Спутниковая связь: прошлое, настоящее, будущее

Москва
Горячая линия – Телеком

2015

УДК 621.396.946(091) 
ББК 32.884.1 
    К89 

Кукк К. И. 
К89   Спутниковая связь: прошлое, настоящее, будущее.– М.: Горячая 

линия – Телеком, 2015. – 256: ил. 
ISBN 978-5-9912-0512-2.

Книга посвящена истории, современному состоянию и перспективам развития систем спутниковой связи, которая в настоящее время 
является неотъемлемой и непрерывно растущей частью мирового 
инфокоммуникационного пространства. В ней дано современное представление о теоретических основах спутниковой связи, а также об аппаратных комплексах – от полезной нагрузки космических аппаратов, 
до характеристик космодромов и средств выведения на орбиты искусственных спутников Земли.  
Рассмотрены крупнейшие отечественные и зарубежные системы 
спутниковой связи с использованием геостационарных и других орбит 
космических аппаратов. Особое внимание уделяется спутниковому телерадиовещанию и перспективным технологиям спутниковой связи. 
 Благодаря тому, что книга содержит большое количество актуальных справочных материалов, она будет полезна зрелым инженерам, специалистам, студентам радиотехнических и телекоммуникационных факультетов учебных заведений, а также всем тем, кто 
впервые желает ознакомиться с проблемами спутниковой связи и вещания. 
Для широкого круга читателей. 

32.884.1 

Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 

Научно-популярное издание 

Кукк Калью Иванович 

Спутниковая связь: прошлое, настоящее, будущее

Редактор  А. Е. Пескин 
Компьютерная верстка  Ю. Н. Чернышова 
Обложка художника  О. Г. Карповой 

Все права защищены.
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то 
ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного 
разрешения правообладателя
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком»
www.techbook.ru
© К. И. Кукк 

Предисловие

Эту книгу посвящаю моей дорогой жене
Аллочке с благодарностью за все, в том
числе
за
предоставляемые
тепличные
условия для творчества.

4 октября 1957 г. состоялось событие, которое так ждало человечество. Впервые в мире в космическое пространство был выведен
искусственный спутник Земли (ИСЗ). И сделано это было в советской стране благодаря таланту отечественных ученых и инженеров.
Первые сигналы о состоянии космического аппарата «Спутник-1»
могли принимать не только профессионалы, но и миллионы радиолюбителей мира.
Тропинка в космос была протоптана.
Первый американский
спутник был запущен только 31 января 1958 г. Второй советский
спутник запущен 3 ноября 1957 г. с собакой Лайкой на борту. Естественно, что первые ИСЗ носили исследовательский характер.
В СССР и США среди различных направлений освоения космического пространства большое внимание уделялось развитию спутниковой связи благодаря широким коммерческим перспективам этого направления. И прогнозы себя оправдали.
Сегодня космическое пространство бороздят сотни спутников
связи и телевизионного вещания, и даже бытует мнение, что спутниковая связь конкурирует с другими видами наземной связи, построенными на других принципах передачи сигналов, например волоконно-оптическими или радиорелейными линиями связи, а спутниковое
телерадиовещание противопоставляют эфирному или кабельному.
На самом же деле это не так.
Спутниковая связь, благодаря своим особенностям, смогла удачно вписаться и обогатить общемировую инфокоммуникационную инфраструктуру и занимает в ней свою собственную экономически
оправданную нишу.
Можно смело утверждать, что нынешнее и будущее информационное общество будет широко использовать спутниковую связь
наряду с другими действующими и новыми видами связи.

