Для построения систем СС используются в основном следующие разновидности орбит ИСЗ:
· высотная орбита (более 20000 км),
· средневысотная орбита (5000-20000 км),
· низковысотная орбита (100–1000 км),
· геостационарная орбита (35863 км).
1000-5000 км и около 20000 км – пояса Ван Аллена. Это области скопления частиц с большим зарядом. Любой спутник, попав в эти области, будет быстро уничтожен этими частицами.
Каждый тип ИСЗ имеет свои преимущества и недостатки.
ИСЗ с высотной орбитой
Для покрытия Земли требуется 3 спутника, задержка сигнала – 270 мс.
Преимущества:
· большой размер зоны обслуживания – для полного покрытия Земли необходимо всего 3 спутника;
· движение ИСЗ в области апогея замедляется, при этом длительность радиовидимости составляет 6–8 ч.
Недостатки.
· Большая удаленность – длительные задержки сигнала и большая потребная мощность.
· Дороговизна вывода на орбиту.
· Необходимость слежения антенн за медленно дрейфующим спутником и их переориентирования с заходящего спутника на восходящий.
Примером ИСЗ с высокой эллиптической орбитой могут служить отечественные спутники типа "Молния" с периодом обращения 12 часов, наклонением 63°, высотой апогея над северным полушарием 40 000 км и перигеем в 500 км.
Низковысотные спутники запускаются на круговые орбиты, плоскость которых наклонена к плоскости экватора.
Для покрытия Земли требуется не менее 50 спутников, задержка сигнала –
1-7 мс.
Преимущества.
· Малая удаленность – небольшая задержка сигнала, небольшая мощность сигнала.
· Запуск легкого ИСЗ на низкую орбиту может быть осуществлен с помощью недорогих пусковых установок.
Недостатки.
· Малая площадь покрытия – для покрытия Земли необходимо большое число спутников.
· Скорость перемещения ИСЗ относительно поверхности Земли достаточно велика, в результате длительность сеанса от восхода спутника до его захода не превышает несколько десятков минут.
· Необходимость слежения антенн за спутником.
· Трение воздуха – срок службы 8-10 лет или необходимость периодического подъема орбиты.
Пример – система Iridium. Планировалось запустить 77 спутников (77 элемент таблицы Менделеева – иридиум). Состоит из 66 спутников, находящихся на 6 орбитах (по 11 спутников). Сигнал передается не только на Землю, но и между спутниками. Проект был основан фирмой Motorola, начал работу в 1998 г. Обеспечивал телефонную связь и передачу данных со скоростью 2.4 Кбит/с. Через 2 года работы проект обанкротился. К настоящему времени проект был модернизирован и обеспечивает скорость передачи данных 10 Кбит/c.
Система Globastar – 48 спутников (телефонная связь и передача данных со скоростью до 4.8 Кбит/с)
Средневысотные спутники – задержка сигнала составляет 35-85 мс, для полного покрытия Земли необходимо не менее 10 спутников.
Пример – GPS (Global positioning system – система глобального позиционирования). Состоит из 24 спутников на высоте 18000 км.
Уникальной орбитой является геостационарная орбита (ГСО) – круговая орбита с периодом обращения ИСЗ 24 часа, лежащая в плоскости экватора, с высотой 35863 км от поверхности Земли. Орбита синхронна с вращением Земли, поэтому спутник оказывается неподвижным относительно земной поверхности.
Основные достоинства:
· Четверть поверхности Земли находится в зоне прямой видимости, поэтому с помощью таких спутников просто организовать широковещание в пределах страны или даже континента.
· Спутник неподвижен относительно основных антенн, что значительно облегчает организацию связи, т.к. не нужно автоматически корректировать направление наземной антенны.
· Спутник находится за пределами Земной атмосферы и меньше "изнашивается", чем низко- и средневысотные спутники, которые из-за трения с воздухом постоянно теряют свою высоту.
Недостатки связаны с большой удаленностью от поверхности Земли. Это приводит к задержкам при распространении сигнала (230-280 мс). Высоки мощности сигнала, что требует использования мощных передатчиков и антенн большого размера. Невозможно осуществлять передачу сигналов связи вблизи северных широт.
Примеры: ИСЗ для связи и вещания типа "Горизонт", "Экран", "Экспресс", "Галс".
Диапазоны рабочих частот систем СС лежат в пределах 2..40 ГГц.
Обычный спутник обладает 12-20 приемопередатчиками, каждый из которых имеет полосу 36-50МГц, что позволяет сформировать поток данных 50 Мбит/с. Такая пропускная способность достаточна для получения 1600 высококачественных телефонных каналов (32 Кбит/c).