СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ РАДИОСВЯЗИ ОБИТАЕМОЙ БАЗЫ НА ПОВЕРХНОСТИ МАРСА С ЗЕМЛЕЙ 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. Изучение Марса автоматическими космическими аппаратами (КА) в настоящее время является одним из основных направлений космических исследований в дальнем космосе. Перспективные программы изучения Марса автоматическими КА разрабатываются практически всеми космическими державами», включая Россию. Наиболее широким фронтом исследования Марса проводятся в США.

Огромный объем информации о Марсе, полученный автоматическими КА, и уровень развития космической техники, достигнутый к настоящему времени, позволяют приступить к практической реализации пилотируемой экспедиции к Марсу. Следующим шагом практического исследования дальнего космоса станет создание постоянно действующей обитаемой базы на Марсе. Создание такой базы является задачей для человечества еще более грандиозной, чем осуществление пилотируемого полета к Марсу, однако, в расчете на революционное развитие космической науки и технологии в XXI веке можно надеяться, что и эта задача будет решена. Наличие постоянно действующей обитаемой базы на Марсе (ОБМ) позволит планировать и осуществлять долгосрочные программы космических исследований (6-12 месяцев), используя научное оборудование ОБМ для углубленного изучения планеты Марс и окружающего космического пространства.

Известна статья «Радиотехническое обеспечение постоянно действующей Лунной базы» [1], выбранной в качестве прототипа, в котором способ обеспечения постоянной связи обитаемой базы на поверхности Марса (ОБМ) с Землей и управления аппаратурой ОБМ заключается в том что для радиосвязи с Землей используют подсистему магистральной связи. Недостатком прототипа при его использовании для Марса является периодическое прерывание радиосвязи с Землей, так как вследствие расположения ОБМ на поверхности Марса антенна ее подсистемы магистральной связи (ПМС) за счет вращения Марса вокруг свой оси будет иметь возможность радиосвязи с Землей в пределах ±90° долготы планеты (половину периода вращения Марса).

Технический результат заявленного изобретения заключается в создании постоянной радиосвязи обитаемой базы на поверхности Марса (ОБМ) с Землей и управления аппаратурой ОБМ.

Технический результат достигается тем, что в заявленном способе обеспечения постоянной радиосвязи обитаемой базы на поверхности Марса (ОБМ) с Землей и управления аппаратурой ОБМ, заключающимся в том, что для радиосвязи используют две подсистемы связи, составляющих единую систему связи ОБМ: подсистема магистральной связи ОБМ с Землей (ПМС), и спутниковая подсистема связи (СПС). Обе подсистемы осуществляют связь с Землей поочередно в течение полупериода вращения Марса каждая.

Система связи обеспечивает постоянную связь ОБМ с Землей при любом взаимном расположении Марса и Земли (см. фиг.1). Для непрерывного приема радиосигналов, излучаемых ОБМ, на Земле используются станции связи (поз.2, фиг.1), расположенные с расстояниями между ними по долготе порядка 120°. По мере вращения Земли происходит замена наземной станции, работающей с Марсом. Связь с Землей подсистема магистральной связи осуществляет через полноповоротную остронаправленную приемопередающую антенну с диаметром зеркала порядка 10 метров (поз.1, фиг.1). При вращении Марса эта антенна «видит» Землю в течение приблизительно половины периода вращения марса (см. фиг.1), причем ввиду большой разреженности атмосфера Марса практически не влияет на распространение радиоволн. Поэтому антенна ПМС может осуществлять связь и при нулевых углах места.

Связь с Землей в тех случаях, когда антенна ПМС не имеет радиосвязи с Землей, осуществляется с помощью спутниковой подсистемы связи (СПС) в течение второй половины периода обращения Марса (см. фиг.2). СПС включает в себя два спутника-ретранслятора на стационарных орбитах Марса (МСР), выбранных таким образом, чтобы оба МСР имели возможность радиосвязи с Землей и были видны с территории ОБМ (поз.3, 4, фиг.2), и ретрансляционную станцию, расположенную на территории ОБМ в общей зоне видимости обоих МСР (поз.5, фиг.2), через антенны которой осуществляется связь через МСР с Землей (поз.6, фиг.2) во вторую половину обращения Марса вокруг своей оси, когда антенна ПМС не имеет возможности радиосвязи с Землей. Связь со спутниками-ретрансляторами производится через неполноповоротные антенны, входящие в состав ретрансляционной станции, расположенной на территории ОБМ в общей зоне радиосвязи обоих спутников-ретрансляторов. С помощью спутниковой подсистемы связи решается еще одна задача функционирования ОБМ - связь с подвижными объектами, находящимися на поверхности Марса - космонавтами, марсоходами. Связь с ними осуществляется через специальные каналы спутников-ретрансляторов при нахождении их в зоне видимости спутников-ретрансляторов. Использование в СПС двух спутников-ретрансляторов, кроме обеспечения связи с Землей при затенении одного из них Марсом, расширяет зону видимости подвижности объектов на поверхности Марса, обеспечивает более надежную работу подсистемы и, при необходимости, повышает пропускную способность подсистемы. Высота стационарной орбиты на Марсе 17 тыс. км над поверхностью Марса. При своем вращении Марс поочередно затеняет Землю для одного, а затем для другого спутника-ретранслятора. При этом связь с Землей производится через спутник-ретранслятор, который в данный момент имеет возможность радиосвязи с Землей.

