Sep 18, 2019 By Team YoungWonks *
Jak działa komunikacja satelitarna? Biorąc pod uwagę, że satelity są obecnie szeroko wykorzystywane do komunikacji – między innymi-jest to coraz bardziej istotne pytanie. Co prowadzi nas do tematu naszego najnowszego bloga. Zanim jednak przyjrzymy się, jak satelity pomagają nam komunikować się na dużych odległościach, zacznijmy od początku.
Co To jest Satelita?
Satelita to w zasadzie każdy obiekt, który obraca się (lub innymi słowy, orbituje) wokół innego obiektu w przestrzeni. Niektóre satelity są naturalne, podczas gdy inne są sztuczne (stworzone przez człowieka). Księżyc jest przykładem naturalnego satelity, który okrąża Ziemię. W Układzie Słonecznym istnieje sześć planetarnych systemów satelitarnych zawierających 185 znanych naturalnych satelitów.
obecnie termin Satelita zazwyczaj odnosi się do sztucznych obiektów latających w kosmosie. Podobnie jak ich naturalne odpowiedniki, obiegają one planetę, a kluczową różnicą jest to, że zostały celowo umieszczone na orbicie.
Sputnik 1 jest pierwszym na świecie sztucznym satelitą. Został wystrzelony w kosmos 4 października 1957 roku przez Związek Radziecki. Od tego czasu wystrzelono około 8900 satelitów z ponad 40 krajów.
ważne jest, aby pamiętać, że satelity są używane do kilku celów. Na przykład, mogą być używane do tworzenia map gwiazd i map powierzchni planet, a także do robienia zdjęć planet, na które zostały wystrzelone. Typowe typy to wojskowe i cywilne satelity obserwacyjne ziemi, satelity komunikacyjne, satelity nawigacyjne, satelity pogodowe i teleskopy kosmiczne. Satelity są zazwyczaj częściowo niezależnymi systemami sterowanymi komputerowo. Podsystemy satelitarne wykonują wiele zadań, takich jak wytwarzanie energii, sterowanie termiczne, telemetria, nastawienie.
w rzeczywistości stacje kosmiczne i ludzkie statki kosmiczne na orbicie są również satelitami. Orbity satelitów różnią się znacznie, w zależności od przeznaczenia satelity, i są klasyfikowane na wiele sposobów. Znane (nakładające się) klasy obejmują niską orbitę okołoziemską, orbitę polarną i orbitę geostacjonarną.
jak te satelity wystrzeliwane są w kosmos? Odbywa się to za pomocą rakiety nośnej, która umieszcza satelitę na orbicie. Najczęściej rakieta unosi się z wyrzutni na lądzie, ale są takie, które zostały wystrzelone na morzu z łodzi podwodnej lub mobilnej platformy morskiej lub na pokładzie samolotu.
na tym blogu przyjrzymy się bliżej satelitom komunikacyjnym. Nazywane są tak, ponieważ są używane do celów komunikacyjnych.
Co To jest satelita komunikacyjny?
satelita komunikacyjny jest sztucznym satelitą, który przekazuje i wzmacnia sygnały radiokomunikacyjne za pośrednictwem transpondera. Zasadniczo tworzy kanał komunikacyjny między nadajnikiem źródłowym a odbiornikiem w różnych miejscach na ziemi. Satelity komunikacyjne są używane do zastosowań telewizyjnych, telefonicznych, radiowych, internetowych i wojskowych. Obecnie na orbicie okołoziemskiej znajdują się 2134 satelity komunikacyjne, w skład których wchodzą zarówno organizacje prywatne, jak i rządowe. Kilka z nich znajduje się na orbicie geostacjonarnej 22,236 Mil (35,785 km) nad równikiem, tak że Satelita wydaje się stacjonarny w tym samym punkcie na niebie. Okres orbitalny tych satelitów jest taki sam jak prędkość obrotowa Ziemi, co z kolei pozwala na stałe skierowanie anten anten satelitarnych stacji naziemnych w to miejsce; nie muszą się poruszać i śledzić go. Ponieważ fale radiowe o wysokiej częstotliwości używane do połączeń telekomunikacyjnych podróżują przez linię wzroku, zostają zablokowane przez krzywiznę ziemi. To, co robią te satelity komunikacyjne, to przekazują sygnał po krzywej ziemi, umożliwiając komunikację między szeroko usuniętymi punktami geograficznymi. Satelity komunikacyjne wykorzystują szeroki zakres częstotliwości radiowych i mikrofalowych. Aby uniknąć zakłóceń sygnału, organizacje międzynarodowe mają przepisy określające zakresy Częstotliwości (lub pasma), z których niektóre organizacje mogą korzystać. Taka alokacja pasm zmniejsza szanse na zakłócenia sygnału.
orbity satelitów
satelity można sklasyfikować według ich orbit. Jak wspomniano wcześniej, wiele z nich jest satelitami geostacjonarnymi, ponieważ mają orbitę geostacjonarną (GEO), która znajduje się 22,236 Mil (35,785 km) od powierzchni Ziemi. Tutaj Satelita wydaje się być w tej samej pozycji na niebie, gdy obserwują go obserwatorzy naziemni. Tutaj więc anteny naziemne nie muszą śledzić satelity po niebie.
