Баллистическое построение орбитальной группировки "Гонец-М" для организации межспутниковой линии связи внутри орбитальной плоскости Текст научной статьи по специальности «Математика»

Решетневскуе чтения. 2018

УДК 629.783:621.396.946

БАЛЛИСТИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ «ГОНЕЦ-М» ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ МЕЖСПУТНИКОВОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ ВНУТРИ ОРБИТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

И. К. Коловский*, В. Н. Подолякин, Д. Н. Шмаков

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Е-mail: [email protected]

Рассматривается баллистическое построение орбитальной группировки (ОГ) типа «Гонец-М» для реализации межспутниковой линии связи (МЛС) внутри орбитальной плоскости. Определено оптимальное количество космических аппаратов (КА) и положение КА в плоскости для возможности работы МЛС. Полученные результаты построения орбитальной группировки могут быть актуальны для создания новой системы «Гонец-М 1».

Ключевые слова: баллистика, низкая круговая орбита, космический аппарат, орбитальная группировка «Гонец-М», межспутниковая линия связи.

BALLISTIC BUILDING OF THE "GONETS-M" ORBITAL CONSTELLATION FOR ENSURING THE INTER-SATELLITE LINK INSIDE ORBITAL PLANE

I. K. Kolovsky*, V. N. Podolyakin, D. N. Shmakov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation *Е-mail: [email protected]

This article describes the ballistic building of the "Gonets-M" orbital constellation (OC) for ensuring the intersatellite link (ISL) inside orbital plane. The optimal numbers of satellite and the position satellite inside orbital plane have been defined to implement the ISL. The results can be used to create a new satellite system "Gonets-Ml".

Keywords: ballistics, low circular orbit, spacecraft, orbital constellation "Gonets-M", inter-satellite link.

Основным назначением системы «Гонец-М» является предоставление услуг персональной связи и передачи данных подвижным и стационарным абонентам, расположенным в любой точке земного шара [1].

Потребительские характеристики связной системы «Гонец-М», а именно время доставки сообщений является одним из важных параметров системы. С целью развития системы «Гонец-М» и сокращения времени доставки сообщений предлагается использование МЛС внутри орбитальной плоскости.

Использование МЛС в низкоорбитальных группировках позволяет постепенно наращивать пропускную способность, резко снизить затраты на развертывание поддерживающей наземной инфраструктуры и повысить оперативность доставки информации [2].

С точки зрения баллистического построения реализация МЛС внутри орбитальной плоскости зависит от количества КА в плоскости. Для передачи данных через МЛС необходимо, чтобы КА 1 всегда был в зоне видимости КА 2, КА 2 был в зоне видимости КА 3 и так далее. Поэтому важно определить оптимальное количество КА в орбитальной плоскости для работы МЛС. И, исходя из количества КА в плоскости, вычислить минимальную допустимую высоту орбиты (кют), при которой Земля не будет заслонять собой соседние КА, и МЛС будет работать корректно.

В настоящее время система «Гонец-М» с высотой орбиты 1 500 км представляет собой орбитальную группировку из четырех орбитальных плоскостей, в каждой из которых движутся по 3 КА (всего 12 КА) [3]. При таком составе системы «Гонец-М» невозможно использовать МЛС.

Теперь выберем оптимальное баллистическое построение системы «Гонец-М» для реализации МЛС, а также выясним, каким образом необходимо размещать КА в плоскости. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, для орбиты с высотой 1500 км, чтобы использовать МЛС, достаточно запустить в плоскость 5 КА. Важно отметить, что для корректной работы МЛС внутри плоскости у всех КА необходимо проводить коррекцию орбиты для удержания орбитального положения, иначе дальность между КА может измениться настолько, что МЛС станет работать со сбоями.

Поэтому определим размер зоны удержания КА «Гонец-М» (табл. 2).

Результаты табл. 2 показывают, что при выборе количества КА для МЛС на высоте 1 500 км равным 5, необходимо удерживать КА на орбите с точностью 0° по аргументу широты, что является технически сложной задачей.

