Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Это было осуществлено не только за счетусовершенствования электровакуумной системы ЛБВ, но и за счет внедрения висточники вторичного питания микропроцессорной техники, обеспечивающейоптимальные взаимодействия электронного пучка ЛБВ с электромагнитнымполем сигнала и оптимизацию режимов;– введение твердотельных усилителей на входе УЛБВ, позволивших получить совокупное усиление до 70–80 дБ (сам усилитель на ЛБВ давал усилениепорядка 40 дБ).
Введение твердотельных усилителей дало возможность получить ряд дополнительных, чрезвычайно полезных характеристик, таких как регулировка коэффициента усиления на 20–30 дБ, которую можно осуществлятьпо командам с Земли. Благодаря твердотельным усилителям удалось на СВЧчастотах (которые характерны для схемы с одним преобразованием) реализовать сквозные усиления в РТР порядка 125–130 дБ, которые, как отмечалосьприменительно к «Молнии-3», необходимы для работы с земными терминаламис антеннами диаметром 2–1,5 м;– в состав твердотельных усилителей были введены специальные устройствадля линеаризации амплитудных и фазовых характеристик ЛБВ, что позволилосущественно поднять выходную мощность УМ в линейном режиме, используемую в системах спутниковой связи с частотным разделением.
Ранее в отечественных РТР, начиная с РТР «Молния-3», линеаризация УМ осуществляласьуменьшением входного и, следовательно, выходного сигналов УМ. К примеру,с помощью управляемого бортового аттенюатора на РТР «Молния-3» уменьшением выходной мощности на 6–7 дБ ниже уровня насыщения можно было достигнуть уровня интермодуляционных составляющих 3-го порядка около 17 дБ,тогда как на УМ ЛБВ «Ямал-200» уровень интермодуляционных составляющих3-го порядка в 22 дБ можно было получить при выходной мощности на 3 дБменьше максимума в насыщении, т.е.
в 2 раза больше выходной мощности применьшем в 3 раза уровне помех;– продолжая отечественные традиции (начиная с КА «Молния-3»), всетранспондеры «Ямал-200» имели высокую максимальную выходную мощностьдо 60–70 Вт в С-диапазоне и порядка 140 Вт в Ku-диапазоне «Ямал-200». Следует подчеркнуть при этом, что все усилители на ЛБВ «Ямал-200» совместно систочниками высоковольтного питания функционируют вне гермоконтейнера в174условиях пониженных давлений, потенциально опасных из-за возможности статических газовых разрядов.
Напомним, что только отечественный промышленный РТР «Молния-3» имел вынесенные за гермоконтейнер УМ на ЛБВ (источники высоковольтного питания при этом находились в гермоконтейнере).Рассмотрим другую важную характеристику коммерческой полезной нагрузки – используемый частотный ресурс. Здесь в рамках создания БРК «Ямал-200»выполнены следующие мероприятия:– увеличен общий используемый диапазон частот в С, на КА «Ямал-200»введен новый диапазон частот Ku;– увеличены полосы пропускания ствола транспондера до 72 МГц(в предшествующих БРК они составляли 36–40 МГц);– в С-диапазоне использованы поляризационные уплотнения, т.е.
