Способ организации связи с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, и система дальней космической связи для осуществления данного способа Российский патент 2021 года по МПК H04B7/00 

Заявленная группа изобретений относится к способам и системам для передачи сигналов для дальней космической связи.

В системах связи с космическими аппаратами (КА), находящимися в Дальнем космосе традиционно применяется следующий принцип организации связи. Посадочный модуль (ПМ), находящийся на поверхности планеты или спутника планеты, осуществляет связь с земными станциями (ЗС) через искусственный спутник (ИС), представляющий собой планетарный спутник-ретранслятор (ПСР), выведенный на орбиту планеты или спутника планеты. Недостатком указанного способа является:

1) связь объектов, расположенных на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, с ЗС возможна, только когда ПСР находится на участке орбиты, обращенном к Земле;

2) связь объектов, расположенных на орбите и поверхности планеты или спутника планеты с ЗС возможна только когда ЗС, находится в полушарии, обращенном к планете или спутнику планеты;

3) связь ПСР с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, возможна, только когда они находится в зоне радиообзора (ЗРО) ПСР;

4) не позволяет применять оптические линии связи (ЛС) (наиболее эффективные с точки зрения энергетики линии связи и скорости передачи информации) для обеспечения дальней космической связи (для связи ПСР с Землей) из-за того, что оптический диапазон сильно зависит от состояния атмосферы.

В книге «Наземный комплекс управления дольними КА. Перспективы развития» (под редакцией Ю.М. Урличича, авторы Ватутин В.М., Ежов С.А., Круглов А.В., Молотов Е.П., издательство Радиотехника 2012 г.) для ретрансляции информации от объекта, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты предлагается:

1) использовать в качестве ретрансляторов космические аппараты, выведенные в точки либрации L4 и L5;

2) использовать в качестве ретрансляторов космические аппараты, выведенные на орбиту планеты или спутника планеты и соединенные межспутниковыми линиями связи (МЛС), что позволяет передавать информацию на ЗС от ПМ или ИС, не находящихся в ЗРВ ЗС.

Из уровня техники также известен выбранный в качестве наиболее близкого аналога способ обеспечения постоянной радиосвязи обитаемой базы на поверхности марса с землей и система для осуществления данного способа (см. RU 2475957, опубл. 20.02.2013). В указанном изобретении 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.

Преимуществом указанных способов является обеспечение глобального покрытия ЗРО ПСР поверхности планеты или спутника планеты, позволяющее передавать информацию от ПМ, в независимости от их местоположения.

Недостатком указанных способов по-прежнему является, то что:

1) связь ПСР с ЗС возможна только когда ЗС, находится в полушарии, обращенном к планете или спутнику планеты;

2) для организации связи ПСР с ЗС не целесообразно применять оптические ЛС для обеспечения дальней космической связи (для связи CP с Землей).

Техническим результатом заявленной группы изобретений является обеспечение бесперебойной связи с посадочным модулем и искусственным спутником, в независимости от их местоположения, с земной станцией, в независимости от их местоположения; обеспечение возможности применения оптических линий связи для обеспечения дальней космической связи; обеспечение возможности параллельной передачи информации от одного объекта, расположенного на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, на разные земные станции с помощью протоколов многопутевой маршрутизации.

Заявленный технический результат достигается за счет создания способа организации связи с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, включающего установление связи земной станции с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, при котором земная станция устанавливает связь в радиодиапазоне с геостационарным спутником-ретранслятором, находящимся в ее зоне радиовидимости, геостационарный спутник-ретранслятор, в том случае, когда он находится на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты, ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на планетарный спутник-ретранслятор, а в том случае, когда он находится на стороне орбиты, не обращенной к планете или спутнику планеты, то он ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на геостационарный спутник, который находится на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты, затем геостационарный спутник-ретранслятор, находящийся на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на планетарный спутник-ретранслятор, планетарный спутник-ретранслятор ретранслирует информацию на вызываемый объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, находящийся в зоне радиовидимости планетарного спутника-ретранслятора, установившего связь с геостационарным спутником-ретранслятором, в том случае если вызываемый объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, не находится в зоне радиовидимости планетарного спутника-ретранслятора, установившего связь с геостационарным спутником-ретранслятором планетарный спутник-ретранслятор ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на планетарный спутник-ретранслятор, в зоне радиовидимости которого находится объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, далее планетарный спутник-ретранслятор, в зоне радиовидимости которого, находится вызываемый объект, ретранслирует на него информацию в радиодиапазоне.

