СПОСОБ РАДИОСВЯЗИ С ЗЕМЛЕЙ ПОСТОЯННО ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ОБИТАЕМОЙ БАЗЫ НА ОБРАТНОЙ (НЕВИДИМОЙ) СТОРОНЕ ЛУНЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО СПОСОБА Российский патент 2013 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к системам космической радиосвязи. В программах освоения Луны, разрабатываемых рядом передовых стран, в том числе Российской Федерацией, одним из первых шагов является создание постоянно действующей обитаемой лунной базы (ПЛБ) на видимой стороне Луны. Следующим шагом станет создание обитаемой лунной базы на обратной стороне Луны.

Из уровня техники известно изобретение «Спутниковая система связи», патент JP 09-223995 опубл. 26.08.1997, в котором система связи обеспечивает непрерывную связь между Луной и Землей, включая объекты, находящиеся на обратной (невидимой) стороне Луны, с помощью станций, находящихся на видимой стороне поверхности Луны и поверхности Земли, и спутников-ретрансляторов, одного на стационарной орбите Луны и двух на геостационарной орбите Луны и двух на геостационарных орбитах Земли, сдвинутых по широте на 120°. Недостатком изобретения является использование спутников-ретрансляторов на стационарных орбитах Луны, так как вследствие особенностей гравитационного взаимодействия Луны и Земли стационарные орбиты Луны неустойчивы и не могут использоваться для размещения на них спутников-ретрансляторов.

Технический результат заявленного изобретения заключается в создании постоянной радиосвязи лунной базы на обратной стороне Луны с Землей.

Технический результат достигается тем, что способ радиосвязи с Землей постоянно действующей обитаемой базы на обратной (невидимой) стороне Луны. заключающийся в том, что три лунных спутника-ретранслятора размещают в точках либрации системы Земля-Луна, причем первый лунный спутник-ретранслятор расположен на условной оси Земля-Луна с противоположной от Земли стороны, второй лунный спутник-ретранслятор расположен на орбите Луны, опережая Луну по ходу движения на 60 градусов относительно условной оси Земля-Луна, третий лунный спутник-ретранслятор расположен на орбите Луны с отставанием от Луны по ходу движения на 60 градусов относительно условной оси Земля-Луна, при этом радиосвязь с Землей осуществляется одновременно по двум каналам: приемопередающая станция связи Земли - второй лунный спутник-ретранслятор - первый лунный спутник-ретранслятор - ретрансляционная станция и приемопередающая станция связи Земли - третий лунный спутник-ретранслятор - первый лунный спутник-ретранслятор - ретрансляционная станция, связь с подвижными объектами на поверхности Луны осуществляется через первый лунный спутник-ретранслятор по радиоканалам Ka и Ku диапазонов через ретрансляционную станцию, расположенную на обратной стороне Луны, и удаленные станции, распложенные на Луне.

Система для реализации способа радиосвязи с Землей постоянно действующей обитаемой базы на обратной стороне Луны включает в себя ретрансляционную станцию, расположенную на обратной стороне Луны, три лунных спутника-ретранслятора, через которые осуществляется связь расположенной на обратной стороне Луны лунной базы с земными станциями, при этом приемопередающая станция связи Земли соединена радиосвязью со вторым лунным спутником-ретранслятором, второй лунный спутник-ретранслятор соединен радиосвязью с первым лунным спутником-ретранслятором, первый лунный спутник-ретранслятор соединен радиосвязью с ретрансляционной станцией, приемопередающая станция связи Земли соединена радиосвязью с третьим лунным спутником-ретранслятором, третий лунный спутник-ретранслятор соединен радиосвязью с первым лунным спутником-ретранслятором, при этом связь с подвижными объектами на поверхности Луны осуществляется через первый лунный спутник-ретранслятор по радиоканалам Ka и Ku диапазонов через ретрансляционную станцию и удаленные станции.

Размещают лунные спутники-ретрансляторы (ЛСР) для связи ПЛБ с Землей в точках либрации системы Земля-Луна, в которых выполняется требование одновременной видимости Земли и ПЛБ, расположенной на обратной стороне Луны (точки Лагранжа L₂ (поз.1), L₄ (поз.2), L₅ (поз.3), см. фиг.1).

Точка L₁ (поз.4, фиг.1) расположена на условной оси Земля-Луна на расстоянии 56, 5 тысяч км от центра масс Луны со стороны Земли.

Точка L₂ расположена на условной оси Земля-Луна на расстоянии 65, 9 тысяч км от центра масс Луны с противоположной от Земли стороны.

