14. Построение системы высокоэллиптических спутников. Выбор высоты апогея, высоты перигея, периода обращения и наклонения орбиты связного ка.

Для построения системы связных спутников на высокоэллиптических орбитах необходимо определить количество спутников и значения параметров их орбит.

Выбор Н_а, Н_п периода обращения КА

Как уже отмечалось, целесообразно использовать вытянутые орбиты, так скорость на апогейном участке минимальна, время нахождения на нем составляет несколько часов, следовательно зона покрытия и время обслуживания ЗС будут максимальным. Для таких орбит эксцентриситет e  1. То есть, желательно вытянуть орбиту (увеличить На), но при фиксированном Т в соответствии с 3-м законом Кеплера постоянной должна оставаться большая полуось a. Следовательно, увеличить H_А можно, только уменьшив H_П. Очевидно, что главными ограничивающими факторами при этом являются сопротивление остаточной атмосферы и возможность физического воздействия на спутник, когда он находится в перигейной области. Исходя из сказанного, значения H_П выбираются в пределах 500...600 км.

Как говорилось ранее, , отсюда ,

.

Для упрощения построения орбитальной группировки и управления ей выбирают период таким образом, чтобы в сутки укладывалось целое число периодов, а именно 6, 8, 12 и 24 часов.

Задаваясь значением периода Т, рассчитывают большие полуоси a, затем рассчитывают H_А = 2 a- H_П -2 Rз.

Результаты расчетов сведены в таблицу (слайд 6).

Слайд 6

Т, ч	а, км	Круговая орбита Н, км	Эллиптическая орбита
			На, км	Нп, км
6	17120	10750	21000	500
8	20620	14250	28000	500
12	26745	20375	40250	500
24	42245	35875	71250	500

Как видно из таблицы, выбирать период Т < 6 ч нецелесообразно, так как существенно снижается H_А, и как следствие - размер зоны покрытия и время обслуживания ЗС. Чаще выбирают орбиту с Т =12 часов.

Для Т=12 часов, a=26745 км, H_П = 500 км, e = (a- H_П - Rз)/ a 0,75.

Рассмотрим орбиту с Т=12 ч. При определении значений других параметров основными факторами являются время обслуживания данной территории и степень эволюции орбиты под действием возмущающих факторов.

Выбор угла наклонения орбиты.

При выборе наклонения орбиты необходимо учесть, что для связных спутников значение i > 90 просто бессмысленно, так как в этом случае направление движения спутника противоположно направлению вращения Земли. Это привело бы к существенному уменьшению времени связи через данный спутник. Кроме того, для запуска ИСЗ на такую орбиту необходима более мощная ракета, так как при i > 90 не используется кинетическая энергия вращения Земли для дополнительного разгона ИСЗ.

Поскольку наклонение орбиты i численно равно широте подспутниковой точки в апогее, ясно, что его значение должно соответствовать примерно середине обслуживаемой территории (диапазон широт обслуживаемой территории России – (40-90 град.с.ш.). Следовательно, значение наклонения i должно быть 60...65. Кроме того, из анализа влияния основных возмущающих факторов на параметры орбиты следует, что изменение аргумента перигея отсутствует при i  63,5, Следовательно, для спутников связи, предназначенных для обслуживания всей территории РФ, оптимальным является значение наклонения орбиты i_opt  63,5.

Выбор аргумента перигея и долготы восходящего узла.

Значение аргумента перигея  выбирается таким образом, чтобы апогей орбиты находился в северной части над серединой обслуживаемой территории со стороны России, а не над американским континентом. Поэтому для обслуживания территории РФ оптимальным значением аргумента перигея является _opt = 280...285.

При выборе долготы восходящего узла  исходят из условия, чтобы выход спутника на рабочий участок орбиты совпадал с началом по долготе обслуживаемой территории. Только при этом условии можно обеспечить максимальное время связи.

Для выбранных оптимальных значений i и  зависимость времени входа и выхода обслуживаемой территории из зоны радиовидимости спутника (разница этих времён определяет максимальное время связи) от величины  на основном витке показана на слайде 7. Так как восходящий узел мигрирует по мере вращения Земли, то значение  выбирается в строго определенный момент - момент прохождения спутником восходящего узла ₀(t₀) на нечётных (так называемых «основных») витках.

Слайд 7.

Зависимость максимального времени связи от ₀(t₀)

Из анализа этой зависимости следует, что оптимальным является значение _0 opt(t₀)  68 в.д. При этом возможная длительность сеанса связи превышает 8 часов. Именно такие параметры выбраны для орбиты спутников связи «Молния», которые, начиная с 1965 года, широко используются при построении различных отечественных ССС как военного, так и гражданского назначения. Орбита ИСЗ «Молния» является примером одной из наиболее удачных орбит для спутников связи, обслуживающих территорию России. Поскольку точка апогея орбиты ИСЗ «Молния» находится примерно над Красноярском, то один спутник оказывается в состоянии обеспечить устойчивую связь между Москвой и Владивостоком в течение почти 9 часов.

Выбор количества КА.

Из слайда видно, что при оптимальных параметрах орбит круглосуточная связь может быть обеспечена тремя спутниками. Для исключения возможности перерывов связи из-за неточности запуска и эволюции орбит в существующих системах используется, как правило, по четыре спутника с продолжительностью связи через каждый из них в течение 6 часов. В такой системе плоскости орбит последовательно смещены по долготе восходящего узла на 90, а моменты прохождения спутниками восходящих узлов соответственно смещены на 6 часов, что обеспечивается выбором момента вывода ИСЗ на орбиту.

Рассмотренные принципы выбора и построения системы связных спутников позволяют обеспечить постоянную и надёжную спутниковую связь.