350 руб
Журнал «Электромагнитные волны и электронные системы» №3 за 2024 г.
Статья в номере:
Современное состояние и перспективы развития бортовых радиосистем дальней космической связи
Тип статьи: научная статья
DOI: https://doi.org/10.18127/j5604128-202403-10
УДК: 629.783
Ключевые слова: Дальняя космическая связь космические аппараты бортовые транспондеры сигнально-кодовые конструкции помехоустойчивое кодирование
Авторы:

Д.Д. Борискин1, А.П. Плохих2, Н.А. Важенин3

1–3 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

1 ddboriskin@gmail.com, 2 plokhikh2001@mail.ru, 3 vnamail@mail.ru

Аннотация:

Постановка проблемы. В настоящее время для освоения межпланетного пространства в дальний космос направляется все больше миссий, нацеленных на фундаментальные научные исследования, в рамках которых формируются большие объемы исследовательских данных, а также изображений и видео высокой четкости. В качестве ответа на эти вызовы в перспективе рассматривается переход к лазерной или оптической связи из-за ее потенциала превосходить полосу пропускания радиоканалов. И хотя широкополосная лазерная связь для околоземной орбиты и спутников на лунной орбите подтверждена, но дальний космос создает для нее новые проблемы, которые не скоро позволят отказаться от радиодиапазона. Поэтому необходимо рассмотреть как достигнутые результаты, так и потенциальные возможности использования радиодиапазона в перспективных системах дальней космической связи.

Цель. Произвести оценку современного состояния и перспектив развития бортовых радиосистем дальней космической радиосвязи.

Результаты. Определено современное состояние и перспективы развития бортовых радиосистем дальней космической связи на основе комплексного анализа характеристик зарубежных транспондеров космического базирования. Рассмотрены диапазоны частот космической связи, проведены прогнозные оценки развития сигнально-кодовых конструкций, перспектив использования различных методов модуляции. Подробно показано использование транспондера SDST на примере построения телекоммуникационного блока космического аппарата – ретранслятора Mars Reconnaissance Orbiter.

Практическая значимость. Предложенные прогнозные оценки могут быть использованы при разработке радиосистем дальней космической связи.

Страницы: 97-109
Для цитирования

Борискин Д.Д., Плохих А.П., Важенин Н.А. Современное состояние и перспективы развития бортовых радиосистем дальней космической связи // Электромагнитные волны и электронные системы. 2024. Т. 29. № 3. С. 97−109. DOI: https://doi.org/10.18127/ j15604128-202403-10