В частном случае выполнения способа для параллельной передачи информации от одного объекта, расположенного на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, на разные земные станции объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, передает информацию на планетарный спутник-ретранслятор, в зоне радиовидимости которого он находится, затем получивший информацию от объекта, одновременно ретранслирует информацию на два планетарных спутника-ретранслятора, установивших связь с геостационарными спутниками-ретрансляторами, которые ретранслируют информацию на эти геостационарные спутники-ретрансляторы, которые далее ретранслируют ее на геостационарные спутники-ретрансляторы, установившие связь с земными станциями, при этом оба геостационарных спутника-ретранслятора, получивших информацию от соседних геостационарных спутников-ретрансляторов, ретранслируют ее на различные земные станции, находящиеся в их зоне радиовидимости.

Заявленный технический результат также достигается за счет создания системы дальней космической для осуществления способа, содержащей объекты, находящиеся на поверхности Земли- земные станции, космические аппараты, находящиеся на околоземной орбите: четыре геостационарных спутника-ретранслятора, связанные между собой межспутниковыми радиолиниями, которая также содержит космические аппараты, находящиеся на орбите планеты или спутника планеты: планетарные спутники-ретрансляторы, связанные с геостационарными спутниками-ретрансляторами дальними межспутниковыми радиолиниями и между собой межспутниковыми радиолиниями, количество которых зависит от высоты орбиты, диаметра планеты или спутника планеты и заданным углом места потребителя, объекты, находящиеся на орбитах планеты или спутника планеты, объекты, находящиеся на поверхности планеты или спутника планеты.

Заявленная группа изобретений проиллюстрирована следующими фигурами.

Фиг. 1 - схема организации связи между объектами, находящимися на поверхности и орбите планеты или спутника планеты и ЗС в случаях, когда эти объекты находятся в ЗРВ ПСР, установившего связь с ГСР, и когда ЗС, находится в ЗРВ этого ГСР.

Фиг. 2 - схема организации связи между объектами, находящимися на поверхности и орбите планеты или спутника планеты и ЗС в случаях, когда эти объекты не находятся в ЗРВ ПСР, установившего связь с ГСР и когда ЗС, не находится в ЗРВ этого ГСР.

Фиг. 3-схема организации связи с применением многопутевой маршрутизации потоков информации между объектами, находящимися на поверхности и орбите планеты или спутника планеты и ЗС в случаях, когда эти объекты не находятся в ЗРВ ПСР, установившего связь с ГСР, и когда ЗС, не находится в ЗРВ этого ГСР.

Фиг. 4 - алгоритм установления связи абонента, находящегося на орбите или поверхности планеты или спутника планеты.

Позиции на фигурах обозначают следующее: 1 -земная станция (ЗС);

2.1-2.4 - геостационарный спутник-ретранслятор (ГСР); 3.1-3.4 - планетарный спутник-ретранслятор (ПСР);

4 - абонент, находящийся на поверхности планеты или спутника планеты;

5 - космический аппарат (КА), космический аппарат (КК) или межпланетная космическая стация (МКС), находящиеся на орбите планеты или спутника планеты.

Принцип предлагаемой организации связи заключается в следующем.