Именно эти соображения побудили автора предложить читателям научно-познавательную книгу, в которой рассматриваются важнейшие аспекты построения и функционирования систем спутниковой связи в мировом масштабе и в российском разрезе.
Каждый вид связи имеет свои технические и технологические
особенности. Не лишена этих особенностей и спутниковая связь. Поэтому в книге приводятся разделы, посвященные принципам организации спутниковой связи, построению собственно спутников связи,
средствам их запуска и эксплуатации, а также построению земных
станций.
В настоящее время спутниковая связь используется для оказания услуг международной, междугородной и сельской телефонии,
услуг корпоративным пользователям, распределения телевизионных программ, для дальнейшего их распространения по кабельным
и эфирным каналам.
Кроме того, это услуги непосредственного
спутникового телевизионного вещания, мультимедиа и Интернета,
спутниковой подвижной и персональной связи, по передаче репортажей с мест событий, спутникового сбора новостей и др. Спутниковые технологии используют свое важнейшее свойство — одновременный охват больших площадей.
Современный мировой космический рынок на начало 2015 г. составляет более 320 млрд долл. Ожидаемый годовой рост в ближайшие 10–20 лет составит не менее 10 %. И значительная часть этого
рынка (более 60 %) принадлежит спутниковой связи.
Главным направлением дальнейшего развития телекоммуникационных услуг,
предоставляемых современными спутниковыми
технологиями, является расширение наземной абонентской базы за
счет привлечения не только корпоративных клиентов, но и индивидуальных потребителей. Это позволяет резко снизить соотношение
стоимости космического сегмента к стоимости земной инфраструктуры и повысить общую доходность спутниковой связи. Такова основная бизнес-модель развития спутниковой связи.
Рассматривая спутниковые технологии XXI века, автор обращается к истории развития и становления этого уникального телекоммуникационного средства. При этом, как и в любой истории,
со временем меняются географические названия, происходит территориальный передел мира, меняются социальные устои государств.
В сравнительно короткой истории спутниковой связи с этими явлениями также приходится сталкиваться. В нашем случае чаще приходится иметь дело с изменениями наименований компаний и фирм
за счет процессов слияний и поглощений, с изменениями в назва

ниях спутниковых сетей, космических аппаратов (КА) или средств
их выведения.
При указании времени выведения спутников на орбиты в большинстве случаев автор указывает только месяц и год, опуская календарную дату, часы и минуты. Это связано с тем, что в разных
источниках понятие точного времени вывода спутника различное.
Это может быть либо момент старта спутника, либо момент отделения спутника от последней ступени ракеты-носителя (РН), либо
момент достижения геостационарной орбиты, либо момент занятия
окончательной (заданной) позиции на орбите. Наличие собственно
местного времени для различных космодромов также может вносить
неопределенность в указании точного времени.
Автор обращает внимание также на возможные расхождения в
количестве ретрансляторов на том или ином спутнике. Это связано
с тем, что на современных спутниках кроме постоянно действующих
ретрансляторов имеются также резервные ретрансляторы.
В отдельных справочных изданиях приводится общее количество ретрансляторов, а в некоторых — число ретрансляторов без указания
числа резервных. В ряде случаев указывается число эквивалентных ретрансляторов с полосой 36 МГц, хотя реальная полоса может
составлять 54 или 72 МГц, или иное значение.
Определенные проблемы возникают при определении принадлежности космических аппаратов. В данном случае автор ориентировался на сложившееся у специалистов понимание о принадлежности спутников, тем более что для общего представления о сложившихся орбитальных группировках и перспективах развития это
не имеет большого значения. В таблицах основных характеристик
спутников связи, приведенных в книге, в некоторых случаях встречаются незаполненные ячейки. Это не значит, что параметр отсутствует, а скорее всего, автору не удалось найти достоверные данные.
При указании наименования спутников и ракет-носителей приводится их русское наименование, как это принято во «Всемирной
энциклопедии космонавтики» [1]. Некоторые новые наименования
приводятся на английском языке, поскольку еще не получили широкого распространения в русскоязычной литературе и в обиходе.
Приведенные в книге справочные материалы по важнейшим
спутниковым системам позволяют читателю проследить динамику
развития этого вида связи и тенденции его развития.
Автор не стремился дать глубокой математической трактовки
физических процессов, происходящих при передаче любых сообщений по спутниковым каналам связи. В настоящее время эти процес

сы достаточно хорошо исследованы и изложены в многочисленной
отечественной и зарубежной литературе [2–4].
Главной задачей настоящей книги является формирование у читателей представления о современном состоянии спутниковой связи
и телерадиовещания, качественных и количественных возможностях этого вида телекоммуникаций и тенденциях дальнейшего развития без углубления в экономику предоставления услуг.
Книга
содержит справочные данные о важнейших современных системах
и спутниках связи.
Автор выражает глубокую благодарность члену Совета Федерации Николаю Федоровичу Пожиткову, моим коллегам к.т.н. Михаилу Анатольевичу Загнетко и к.т.н. Вадиму Дмитриевичу Москвитину за ценные советы и помощь в подготовке материалов к печати, а также Николаю Кальевичу Кукку за неоценимые редакторские правки. Я глубоко признателен редакции журнала «Новости
космонавтики», которая в течение многих лет на страницах журнала уделяет большое внимание проблемам запуска отечественных и
иностранных спутников связи и телерадиовещания. Ряд этих материалов был использован при написании книги.

Литература

1. Всемирная энциклопедия космонавтики. — М.: Военный парад, 2002.
2. Петрович Н.Т., Камнев Е.Ф. Вопросы космической радиосвязи. — М.:
Советское радио, 1965.
3. Калашников Н.И. Системы связи через ИСЗ. — М.: Связь, 1969.
4. Спутниковая связь и вещание / Под редакцией Л.Я. Кантора. 3-е изд. —
М.: Радио и связь, 1997.