2-кратноеиспользование одних и тех же частот на ортогональных поляризациях;– использованы многоканальные входные и выходные мультиплексоры суменьшенными защитными полосами (в отечественных РТР класса «Молния-3»мультиплексирование проводилось через ствол, т.е. защитный интервал в мультиплексоре был равен примерно 60 МГц, на КА «Ямал-200», в многоканальныхмультиплексорах РТР С-диапазона защитная полоса составляла 4 МГц).Реализация указанных выше мероприятий стала возможной благодаря внедрению новых аппаратурных решений:1) широкополосных приемных устройств в С-диапазоне фирмы Alcatel (с полосой пропускания 500 МГц), впервые внедренных на РТР «Ямал-200»;2) выходных мультиплексоров С-диапазона на 8 каналов с полосой 72 МГц;3) 4 портовых приемных и передающих антенн в С-диапазоне с высокимиполяризационными развязками;4) фильтровых устройств, используемых в мультиплексорах, на повышенную полосу пропускания 72 МГц с высокими функциональными характеристиками (АЧХ, ГВЗ, селективность).Энергетический потенциал БРК определяется как выходной мощностью УМтранспондера, так и эффективностью распределения излучаемой мощности позоне обслуживания антенной системой БРК, зависящей от таких параметровантенной системы, как ДН, коэффициент усиления, поляризационные характеристики.В традициях отечественной практики проектирования связных КА – стремление максимально сопрячь ДН с ЗО.
Для этого, как ранее в «Молнии-3», использовались следящие антенны, на стационарных КА направленные антенны,жестко связанные с платформой КА, стабилизированного по трем координатным осям. Наиболее усовершенствованные антенны применены на КА «Ямал200», где впервые в отечественной практике использованы контурные антеннына профилированных зеркалах, что позволило получить оптимальное сочетаниеформы ДН, коэффициента усиления и поляризационных характеристик. Нарис.
9.4 представлена антенная система КА «Ямал-200».175Рис. 9.4. Антенная система КА «Ямал-201»При создании БРК КА «Ямал-200», учитывая его коммерческую направленность, приоритетное значение придавалось обеспечению надежностных и ресурсных характеристик. Здесь в полном объеме реализованы подходы, выработанные при создании БРК КА «Ямал-100»: комплектование только квалифицированными по результатам летных испытаний импортными компонентами, поставляемыми лучшими мировыми производителями (США, Европы, Японии),контроль качества поставляемой документации и продукции на всех этапах создания, строгое соблюдение производственной чистоты на этапах производстваи испытаний, тщательные наземные автономные и комплексные испытания попрограмме КПЭО, принципы скользящего резервирования с помощью высоконадежных электромеханических СВЧ переключателей фирмы Comdev (Канада).При создании БРК КА «Ямал-200» была продолжена и усилена кооперация сизвестными зарубежными фирмами на принципах, разработанных при созданииБРК «Ямал-100».
Поставка комплектующих РТР осуществлялась фирмойAlcatel (Франция). Антенные системы разработаны и поставлены фирмой AleniaSpace (Италия). В поставках некоторых специализированных компонентовучаствовали фирмы: ЛБВ для УМ – TESAT (Германия), СВЧ переключатели иферритовые изделия – Comdev (Канада), ряд электронных компонентов – фирмаNEC (Япония), волноводные тракты сложных конфигураций – фирма Haper(Канада) и др.Учитывая повышенную суммарную мощность многочастотных сигналов втрактах БРК (от 500–1000 Вт средней мощности, от 5–10 кВт пиковой мощности), все оборудование, работающее на высоких мощностях и напряженностях,было квалифицировано на мультипакторные разряды и PIM.1769.2.3. Итоговые результаты развития инновационных технологийпри создании БРК для КА серии «Ямал» и их преемственностьс БРК серии «Молния»Подытоживая вышеизложенное, можно отметить, что уже при создании первого промышленного отечественного образца БРК для КА «Молния-3» отечественные разработчики приняли ряд инновационных решений, которые на тотмомент превосходили зарубежные аналоги (повышенные выходные мощностина ствол 40–80 Вт, повышенное усиление 125–130 Вт, принципы линеаризацииУМ бортовыми средствами, оптимизация антенных систем для повышенияЭИИМ, размещение УМ на ЛБВ вне гермоконтейнера и обеспечение устойчивости их высоковольтных цепей в условиях окружающей среды).