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

Таблица 1

Построение системы «Гонец-М» для МЛС

Кол-во КА в плоскости Размещение КА в плоскости, ° hmin, км

5 72 1505

6 60,0 986

7 51,4 700

Таблица 2

Зона удержания на орбите КА «Гонец-М» для работы МЛС

Количество КА в плоскости Размещение КА в плоскости, ° Зона удержания, °

Высота орбиты 5 72 ±0

1 500 км 6 60 ±5

7 51,4 ±9,3

Поэтому предлагается использовать построение с шестью КА в плоскости. В таком случае дальность между двумя ближайшими КА при МЛС будет зависеть от точности удержания КА в точках стояния.

Изменение дальности между двумя КА, при наличии 6 КА в плоскости на высоте 1 500 км и точностью удержания ±5° по аргументу широты КА, будет следующим:

- номинальная дальность: 7 878 км (центральный угол 60° между КА);

- максимальная дальность: 9 037 км (центральный угол 70° между КА);

- минимальная дальность: 6 658 км (центральный угол 50° между КА).

При организации МЛС на высоте 1 500 км оптимальная взаимная видимость КА в орбитальной плоскости обеспечивается тогда, когда количество КА больше либо равно шести. Поэтому штатный состав системы «Гонец-М», в которой по 3 КА в плоскости, необходимо увеличивать до 6 КА в плоскости, чтобы получилась новая система, состоящая из 4-х плоскостей по 6 КА в каждой (всего 24 КА), что и планируется при модернизации системы «Гонец-М» [4]. Полученные результаты можно использовать при построении космических аппаратов нового поколения «Гонец-М1».

Библиографические ссылки

1. Кузовников А. В., Тестоедов Н. А., Агуреев В. А. Проблемы развития низкоорбитальной многофункциональной системы персональной спутниковой связи «Гонец-Д1М» // Вестник СибГАУ. 2013. № 6. С. 158-163.

2. Камнев В. Е., Черкасов В. В., Чечин Г. В. Спутниковые сети связи : учеб. пособие. М. : Альпина Паблишер, 2004. 536 с.

3. Жаров А. Н. Многофункциональная система персональной спутниковой связи «Гонец-Д1М»: со-

стояние и перспективы развития // Спутниковая связь и вещание. Специальный выпуск. М., 2014. С. 72-78.

4. Модернизация орбитальной группировки малых космических аппаратов многофункциональной системы персональной спутниковой связи «Гонец-Д1М» / М. В. Валов, В. В. Головков, И. С. Тарлецкий и др. // Решетневские чтения : материалы XX Между -нар. науч. конф. (09-12 ноября 2016, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэро-космич. ун-т им. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2016. Ч. 1. С. 618-619.

References

1. Kuzovnikov A. V., Testoedov N. A., Agureev V. A. Problems of development of low-orbit multifunctional personal satellite communication system «Gonets-D1M». Sibirskiy zhurnal nauki i tekhnologiy [Siberian journal of science and technology]. 2013. No. 6. P. 158-163 (in Russ.)

2. Kamnev V. E., Cherkasov V. V., Chechin G. V. Sputnikovye sistemy svyazi [Satellite communications systems]. Moscow : Person publisher, 2004, 536 p.

3. Zharov A. N. Mnogofunktsional'naya sistemaper-sonal'noy sputnikovoy svyazi "Gonets-D1M": sostoyanie i perspektivy razvitiya [Multifunctional system for personal satellite communication Gonets-D1M: current state and prospects]. Moscow : Spetsial'nyy vypusk "Sputnik-ovaya svyaz' i veshchanie" Publ., 2014. P. 72-78.

4. Valov M. V., Golovkov V. V., Tarleckiy I. S., Esipenko A. A., Zimin I. I. [Modernizing small satellite constellation of multifunctional personal communication system "Gonets-D1M" // Reshetnevskie chteniya : мaterialy XX Mezhdunar. nauch. konf. [Materials XX Intern. Scientific. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2016. Vol. 1. P. 618-619.

© Коловский И. К., Подолякин В. Н., Шмаков Д. Н., 2018