СПОСОБ ВЫВОДА ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ НА ГЕОСТАЦИОНАРНУЮ ОРБИТУ Российский патент 2003 года по МПК B64G1/10 

Изобретение относится к способам вывода искусственных спутников в космическое пространство, а более точно касается способа вывода искусственных спутников на геостационарную орбиту, и может быть использовано в гражданской, научной или коммерческой областях.

В настоящее время расширение рынка телекоммуникационных услуг привело к развитию спутниковых систем связи и вещания. В условиях жесткой конкуренции реализуемость и жизнестойкость таких дорогостоящих проектов в значительной степени зависит от разумного сочетания стоимостных затрат и качественных показателей систем связи.

С точки зрения надежности и оптимизации страховых платежей и других экономических показателей стратегия развертывания спутниковых систем предусматривают использование различных типов ракет-носителей с одновременным групповым выведением сразу нескольких спутников одной ракетой-носителем.

Действующие системы спутниковой связи и вещания Российской Федерации базируются на использовании тяжелых многофункциональных искусственных спутников (ИС), выводимых на геостационарную орбиту мощными ракетами-носителями "Протон" и "Протон-М".

Ракеты-носители "Протон" и "Протон-М" с разгонными блоками "ДМ-03" и "Бриз-М" способны вывести на геостационарную орбиту массу до 2600 и 3000 кг соответственно. Применяемые в настоящее время искусственные спутники "Горизонт" и "Экспресс" имеют массу от 2300 до 2600 кг в зависимости от их оснащенности и используемой в транспондерах элементной базы. Так, искусственные спутники "Горизонт" имеют 7 транспондеров, а искусственные спутники "Экспресс-А" имеют 17 транспондеров. Такие искусственные спутники обеспечивают покрытие территории Российской Федерации по долготе в пределах, в зависимости от широты, от 90 до 130^o и являются чрезвычайно дорогостоящими аппаратами. Указанные искусственные спутники экономически целесообразно использовать для обеспечения связью и вещанием густонаселенные развитые регионы, такие как Европейская часть РФ и прилегающие к ней регионы.

В случаях, когда возможностей существующего искусственного спутника недостаточно для удовлетворения потребностей (по видам и объемам услуг) телекоммуникационного и вещательного рынка и одновременно существует недоиспользованный выделенный частотный ресурс на данной геостационарной орбите, целесообразно использовать небольшой и сравнительно недорогой искусственный спутник, который был бы способен обеспечить локальное покрытие выбранной территории.

Все сказанное выше в полной мере относится к РФ, территория которой охватывает 11 часовых поясов, что составляет около 170^o по долготе, при этом следует учитывать малую населенность северных, восточных регионов и Дальнего Востока, где для обеспечения услугами связи и вещания экономически нецелесообразно использовать мощный дорогостоящий искусственный спутник.

Сочетание в спутниковой системе связи двух искусственных спутников, характеризующихся разными функциональными возможностями при сохранении принципа преемственности основных технических характеристик, сможет решить задачу по поддержанию и развитию сетей спутниковой связи на территории РФ.

Использование небольших и сравнительно недорогих искусственных спутников на геостационарной орбите сможет решить задачу построения самостоятельных национальных систем связи и вещания отдельных государств, которые в настоящее время для данных целей арендуют часть ресурса мощных искусственных спутников.

Известен способ вывода искусственного спутника на геостационарную орбиту (WO 99/14118, МПК B 64 G 1/00), заключающийся в том, что сборку, состоящую из последней ступени космического транспортного средства и спутника, выводимого на геостационарную орбиту, прежде всего запускают на круговую орбиту захоронения для избежания возможного столкновения с космическими объектами, находящимися на геостационарной орбите, а затем спутник отделяют от указанной последней ступени, которая остается на орбите "захоронения", и осуществляют переход спутника на геостационарную орбиту с указанной орбиты захоронения.

Известный способ предусматривает вывод на геостационарную орбиту одного или нескольких спутников, имеющих одинаковые технические и функциональные характеристики, а именно одинаковую массу и обеспечивающие одинаковое покрытие.

Существующие в настоящее время ракеты-носители "Протон" и "Протон-М" способны вывести на геостационарную орбиту нагрузку массой до 3000 кг. При этом масса искусственного спутника, обеспечивающего глобальное покрытие, составляет примерно 2600 кг. Таким образом, с помощью одной ракеты-носителя невозможно вывести на геостационарную орбиту более одного искусственного спутника с характеристиками, необходимыми для обеспечения требуемого покрытия.

