спутники связи
- Спутниковая локация
- Спутниковая навигация в геодезическом обеспечении строительства. Новые ГНСС решенияот компании LEICA GEOSYSTEMS
- Спутниковая связь
- Спутниковая связь
