СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ

ШСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ, КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ
Изобретение относится к области космической техники и может использоваться для эффективного проведения научных наблюдений космическими средствами и оперативной доставки полезной (научной, разведывательной, экологической и т.д.) информации своим потребителям.
Известная система наблюдения космического базирования состоит из исследовательских космических аппаратов, имеющих на борту спускаемые контейнеры (или баллистические кштсулы) 113. Космический аппарат с помощью установленной на нем научной аппаратуры производит все необходимые научные (и народно-хозяйственные) наблюдения за объектами космоса и объектами на Земле. Полученная в результате наб.шодений научная информация накапливается на соответствующих физических носителях (фотопленка, кинопленка, магнитные накопители информации и т.д.) запасы которых доставлены на борт ИКА первоначально. Доставка накопленной научной информации на Землю осуществляется в спускаемых контейнерах, после чего она передается непосредственно потребителям.
Система наблюдения построенная по описанной схеме доставки научной информации потребителям проста, надежна, обеспечивает высокое качество получаемой потребителями информации. Однако, сам принцип построения системы и передачи информации потребителям делает ее малооперативной,, и в ряде случаев непригодной для наблюдения и оценки высокодинамичных природных явлений и процессов. Существенным недостатком такой системы наблюдения является необходимость иметь значительные запасы физических носителей информации на борту исследовательского космического аппарата, что сужает его возможности и ограничивает время активного существования. Кроме того, практическое использование такой системы наблюдения требует привлечения дополнительных средств - баллистико-навигационного обеспечения спуска баллистических капсул и по- 2
исковой службы для последующего обнаружения их на Земле. Все эти причины намного снижают автономность системы наблюдения и делают ее негибкой и дорогостоящей.
Ближайщей по технической сущности является система наблюдения космического базирования, основанная на передаче полезной информации по радиотелеметрической системе 23. Ее и принимаем в качестве прототипа. Основными элементами системы-прототипа являются : 1 - исследовательский космический аппарат (ИКА); 2 - потребители полезной информации (ПШ); 3 - наземный измерительный пункт (НШ); 4 - Центр управления полетом (ЦУП), при этом  ИКА связан с входом НИПа, выход которого связан с входом ЦУПа, выход которогосвязан с входами ППИ.
Наличие в системе-прототипе измерительных пунктов, обеспечивающих прием с борта исследовательского КА научной информации по радиоканалу позволяет передрать ее на Землю в ре.альном времени, что значительно повыщает оперативность системы наблюдения и сокращает время доставки научной информации конечным потребителям. По тем же причинам существенно снижаются требуемые запасы физических носителей информации на борту самого исследовательского КА, что расщиряет его возможности по прямому назначению. Поэтому она и была выбрана в качестве прототипа.
Работает система-прототип следующим образом. Исследовательский КА в ходе своего полета по целевой орбите выполняет намеченную программу научных ( и народно-хозяйственных ) наблюдений, соответствующую его назначению и поставленным задачам. Результаты наб.шодений либо передаются на ..Землю в НИП непосредственно по радиотракту, либо запоминаются бортовым запоминающим устройством в зависимости от наличия прямой связи ИКА с наземными пунктами в момент проведения наблюдений. В случае наличия запомненной ранее информации при вхождении ИКА в зону видимости НИПов происходит ее передача по радиоканалу. Далее принятая НИПом научнш информация транслируется по установленным каналам связи в ЦУП, откуда поступает к потребителям научной информации. Недостатком системы-прототипа является невозможность в большинстве случаев передавать научную информацию в темпе реального времени сразу ее непосредственным потребителям, в силу чего сама эта информация может быть частично обесценена. Следует иметь в виду и наличие в системе-прототипе излишнего числа звеньев передачи информации, вносящих доцолнительные искажения получаемой исследовательским КА информации и задержки в ее доставке. Немаловажным является и ограниченность круга потребителей научной информации из-за возможного отсутствия каналов связи между ЦУПом и потребителем или наличия недопустимых помех, неизбежно возникающих при передаче информации в удаленные от ЦУПа районы. Устранение этого ограничения влечет за собой необходимость передачи научных измерений пересылкой магнитных лент (МЛ) потребителю, что резко снизит оперативность системы наблюдения в целом и усложнит ее организационно. Существенным недостатком системы-прототипа может служить и факт отсутствия канала связи от некоторых задействованных в системе наблюдения измерительных пунктов в ЦУП, что требует пересылки МЛ или привлечения спутниковой связи ( отметим, что ретрансляция информации через спутник связи вносит дополнительные помехи, снижаюпще качество научных данных ). Указанные недостатки делают систему-прототип нейостаточно оперативной и автономной, а так же для многих потенциальных потребителей научной информации еще и недоступной. . Техническим результатом данного изобретения является существенное расширение числа абонентов системы и высокие оперативность и автономность, что делает ее более доступной для большинства потребителей научной (и народно-хозяйственной) информации. Полученная научной аппаратурой исследовательского КА полезная информация может быть передана
потребителю практически без задержки независимо от его месторасположения и без привлечения дополнительных наземных служб и ередет связи.