Точка L₃ (поз.5, фиг.1) расположена на пересечении условной оси Земля-Луна с орбитой Луны противоположной от Луны стороны.

Точка L₄ расположена на орбите Луны, опережая Луну по ходу движения на 60 градусов.

Точка L₅ расположена на орбите Луны с отставанием от Луны на 60 градусов.

Используются одновременно два канала связи с Землей, что повышает надежность системы связи и повышает ее пропускную способность. При этом каналы выглядят следующим образом. Первый канал: Земля - ЛСР₂ (точка либрации L₄) - ЛСР₁ (точка либрации L₂) - ретрансляционная станция (PC) на территории ЛБ. Второй канал: Земля - ЛСР₃ (точка либрации L₅) - ЛСР₁ (точка либрации L₂) - ретрансляционная станция.

Для построения системы связи ПЛБ - Земля мог бы использоваться спутник-ретранслятор, располагаемый в точке либрации L₂. Но при использовании точки L₂ Луна будет частично экранировать радиолинию ЛСР - Земля.

Поэтому в системе радиосвязи ПЛБ с Землей предлагается использовать ЛСР, располагаемые в трех точках либрации L₂, L₄, L₅, (см. фиг.1).

Аналогично строится дублирующий канал связи Земля - ПЛБ через ЛСР₃ (точка либрации L₅), ЛСР₁ и ретрансляционную станцию (PC).

Такое построение радиоканалов Земля - ПЛБ решает задачи обеспечения высокой надежности системы связи путем частичного дублирования радиолиний либо удвоения суммарной пропускной способности при передаче по радиоканалам Земля - ПЛБ через ЛСР₂ и ЛСР₃ различной информации.

В целом система радиосвязи ПЛБ должна обеспечить постоянный обмен информацией между ПЛБ и Землей. Для решения этой задачи в состав системы постоянно действующей обитаемой базы на обратной стороне Луны войдут следующие подсистемы: подсистема магистральной связи с Землей через ЛСР: подсистема связи с подвижными объектами на поверхности Луны (космонавты, луноходы) и наиболее удаленными объектами ПЛБ (полигон исследования лунного грунта, взлетно-посадочный комплекс). Структура подсистемы магистральной связи с Землей (ПМС) представлена на фиг 2. Ретрансляционная станция (PC) (9 на. фиг.2) в составе подсистемы поддерживает постоянную связь с Землей через лунные спутники-ретрансляторы ЛСР₁ ЛСР₂ и ЛСР₃ (см. 6, 7, 8 на фиг.2). Таким образом, спутник ЛСР₁ (6) функционально входит как в состав подсистемы магистральной связи с Землей, так и в состав подсистемы связи с удаленными и подвижными объектами. При этом он имеет отдельные антенны и транспондеры для работы в указанных системах, за исключением радиоканала ЛСР₁ - PC. который является общим для обеих подсистем.

На Земле устанавливаются три приемопередающие станции связи (10, 11, 12, см. фиг.2), разнесенные по долготе на 120^о и ведущие связь с ПЛБ поочередно, по мере вращения Земли и Луны.

Для создания подсистемы связи с подвижными и удаленными объектами (см. фиг.3) используется лунный спутник-ретранслятор ЛСР₁ (поз.13. фиг.3), выводимый в точку либрации L₂ (поз.14, фиг.3), отстоящую от поверхности Луны на 64 тыс. км. При этом видимая подспутниковая область составит часть сферы на поверхности невидимой части Луны.

В этой области должна быть расположена ПЛБ (поз.15, фиг.3) и находиться все объекты, с которыми необходимо поддерживать связь.

При выходе космонавтов на поверхность Луны обеспечивается телефонная связь с каждым из них и прием биотелеметрической информации о состоянии здоровья космонавта.

В состав объектов, удаленных от основной части ПЛБ, входят радиостанции для связи с подсистемой сбора, обмена и обработки информации через ЛСР₁. Эти радиостанции имеют наименование - удаленные станции (УС).

При работе с луноходами и удаленными неподвижными станциями (УС) необходимо обеспечить обмен с ними достаточно большим объемом информации, что требует использования в радиоканалах остронаправленных антенн.

Антенны УС будут постоянно направлены на ЛСР₁, а антеннам луноходов необходимо обеспечить автоматическое наведение на ЛСР₁.

