Оптические системы

 

Оптические линии связи (ОЛС) в ССС могут применяться в следующих при­ложениях:

• для организации межспутниковых каналов связи (между геостационарны­ми, среднеорбитальными или низкоорбитальными ретрансляторами);

• для организации связи с межпланетными космическими аппаратами, а также между спутниками-ретрансляторами и наземными станциями;

• для организации внутренних линий связи космических аппаратов.

Из уравнения радиолинии связи можно показать, что при эквивалентных па­раметрах излучаемой мощности сигналов и условиях приема оптическая система связи с апертурой приемной оптической антенны, эквивалентной антенне радио­частотной системы связи, потенциально может обеспечить запас в отношении сигнал/шум 10 дБ. Таким образом, используя обменные соотношения, эти 10 дБ могут быть «разменяны» на уменьшение апертуры оптической системы, разме­ров или веса аппаратуры, увеличение пропускной способности и др. по отноше­нию к системе связи в радиодиапазоне. Одной из главных особенностей оптиче­ской системы по сравнению с радиосистемами являются существенно более узкие диаграммы направленности лучей и огромные коэффициенты усиления передающих оптических антенн (что позволяет получить большое отношение сиг­нал/шум и достичь очень высокой пропускной способности линий связи). Напри­мер, современные радиосредства позволяют реализовать в линиях связи с меж­планетными станциями скорость передачи в несколько сотен бит/с, в то время как использование ОЛС реально обеспечит скорость не менее 1 Мбит/с. При этом обеспечивается скрытность передачи информации и защита от организованных помех, а также достаточно легко решается проблема ЭМС (которая остро стоит перед, например, низкоорбитальнымн ССС) с другими спутниковыми системами связи, однако приводит к существенному усложнению систем наведения и сле­жения, особенно для связи между подвижными объектами. С точки зрения пер­спектив развития ОЛС необходимо также отметить, что использование радио­частотного спектра жестко регламентировано, в то время как в оптическом диапазоне в настоящее время практически таких офаничений нет. Необходимо сказать, что при временном уплотнении и реализации в оптической линии связи скорости передачи 30 Гбит/с полоса частот, используемая в этой .пиши, оказы­вается больше, чем суммарная полоса радиочастотного спектра.

Очевидно, что в первую очередь межспутниковые линии связи (МЛС) могут быть использованы в многоспутниконых сетях связи при скоростях информаци­онного обмена в несколько Гбит/с или ретрансляции данных от десятков Мбит/с до Гбит/с. Межспутниковые линии связи могут быть реализованы не только ме­жду регрансляторами на одной орбите, но и находящимися на различных орби­тах: низких (LEO), средних (МЕО), высокоэллиптичесих (ИКО) или геостацио­нарных (GEO). До настоящего времени в реализованных ССС (TDRSS, Иридиум, COMETS) для организации МЛС используются радиолинии. В перспек­тивных ССС, например, в проекте ESA ARTEMIS предполагается использовать как радио, так и оптические линии связи, а в Teledesic — только оптические МЛС. Широкое использование оптических линий связи между космическими аппаратами (станциями) и ЗС ограничено, так как здесь проявляется главным недостаток -- существенная зависимость (затухание) от состояния атмосферы и погодных условий. Особенно это проявляется для ССС без МЛС, размещенных на геостационарной или высокоэллиптических орбитах. Правда, если допускает­ся запоминание информации на борту, т.е. в условиях передачиверсальновременных информационных потоков, то возможно дождаться благоприятной пого­ды на трассе ретранслятор -- ЗС и осуществить информационный обмен. Для ССС, в которых применяются МЛС, и особенно для низкоорбитальных ССС, данный недостаток не является определяющим, так как в этих системах с исполь­зованием маршрутизации информационных потоков можно обойти неприемле­мые сегменты атмосферы и осуществить терминацию трафика через земные станции, нал которыми в данный момент времени благоприятное состояние ат­мосферы и погодные условия. В бортовых системах ОЛС применяются уже дос­таточно давно, что связано с выигрышем таких систем по сравнению с традици­онными проводными коммуникационными системами и пропускной способности, массогабаритных характеристиках, стоимости, мощности потребле­ния, а также электромагнитной совместимости и радиационной стойкости по от­ношению к воздействию космической радиации.