Общие принципы построения наземного комплекса управления

Космическая система ретрансляции информации

Увеличение объема и сложности целевых задач, решаемых современными КА, и повышенные требования к надежности управления вызывают необходимость обеспечения непрерывности и глобальности информационного взаимодействия НКУ с КА. Эффективным путем достижения этой цели является использование для обмена информацией с КА космических систем ретрансляции (КСР). Техническая структура КСР включает два-три спутника-ретранслятора (СР) на геостационарной орбите, одну-две наземные станции (НС) спутниковой связи и абонентскую аппаратуру, установленную на борту обслуживаемых КА.

Схема размещения СР космической системы ретрансляции на ГСО

На рис. показано, что три СР на геостационарной орбите с географическими долготами подспутниковых точек, разнесенными на 120°, обеспечивают с перекрытием обзор практически всей земной поверхности (и околоземного космического пространства), за исключением приполярных областей до 80° северной и южной широт. С целью упрощения структуры в системе могут использоваться два рабочих СР при незначительном уменьшении глобальности связи. Информационное взаимодействие НКУ с К А через СР осуществляется по следующей схеме:

прямой канал: ЦУП - НС - СР - КА;
обратный канал: КА - СР - НС - ЦУП.

Примером космической системы ретрансляции является введенная в эксплуатацию в начале 1980-х гг. американская система TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System), предназначенная для обеспечения почти глобального обслуживания действующих и перспективных низкоорбитальных КА, таких как МТКК Space Shuttle, космическая лаборатория Spacelab. В составе системы используются два рабочих и один резервный геостационарный спутник-ретранслятор. Координаты подспутниковых точек рабочих СР (41° з.д. и 171° з.д.) выбраны из расчета, что их зоны радио-видимости на поверхности Земли перекрываются на территории американского континента таким образом, что с наземной станции на базе Уайт Сэндс в штате Нью-Мексико (США) обеспечивается радиовидимость обоих СР. Для одновременной работы через три СР на станции установлены три комплекта приемно-регистрирующей аппаратуры с антеннами диаметром 18 м. От центров управления НАСА и министерства обороны по каналам связи на наземную станцию поступает технологическая информация и программа работы, необходимые для организации управления КА через СР. В обратном направлении передается информация, принятая с КА.

Система TDRSS обеспечивает глобальность обслуживания низко-орбитальных (высота < 2000 км) КА около 0,9. Для достижения практически полной глобальности необходим дополнительный СР с подспутниковой точкой в Восточном полушарии. Но для работы с ним нужна вторая наземная станция за пределами США (реализовано в 1990-е гг.) или организация межспутниковой связи между СР.

Аналогичная космическая система ретрансляции использовалась в России в составе комплекса управления пилотируемой орбитальной станцией "Мир" и многоразовой космической системой "Буран". Основу системы составляют два геостационарных СР "Луч" с координатами подспутниковых точек 16° з.д. и 95° в.д. и наземная станция спутниковой связи вблизи Москвы в зоне радио-видимости обоих СР, оснащенная двумя комплектами приемно-передающей аппаратуры с антенными системами. В 1990-х гг. орбитальная группировка СР "Луч" прекратила свое существование из-за выработки технического ресурса спутников.

Космические системы ретрансляции обеспечивают обмен с КА и средствами выведения всеми видами информации, необходимой для управления полетом, телеизмерений и связи с экипажем пилотируемых комплексов, а также высокоскоростную (до сотен Мбит/с) передачу цифровой информации от аппаратуры целевого назначения КА. Недостатком использования КСР является необходимость нали-чия на КА дополнительных резервов по массе для установки абонентской аппаратуры и бортовых антенн, обеспечивающих требуемые энергетические характеристики радиолиний КА - СР, особенно при неориентированном полете КА.