Использование остронаправленной антенны с автоматическим наведением в скафандре практически невозможно. Поэтому, учитывая, что объем информации обмена с космонавтами невелик, в каналах связи с космонавтами целесообразно использовать метровый диапазон радиоволн, в котором достаточно просто обеспечивается конструкция всенаправленной антенны.

Для обмена информацией с космонавтами, луноходами и удаленными станциями на ЛСР₁ устанавливаются два отдельных трансподера с выходами на приемопередающие антенны метрового и Ku-диапазонов.

В радиолиниях ЛСР - PC циркулирует максимальный объем информации, который складывается из потоков информации, передаваемых с Земли на ПЛБ по двум спутниковым каналам, и потоков информации между ПЛБ и удаленными станциями, луноходами и космонавтами. В радиолиниях ЛСР - PC целесообразно использовать Ka-диапазон радиоволн и фазовую модуляцию BPSK.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить постоянную радиосвязь ПЛБ с Землей, а также обеспечить постоянную радиосвязь ПЛБ с подвижными и неподвижными объектами, находящимися на поверхности Луны.

Изобретение относится к технике связи. Технический результат состоит в создании постоянной радиосвязи лунной базы на обратной стороне Луны. Для этого три лунных спутника-ретранслятора выведены в точки либрации системы Луна-Земля, через которые осуществляется связь расположенной на обратной стороне Луны лунной базы с земными станциями. Причем первый спутник-ретранслятор расположен на условной оси Земля-Луна с противоположной от Земли стороны и соединен радиоканалом VHF, Ка и Кu диапазонов с ретрансляционной станцией и удаленными станциями. Второй спутник-ретранслятор расположен на орбите Луны, опережая Луну по ходу движения на 60 градусов относительно условной оси Земля-Луна. Третий спутник-ретранслятор расположен на орбите Луны с отставанием от Луны по ходу движения на 60 градусов относительно условной оси Земля-Луна. Связь с Землей происходит при помощи системы радиосвязи по каналам: приемопередающая станция связи Земли - второй спутник-ретранслятор - первый спутник-ретранслятор - ретрансляционная станция и приемопередающая станция связи Земли - третий спутник-ретранслятор - первый спутник-ретранслятор - ретрансляционная станция, одновременно система связи осуществляет связь с подвижными объектами на поверхности Луны. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ радиосвязи с Землей постоянно действующей обитаемой базы на обратной (невидимой) стороне Луны, заключающийся в том, что три лунных спутника-ретранслятора размещают в точках либрации системы Земля - Луна, причем первый лунный спутник-ретранслятор расположен на условной оси Земля - Луна с противоположной от Земли стороны, второй лунный спутник-ретранслятор расположен на орбите Луны, опережая Луну по ходу движения на 60 градусов относительно условной оси Земля - Луна, третий лунный спутник-ретранслятор расположен на орбите Луны, с отставанием от Луны по ходу движения на 60 градусов относительно условной оси Земля - Луна, при этом радиосвязь с Землей осуществляется одновременно по двум каналам: приемопередающая станция связи Земли - второй лунный спутник-ретранслятор - первый лунный спутник-ретранслятор - ретрансляционная станция и приемопередающая станция связи Земли - третий лунный спутник-ретранслятор - первый лунный спутник-ретранслятор - ретрансляционная станция, связь с подвижными объектами на поверхности Луны осуществляется через первый лунный спутник-ретранслятор по радиоканалам Ка и Ки диапазонов через ретрансляционную станцию, расположенную на обратной стороне Луни, и удаленные станции, расположенные на Луне.

2. Система радиосвязи с Землей постоянно действующей обитаемой базы на обратной невидимой стороне Луны включает в себя ретрансляционную станцию, расположенную на обратной стороне Луны, три лунных спутника-ретранслятора, через которые осуществляется связь расположенной на обратной стороне Луны лунной базы с земными станциями, при этом приемопередающая станция связи Земли соединена радиосвязью со вторым лунным спутником-ретранслятором, второй лунный спутник-ретранслятор соединен радиосвязью с первым лунным спутником-ретранслятором, первый лунный спутник-ретранслятор соединен радиосвязью с ретрансляционной станцией, приемопередающая станция связи Земли соединена радиосвязью с третьим лунным спутником-ретранслятором, третий лунный спутник-ретранслятор соединен радиосвязью с первым лунным спутником-ретранслятором, при этом связь с подвижными объектами на поверхности Луны осуществляется через первый лунный спутник-ретранслятор по радиоканалам Ка и Ки диапазонов через ретрансляционную станцию и удаленные станции.