Спутниковая связь — часть
телекоммуникационной
инфраструктуры

1.1. Из истории становления спутниковой связи

Выведенный в космическое пространство спутник Земли становится космическим телом, хотя и искусственного происхождения.
В современном понимании Космос есть все то, что находится за
пределами земной атмосферы. Различают околоземное космическое пространство с границей, проходящей примерно на расстоянии
60000 км от центра Земли, и дальний Космос. Современные спутники связи располагаются в околоземном космическом пространстве
(ближний Космос). Основная особенность Космоса — это сверхвысокий вакуум, что обеспечивает возможность длительного полета
космических аппаратов без затрат энергии.
Одна из существенных особенностей околоземного космического пространства — возможность использовать на КА солнечную энергию, уровень которой
на удалении от солнца в одну астрономическую единицу составляет 1370 Вт/м2 (солнечная постоянная). Практически все активные
спутники Земли в околоземном космическом пространстве обеспечиваются энергией за счет излучения Солнца.
Основные законы, определяющие поведение тел в космическом
пространстве, были открыты задолго до изобретения радио благодаря астрономии — науке о строении небесных тел и Вселенной. Современная астрономия рождена трудами польского астронома Николая Коперника (1473–1543), предложившего отказаться от геоцентрической системы закономерностей движения планет и построившего гелиоцентрическую систему мира. Продолжателем развития астрономии нового времени — немецким ученым Иоганном Кеплером
(1571–1630) — были открыты законы движения планет и создана
теория затмений. Великий английский астроном и математик Исаак Ньютон (1643–1727) открыл закон всемирного тяготения и сформулировал основные законы классической механики. Им впервые
построен зеркальный телескоп. Благодаря этим и другим ученым

Г л а в а 1

была сформирована небесная механика как часть астрономии, изучающая движение небесных тел под воздействием гравитационных
сил. Одной из задач современной небесной механики является изучение движения ИСЗ.
Создание искусственных спутников Земли стало реальностью,
начиная с трудов русского ученого Константина Эдуардовича Циолковского (1857–1935), который в своих работах показал возможность выхода в космос за счет реактивных приборов.
Нельзя не
упомянуть русского революционера-народовольца Николая Ивановича Кибальчича (1853–1881), который за несколько дней до казни
за революционную деятельность разработал проект пилотируемого
ракетного летательного аппарата. В дальнейшем труды К.Э. Циолковского были развиты Николаем Егоровичем Жуковским (1847–
1921), Иваном Всеволодовичем Мещерским (1859–1935), Фридрихом
Артуровичем Цандером (1887–1933) и другими русскими и советскими учеными.
С начала 20-х годов прошлого столетия усилия советских и зарубежных ученых были направлены на разработку ракет для вывода в космическое пространство как пилотируемых, так и непилотируемых аппаратов.
В СССР работы в области ракетной техники были начаты в
1921 г. в Газодинамической лаборатории (ГДЛ), основанной советским специалистом Николаем Ивановичем Тихомировым (1859–
1930). В 1928 г. проведены летные испытания ракет на бездымном
порохе. Первые испытания ракет с электрическим ракетным двигателем проведены в 1929 г., а с жидкостным (ЖРД) — в 1931 г.
В 1932 г. в Москве была создана Группа изучения реактивного движения (ГИРД), осуществившая под руководством Сергея Павловича
Королева (1907–1966) в 1933 г. первые пуски гибридных и жидкостных ракет.
В США экспериментальные работы с ЖРД начаты Робертом
Годдардом в 1921 г., а пуски — в 1926 г.
В Германии испытания
ракетных двигателей начаты в 1929 г., летные испытания ЖРД были
проведены в 1931 г.
Впервые мысль использовать спутниковую систему связи, состоящую из трех геостационарных искусственных спутников Земли,
высказал в мае 1945 г. английский писатель-фантаст Артур Чарльз
Кларк (1917–2008) — автор книг «Лунная пыль», «Космическая
одиссея 2001 г.» и многих других [1]. Идея была навеяна успехами
того времени в области создания наземных радиорелейных линий, в
которых использовалась активная ретрансляция передаваемых вы

