Применение беспилотных летательных аппаратов в районах Крайнего Севера

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 7 / 2018.

При подаче сигналов одновременно на 2 входа, «внешний» контур начинает взаимодействовать с «внутренним» элементом, вследствие чего формируется общая излучающая поверхность и рабочая частота антенны становится пропорциональной его геометрическим размерам и равной 4 ГГц, а коэффициент усиления становится равный 2,7 Дб. Коэффициент отражения от входа, при условии, что нагрузка на выходе энергию не отражается (параметр Sil) и диаграмма направленности имеют вид, показанный на рисунках 4 и 5 соответственно.

Таким образом, проведенное теоретическое исследование и моделирование на основе программы проектирования и расчета СВЧ устройств и антенн HFSS, позволяет сделать вывод о возможности использования таких элементов для проектирования двухдиапазонных антенн. При этом изменение размеров элементов позволяет изменять резонансную частоту.

Дальнейшее развитие исследовательской работы заключается в практической реализации полученных результатов. Одним из вариантов использования подобных микрополосковых антенн - это фазированные антенные решетки, где узкополосность диаграммы направленности и небольшой коэффициент усиления антенны будут устраняться путем подбора соответствующей диаграммообразующей схемы для управления излучением соседних элементов с подобными характеристиками в пределах одной фазированной антенной решетки.

Список использованной литературы:

1. Банков С.Е. Кукушин А.А. Расчет антенн и СВЧ структур с помощью HFSS ANSYS, Москва, «НПП «Родник»», 2009, - 256с.

2. Воскресенский Д.И. Устройства СВЧ и антенны, Москва, «Радиотехника», 2006, - 373с.

© Коцулевский С.В., 2018

УДК 004

К.А .Кузин

Академия ФСО России, г.Орел, РФ E-mail: miserysd@rambler.ru А.И. Ширко

канд. техн. наук, доцент Академии ФСО России,

г.Орел, РФ E-mail: ashirko@yandex.ru

ПРИМЕНЕНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Аннотация

Для России Крайний Север имеет важное значение в сферах экономики и военной безопасности. Поэтому обеспечение связью данного района является актуальной задачей на сегодняшний день. Целью статьи является проработка вопроса использованию беспилотных летательных аппаратов с ретрансляторами связи для систем спутниковой связи. Результатом будет являться обеспечение связи в районах, где работа через ретрансляторы связи на ГСО невозможна, а также повышение мобильности и повышение надежности связи.

Ключевые слова:

Беспилотный летательный аппарат, спутниковая связь, Крайний Север, ретранслятор, связь.

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 7 / 2018.

Значительную часть территории России составляет Крайний Север, где проживает около 8 миллионов человек (5,85 % населения России) на площади около 2,2 миллионов квадратных километров (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Районы Крайнего Севера и приравненные к ним местности

Важность данной территории неоспорима. Так, с экономической точки зрения, в северных регионах сосредоточено большинство месторождений алмазов, золота, древесины, около 80% запасов нефти и практически весь природный газ также сосредоточены здесь. С военной точки зрения, Арктический регион имеет непосредственное отношение к обеспечению защиты и безопасности России. Стратегические силы, сдерживающие вероятного противника, входят в состав Северного флота, который находится на Кольском полуострове. Исходя из вышеперечисленного можно сказать, что для эффективного выполнения задач в сферах экономики и военной безопасности необходимо обеспечение данных районов качественной связью.

В силу климатических условий и малой плотности населения предоставление услуг связи на Крайнем Севере весьма специфично. Актуальным остается предоставление услуг связи по радиоканалам, поэтому большой объем информации передается по спутниковым каналам связи. Возможность гарантированно обеспечить спутниковой связью с геостационарной орбиты реализуема до 75° северной широты, при этом не обеспечивается связь с объектами, находящимися севернее этих широт (корабли Северного морского флота и корабли, движущиеся по северному морскому пути). [3]

В районах Крайнего Севера трафик, передаваемый по спутниковым каналам связи, проходит через бортовые ретрансляционные комплексы на спутниках, находящихся на высокоэллиптических орбитах. Количество таких спутников и их возможности не позволяют предоставить необходимые услуги связи населению районов Крайнего Севера. В обеспечении связи в районах Крайнего Севера могут помочь беспилотные летательные аппараты (БПЛА), способные обеспечить спутниковую связь на большие расстояния.

Основными направлениями исследований по развитию вариантов применения ретрансляторов спутниковой связи на БПЛА являются: определение радиуса зоны покрытия, выбор типа применяемого летательного аппарата, обеспечивающего подъем необходимого оборудования на заданную высоту, выбор типов и параметров антенны, определение количества транспондеров, выбор диапазонов работ ретранслятора связи (полос частот), решение вопросов энергопотребления.

