ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
ВСЕСОЮЗНЫЙ ИНСТИТУТ НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
(ВИНИТИ)
Для служебного пользования
Экз. М
ЗАРУБЕЖНЫЕ
КОСМИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
ПЕРСПЕКТИВНАЯ СПУТНИКОВАЯ
СИСТЕМА НАСА ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ
И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Приложение 1 к ЗККС М 8
МОСКВА 1991

ОБЪЕДИНЕННАЯ РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
информационных изданий по астрономии, геодезии,
исследованиям космического пространства и Земли из космоса
Главный редактор — акад. А. А. Боярчук
Члены редакционной коллегии: проф. Г. А. Агекян, акад. В. А. Амбарцумян,
д. ф.-м. н. /О. В. Батраков, чл.-корр. АН СССР Ю, Д. Б улан же,
к. т. н. В. Д. Власов, проф. В. Г. Горбацкий, д. ф.-м. н. А. А. Гурштейн,
проф. Я, Л. Зиман, акад. К. Я. Кондратьев, к. ф.-м. N. 3. В. Кононович,
д. ф.-м. н. А. П. Кропоткин, проф. Af. Я. Мир0в±
проф. А. Г. Масевич, к. т. н. /7. Я. Медведев, д. ф.-м. н. Д. Я. Нагирнер,
проф. /О. Af. Нейман, проф. //. Д. Новиков, проф. Л. Я. Педлинен,
проф. В. В. Подобед, к. х. и. Л. Д. Рёвина, акад. Я. 3. Сагдеев,
к. ф.-м. н. //. Я. Самусь, проф. Я. /4. Сарыче в,
А. Н. Седякина (ученый секретарь редколлегия), д. ф,*м. н. 3. И. Слыш,
якад. В. В. Соболев, д. ф.-м. н. А. В: Тутуков, к. ф.-м. н. В. Г. Шамаев,
д. ф.-м. н. В. В. Шевченко, к. ф.-м. н. /С. Б. Шин гарева,
к. ф.-м. н. И. С. Щербина-Самойлова (зам. главного редактора)
Составитель — к. т. и. Б. И. ЕРМИШКИН
Научный редактор— к. ф.-м. н. В. Г. ШАМАЕВ
© ВИНИТИ, 1991

Сотрудники НАСА Даниэл Брандеп и Уильям Уотсон, а
также специалист фирмы Stanford Telecommunications, Inc.
Аарон Вайнберг рассматривают вопрос о разработке
перспективной спутниковой системы НАСА для слежения и
передачи данных (ATDRSS), • которая, начиная с 2000 гм
могла бы заменить существующую систему TDRSS.
Настоящее приложение является изложением статьи
вышеупомянутых авторов, которая была опубликована в июле 1990 г,
в трудах общества IEEE*
ВВЕДЕНИЕ
До начала 1980-х годов НАСА осуществляло слежение
за полетом ИСЗ, находящихся на низких орбитах, и связь
с ними в основном с помощью сети наземных станций (НС),
Однако эти наземные средства обеспечивали связь с ИСЗ
только на протяжении 20% времени их, полета. В связи с
этим была выдвинута идея создания спутниковой системы
TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System -
спутниковая система слежения и передачи данных), в состав
которой должны были войти геостационарные ИСЗ.
Частичная эксплуатация системы TDRSS была начата в
1983 г, после вывода на орбиту первого ИСЗ системы.
Существующая система TDRSS обеспечит почти
глобальное обслуживание многочисленных автоматических
ИСЗ и пипо?йруемых КК на протяжении большей части
1990-х годов, Главными пользователями, системы
являются и станут МВКА "Спейс Шаттл", космический телескоп ,
им. Хаббпа, ООКС "Фридом" и полярные орбитальные
платформы, НАСА считает, что. к концу 1990-х годов в состав
системы TDRSS следует ввести новое поколение ИСЗ,
чтобы расширить существующие и создать новые услуги
для пользователей системы. По решению НАСА начата
разработка концепции перспективной системы 'ATDRSS,
1-2 3