Известен также способ вывода космических аппаратов, принятый за прототип (JP 02046142 А, МПК B 64 G 1/10), согласно которому осуществляют запуск искусственных спутников посредством космического транспортного средства, имеющего средство выведения, спутники размещают в одной капсуле со средством выведения, выводят капсулу на круговую орбиту, изменяют апогей этой орбиты, а затем ее перигей и переводят средство выведения на геостационарную орбиту, где отделяют искусственные спутники.

Согласно указанному способу одним космическим транспортным средством на геостационарную орбиту выводят два одинаковых искусственных спутника, обеспечивающих глобальное покрытие, что не является экономически целесообразным для создания системы связи, обслуживающей малонаселенные районы.

В основу изобретения положена задача разработать способ вывода искусственных спутников на геостационарную орбиту, который за счет использования таких искусственных спутников, выводимых одним космическим транспортным средством, позволил бы обеспечить дифференцированное покрытие территории по долготе, в частности, для территории РФ порядка 170^o.

Поставленная задача решается тем, что в способе вывода искусственных спутников на геостационарную орбиту, заключающемся в том, что осуществляют запуск искусственных спутников посредством космического транспортного средства, имеющего средство выведения, спутники размещают в одной капсуле со средством выведения, выводят капсулу на круговую орбиту, изменяют апогей этой орбиты, а затем ее перигей и переводят средство выведения на геостационарную орбиту, где отделяют искусственные спутники, согласно изобретению в капсуле размещают два искусственных спутника, массу первого из которых выбирают существенно больше массы второго искусственного спутника, который выполняют с возможностью локального покрытия территории и размещают в капсуле между средством выведения и первым искусственным спутником, который выполняют с возможностью глобального и локального покрытия территории и который первым отделяют на геостационарной орбите, при этом второй искусственный спутник отделяют и разворачивают на геостационарной орбите с задержкой во времени, достаточной для разворачивания первого искусственного спутника, а массу второго искусственного спутника выбирают по существу равной разнице между массой первого искусственного спутника и массой полезной нагрузки выбранного средства выведения.

Патентуемый способ позволяет полностью использовать ресурс по массе современных космических транспортных средств, таких как ракеты-носители "Протон" и "Протон-М" с разгонными блоками "Бриз-М" и "ДМ-03", и одновременно создать экономичную систему спутниковой связи, которая обеспечивает покрытие территории по долготе около 170^o и для территории РФ является наиболее обоснованной как в экономическом, так и в техническом отношении.

Использование в предлагаемом способе второго искусственного спутника, существенно меньшего по массе, чем первый (основной) искусственный спутник, обеспечивает локальное покрытие территории Дальнего Востока, что в совокупности позволяет осуществить сплошное покрытие территории РФ.

Целесообразно массу М₂ второго искусственного спутника выбирать из соотношения (5,4-6,9)М₂=M₁, где M₁ - масса первого искусственного спутника.

Предпочтительно массу М₂ второго искусственного спутника выбирать равной 380-420 кг, а массу M₁ первого искусственного спутника - равной 2300-2600 кг.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых
фиг. 1 иллюстрирует покрытие восточной части территории РФ одним "большим" искусственным спутником;
фиг.2 - то же, что на фиг.1, в случае покрытия западной части;
фиг. 3 - то же, что на фиг.1, в случае покрытия территории Дальнего Востока одним "малым" искусственным спутником.

Патентуемый способ вывода искусственных спутников на геостационарную орбиту заключается в том, что два искусственных спутников заключают в капсулу и посредством космического транспортного средства, имеющего средство выведения, запускают на круговую орбиту. Отличительной особенностью настоящего способа является то, что используют искусственные спутники с существенно отличающимися массами и функциональными возможностями и эти искусственные спутники выводят на геостационарную орбиту.

Первый искусственный спутник, который условно можно назвать "большим" или "штатным" искусственным спутником, имеет массу M₁, существенно больше массы M₂ второго искусственного спутника, который можно условно назвать "малым" искусственным спутником. В общем случае масса М₂ второго искусственного спутника определяется из соотношения массы полезной нагрузки, которая может быть выведена космическим транспортным средством, и собственной массой M₁ первого искусственного спутника.

Под "малым" искусственным спутником понимаются аппараты массой порядка 380-420 кг, имеющие от 4 до 8 транспондеров и обеспечивающие локальное покрытие территории. Такие "малые" искусственные спутники обладают сравнительно высокими технико-экономическими показателями за счет исключения многофункциональности и применения более совершенной элементной базы.

Используемые в настоящее время ракеты-носители "Протон" и "Протон-М" способны вывести на орбиту массу порядка 2600 кг и 3000 кг соответственно. Масса "штатного" искусственного спутника составляет 2300-2600 кг. Таким образом, указанные ракеты-носители способны вывести на орбиту дополнительный вес порядка 380-420 кг, что соответствует массе второго ИС, иными словами, массы искусственных спутников связаны соотношением M₁=(5,4-6,9)М₂.