średnie satelity na orbicie okołoziemskiej (MEO) znajdują się bliżej ziemi; ich wysokość orbitalna waha się od 2,000 do 36,000 kilometrów (1,200 do 22,400 mil) nad ziemią. Obszar poniżej średnich Orbit znajduje się około 160 do 2,000 kilometrów (99 do 1,243 mi) nad ziemią i jest nazywany niską orbitą okołoziemską (LEO).
z satelitami Meo i LEO okrążającymi ziemię szybciej, nie są one stale widoczne na niebie w stałym punkcie na ziemi. Zamiast tego wydają się przekroczyć niebo i „ustawić”, gdy idą za ziemią. Oznacza to, że oferowanie ciągłych usług łączności z tymi satelitami o niższej orbicie wymagałoby większej liczby satelitów, zapewniając w ten sposób, że co najmniej jeden z nich będzie zawsze na niebie, aby ułatwić transmisję sygnałów komunikacyjnych. Ale ważne jest również, aby pamiętać, że ze względu na ich stosunkowo krótszą odległość od ziemi, ich sygnały są znacznie silniejsze.
konstelacje satelitarne
Grupa współpracujących ze sobą satelitów nazywana jest konstelacją satelitarną. Dwie takie konstelacje, które mają oferować usługi telefonii satelitarnej (głównie do odległych obszarów), to systemy Iridium i Globalstar. System Iridium posiada 66 satelitów. Obecnie możliwe jest również zapewnienie nieciągłego zasięgu za pomocą satelity o niskiej orbicie okołoziemskiej, który może przechowywać dane otrzymane podczas przechodzenia nad jedną częścią ziemi i transmitować je później podczas przechodzenia nad inną częścią. Przykładem jest system kaskadowy wykorzystywany przez kanadyjskiego satelitę komunikacyjnego CASSIOPE.
wzrost satelitów komunikacyjnych
Sputnik 1 był pierwszym na świecie sztucznym satelitą Ziemskim; został umieszczony na orbicie przez Związek Radziecki 4 października 1957 roku. W tym czasie był wyposażony w pokładowy nadajnik radiowy, który pracował na dwóch częstotliwościach: 20,005 i 40,002 MHz. Sputnik 1 został wystrzelony jako ważny krok w eksploracji kosmosu i rozwoju rakiet.
To powiedziawszy, nie został umieszczony na orbicie, aby przesyłać dane z jednego punktu na ziemi do drugiego. Pierwszym satelitą przekazującym łączność była sonda księżycowa Pioneer 1. Sonda dotarła w połowie drogi na Księżyc i poleciała wystarczająco wysoko, aby przeprowadzić przekaźnik telemetrii proof of concept na całym świecie: najpierw z przylądka Canaveral do Manchesteru w Anglii; następnie z Hawajów do przylądka Canaveral; i wreszcie, na całym świecie od Hawajów do Manchesteru.
zastosowania / zastosowania satelitów komunikacyjnych
1. Telefony satelitarne:
są pierwszym i historycznie najważniejszym zastosowaniem satelitów komunikacyjnych. Stacjonarna publiczna sieć telefonii komutowanej przenosi połączenia telefoniczne z telefonów stacjonarnych do stacji naziemnej, skąd są przesyłane do satelity geostacjonarnego. Łącze w dół podąża analogiczną ścieżką. Ze względu na znaczną poprawę kabli komunikacyjnych podmorskich dzięki zastosowaniu światłowodów, satelity nie są już wykorzystywane w telefonii stacjonarnej na tę samą skalę. Ale to nie znaczy, że satelity nie są już używane do komunikacji. Odległe miejsca, takie jak Wyspa Wniebowstąpienia, Wyspa Świętej Heleny, Diego Garcia i Wyspa Wielkanocna, nie mają podmorskich kabli w służbie, więc te obszary potrzebują telefonów satelitarnych. Komunikacja satelitarna jest również potrzebna na kontynentach i krajach, w których Telekomunikacja stacjonarna jest rzadka lub nieistniejąca – powiedzmy na Antarktydzie, Grenlandii w dużych regionach Ameryki Południowej, Afryki, Kanady, Chin, Rosji i Australii.