СУШЕСТВУЮШАЯ СИСТЕМА TDRSS
В настоящее время в состав системы TDRSS входят три
геостационарных ИСЗ: западный (точка стояния 171° з»д*)*
восточный (41° з.д.) и центральный, выполняющий функции
резервного ИСЗ. С помощью центральной НС WSGT(White Sands
Ground Terminal ' - наземная станция в Уайт-Сандс, шт. Нью-
Мексико) осуществляется передача данных основным
пользователям на континентальной части территории США (CONUS)
Космическому центру им. Годдарда (GSFC) :И Космическому
центру им. Джонсона (JSC). Станция WSGT осуществляет
также слежение за попетом трех геостационарных ИСЗ
системы TDRSS, • прием от них ТМ-информации и контроль за рабо^-'
той их бортовых систем.
Каждый из ИСЗ TDRS обеспечивает:
- Многостанционный доступ в S -диапазоне частот (SMA)»
- Одностанционный доступ в S -диапазоне частот (SSA). '
- Одностанционный доступ в Ки -диапазоне частот (KuSA).
Для обслуживания SMA на борту каждого из ИСЗ TDRS
установлена 30-эпементная фазированная антенная решетка.
Сигнал S -диапазона, получаемый каждым элементом решетки,
подвергается индивидуальному частотному преобразованию и
передается на станцию WSGT» Каждому элементу решетки
выделяется определенная частота в Ки-диапазоне. Это
позволяет формировать на станций WSGT комплексные , *30-эпе-
ментные сигналы, каждый из которых направляется
определенному ИСЗ-пользователю, находящемуся на низкой орбите* В
настоящее время станция WSGT может формировать до 20
четких лучей диаграммы направленности и поэтому может
обеспечивать одновременно не более 20 каналов связи в
направлении пользователь - ИСЗ TDRS (суммарно к двум ИСЗ TDRS
системы). Для сокращения взаимной интерференции сигналов
используется метод Pi4/CDMA (Pseudo -Noise/Code Division
Multiple Access - псевдо-шумовой многостанционйый доступ
с кодовым разделением каналов). Максимальная скорость
передачи данных с борта ИСЗ-йопьзоватепя не превышает
50 кбит/с. По каналу SMA в направлении ИСЗ TDRS-
пользователь обеспечивается передача данных со скоростью до
10 кбит/с.
Каждая из двух параболических антенн диаметром 4,9 м,
установленных на борту ИСЗ TDRS обеспечивает связь SSA
и^ KuSA. Передача данных при досчупе SSA может пооиэ-
4

водиться со скоростью до 6 Мбит/с, а при доступе КиЭА —
до 300 Мбит/с, В обратном направпении (НС-ИСЗ TDRS)
передача данных может производиться со скоростями соо^
ветсгвенно 300 и 25 Мбиг/с. Конструкция ИСЗ TDRS
обеспечивает возможность одновременной работы антенны
диаметром 4,9 м в режимах SSA и KuSA,
Р^амржности модернизации системы TDRSS» НАСА
предусматривает провести к середине 1990-х годов
реконструкцию системы TDRSS, ' которая должна включать:
* увеличение числа геостационарных ИСЗ до 4 шт, (двух
восточных и двух западных ИСЗ);
* развёртывание на полигоне Уайт-Сандс второй
наземной станции STGT.
Каждая из НС в Уайт-Сандс будет иметь в своем
составе:
Два терминала SGLT (Space/Ground Link Terminal _ те^
миналы для связи в направлений космос - Земля), каждый
из которых должен обеспечивать слежение за полетом
одного из геостационарных ИСЗ, прием от него ТМ-информа-
ции и контроль за работой его бортовых систем.
Один отдельно расположенный терминал S -диапазона,
который должен выполнять функции резервного или
аварийного терминала по отношению к терминалам SGLT,
Систему внутренних пиний связи для передачи данных,
чтобы обеспечить взаимное резервирование объектов НСв
Модернизированная система TDRSS должна будет
обеспечивать потребности США до конца 1990-х годов,
В дальнейшем потребуется развернуть новую,
усовершенствованную систему, работающую при более высоких
частотах.
ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРСПЕКТИВНОЙ СИСТЕМЕ ATDRSS
Согласно прогнозу специалистов, система 'ATDRSS
в 2003 г# должна одновременно обслуживать следующие
космические объекты:
- ООКС "Фридом" - 1
- Платформы для наблюдений за Землей (EOS) - 3
- Научные обсерватории (подобные телескопу
им. Хаббла) - 3
- Свободно летающие платформы средних
размеров - 3
1-3, 5