Схема связи с применением БПЛА предполагает наличие наземного комплекса управления (НКУ), как минимум двух земных станций, а также самого летательного аппарата, на котором установлено необходимое оборудование. Схема показана на рисунке 2.

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 7 / 2018.

БПЛА

Рисунок 2 - Схема спутниковой связи с применением БПЛА

Преимуществами такой связи по сравнению со спутниковой связью являются: малое затухание и время задержки сигнала.

Для построения линии спутниковой связи в качестве земных станций могут использоваться как подвижные станции, так и фиксированные спутниковые станции.

Расчеты показывают, что рациональным вариантом для применения в качестве летательного аппарата является дирижабль «Беркут» с энергоснабжением от солнечных батарей. Он способен удерживать постоянное географическое положение на высоте 20-23 км (Таблица 1).

Таблица 1

Основные характеристики дирижабля «Беркут»

Характеристика Беркут ЕТ Беркут ML Беркут HL

Длина, м 150 200 250

Расход энергии, кВт 100 165 230

Масса полезной нагрузки, кг 1000

Мощность полезной нагрузки, кВт 15

Количество движителей 3 5 7

Высота базирования, км 20 -23

Продолжительность полета, месяц 6

Зона географической широты, град 0-30 30-45 45-60

Решения и технологии, используемые для создания наземной инфраструктуры, позволяют собрать ангар для дирижабля «Беркут» практически на любой местности в течение одного дня. Дирижабли стоят дешевле спутников, а для их запуска не нужна ракета-носитель. А в случае поломки аэростат можно посадить на землю для ремонта.

В качестве ретранслятора связи для предоставления услуг связи небольшого количества земных станций достаточно использовать один транспондер с полосой пропускания 36 МГц в С или Ки диапазоне. Необходима установка пяти направленных антенн на борту БПЛА: одна для связи с наземным комплексом управления и другие (пара приемных и передающих антенн) для связи с земными станциями. Одним из вариантов размещения аппаратуры связи на борту является установка антенны на опорно-поворотном устройстве для обеспечения непрерывной связи с НКУ и земными станциями. [2]

Рассчитывая зону обслуживания спутника необходимо учитывать наличие прямой видимости между наземными станциями и БПЛА, что определяется высотой летательного аппарата над Землей h и углом возвышения 8 наземной станции (угол между горизонтальной линией и направлением луча антенны).

БПЛА

d h

R

Земля

Ч ß-

Рисунок 4 - Охват и угол возвышения

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 7 / 2018.

Справедливо следующее соотношение: [1]

R _ sin(a) _ sin(f - Р - е) _ cos(p + 9) «+^ = sin (е + 5)" sin (е + f) = cos(9) ;

где:

R — радиус Земли;

в — угол охвата (мера части земной поверхности, которая видна с летающего объекта с учетом минимального угла возвышения);

После математических преобразований, для нахождения угла охвата в применима следующая формула:

в[рад] = arccos (^ • cos(е[град]))- 9[град] • где 9 вводится в градусах, а в получается в радианах.

Размер зоны обслуживания обычно выражается через диаметр покрываемой области, равный:

Dо=2вR,

Результаты расчета значений диаметра зоны обслуживания представлены в таблице 2.

Таблица 2

Диаметр зоны обслуживания в зависимости от высоты БПЛА

Высота полета БПЛА, км Диаметр покрываемой области [км] при угле возвышения[град]

2 град 5 град

1 53 22

3 147 66

5 228 108

10 395 208

20 657 388

Обеспечение связью районов Крайнего Севера остаются актуальной задачей по сей день. Применение беспилотных летательных аппаратов для предоставления услуг связи является одним из вариантов, который может быть применен при решении ряда задач. Список использованной литературы:

1. Боев Н.М. «Анализ командно-телеметрической радиолинии связи с беспилотными летательными аппаратами» // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф.Решетнева. Выпуск 2 (42) / гл. ред. д.т.н. Ковалев И.В. - Красноярск: СибГАУ, 2012.

2. Скляр Б. «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение». М. :Вильямс, 2003.

3. Чернов А.А., Чернявский Г.М. «Орбиты спутников дистанционного зондирования Земли». 2004 г.

© Кузин К.А., Ширко А.И., 2018

УДК 693

Кукарина Елена Евгеньевна

ассистент каф.ТОСП Самарского государственного технического университета г. Самары

E-mail: elena21674138@yandex.ru Зорина Марина Александровна преподаватель каф.ТОСП Самарского государственного технического университета г. Самары

E-mail: zorina 1804@mail. ru

Архитектурно-строительный академия Самарского государственного технического университета ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЭКОЛОГИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОТДЕЛОЧНЫХ РАБОТАХ

Аннотация

Статья представляет профессиональным строителям и заказчикам современные экологически чистые