Inne użytkowanie ziemi dla telefonów satelitarnych to statki na morzu, platformy na morzu, wsparcie dla szpitali, wojsko i rekreacja. Zazwyczaj satelitarne systemy telefoniczne działają poprzez lokalny system telefoniczny w odizolowanym obszarze z połączeniem z systemem telefonicznym w głównym obszarze lądowym. Istnieją również usługi, które wysyłają sygnał radiowy do systemu telefonicznego. W tym przykładzie można użyć prawie każdego rodzaju satelity. Telefony satelitarne docierają bezpośrednio do konstelacji satelitów geostacjonarnych lub o niskiej orbicie okołoziemskiej. Połączenia są następnie przekazywane do teleportu satelitarnego podłączonego do publicznej Przełączanej sieci telefonicznej.
2. Telewizja Satelitarna:
telewizja satelitarna jest, gdy program telewizyjny jest dostarczany widzom poprzez przekazanie go z satelity komunikacyjnego orbitującego wokół Ziemi bezpośrednio do lokalizacji widza. Sygnały są odbierane przez zewnętrzną antenę paraboliczną zwaną anteną satelitarną i cichym konwerterem blokowym. Odbiornik satelitarny-zewnętrzny dekoder lub wbudowany tuner telewizyjny-dekoduje pożądany program telewizyjny do oglądania w telewizorze. Telewizja satelitarna oferuje szeroki zakres kanałów i usług. Jest to jedyna telewizja dostępna w wielu odległych obszarach, które nie mają telewizji naziemnej ani telewizji kablowej. Nowoczesne systemy sygnały są przekazywane z satelity komunikacyjnego na częstotliwościach pasma Ku (12-18 GHz), które wymagają tylko małego naczynia o średnicy mniejszej niż metr.
również w przeciwieństwie do wczesnych systemów wykorzystujących sygnały analogowe, nowoczesne wykorzystują sygnały cyfrowe, które umożliwiają transmisję nowoczesnej telewizji standardowej telewizji wysokiej rozdzielczości, dzięki znacznie lepszej wydajności widmowej nadawania cyfrowego. Od 2018 roku jedynymi kanałami wykorzystującymi transmisję satelitarną w Sygnałach analogowych są Brazylijski Star One C2 i amerykański kanał C-SPAN na AMC-11. Dla obu typów wymagane są różne odbiorniki. Niektóre transmisje i kanały są niezaszyfrowane, a zatem free-to-air lub free-to-view. Inne kanały są przesyłane z szyfrowaniem (płatna telewizja), wymagając od widza subskrypcji i uiszczenia miesięcznej opłaty, aby otrzymać program. Zużycie telewizji satelitarnej ma teraz dużo mniej chętnych ze względu na trend cięcia kabla, w którym ludzie wolą oglądać telewizję strumieniową opartą na Internecie.
3. Radio satelitarne:
radio satelitarne lub radio abonenckie (SR) jest zasadniczo cyfrowym sygnałem radiowym przekazywanym przez satelitę komunikacyjnego i zwykle obejmuje szerszy zasięg geograficzny niż naziemne sygnały radiowe. Satellite radio zapewnia usługi transmisji audio w niektórych krajach, wśród nich jest USA. Usługi mobilne, takie jak SiriusXM i Worldspace, pozwalają słuchaczom podróżować po całym kontynencie i dostroić się do tego samego programowania audio w dowolnym miejscu. Usługi, takie jak wybór muzyki lub Treści dostarczane przez satelitę Muzak, wymagają odbiornika stacjonarnego i anteny antenowej. We wszystkich przypadkach antena powinna mieć wyraźny widok na satelity. W miejscach, które mają wysokie budynki, mosty, a nawet garaże zaciemniające sygnał, wzmacniacze mogą być używane do udostępniania sygnału słuchaczom.
4. Amatuer Radio Satellite:
krótkofalowcy wykorzystują satelity Amatorskie, które zostały stworzone specjalnie dla amatorskiego ruchu radiowego. Większość z tych satelitów działa jako repeatery kosmiczne i są zwykle używane przez amatorów wyposażonych w sprzęt radiowy UHF lub VHF i anteny kierunkowe, takie jak Yagis lub anteny ANTENOWE. Ze względu na koszty wystrzelenia, większość amatorskich satelitów jest wyniesionych na niskie orbity ziemskie i są zaprojektowane do obsługi tylko kilku krótkich kontaktów w danym czasie.
5. Internet satelitarny:
dostęp do Internetu satelitarnego oznacza dostęp do Internetu możliwy za pośrednictwem satelitów komunikacyjnych. Obecnie usługa internetu satelitarnego klasy konsumenckiej jest zazwyczaj oferowana ludziom za pośrednictwem satelitów geostacjonarnych, które mogą zapewnić stosunkowo wysokie prędkości transmisji danych, zwłaszcza dzięki nowszym satelitom wykorzystującym PASMO Ku do osiągania prędkości transmisji danych do 506 Mbit/s. Po 1990 roku technologia komunikacji satelitarnej została wykorzystana jako środek do łączenia się z Internetem za pomocą szerokopasmowych połączeń danych. Jest to szczególnie przydatne dla osób na odległych obszarach, które nie mogą korzystać z połączenia szerokopasmowego.