- Свободно петающие платформы крупных размеров
(например дня проведения измерений методом
ИК-интерферометрии) - 1
- Небольшие шары-зонды -> 4
- МВКА типа "Спейс Шаттл" - 2
- РН большой грузоподъемности - 1
- Орбитальные транспортные аппараты - 2
- Промышленные космические установки - 5
Об объемах работы системы ATDRSS можно судить по
данным, представленным в табл. Опыт рабеты НАСА и анализ,
проведенный его специалистами, показывает, что для линий
связи с одностанционным доступом SA загрузка не должна
превышать 80%, чтобы обеспечить свободный доступ в 90%
случаев по времени работы. Для линий связи с доступом SM*A
загрузка не должна превышать 50%.
АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ ATDRSS
Как считают авторы статьи, в состав системы 'ATDRSS
должно войти 5 геостационарных ИСЗ: два западных (точки
стояния 174° и 171° з.д.), два восточных (46° и 41° з.д.)
и один резервный, центральный (79° з.д.), Каждый из ИСЗ
новой системы будет обладать более высокой пропускной
способностью, чем ИСЗ существующей системы. Увеличенное
количество геостационарных ИСЗ в системе обеспечит более
надежную раббту в условиях перегрузки пиний связи и при
частичном выходе из строя аппаратуры ИСЗ,
В состав каждой из НС на полигоне Уай-г-Сандс должно
входить по три терминала SGLT модульной конструкции, что
позволит увеличивать нагрузку на терминал по мере
необходимости.
Предлагается использовать в системе новый частотный
Ка-диапазон, что даст следующие преимущества:
- Улучшение характеристик межспутник овкх канатов связи,
- Возможность повышения скорости передачи данных дб
300 Мбит/с и более.
- Уменьшение взаимной интерференции сигналов между
многочисленными пользователями.
- Улучшение характеристик каналов связи в Направлении
космос - Земли для увеличения скорости передачи данных.

Основные характеристики системы ATDRSS
образца 2003 г.
Характеристики пользователей
Пользователи с доступом SNfA
Скорости передачи данных, кЬит/с:
50
50-300
300-3000
1 Количество
попьзова-
те пей
20
2
4
Нагрузка,
часов
£24,2
5,3
23,5
Основные пользовании с круглосуточным обслуживанием
МВКА типа "Спейс Шаттл*'
Полярные орбитальные платформы
и типа EOS
ООКС "Фридом"
1
3
1
Дополнительные пользователи с уникальными i
24,0
24,0
24,0
гребованиям»
Телескоп им. Хаббла
ИК>-интерферометр (доступ SSA,
частота 2255 МГц)
Дополнительные пользователи с
доступом SMA
Пользователи со смешанным
доступом ( SSA, KuSA и SA)
7,0
1 5,0
26 (для обслуживания
требуется не менее
12 каналов)
7 (для обслуживания
требуется не менее
6 каналов)
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИСЗ СИСТЕМЫ >ATDRSS
На борту геостационарного ИСЗ намечается установить
антенну диаметром 4-5 м для обеспечения связи в трех
частотных диапазонах: S, «Ku • и Ка. Антенна обеспечит
работу в режиме одностанционного доступа (SA). При