Архитектура системы связи

Архитектура системы связи с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, представляет собой многоярусную систему связи:

1 ярус - объекты, находящиеся на поверхности Земли: ЗС с ГСР;

2 ярус - КА, находящиеся на околоземной орбите: четыре ГСР, связанные между собой МЛС;

3 ярус - К А, находящимися на орбите планеты или спутника планеты: ПСР, связанные между собой МЛС;

Примечание: количество ПСР зависит от высоты орбиты, диаметра планеты или спутника планеты и заданным углом места потребителя (радиогоризонта).

4 ярус - орбитальные космические объекты (ОКО), находящиеся на орбитах планеты или спутника планеты: орбитальные станции (ОС), космические корабли (КК), транспортные корабли (ТК) и КА другого назначения;

5 ярус - планетарные космические объекты (ПКО), находящиеся на поверхности планеты или спутника планеты: ПМ, планетарные станции (ПС), базовые станции (БС) сети подвижной связи (СПС), скафандр космонавта (СК) и роботизируемые устройства (РУ), беспилотные подвижные средства (БППС) и пилотируемые подвижные средства (ППС).

Алгоритм установления связи ЗС с объектами, расположенных на орбите и поверхности планеты или спутника планеты

ЗС устанавливает связь в радиодиапазоне с ГСР, находящимся в ее зоне радиовидимости (ЗРВ).

Далее, если ГСР, находится на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты, то он ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на ПСР. А если, ГСР, находится на стороне орбиты, не обращенной к планете или спутнику планеты, то он ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на ГСР, находится на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты. Затем ГСР, находящийся на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты, ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на ПСР.

Если вызываемый объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, находится в зоне радиовидимости ПСР, установившего связь с ГСР, то ПСР ретранслирует информацию на объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты.

А если вызываемый объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, не находится в зоне радиовидимости ПСР, установившего связь с ГСР, то ПСР ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на ПСР, в ЗВР которого находится объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты. Затем, ПСР, в ЗВР которого находится вызываемый объект, ретранслирует на него информацию в радиодиапазоне.

Алгоритм параллельной передачи информации от одного объекта, расположенного на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, на разные ЗС с помощью протоколов многопутевой маршрутизации.

Объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, передает информацию на ПСР, в ЗРВ которого он находится, затем получивший информацию от объекта, одновременно ретранслирует информацию на два ПСР, установившими связь с ГСР. Оба ПСР, установившие связь с ГСР, ретранслируют информацию на эти ГСР. Оба ГСР, получившие информацию от ПСР, ретранслируют ее на ГСР, установившие связь с ЗС на территории РФ. Оба ГСР, получившие информацию от соседних ГСР, ретранслируют ее на различные ЗС, находящиеся в их ЗРВ.

Для высокоскоростной связи в радиодиапазоне целесообразно применять остронаправленные следящие антенные системы, например:

- для связи ЗС и ГСР;

- для связи ПСР с ОКО и ПКО.

Для низкоскоростной связи в радиодиапазоне целесообразно применять малонаправленные или всенаправленные антенные системы, например:

- для связи ПСР с ОКО и ПКО.

Применение ОЛС в межспутниковых ЛС позволит:

1) уменьшить в 4 раза вес ППА;

2) уменьшить габариты ППА;

3) уменьшить потребляемую и излучаемую мощность;

4) увеличить скорость передачи информации.

Предлагаемый способ организации связи с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, отличается тем, что от ПСР, выведенных на орбиту планеты или спутника планеты, соединенных МЛС и обеспечивающим глобальное покрытие планеты или спутника планеты, предлагается ретранслировать информацию по оптической ЛС на геостационарные CP (ГСР), соединенные МЛС, а затем от ГСР передавать информацию на ЗС в радиодиапазоне.

Преимущества предлагаемого способа организации связи является:

1) обеспечение бесперебойной связи с ОКО и ПКО, в независимости от их местоположения, с ЗС, в независимости от их местоположения;

2) обеспечение возможности применения оптические ЛС для обеспечения дальней космической связи (для связи ПСР с ГСР);

3) обеспечение возможности параллельной передачи информации от одного космического объекта, расположенного на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, на разные ЗС с помощью протоколов многопутевой маршрутизации.

