Исследование возможности использования сопровождающих КА-ретрансляторов в задачах обеспечения связи с КА дальнего космоса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье рассматриваются возможные варианты архитектуры межпланетной связи, в которых используется ретранслятор данных. Анализируются структура типовой линии космической связи и пути повышения ее эффективности. В качестве одного из возможных направлений предложено использование сопровождающих орбитальных космических аппаратов-ретрансляторов, обеспечивающих поддержание требуемой скорости передачи данных в режиме группового полета вместе с исследовательским космическим аппаратом (КА). Проведена оптимизация гелиоцентрического участка траектории перелета марсианского исследовательского КА и сопровождающего его КА-ретранслятора. Продемонстрирована принципиальная возможность обеспечения группового полета КА-ретранслятора и исследовательского КА для улучшения связи с Землей. Получены оценки масс КА-ретранслятора и исследовательского КА применительно к использованию ракеты-носителя среднего класса типа “Союз” и разгонного блока “Фрегат”. Приведены оценки увеличения продолжительности высокоскоростной связи за счет использования КА-ретранслятора в точках либрации L4 и L5 системы Земля–Солнце, а также на гелиоцентрических круговых орбитах с различным радиусом.

Об авторах

А. П. Плохих

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),

Email: plokhikh2001@mail.ru
Россия, Москва

А. А. Синицын

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),

Автор, ответственный за переписку.
Email: plokhikh2001@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Stampfl R.A., Jones A.E. Tracking and data relay satellites // IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst. 1970. V. AES-6. Iss. 3. P. 276–289.
  2. Toral M., Heckler G., Pogorelc P. et al. Payload performance of third generation TDRS and future services // Proc. 35th AIAA Int. Commun. Satell. Syst. Conf. ICSSC. 2017. Art. ID. AIAA 2017–5433. https://doi.org/10.2514/6.2017-5433
  3. Witting M., Hauschildt H., Murrell A. et al. Status of the European data relay satellite system // Proc. Int. Conf. Space Opt. Syst. Appl. (ICSOS). Ajaccio. France. 2012. P. 19–30.
  4. Hunter J. The orbiting deep space relay station – A study report. // Proc. AIAA Conf. Large Space Platforms: Future Needs Capabilities. Los Angeles. USA. 1978. Art. ID. 1639.
  5. Wilson K.E., Wright M., Cesarone R. et al. Cost and performance comparison of an Earth-orbiting optical communication relay transceiver and a ground-based optical receiver subnet // IPN Progress Rep. P. 42–153. 2003.
  6. Cornwell D.M. NASA’s optical communications program for 2017 and beyond // Proc. IEEE Int. Conf. Space Opt. Syst. Appl. 2017. P. 10–14. https://doi.org/10.1109/ICSOS.2017.8357203
  7. Cerf V., Burleigh S., Hooke A. et al. Interplanetary Internet (IPN): Architectural Definition. 2001. https://datatracker.ietf.org/doc/html/draft-irtf-ipnrg-arch-00.txt
  8. Travis E. The InterPlaNetary Internet: architecture and key technical concepts. Internet Global Summit, INET 2001.
  9. Bhasin K., Hayden J. Space Internet Architectures and Technologies for NASA Enterprises // IEEE Aerospace Conference. USA. 2001. V. 2. P. 931–941.
  10. Domingo V., Fleck B., Poland A.I. The SOHO mission: An overview // Solar Physics. 1995. V. 162. P. 1–37.
  11. Bennett C.L., Larson D., Weiland J.L. et al. Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: final maps and results // Astrophysical J. Supplement Series. 2013. V. 208. Iss. 2. https://doi.org/10.1088/0067-0049/208/2/20
  12. Wilson L.B., Brosius A.L., Gopalswamy N. et al. A quarter century of WIND spacecraft discoveries // Reviews of Geophysics. 2021. V. 59. Iss. 2. https://doi.org/10.1029/2020RG000714
  13. Howard T.G. An initial design assessment for a communications relay satellite to support the interplanetary information infrastructure // 16th AIAA International Communications Satellite Systems Conference. 1996. P. 566–575. https://doi.org/10.2514/6.1996-1057.
  14. Haque S. A Broadband Multi-hop Network for Earth-Mars Communication using Multi-purpose Interplanetary Relay Satellites and Linear-Circular Commutating Chain Topology. 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2011. https://doi.org/10.2514/6.2011-330.
  15. Wan P., Zhan Y. A structured Solar System satellite relay constellation network topology design for Earth-Mars deep space communications // Int. J. Satell. Commun. Netw. 2019. V. 37. Iss. 3. P. 292–313. https://doi.org/10.1002/sat.1287
  16. Bhasin K., Hayden J.L., Sands O. Relay station based architectures and technology for space missions to the outer planets // 20th AIAA International Communication Satellite Systems Conference and Exhibit. 2002. https://doi.org/10.2514/6.2002-2066
  17. Варгаузин В.А., Цикин И.А. Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи. СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 352 с. ISBN 978-5-9775-0878-0.
  18. Modenini D., Locarini A., Valentini L. et al. Two-Leg Deep-Space Relay Architectures: Performance, Challenges, and Perspectives // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2022. V. 58. Iss. 5. https://doi.org/10.1109/TAES.2022.3178663
  19. Jiang Y., Li G., Zhang G. et al. The Hierarchical-Cluster Topology Control Strategy of InterPlaNetary Internet Backbone based on Libration Points // Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). ISSN 0033-2097. 2012. V. 88. Iss. 4.
  20. Питьева Е.В. и др. Эфемериды EPM2008. URL: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/EPM2008
  21. Аншаков Г.П., Капитонов В.А., Кирилин А.Н. и др. Ракета-носитель “Русь” – новые возможности знаменитой “семерки” // Полет. 2006. № 3. С. 3–8.
  22. Асюшкин В.А., Викуленков В.П., Ишин С.В. и др. Универсальный разгонный блок повышенной энерговооруженности “Фрегат-СБУ” // Вестник НПО имени С.А. Лавочкина. 2017. № 2. С. 147–156.
  23. Асюшкин В.А., Викуленков В.П., Ишин С.В. и др. Усовершенствованный разгонный блок типа “Фрегат” для перспективных ракет космического назначения среднего класса // Вестник НПО имени С.А. Лавочкина. 2018. № 2. С. 3–12.
  24. Manzella D., Sarmiento Ch., Sankovic J. et al. Performance Evaluation of the SPT-140. 25th International Electric Propulsion Conference sponsored by the Electric Rocket Propulsion Society. Cleveland. Ohio, USA. 1997. NASA TM–97-206301. IEPC–97–059. https://ntrs.nasa.gov/ api/citations/19980016322/downloads/19980016322.pdf
  25. Константинов М.С., Петухов В.Г., Тейн М. Оптимизация траекторий гелиоцентрических перелетов. М.: МАИ, 2015. 260 с.
  26. Федотов Г.Г. Об использовании возможностей комбинации большой и малой тяги при полетах к Марсу // Космические исследования. 2001. Т. 39. № 6. С. 613–621.
  27. Федотов Г.Г. Оптимизация перелетов между орбитами искусственных спутников двух планет при использовании комбинации большой и малой тяги // Космические исследования. 2002. Т. 40. № 6. С. 16–625.
  28. Лебедев В.Н. Расчет движения космического аппарата с малой тягой // Математические методы в динамике космических аппаратов. Вып. № 5. М.: Вычислительный центр АН СССР, 1968.

Дополнительные файлы


© А.П. Плохих, А.А. Синицын, 2023