Указанный технический результат достигается тем, что в систему наблюдения космического базирования, содержащую исследовательский космический аппарат и потребители полезной информации, в отличии от прототипа введены спутник-ретранслятор и приемные антены потребителей, при этом исследовательский космический аппарат связан каналом обмена информацией со спутником-ретранслятором, на котором установлена антенна, связанная с соответствующими приемными антеннами потребителей, выходы которых связаны каждый со своими потребителями полезной информации.
Указанный технический результат достигается так же тем, что в системе по пункту 1 введено несколько спутников-ретрансляторов, связанных между собой двусторонними каналами обмена информацией.
Указанный технический результат достигается так же тем, что в системе по пункту 1 связь между спутником-ретранслятором и исследовательским космическим аппаратом осуществляется посредством остронаправленных антенн либо по оптической линии связи.
Указанный технический результат достигается так же тем, что в системе по пунктам 1, 3 введенонесколько спутников-ретрансляторов, связанных между собой двусторонними каналами обмена информацией.
Предлагаемая система позволяет осуществлять доставку научной информации с борта исследовательского КА практически в любой наперед заданный район Земли в реальном времени то.пько средствами самой космической системы наблюдения. Причем, что очень важно, она по своему построению предполагает достаточно простые средства приема информации у потребителей. Наличие в предлагаемой системе наб.шодения спутникаретранслятора, расположенного на геостационарной орбите с точкой сто
- 5 яния над областью группирования потенциальных потребителей научной информации, позволяет доставлять ее на Землю в темпе получения на борту исследовательского КА и делает эту систему существенно отличной от прототипа., GP находится на геостационарной орбите, в силу следующих причин : 1)простота управления спутниковой системой с точки зрения баллистических и навигационных характеристик ; 2)минимальное количество потребных элементов системы ; 3)возможность длительного приема и передачи информации при неподвижных земных антенак ( простота приемной аппаратуры потребителей ) ; 4)длительное время активного действия системы, т.к, не требует периодического проведения коррекции движения СР ; 5)рещена проблема энергоснабжения спутника-ретранслятора ( 99 % электроэнергии поступает за счет Солнца ) ; 6)периодичность зон связи с ИКА любого типа и устойчивая приемопередача в них ; 7)отсутствие эффекта Доплера и повьшенная помехозапщщенность каналов связи ; 8)предполагает применение узконаправленных антен . Отличительной особенностью предлагаемой системы является наличие в ней спутника-ретранслятора, обеспечивающего радиосвязь потребителей научной информации с космическими средствами сбора научной информации без посредников. Это обстоятельство повышает автономность системы и оперативность доставки научной информации ее потребителям. Наличие в системе спутника-ретранслятора, связывающего борт исследовате.11ьского КА с потребителями научной информации информационными каналами, а так же отсутствие каких-либо взаимосвязей между потребителями научной информации и ЦУПом делают ее существенно отличной от
системы-прототипа.
Приводим перечень фигур.
1 - функциональная схема предлагаемой системы ;
Е - функциональная схема предлагаемой системы по пункту 2.
Функциональная схема предлагаемой системы представлена на фиг.1, где 1 - исследовательский космический аппарат- (ИКА) 2 - потребители полезной информации (ПЛИ); 5 - спутник-ретранслятор (СР); б - приемные антены потребителей (ПАП), при этом ИКА связан каналом связи с СР, антенна которого связана о соответствующими приемными антеннами потребителей, выходы которых связаны каждый со своими потребителями полезной информации.
Центральным элементом предлагаемой системы наблюдения является исследовательский коомический аппарат с установленными на нем научными приборами и передающими антенами, выступающий как средство сбора научной информации и первичного ее преобразования и обработки. Приемные антены потребителей являются средствами приема поступающей с орбиты научной информации с последующим ее преобразованием. Спутник-ретранслятор играет роль посредника между космической и наземной частями системы наблюдения, причем, в отличие от прототипа время связи КА с GP на порядок больше, чем с НИПами, и не требует перекоммутации каналов приемо-передачи. Для реализации связи исследовательского КА с СР на обоих устанавливаются подвижные остронаправленные антены, оси которых направлены друг на друга. Для осуществления связи между СР и наземными абонентами на СР достаточно иметь неподвижную антену ( антены ). Организация подобных каналов связи хорошо известна и широко применяется в различных областях хозяйственной деятельности СЗ. Неподвижность СР относительно поверхности Земли позволяет потребителям иметь постоянную связь с СР и намного упрощает аппаратуру потребите- 6 леи за счет неподвижности принимающих антен, что делает такую систему общедоступной.
