Рассмотрим кратко некоторые
вопросы, связанные со спутниковым телевизионным вещанием - передачей телевизионных
программ от передающих наземных станций к телевизионным приемникам через активный
космический ретранслятор, размещенный на искусственном спутнике Земли
(ИСЗ).
.
Основной принцип создания
спутникового вещания состоит в использовании промежуточного активного ретранслятора,
установленного на ИСЗ, который движется на высокой орбите длительное время без
затрат энергии на это движение. Первые опыты по дальней ретрансляции телевизионных
передач с помощью активных ретрансляторов, расположенных на больших высотах
над поверхностью Земли, были осуществлены в СССР в 1957 году. Еще в начале 1937
года П. В. Шмаковым было технически обосновано предложение установки таких ретрансляторов
на самолетах, однако в то время это предложение не было актуальным. В 1957 году
после выполнения большой научно-экспериментальной работы была осуществлена такая
ретрансляция телевизионных передач с VI Всемирного фестиваля молодежи и студентов
из Москвы в Смоленск, Киев и Минск. Для ретрансляции использовались самолеты
типа ЛИ-2 с высотой полета около 4000 м. В дальнейшем, в связи с большими успехами
в освоении космического пространства, появилась возможность установки активных
ретрансляторов на ИСЗ. Для спутниковой ретрансляции телевизионных передач в
основном используют два вида спутников: спутники, обращающиеся на вытянутых
эллиптических орбитах, и спутники, размещенные на геостационарной орбите.
Использование ИСЗ для телевизионного
вещания в СССР началось с запуска первого спутника связи "Молния"
23 апреля 1965 года. Впоследствии было запущено еще несколько ИСЗ типа "Молния".
Эти спутники обращаются на вытянутых эллиптических орбитах с высотой перигея
(минимальная высота над поверхностью Земли) 500 км и апогея (максимальная высота)
40 тыс. км. Плоскость орбиты этих спутников наклонена относительно плоскости
земного экватора на 63, 4°. Период обращения спутников "Молния"
составляет 12 часов. Таким образом, в течение суток спутник делает два оборота
вокруг Земли. Согласно второму закону Кеплера на большой высоте, в области апогея,
спутник движется медленно, а размещен он на орбите так, что в это время пролетает
над северным полушарием Земли. На малой высоте, в области перигея, когда ИСЗ
находится над южным полушарием, его скорость значительно больше. Обслуживание
всей территории СССР одним ИСЗ этого типа было возможно в течение 8 часов в
сутки. Поэтому использование трех ИСЗ позволяло обеспечить круглосуточную ретрансляцию.
Бортовой передатчик ретранслятора, установленного на ИСЗ "Молния",
работает на частоте 3875 МГц с выходной мощностью 40 Вт при частотной модуляции
сигналами изображения несущей частоты. Питание аппаратуры осуществляется от
солнечных батарей. Ретрансляция телевидения с использованием ИСЗ "Молния"
производится по системе "Орбита". Кроме телевидения эта система обеспечивает
ретрансляцию звукового радиовещания и изображения газетных полос.
Земные приемные станции
этой системы - сложные и дорогостоящие сооружения, состоящие из здания с параболической
антенной диаметром 12 метров. В связи с непрерывным движением спутника относительно
земной станции, антенна станции должна постоянно поворачиваться, обеспечивая
ориентирование на спутник. Для этого антенна установлена на полноповоротном
опорном устройстве и снабжена устройством ручного и программного наведения с
комплексом автоматического наведения по максимуму принятого сигнала. Приемные
устройства земных станций для улучшения чувствительности содержат малошумящие
охлаждаемые параметрические усилители, блоки преобразования частотной модуляции
в амплитудную, блоки регенерации синхросигнала, системы подавления помех и искажений.
Наконец, все блоки устройства обеспечены двойным резервированием с системами
автоматического контроля и переключения на резерв. Выходные сигналы телевизионной
программы с земной станции "Орбита" подаются к местному телевизионному
передатчику, который осуществляет трансляцию принятой программы для ее приема
бытовыми телевизионными приемниками обычного типа с помощью обычных индивидуальных
или коллективных антенн.