6. Satelity używane do celów wojskowych:
satelity komunikacyjne są również używane do wojskowych zastosowań komunikacyjnych, takich jak globalne systemy dowodzenia i kontroli. Wojskowe systemy wykorzystujące satelity komunikacyjne to MILSTAR, DSCS i FLTSATCOM Stanów Zjednoczonych, satelity NATO, satelity brytyjskie (na przykład Skynet) i satelity byłego Związku Radzieckiego. Indie też ma pierwszy wojskowy satelita komunikacyjny GSAT-7, jego transpondery działają w pasmach UHF, F, C i Ku. Satelity Wojskowe zwykle działają w pasmach częstotliwości UHF, SHF lub EHF (znanych również jako pasmo Ka).
komunikacja satelitarna dzisiaj
od czasu wystrzelenia pierwszego satelity Sputnik 1 wystrzelono około 8900 satelitów z ponad 40 krajów. Według szacunków z 2018 roku na orbicie znajduje się 5 tys. Z tych 5000 63% satelitów operacyjnych znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej, 6% na średniej orbicie okołoziemskiej (20 000 km), 29% na orbicie geostacjonarnej (36 000 km), a pozostałe 2% na orbicie eliptycznej. Niektóre duże stacje kosmiczne zostały wystrzelone w częściach i zmontowane na orbicie. Ważne jest, aby pamiętać, że z 5000 satelitów na orbicie, tylko 1,900 były eksploatowane w 2018, podczas gdy reszta stały się kosmiczne śmieci.
rzeczywiście, zanieczyszczenie przestrzeni spowodowane przez te kosmiczne śmieci jest dziś dużym problemem. Czym są kosmiczne śmieci? Gruz kosmiczny odnosi się do naturalnych szczątków znalezionych w układzie słonecznym, więc obejmuje asteroidy, komety i meteoroidy. Ale nie ogranicza się już tylko do tych ciał. Od początku 1979 roku NASA Orbital Debris Program, termin odnosi się również do odpadów kosmicznych lub kosmicznych śmieci, które są generowane z masy nieistniejących, sztucznie utworzonych obiektów w kosmosie, zwłaszcza na orbicie okołoziemskiej. Należą do nich stare satelity i zużyte stadia rakietowe oraz fragmenty ich rozpadu i kolizji. W grudniu 2016 r. pięć kolizji satelitarnych wygenerowało kosmiczne śmieci. Kosmiczne śmieci są również znane jako kosmiczne śmieci, kosmiczne śmieci, kosmiczne śmieci lub orbitalne szczątki.
obecnie podejmuje się kilka kroków, aby poradzić sobie z takimi zanieczyszczeniami. Stany Zjednoczone ma zestaw standardowych praktyk dla cywilnych (NASA) i wojskowych (DoD i USAF) łagodzenie orbitalnych szczątków, podobnie jak Europejska Agencja Kosmiczna. W 2007 roku Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) rozpoczęła przygotowywanie międzynarodowej normy dotyczącej łagodzenia zanieczyszczenia przestrzeni kosmicznej. Niemcy i Francja wysłały obligacje, aby zabezpieczyć mienie przed uszkodzeniem gruzu.
innym podejściem do łagodzenia zanieczyszczeń jest zaprojektowanie architektury misji tak, aby zawsze pozostawiać rakietę drugiego stopnia na eliptycznej orbicie geocentrycznej o niskim perygeum, zapewniając w ten sposób szybki rozpad orbity i unikając długotrwałych szczątków orbitalnych z zużytych ciał rakiet. Zewnętrzne usuwanie śmieci kosmicznych nie widział wielu chętnych przede wszystkim dlatego, że okazało się, że nie jest opłacalne.
w kwietniu 2018 roku rozpoczęła się misja RemoveDEBRIS. Misja ta ma na celu przetestowanie skuteczności kilku technologii aktywnego usuwania zanieczyszczeń (ADR) na pozorowanych celach na niskiej orbicie okołoziemskiej. Będzie to możliwe poprzez przeprowadzenie kilku zaplanowanych eksperymentów, a platforma zostanie odpowiednio wyposażona w siatkę, harpun, laserowy przyrząd pomiarowy, dragsail i dwa CubeSats (miniaturowe satelity badawcze). RemoveDEBRIS został wystrzelony na pokładzie statku kosmicznego SpaceX Dragon w ramach misji CRS-14 i dotarł na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) 4 kwietnia 2018 roku.