Список источников
  1.  Важенин Н.А., Обухов В.А., Плохих А.П., Попов Г.А. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов и их влияние на радиосистемы космической связи. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2013. 432 c. ISBN 978-5-9221-1410-3.
  2. Семин А.Ю., Скопинова А.В., Плешанов А.Н. Анализ конструктивных решений, применяемых при проектировании бортовых регистраторов космических систем глобального мониторинга // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 4. С. 32–35. DOI 10.18127/j00338486-202304-05.
  3. Chen C.C., Shambayati S., Makovsky A., Taylor F.H., Herman M.I., Zingales S.H. Small Deep Space Transponder (SDST) DS1 Technology Validation Report. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://pds-smallbodies.astro.umd.edu/holdings/ds1-c-micas-3-rdr-visccd-borrelly-v1.0/document/doc_Apr04/int_reports/SDST_Integrated_Report.pdf, дата обращения 15.01.2024.
  4.  Taylor J., Lee D.K., Shambayati S. Mars Reconnaissance Orbiter Telecommunications. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://descanso.jpl.nasa.gov/DPSummary/MRO_092106.pdf, дата обращения 15.01.2024.
  5. Taylor J., Hansen D. Deep Impact Flyby and Impactor Telecommunications. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://des-canso.jpl.nasa.gov/DPSummary/di_article_cmp20050922.pdf, дата обращения 15.01.2024.
  6. Kobayashi M. Iris Deep-Space Transponder for SLS EM-1 CubeSat Missions // Small Satellite Conference. Logan, Utah. 2017. P. 1–9.
  7.  Asmar S.W., Matousek S. Mars Cube One (MarCO) Shifting the Paradigm in Relay Deep Space Operation // 14th International Conference on Space Operations. 2016. DOI 10.2514/6.2016-2483.
  8. Pugh M., Jin C., Gim Y., Duan X., Bills B., Satorius E., Naidu S., Romero-Wolf A., Kuperman I., Dengler R., Kurth W. Radio Science and Astronomy via the Universal Space Transponder. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.lpi.usra.edu/opag/meetings/sep2017/posters/Pugh.pdf, дата обращения 15.01.2024.
  9. Hayne P.O., Cohen B.A., Greenhagen B.T., Paige D.A., Camacho J.M., Sellar R.G., Reiter J. Lunar Flashlight: Illuminating the Moon's South Pole. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ntrs.nasa.gov/citations/20160004067, дата обращения 15.01.2024.
  10. Ricco T. BioSentinel: DNA Damage-and-Repair Experiment Beyond Low Earth Orbit. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20190001657/downloads/20190001657.pdf, дата обращения 15.01.2024.
  11. McNutt L., Johnson L., Kahn P., Castillo-Rogez J., Frick A. Near-earth asteroid (NEA) scout // AIAA Space 2014 Conference and Exposition. 2014. DOI 10.2514/6.2014-4435.
  12. Duncan C., Smith A., Aguirre F. Iris Transponder – Communications and Navigation for Deep Space. 2014. DOI 2014/45593.
  13. Pugh M., Kuperman I., Aguirre F., Mojaradi H., Spurgers C., Kobayashi M., Satorius E., Jedrey T. The Universal Space Transponder: A next generation software defined radio // IEEE Aerospace Conference. Big Sky, USA. 2017. P. 1–14. DOI 10.1109/ AERO.2017.7943866.
  14. Stocklin F., Pugh M., Kuperman I., Bell D., El-Nimri S., Johnson B., Huynh N., Kelly S., Nessel J., Svitak A., Williams T., Linton N., Arciaga M., Dissanayake A. Ka-band High-Rate Downlink System for the NISAR Mission // 69th International Astronautical Congress. Bremen, Germany. 2018. DOI 2014/49893.
  15.  Universal Space Transponder. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.l3harris.com/all-capabilities/universal-space-transponder, дата обращения 18.01.2024.
  16. IMT X-BAND Transponder. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.imtsrl.it/products/x-band-transponder, дата обращения 14.11.2023.
  17.  Franzese V., Topputo F., Ankersen F., Walker R. Deep-Space Optical Navigation for M-ARGO Mission // The Journal of the Astronautical Sciences. 2021. V. 68. P. 1034–1055. DOI 10.1007/s40295-021-00286-9.
  18. Deep Space and Secure Transponders. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.radartutorial.eu/13.ssr/pubs/ Deep_Space_Secure_Transponders.pdf, дата обращения 14.07.2023.
  19.  Menzel M., Davis M., Parrish K., Lawrence J., Stewart A., Cooper J., Irish S., Mosier G., Levine M., Pitman J., Walsh G., Maghami P., Thomson S., Wooldridge E., Boucarut R., Feinberg L., Turner G., Kalia P., Bowers C. The design, verification, and performance of the James Webb Space Telescope // Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 2023. V. 135. № 1047. P. 058002. DOI 10.1088/1538-3873/acbb9f.
  20. Delhaise F., Firre D., Ravera G., Harrison I., Rudolph A., Lorenzo G., Howard J. LISA Pathfinder and X-Band Telemetry, Telecommand and Tracking Support in Near-Earth Phase // 14th International Conference on Space Operations. 2016. DOI 10.2514/6.2016-2535.
  21. Shambayati S., Morabito D., Border J., Davarian F., Lee D., Mendoza R., Britcliffe M., Weinreb S. Mars Reconnaissance Orbiter Ka-Band (32 GHz) Demonstration: Cruise Phase Operations // SpaceOps 2006 Conference. 2006. DOI 10.2514/6.2006-5786.
  22. Edwards C.D. The Electra Proximity Link Payload for Mars Relay Telecommunications and Navigation // 54th International Astronautical Congress of the International Astronautical Federation, the International Academy of Astronautics, and the International Institute of Space Law. 2003. DOI 10.2514/6.IAC-03-Q.3.a.06.
  23. Telecommunications Link Design Handbook. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://deepspace.jpl.nasa.gov/ dsndocs/810-005/, дата обращения 18.01.2024.
  24. Recommendation ITU-R SA.1013. Preferred frequency bands for deep-space research in the 40–120 GHz range. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.itu.int/rec/R-REC-SA.1013/en, дата обращения 18.01.2024.
  25.  Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS). Radio Frequency and Modulation Systems – Part 1: Earth Stations and Spacecraft. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://public.ccsds.org/Pubs/401x0b28s.pdf, дата обращения 18.01.2024.
  26. Serially Concatenated Convolutional Codes – Extension (SCCC-X). Experimental specification. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://public.ccsds.org/Pubs/131x21olcl.pdf, дата обращения 18.01.2024.
  27.  Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS). TM Synchronization and Channel Coding – Summary of Concept and Rationale. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://public.ccsds.org/Pubs/130xlglels.pdf, дата обращения 18.01.2024.
  28. Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS). TM Synchronization and Channel Coding. Recommended Standard. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://public.ccsds.org/Pubs/131x0b3s.pdf, дата обращения 18.01.2024.
  29. Flexible Advanced Coding and Modulation Scheme for High Rate Telemetry Applications. Recommended Standard. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://public.ccsds.org/Pubs/131x2b2.pdf, дата обращения 18.01.2024.
Дата поступления: 16.04.2024
Одобрена после рецензирования: 13.05.2024
Принята к публикации: 26.05.2024