Передача научной информации с борта исследовательского КА на Землю через спутник-ретранслятор позволяет потребителям получать ее в темпе реального времени практически во все время пролета КА над интересующими районами, что значительно повышает оперативность системы наблюдения и сокращает время доставки научной информации конечным потребителям. По тем же причинам существенно снижаются требуемые запасы физических носителей информации на борту самого исследовательского КА, что расширяет его возможности по прямому назначению.
Функциональная схема предлагаемой системы по пункту 2 представлена на фиг.г, где 1 - исследовательский космический аппарат (ЙКА); 2 потребители полезной информации (ШЖ); 5 - спутники-ретрансляторы (СР); 6 - приемные антены потребителей (ПАП), при этом ИКА связан каналами связи со спутниками-ретрансляторами, каждый GP связан через свою антенну с находящимися в зоне его видимости приемными антенами потребителей, выходы которых связаны кайсдый со своими потребителями научной информации, сами СР связаны между собой двусторонними каналами обмена информацией.
Введение в систему наблюдения системы связанных информационно спутников-ретрансляторов повышает глобальность предлагаемой системы,
так как позволяет потребителям из зоны видимости одного СР принимать поток научной информации в момент нахождения исследовательского КА в зоне видимости другого СР.
Рассмотрим работу системы. Исследовательский КА в ходе своего полета по целевой орбите выполняет намеченную программу научных (и народно-хозяйственных) наблюдений, соответствуюшую его назначению и поставленным задачам. Результаты наблюдений либо передаются на Землю
- 7 -
- 8 через СР по радиотракту, либо запоминаются бортовым запоминающим устройством в зависимости от нахождения ИКА в зоне прямой видимости СР в момент проведения наблюдений. В случае наличия запомненной ранее информации при вхождении ИКА в зону видимости СР происходит ее передача на СР, откуда по радиоканалу поступает непосредственно на приемные антены потребителей и расходится по потребителям научной информации и другим заинтересованным пользователям. Направление СР - ИКА в инерциальной системе отсчета определяется по выражению : |   -- /  где « ( R 21 - радиус-вектор СР и ИКА соответственно. Направление на СР в связанной с ИКА системе координат определяется -  - jt по выражению : YL  А У Л«, . Направление на ИКА в связанной с СР системе координат определяется -  - А по выражению г   / К Л с  где А А   Л  кватернионы, определяющие ориентацию ИКА и СР относительно инерцианьной системы отсчета. Определение зон взаимной видимости элементов системы наблюдения ИКА и СР - входит в состав стандартного баллистического обеспечения полета ИКА. Описанная система наблюдения космического базирования может обеспечивать научной информацией всех потребителей, находящихся в сфере обслуживания данного спутника-)етранслятора. Для многоцелевых исследовательских КА ( например, пилотируемой орбитальной станции ) получаемая научная информация может оказаться полезной для потребителей, отстоящих друг от друга на значительные расстояния, превышающие зону охвата одним СР. Тогда возникает необходимость в нескольких СР, т.е. в системе спутников-ретрансляторов, каждый из которых закреплен за своей группой потребителей. Возможны два пути решения проблемы. ПерВЫЙ - автономное взаимодействие системы наблюдения с потребителями, Оообеннооть - каждый СР обслуживает свою вону ( совокупность приемник антен потребителей ) на Земле, Это по сути есть простое объединение нескольких систем наблюдения, при котором ИКА является общим элементом всех отдельных систем. Второй - комплексное, или системное; взаимодействие системы наблюдения с потребителями. Отличие - СР связаны между собой информационными каналами связи. Это дает возможность потребителю из одной зоны обслуживания получать научную информацию из другой, недоступной области Земли, обслуживаемой другим СР, и, тем самым, придавая системе наблюдения более универсальный и глобальный характер.
Э|)фективность предлагаемой системы определяется прежде всего тем, что она дает принципиальную возможность непосредственного доступа произвольного потребителя научной информации к космическим средствам
наблюдения и сбора научной информации, тем самым значительно повышая автономность и оперативность системы наблюдения, а так же достоверность принятой информации.
1.А.В.Соллогуб, Г.П.Аншаков, В.В.Данилов. Космические аппараты
систем зондирования поверхности Земли. 1993.
2.М.Ю.Беляев. Научные эксперименты на космических кораблях и
орбитальных станциях. 1984.
3.Н.И.Калашников. Системы связи через искусственные спутники
- 9 Литература.