К сожалению,не все из этих принципов были использованы в дальнейших разработках БРКдля отечественных связных КА народнохозяйственного значения и можно говорить о некотором периоде «застоя» в подходе к созданию полезных нагрузоккоммерческого назначения для отечественных спутников связи.Подлинный инновационный прорыв в этой области связан с созданием поинициативе, при участии и в интересах ОАО «Газком» (сейчас «Газпром космические системы») спутников связи «Ямал-100» и «Ямал-200».На этапе создания КА «Ямал-100» были разработаны новые схемотехнические принципы реализации многоствольных БРК, принципы выбора и поставкивысоконадежных импортных компонентов, новые подходы к реализации ресурсов и надежности, новый порядок сквозного контроля качества продукции упоставщика и в составе интегрированного комплекса, отработан порядок работы с зарубежной кооперацией.В результате был создан 1-й отечественный промышленный образец коммерческого БРК в С-диапазоне с количеством стволов 10, ресурсом 10 лет, ствердотельными УМ, обеспечивающими максимум мощности на ствол 30 Вт(в линеаризованном режиме 20 Вт), с антенной системой на базе зеркальной7-лучевой МЛА, оптимизированной по ДН с зоной обслуживания.Дальнейшее развитие инновационного подхода имело место при созданииБРК для КА «Ямал-200».
Здесь были сохранены все новации, опробованные наКА «Ямал-100» в области схемотехники, выбора компонентов, обеспечениянадежности и ресурса, контроля качества принципов наземной отработки, работыс зарубежной кооперацией. За счет использования новых компонентов (усилителей на ЛБВ с встроенными линеаризаторами, многоканальных СВЧ мультиплексоров, широкополосных МШУ, зеркальных антенн с контурными ДН) были значительно улучшены ключевые характеристики БРК для эффективного коммерческого использования: к.п.д., частотный ресурс, выходные мощности транспондера, функциональные передаточные характеристики (АЧХ, ГВЗ, избирательность),выходные энергетические параметры БРК (ЭИИМ, добротность).Наглядное представление об эволюционном улучшении рассмотренных выше параметров промышленных образцов БРК отечественных КА связи, исполь177зуемых в интересах народного хозяйства и коммерческой деятельности в течение последних 10–15 лет дано в табл. 9.1.Т а б л и ц а 9.1Параметры промышленных образцов БРК отечественных КА связиПараметры БРКГод запускаДиапазон частотКоличество стволов(транспондеров)Рабочая полосатранспондераПовторноеиспользование частот, %«Молния-3»1974С«Ямал-100»1999С3104036–Тип КА«Ямал-201»2003С, Ku15: 9 С+6 Ku«Ямал-202»2003С18727230100ЛБВ25Твердотельный33ЛБВ50ЛБВ502401803055 (С)120 (Ku)55572027 (С)60 (Ku)271162507006509001 3002 0002 00012513013513510222ЭИИМ (макс.)3041G/T–17+1Ресурс, лет3Тип усилителя мощностик.п.д., %Выходная мощностьусилителя мощностив режиме насыщенияВыходная мощность УМ влинейном режиме, ВтСуммарная выходнаямощность РТРЭнергопотребление, ВтМаксимальныйкоэффициент усиленияРТР, дБВносимая нестабильностьчастоты, кГцТип антеннОсобенностиразмещенияСостояниес эксплуатацией44 (С)50 (Ku)+2 (С)+4 (Ku)12Зеркальнаяпрофилированная с контурной ДН44+21012ЗеркальнаяРупорная слеЗеркальнаямноголучедящая с глопрофилированная свая МЛА сбальной ДНконтурной ДНДОСРТР – внутри НегерметиНегерметиНегерметигермоконтейнера зированнаязированнаязированнаяУМ – внеплатформаплатформа КАплатформа КАгермоконтейнераКАВывод изэксплуатациив 2006 г.; всего с Вывод изНаходится вНаходится1974 г.эксплуата- эксплуатациив эксплуатацииосуществлено ции в 2010 г.с 2003 г.с 2003 г.около 30запусков1789.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