Положительный эффект достигается тем, что в качестве ретрансляторов информации на ЗС от ПСР, расположенных на орбитах планеты или спутника планеты, дополнительно применяются ГСР, соединенные МЛС.

Группа изобретений относится к технике связи и может использоваться в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в обеспечении глобального покрытия планеты системой дальней космической связи. Способ заключаются в том, что в них используют спутники-ретрансляторы, выведенные на орбиту планеты или спутника планеты, соединенные межспутниковыми радиолиниями и обеспечивающие глобальное покрытие планеты или спутника планеты, предлагается ретранслировать информацию по оптической линии связи на геостационарные спутники ретрансляторы, соединенные межспутниковыми радиолиниями, а затем от геостационарных спутников ретрансляторов передавать информацию на земные станции в радиодиапазоне. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ связи с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, включающий установление связи земной станции с объектами, расположенными на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, при котором земная станция устанавливает связь в радиодиапазоне с геостационарным спутником-ретранслятором, находящимся в ее зоне радиовидимости, геостационарный спутник-ретранслятор, в том случае когда он находится на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты, ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на планетарный спутник-ретранслятор, а в том случае когда он находится на стороне орбиты, не обращенной к планете или спутнику планеты, то он ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на геостационарный спутник, который находится на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты, затем геостационарный спутник-ретранслятор, находящийся на стороне орбиты, обращенной к планете или спутнику планеты, ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на планетарный спутник-ретранслятор, отличающийся тем, что планетарный спутник-ретранслятор ретранслирует информацию на вызываемый объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, находящийся в зоне радиовидимости планетарного спутника-ретранслятора, установившего связь с геостационарным спутником-ретранслятором, в том случае если вызываемый объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, не находится в зоне радиовидимости планетарного спутника-ретранслятора, установившего связь с геостационарным спутником-ретранслятором планетарный спутник-ретранслятор ретранслирует информацию в оптическом диапазоне на планетарный спутник-ретранслятор, в зоне радиовидимости которого находится объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, далее планетарный спутник-ретранслятор, в зоне радиовидимости которого, находится вызываемый объект, ретранслирует на него информацию в радиодиапазоне.

2. Способ связи по п. 1, отличающийся тем, что для параллельной передачи информации от одного объекта, расположенного на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, на разные земные станции объект, расположенный на орбите и поверхности планеты или спутника планеты, передает информацию на планетарный спутник-ретранслятор, в зоне радиовидимости которого он находится, затем получивший информацию от объекта, одновременно ретранслирует информацию на два планетарных спутника-ретранслятора, установивших связь с геостационарными спутниками-ретрансляторами, которые ретранслируют информацию на эти геостационарные спутники-ретрансляторы, которые далее ретранслируют ее на геостационарные спутники-ретрансляторы, установившие связь с земными станциями, при этом оба геостационарных спутника-ретранслятора, получивших информацию от соседних геостационарных спутников-ретрансляторов, ретранслируют ее на различные земные станции, находящиеся в их зоне радиовидимости.

3. Система дальней космической связи для осуществления способа по п. 1, содержащая объекты, находящиеся на поверхности Земли - земные станции, космические аппараты, находящиеся на околоземной орбите: четыре геостационарных спутника-ретранслятора, связанных между собой межспутниковыми радиолиниями, отличающаяся тем, что содержит космические аппараты, находящиеся на орбите планеты или спутника планеты: планетарные спутники-ретрансляторы, связанные с геостационарными спутниками-ретрансляторами дальними межспутниковыми радиолиниями и между собой - межспутниковыми радиолиниями, количество которых зависит от высоты орбиты, диаметра планеты или спутника планеты и заданным углом места потребителя, объекты, находящиеся на орбитах планеты или спутника планеты, объекты, находящиеся на поверхности планеты или спутника планеты.