Спутниковая связь — часть телекоммуникационной инфраструктуры
9

сокочастотных сигналов. Расстояние между радиорелейными станциями принципиально ограничивается только прямой видимостью
между ними. Помещая ретрансляционную станцию в космическом
пространстве, в частности на геостационарной орбите, можно многократно увеличить это расстояние.
Упоминая слово «радио», следует остановиться на величайшем
изобретении XIX века, которое принадлежит нашему соотечественнику Александру Степановичу Попову (1859–31.12.1905/13.01.1906).
Любой выход с Земли в космическое пространство без радиосвязи
был бы выходом «в никуда». Изобретению радио предшествовали
основополагающие работы в области электродинамики — Майкла
Фарадея (1791–1867), Джеймса Максвелла (1831–1879), Генриха Герца (1857–1894) и других ученых. Радио в настоящее время проникло
во все сферы деятельности человека и является краеугольным камнем спутниковых систем связи.
Уже в первые годы после второй мировой войны в СССР и
в мире созрели все научные, технические и материальные предпосылки для прорыва в космическое пространство. Но практическая
возможность использования искусственных спутников Земли в качестве ретрансляторов между земными станциями появилась только
после запуска в Советском Союзе 4 октября 1957 г. первого в мире
ИСЗ «Спутник-1». Сигналы радиомаяка из космоса, передаваемые
со спутника, могли слушать сотни миллионов людей во всех странах. На борту спутника было размещено два передатчика, работавшие на частотах 20,005 и 40,002 МГц. Выходная мощность каждого
передатчика составляла 1 Вт. Передавались телеграфные посылки
длительностью 0,2. . . 0,3 с. Запуск «Спутника-1» значительно ускорил исследования и разработку спутников связи и вещания.
К 1959 году относится начало космического телевидения, когда
были получены снимки обратной стороны Луны при помощи фототелевизионной установки «Енисей», размещенной на советской автоматической межпланетной станции «Луна-3». В 1961 г. с помощью
телевизионной системы, установленной на корабле «Восток-1», проводилось визуальное наблюдение с Земли за первым космонавтом
Ю.А. Гагариным. В августе 1962 г. при групповом полете космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4» впервые в мире осуществлена
непосредственная передача телевизионных изображений между кораблями. Уже в 1965 г. телевизионная камера была помещена за
пределами герметизированного отсека корабля «Восход-2» и позволила наблюдать действия космонавта А.А. Леонова, впервые посетившего открытый космос.

Г л а в а 1

В октябре 1960 г. в США проведены эксперименты по активной
радиорелейной ретрансляции в диапазоне 2 ГГц с использованием
исследовательского спутника «Курьер-1В», распложенного на почти
круговой орбите (перигей — 945 км, апогей — 1238 км). На спутнике было установлено два ретранслятора с антенно-фидерными
устройствами. Связь по направлению «космос – Земля» осуществлялась в дециметровом диапазоне волн.
Связь по направлению
«Земля – космос» осуществлялась как в дециметровом, так и в метровом диапазоне волн.
Первый спутник связи «Телстар-1», разработанный в США для
национальной космической системы «Домсат», был выведен 10 июля
1962 г. на высокоэллиптическую орбиту с высотой в перигее 960 км,
в апогее — 5660 км.
Масса первого спутника составляла ∼78 кг.
Корпус спутника представлял собой сферу диаметром 0,88 м. Стабилизация спутника осуществлялась вращением. На борту был установлен ретранслятор с частотой приема 6390 МГц и частотой передачи 4170 МГц. Ретранслятор имел полосу пропускания 50 МГц
и выходную мощность 2,25 Вт и позволял передавать только один
черно-белый телевизионный канал [2].
К этому времени были построены крупные земные станции в
Андовере (США, штат Мэн), Племер-Боду (Франция), Гунхили (Великобритания). С помощью этих станций была установлена экспериментальная трансатлантическая связь.
Учитывая быстрое развитие в мире спутниковой связи, Международный союз электросвязи (МСЭ) в 1963 г. разработал первые
международные правила космической связи и определил порядок
совместного использования частот космическими и земными станциями.
В 1971 г. была впервые проведена Всемирная административная радиоконференция МСЭ по космической радиосвязи, а в
1977 г. — Всемирная административная радиоконференция МСЭ по
спутниковому радиовещанию.
В 1985 г. на Всемирной административной радиоконференции МСЭ рассматривались проблемы использования геостационарной орбиты.
Первые
американские
экспериментальные
спутники
серии
«Синком» (-1, -2, -3), были созданы для отработки выведения космического аппарата (КА) на геостационарную орбиту (ГСО) и изучения проблем организации связи.
Из трех запущенных спутников этой серии необходимую точку на ГСО занял только спутник
«Синком-3». Он был запущен в августе 1964 г. и может считаться
первым в мире спутником на ГСО. Масса спутника на орбите составляла 39 кг. Стабилизация спутника осуществлялась вращением.