Средневысотные орбиты

Спутники на средневысотных орбитах первыми начали разрабатывать компании, традиционно выпускающие геостационарные ИСЗ. Средневысотные системы обеспечивают более качественные характеристики обслуживания подвижных абонентов, чем геостационарные, поскольку в поле зрения абонента одновременно находится большое число ИСЗ. За счет этого появляется возможность увеличить минимальные углы видимости ИСЗ до 25…30 . А это, в свою очередь, позволяет снизить дополнительный энергетический запас радиолинии, необходимый для компенсации потерь на распространение в ближней зоне (при наличии в ней деревьев, зданий и других преград).

При выборе местоположения негеостационарной орбитальной группировки необходимо учитывать природные ограничения — это пространственные пояса заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли, так называемые радиационные пояса Ван-Аллена.

Первый устойчивый пояс высокой радиации начинается примерно на высоте 1,5 тыс. км и простирается до нескольких тысяч километров, его "размах" составляет примерно 30 по обе стороны от экватора. Второй пояс столь же высокой интенсивности располагается на высотах от 13 до 19 тыс. км, охватывая около 50 по обе стороны от экватора.

Трасса средневысотных спутников проходит между первым и вторым поясами Ван-Аллена, т. е. на высоте от 5 до 15 тыс. км.

Системы со средневысотными ИСЗ обеспечивают лучшие, чем GEO-ИСЗ, характеристики обслуживания абонентов благодаря следующим особенностям:

1. они имеют большие углы радиовидимости;

2. в зоне радиовидимости находится большее число спутников. Зона обслуживания каждого ИСЗ существенно меньше, чем геостационарного, поэтому для глобального охвата с однократным покрытием наиболее населенных районов Земного шара и судоходных акваторий необходимо создать ОГ из 8…12 спутников;

3. суммарная задержка сигнала при связи через средневысотные спутники составляет не более 130 мс;

4. средневысотные спутники выигрывают у геостационарных по энергетическим показателям, но проигрывают им по продолжительности пребывания ИСЗ в зоне радиовидимости наземных станций (1,5…2 ч).

Низкие круговые орбиты

Выбор диапазона высот от 700 до 2 тыс. км для низкоорбитальных систем неслучаен. С одной стороны, на орбитах высотой менее 700 км плотность атмосферы относительно высока, что вызывает колебания эксцентриситета и деградацию орбиты (постепенное снижение высоты апогея). С другой стороны, на орбитах выше 1,5 тыс. км, где располагается первый радиационный пояс Ван-Аллена, длительная работа электронной бортовой аппаратуры практически невозможна, если не использовать специальных методов защиты от радиационного излучения.

Чем меньше высота орбиты, тем меньше мгновенная зона обслуживания, а следовательно, для глобального охвата требуется значительно большее количество спутников. Если низкоорбитальная система должна обеспечить глобальную связь с непрерывным обслуживанием, то необходимо, чтобы в орбитальную группировку входило не менее 48 ИСЗ.

Спутники на низких орбитах обладают значительными преимуществами перед другими ИСЗ по энергетическим характеристикам, но проигрывают им в продолжительности сеансов связи и времени активного существования ИСЗ.

Период обращения спутника на этих орбитах составляет от 90 мин до 2 ч, а максимальное время пребывания ИСЗ в зоне радиовидимости не превышает 10…15 мин.

Если период обращения спутника составляет 90 мин, то в среднем 30% времени он находится на теневой стороне Земли. Аккумуляторные бортовые батареи испытывают приблизительно 5 тыс. циклов зарядки/разрядки в год, вследствие чего срок их службы, как правило, не превышает 5…8 лет.