Спутники связи на высокоэллиптических орбитах.
Разработка спутников связи началась в СССР в первой половине 60-х гг. Отдаленность территории СССР от экватора затрудняла использование геостационарной орбиты, поэтому в первой системе космической связи были применены сильно вытянутые эллиптические орбиты с апогеем около 40 тысяч километров и перигеем около 450—500 километров, обеспечивающие период обращения близкий к 12 часам.
При расположении апогея такой орбиты над Северным полушарием спутник находится в зоне радиовидимости с территории СССР 8—9 часов в сутки. Правда из-за возмущающего влияния экваториального сжатия Земли большая ось вытянутой орбиты, вообще говоря, не остается неподвижной, а вращается в плоскости орбиты. Скорость ее вращения, однако, обращается в нуль для наклонения 63,4 градуса, которое как нельзя более подходит как для наблюдения таких спутников с территории СССР, так и для их запуска по штатным траекториям выведения с Байконура и Плесецка, обеспечивающим наклонения орбит 65 и 62,8 градуса соответственно.
Период обращения по высокоэллиптической орбите подбирается несколько меньшим 12 часов, так чтобы с учетом прецессии плоскости орбиты обеспечить ежесуточное повторение наземной трассы, что значительно облегчает задачу наведения наземных приемных станций.
Первый такой спутник был выведен на орбиту 22 августа 1964 г., но из-за нераскрытия бортовой остронаправленной антенны он не мог использоваться по назначению и был назван «Космосом-41» [la]. Первым советским спутником связи стал ИСЗ «Молния-1», запущенный 23 апреля 1965 г. Разработка этих аппаратов начиналась в ОКБ-1, а затем была передана образованному в Красноярске «филиалу № 2», возглавленному М. Ф. Решетневым и ныне известному как НПО прикладной механики [1б].
Спутники «Молния-1» имеют массу около 1500 кг и оборудованы ретрансляторами на лампах бегущей волны мощностью 40 и 20 ватт, работающими соответственно в диапазонах 4,1/3,4 ГГц для телевещания на систему наземных станций «Орбита» и 1/0,8 ГГц для телефонно-телеграфной связи[22] . Прием и передача информации осуществляются через одну из двух остронаправленных антенн зонтичного типа. Наряду с ретрансляцией одного телевизионного канала бортовая аппаратура обеспечивает многоканальную телефонную и высокочастотную телеграфную связь, осуществляемую путем мультиплексирования ряда телефонных каналов [2].
Последнее обстоятельство прямо указывает на двойное назначение системы «Молния». Хотя ретрансляция телепрограмм является чисто народнохозяйственным приложением, ВЧ-связь всегда использовалась для правительственных и военных нужд.
Систему из трех спутников «Молния-1», минимально необходимых для поддержания круглосуточной связи, удалось создать только в 1968 г. с запуском «Молнии 1-10». В 1969—70 гг. она была заменена системой из 4 спутников, плоскости орбит которых отстояли друг от друга на 90 градусов, обеспечивая большее перекрытие зон связи. Относительное расположение самих спутников на орбитах синхронизировалось так, чтобы все они следовали вдоль одной и той же наземной трассы.
В 1970 г. запуски «Молний» были перенесены из Байконура в Плесецк, что с 1973 г. сопровождалось уменьшением наклонения используемых орбит с 65 до 62,8 градусов и некоторым изменением вследствие этого процедуры стабилизации трассы.
В 1971 г. начались запуски спутников «Молния-2», использующих ту же базовую конструкцию, но с увеличенными на 50% солнечными батареями и новой ретрансляционной аппаратурой. Рабочая частота увеличилась до 6 ГГц, что повлекло замену зонтичных антенн на рупорные.
В отличие от «Молний-1», в сообщениях о запусках «Молний-2» говорилось об использовании их в интересах международного сотрудничества, так что эта модификация могла предназначаться для конкуренции с возглавляемой США международной организацией спутниковой связи «Интелсат». (Альтернативная «Интелсату» организация стран-членов СЭВ «Интерспутник» была учреждена как раз в 1971 г.).
Последняя на сегодняшний день модель, «Молния-3», появилась в 1974 г. и визуально не отличалась от «Молнии-2», однако была рассчитана на регулярную передачу цветных телепрограмм, которые до этого носили экспериментальный характер.
К концу 1975 г. система спутников «Молния» состояла из 4 групп, по одному представителю всех трех типов в каждой. Использование спутников «Молния-2» в 1977 г. прекратилось, а группировка «Молний-1» с 1976 г. была увеличена с 4 до 8 спутников в разнесенных на 45 градусов орбитальных плоскостях. При этом было замечено, что спутники, запускаемые в промежутки между четырьмя первоначальными плоскостями, функционируют только во время нахождения над территорией СССР, используя режим кодирования частотным смещением [3]. Это послужило основанием для предположения, что система «Молния-1» полностью переключена на военные нужды, а «Молния-3» обслуживает преимущественно гражданских пользователей.
Отметим, однако, что именно «Молния З» с 1976 г. используется в системе экстренной связи между правительствами СССР и США, а также для связи с корабельными измерительными пунктами космического командно-измерительною комплекса СССР.
Если отдельные запуски серии «Молния-1» (как правило, в зимние месяцы) продолжают осуществляться и с Байконура, то все «Молнии-3» выводятся на орбиты только с Плесецка.
В 1983 и 1985 гг. орбитальная группировка «Молний-3» также была расширена с 4 до 8 спутников. В отличие от 12 остальных задействованных «Молний», движущихся вдоль общей для всех наземной трассы, 4 спутника новой группы расположены так, что их наземная трасса смещена по долготе примерно на 90 градусов, т е. апогей ежесуточных витков оказываются не над азиатской частью СССР и северо-восточной частью Америки, а над Западной Европой и Тихим океаном (рис. 3.2).
Среднее время замены спутников серии «Молния» в 1990 г. достигло 1400 суток, т е. около 4 лет. почти удвоившись по сравнению с первой половиной 80-х. Тем не менее, увеличение количества одновременно использующихся «Молний» до 16 обусловило сохранение до последнего времени высокого темпа их запусков – 5—6 ежегодно. Всего же за 27 лет с 1965 по 1991 г. на орбиты было выведено 140 спутников под этим названием, не считая еще 7 вышедших на нерасчетные орбиты и объявленных «Космосами» (см. табл. 3.1).