работе в режиме доступа KuSA скорость приема информации
будет достигать 650 Мбит/с, а скорость передачи -
50 Мбит/с. Дпя связи в направлении космос * Земля должна
использоваться антенна диаметром 2-3 м, работающая в
диапазонах Ки и Ка. Диапазон Ки будет применяться для
связи в обоих направлениях, а Ка -диапазон, только в
направлении ИСЗ - Земля.
Система, в состав которой войдут 4 основных
геостационарных ИСЗ, обеспечит одновременно до 20 возвратных
связей при доступе SMA и 8 связей с доступом ЭА. Ширина
полосы канала связи в направлении космос - Земля будет .
составлять 200 МГц. На борту ИСЗ будет применяться
аппаратура для формирований лучей диаграммы направленности.
Рассматриваются аналоговый и цифровой методы
формирования лучей,
В перспективе в системе >ATDRSS предусматривается
использование межспутниковой связи на частоте 60 ГГц и
многолучевой антенны с бортовой аппаратурой для управления
процессом переключения. Для обслуживания орбитальных
транспортных аппаратов предусматривается увеличить углы
качания бортовых антенн.
ВОЗМОЖНЫЕ ЧАСТОТНЫЕ ДИАПАЗОНЫ
Для связи в Ки -диапазоне предусматривается сохранить
используемые в системе TDRSS частоты: ,
- В направлении Земля - ИСЗ 14,6 - 14,8909 ГГЦ и
15,1159 - 15,250 ГГЦ.
- В направлении ИСЗ - Земля 13,4 - 13,75ГГц и 13,8-
14,05 ГГц.
- При доступе SM'A предусматривается сохранить ширину
поносы в каналах связи в направлении ИСЗ - Земля 225 МГц»
Однако, как полагают, применение на борту ИСЗ аппаратуры
для формирования лучей диаграммы направленности позволит
значительно сократить требуемую ширину полосы (в 5 и
боне© раз).
С вводом нового {(а-диапазона предполагается испопьзо-»
вагь следующие частоты:
- В направлении космос - космос прямой сигнал 22,55-
23,55 ГГц.
- В направлении космос - космос обратный сигнал 25,25-
27.50 ГГц.
- В направлении космос - Земля 20,2 - 21,2 ГГц,
8

РАСШИРЕНИЕ УСЛУГ ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
СИСТЕМЫ >ATDRS8
ц навигация пользователей. С борга
геостационарных ИСЗ намечается транслировать навигационный
сигнал с шириной луча 26°, Этот сигнал S -диапазона
будет закодирован псевдо~шумовой последовательностью
единичных сигналов. Расчеты показывают, что обработка
навигационного сигнала на борту ^СЗ-пользователя позволит
определять параметры его орбиты с точностью до 50 м,
НС» принимающие навигационный сигнал от
геостационарного ИСЗ, будут flB состоянии определять с высокой
точностью параметры орбиты самого геостационарного ИСЗ.
В навигационный сигнап может быть также заложена
информация об эфемеридах геостационарных ИСЗ и сигналы
коррекции часов системы >ATDRSS.
По&ыцшние точности спежени;я за ИСЗ-пользовауегшми
позволит уменьшить в 3 раза ошибку определения
параметров орбиты ИСЗ (до SO м).
Повышение уочносги определения параметров орбиты
гаостаШонакшого I^Cff fl;o 25 м» Предусматривается ввести
обслуживание >APlS OATDRSS Position Location Service -
обслуживание по определению местоположения ИСЗ
Обеспечение доступа щ поч^и реальцом времени может
обеспечиваться за счет ввода в навигационный сигнал,
посылаемый с борта геостационарного ИСЗ,
предупредительных сигналов о начале сеансов связи по передаче и
приему информации.
и Proceedings of the IEEE" , * 1990, 78, № 7,

СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
Существующая система TDRSS ............... 4
Требования к перспективной системе ATDRSS ...... 5
Архитектура системы 'ATDRSS 6
Особенности конструкции ИСЗ системы ATDRSS ..... 7
Возможные частотные диапазоны. 3
Расширение услуг для пользователей системы 'ATDRSS. 9
Технический редактор В.Ф. Овчинникова
Корректор Е.В, Кондратьева
Сдано в набор 17.07.91 Подписано в печать 11.07.91
Формат 60x90 1/16 Печать офсетная
Уел, печ. л. 0,75 Усл.кр.-отт. 0,75 Уч-изд.л. 0,43
Тир. 516 экз. Зак# 115Д
Адрес редакции: 125219, А-219, ул. Усиевича, 20а
Тел. 152-54-94
Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ
140010, Люберцы 10, Московской обл., Октябрьский пр„ 403