Первый искусственный спутник выполняют с широкими функциональными возможностями, т.е. с возможностью глобального и локального покрытия территории в зависимости от конкретных поставленных задач.

Например, такой искусственный спутник может иметь от 7 до 17 транспондеров и обеспечивать покрытие территории РФ по долготе до 130^o, что иллюстрируется фиг.2.

Второй искусственный спутник размещают в капсуле между средством выведения и первым искусственным спутником. После выведения капсулы с искусственными спутниками на борту сначала изменяют апогей орбиты, а затем перигей и выводят капсулу на геостационарную орбиту, на которой последовательно отделяют первый и второй искусственные спутники с задержкой во времени, достаточной для разворачивания первого искусственного спутника.

Фиг.3 иллюстрирует покрытие территории Дальнего Востока с использованием "малого" искусственного спутника. При использовании согласно настоящему изобретению двух искусственных спутников с разной массой и с разными возможностями по объему и качеству услуг связи представляется возможным обеспечить покрытие территории по долготе около 170^o и для территории РФ является наиболее обоснованной как в экономическом, так и в техническом отношении.

Возможны следующие варианты использования "малого" искусственного спутника:
- в качестве "горячего" (на орбите) или "холодного" (на Земле) резерва для функционирования тяжелых искусственных спутников;
- возможностей существующего искусственного спутника недостаточно для удовлетворения потребностей (по видам и объемам услуг) телекоммуникационного и вещательного рынка и одновременно существует недоиспользованный выделенный частотный ресурс на данной геостационарной орбите;
- в качестве дополнения к тяжелому искусственному спутнику, на котором в ходе эксплуатации оказалась неработоспособной часть транспондеров;
- в неосвоенных закрепленных позициях геостационарных орбит, где нет достаточных рыночных потребностей для загрузки тяжелых космических транспортных средств;
- для гибкого освоения выделенного на геостационарных орбитах радиочастотного ресурса в условиях неполного завершения координационных мероприятий на момент начала формирования сети;
- на начальном этапе формирования сети в целях экономии финансовых ресурсов.

Таким образом, патентуемый способ позволяет полностью использовать ресурс по массе современных космических транспортных средств и одновременно создать экономичную систему спутниковой связи.

Изобретение относится к способам построения спутниковых систем, а более конкретно к развертыванию геостационарной телекоммуникационной системы. Предлагаемый способ включает запуск двух геостационарных искусственных спутников с помощью одного средства выведения. Масса первого спутника, имеющего возможность глобального и локального покрытия территории, существенно больше массы второго. Последний выполняют с возможностью локального покрытия территории и размещают при выводе на орбиту между средством выведения и первым искусственным спутником. На рабочей орбите сначала отделяют первый спутник. Второй спутник отделяют и развертывают с задержкой во времени, достаточной для развертывания первого спутника. Массу второго спутника выбирают практически равной разности между массой первого спутника и массой полезной нагрузки выбранного средства выведения. Изобретение обеспечивает полноту использования ресурса современных космических транспортных средств (ракет-носителей), резервирование спутников на орбите, а также повышает гибкость функционирования системы, эффективность освоения отведенного радиочастотного ресурса и, в целом, экономичность спутниковой системы связи. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ вывода искусственных спутников на геостационарную орбиту, заключающийся в том, что осуществляют запуск искусственных спутников с помощью космического транспортного средства, имеющего средство выведения, размещают спутники в одной капсуле со средством выведения, выводят капсулу на круговую орбиту, изменяют апогей этой орбиты, а затем ее перигей и переводят средство выведения на геостационарную орбиту, где от него отделяют искусственные спутники, отличающийся тем, что в капсуле размещают два искусственных спутника, массу первого из которых выбирают существенно большей массы второго спутника, который выполняют с возможностью локального покрытия территории и размещают в капсуле между средством выведения и первым искусственным спутником, причем этот первый спутник выполняют с возможностью глобального и локального покрытия территории и первым отделяют на геостационарной орбите, а второй искусственный спутник отделяют и развертывают на геостационарной орбите с задержкой во времени, достаточной для развертывания первого искусственного спутника, при этом массу второго спутника выбирают по существу равной разности между массой первого искусственного спутника и массой полезной нагрузки выбранного средства выведения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что массу М₂ второго искусственного спутника выбирают из соотношения M₁= (5,4-6,9)М₂, где M₁ - масса первого искусственного спутника. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что массу M₂ второго искусственного спутника выбирают равной 380-420 кг, а массу M₁ первого искусственного спутника выбирают равной 2300-2600 кг.