Использование сложных и
дорогостоящих земных станций "Орбита" было целесообразно лишь для
доставки телевизионных программ в крупные населенные пункты. Для ретрансляции
телевидения в населенные пункты с численностью населения в несколько тысяч человек
необходимы более простые и дешевые земные станции. Это требует повышенной мощности
передатчика спутникового ретранслятора, что позволит упростить приемное устройство
земной станции, а также использовать ИСЗ, расположенный на геостационарной орбите,
что исключит необходимость непрерывного наведения приемной антенны на спутник.
Еще в 1945 году английский
инженер Артур Кларк, известный впоследствии как писатель-фантаст, предложил
использовать для спутников связи геостационарную орбиту с периодом обращения
24 часа, которая имеет форму окружности, лежащей в плоскости земного экватора
с высотой над поверхностью Земли 35875 км. Если направление обращения спутника
совпадает с направлением суточного вращения Земли, для земного наблюдателя такой
спутник кажется стоящим неподвижно в определенной точке небесной полусферы.
Тогда отпадает необходимость в сложной системе постоянного наведения антенны
земной станции на спутник и системы автоматического сопровождения. Благодаря
неизменному расстоянию до спутника стабилизируется уровень входного сигнала
и устраняется изменение его частоты за счет эффекта Доплера. Связь может осуществляться
круглосуточно и без перерывов, необходимых для перехода с одного ИСЗ на другой.
Наконец, облегчается энергоснабжение аппаратуры, так как спутник почти постоянно
освещается Солнцем. К недостаткам геостационарной орбиты относятся плохое обслуживание
приполярных областей Земли и необходимость расположения космодрома на экваторе,
иначе для выведения спутника на такую орбиту требуется значительное увеличение
мощности ракеты-носителя. Тем не менее эти недостатки окупаются простотой и
дешевизной большого числа земных станций. Но самое главное - это возможность
осуществления непосредственного приема телевизионных передач телезрителями с
геостационарного спутника без промежуточного наземного ретранслятора.
Ни одна из космических
держав не располагает для размещения космодрома экваториальными территориями
на Земле. Поэтому в 1995 году по давно высказанной С. П. Королевым идее был
разработан международный проект с участием России "Se Launch" ("Морской
старт") для строительства пусковой ракетной установки, размещенной на морской
платформе в Тихом океане на экваторе. Запуск ракеты с экваториального космодрома
позволяет в полной мере использовать для ее разгона центробежную силу вращения
Земли и не требует дополнительного топлива для ее перевода с наклонной орбиты
на экваториальную. Строительство этой установки завершается и первый запуск
с нее спутника состоится в октябре 1998 года.
К 1985 году Международным
комитетом регистрации частот было зарегистрировано 128 систем связи через геостационарные
спутники, а к настоящему времени на геостационарной орбите расположено уже несколько
сот ИСЗ. В СССР впервые на геостационарную орбиту (26 октября 1976 года) был
запущен ИСЗ "Экран" с координатой 99 восточной долготы (вд), и передатчиками,
работающими на частотах 714 и 754 МГц дециметрового диапазона мощностью 200
Вт. Это позволило создать систему спутниковой телевизионной ретрансляции "Экран-М",
в которой с помощью сравнительно простых наземных установок принятый сигнал
подавался к местным телецентрам и ими транслировался на метровых диапазонах
телезрителям. Имелась также возможность непосредственного коллективного или
индивидуального приема сигнала с ИСЗ путем использования серийно выпускавшихся
промышленностью специальных приемных устройств - станций спутникового телевидения
"Экран-КР-1" и "Экран-КР-10" с выходной мощностью соответственно
1 и 10 Вт для коллективного приема и абонентского приемника "Экран"
для индивидуального приема, который мог подключаться к обычному бытовому телевизору
черно-белого или цветного изображения.
Затем в системе спутниковой
связи "Москва" были использованы пять ИСЗ "Горизонт",
размещенных на геостационарной орбите с координатами 14 западной долготы (зд),
53, 80, 90 и 140 вд, которые обеспечили ретрансляцию программ Центрального телевидения
в различные регионы страны и государства Европы, Азии, Африки и Америки с временным
сдвигом от двух до восьми часов. Частота передатчиков этих ретрансляторов -
3675 МГц, а выходная мощность 40 Вт.