Таким образом, радиосвязь ОБМ с Землей производится приблизительно половину периода вращения Марса через полноповоротную антенну ПМС, а вторую половину периода - через спутники-ретрансляторы СПС.

По магистральному каналу между ПМС и Землей производится обмен одновременно и независимо различными видами информации, с помощью которых осуществляется управление и контроль за работой всех объектов ОБМ. По каналу связи СПС с Землей осуществляется обмен различными видами информации.

Список литературы

1. Статья «Радиотехническое обеспечение постоянно действующей Лунной базы». УДК 523.34-1:629.78. (Ю.М.Урличич, А.В.Круглов, В.М.Ватутин, Е.П.Молотов), «Наукоемкие технологии», вып.6, том 11, - М.: Радиотехника, 2010, стр.11-18.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в космической технике. Технический результат состоит в создании постоянной радиосвязи обитаемой базы на поверхности Марса (ОБМ) с Землей и управления аппаратурой ОБМ. Для этого используют две подсистемы связи, составляющих единую систему связи ОБМ: подсистема магистральной связи ОБМ с Землей (ПМС), имеющей высокую пропускную способность и спутниковая подсистема связи СПС, включающая в себя два спутника - ретранслятора на стационарных орбитах Марса (МСР), выбранных таким образом, чтобы оба имели возможность радиосвязи с Землей и были видны с территории ОБМ, и ретрансляционную станцию, расположенную на территории ОБМ в общей зоне видимости обоих МСР, через антенны которой осуществляется связь через МСР с Землей во вторую половину обращения Марса вокруг своей оси, когда антенны ПМС не имеют возможности радиосвязи с Землей. Обе подсистемы осуществляют связь с Землей поочередно в течение полупериода вращения Марса каждая. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ осуществления постоянной радиосвязи обитаемой базы на поверхности Марса с Землей, включающий установление прямой радиосвязи между обитаемой базой на поверхности Марса через остронаправленную антенну в течение полупериода вращения Марса вокруг своей оси, отличающийся тем, что в течение следующего полупериода вращения Марса вокруг своей оси такая связь осуществляется через спутники-ретрансляторы, которые размещают на стационарных орбитах Марса с возможностью установления постоянной прямой радиосвязи между обитаемой базой на поверхности Марса и каждым из спутников-ретрансляторов с одной стороны и, по крайней мере, между одним из спутников-ретрансляторов и Землей с другой стороны.

2. Система для осуществления постоянной радиосвязи обитаемой базы на поверхности Марса с Землей, содержащая две подсистемы для осуществления такой радиосвязи поочередно: подсистему магистральной радиосвязи для осуществления связи в течение полупериода вращения Марса вокруг своей оси, содержащую приемопередающую аппаратуру, сопряженную с остронаправленной следящей антенной на территории обитаемой базы на поверхности Марса, между которой осуществляется прямая радиосвязь с Землей в течение данного полупериода вращения Марса вокруг своей оси с тремя приемопередающими станциями на поверхности Земли поочередно, размещенными с расстоянием между ними порядка 120° по долготе, а также подсистему спутниковой связи для осуществления связи в течение следующего полупериода вращения Марса, когда в результате вращения Марса антенна подсистемы магистральной радиосвзяи уходит из зоны прямой радиосвязи с Землей, подсистема спутниковой связи включает в себя два спутника-ретранслятора, размещенные на стационарных орбитах Марса, станцию ретрансляции на территории обитаемой базы на поверхности Марса, снабженную двумя антеннами для постоянной связи со спутниками-ретрансляторами.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что спутники-ретрансляторы через дополнительные антенны обеспечивают радиосвязь Земли с движущимися на поверхности Марса космонавтами и марсоходами при нахождении их в зоне видимости спутников-ретрансляторов.