통신위성

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통신 위성은 트랜스폰더를 통해 무선 통신 신호를 중계하고 증폭하는 인공 위성으로, 지구의 여러 위치에서 소스 송신기와 수신기 사이의 통신 채널을 생성합니다.통신위성은 텔레비전, 전화, 라디오, 인터넷,[1] 군사용으로 사용됩니다.많은 통신 위성들이 적도에서 22,300 마일 (35,900 km) 위의 정지 궤도에 있어서, 위성이 하늘의 같은 지점에 정지해 있는 것처럼 보입니다. 따라서 지상국의 위성 접시 안테나는 그 지점을 영구적으로 겨냥할 수 있고 위성을 추적하기 위해 움직일 필요가 없습니다.다른 것들은 지구의 낮은 궤도에서 위성 별자리를 형성하는데, 그곳에서는 지상의 안테나들이 위성의 위치를 따라야 하고 위성들 사이를 자주 전환해야 합니다.

전기통신 링크에 사용되는 고주파 전파는 시선에 의해 이동하기 때문에 지구의 곡선에 의해 방해를 받습니다.통신 위성의 목적은 지구의 곡선 주위에 신호를 전달하여 넓게 분리된 지리적 [2]지점들 간의 통신을 가능하게 하는 것입니다.통신위성은 광범위한 무선 주파수와 마이크로파 주파수를 사용합니다.신호 간섭을 방지하기 위해, 국제 기구들은 주파수 범위 또는 "대역"을 사용하는 것이 허용되는 규정을 가지고 있습니다.이러한 대역 할당을 통해 신호 [3]간섭의 위험을 최소화할 수 있습니다.

역사

오리진스

1945년 10월 아서 C. 클라크는 영국 잡지 와이어리스 월드([4]Wireless World)에 "지구 밖 릴레이"라는 제목의 기사를 실었습니다.그 기사는 무선 신호를 중계하기 위해 정지 궤도에 인공 위성을 배치하는 배경에 대한 기초를 설명했습니다.이 때문에 아서 C.클라크는 종종 통신 위성의 개념을 발명한 사람으로 언급되며,[5] '클라크 벨트'라는 용어는 궤도를 설명하는 데 사용됩니다.

스푸트니크 1호 복제품

최초의 인공 지구 위성은 1957년 10월 4일 소련에 의해 궤도에 진입한 스푸트니크 1호입니다.미하일 티콘라보프와 세르게이 코롤레프가 개발했고 콘스탄틴 치올코브스키가 [6]작업을 바탕으로 만들었습니다.스푸트니크 1호에는 20.005MHz와 40.002MHz, 또는 7미터와 15미터 파장의 두 주파수에서 작동하는 온보드 무선 송신기가 장착되어 있었습니다.위성은 지구의 한 지점에서 다른 지점으로 데이터를 전송하기 위해 궤도에 배치되지 않았습니다. 무선 송신기는 전리층에 전파 분포하는 특성을 연구하기 위한 것이었습니다.스푸트니크 1호의 발사는 우주 탐사와 로켓 개발의 중요한 단계였고, 우주 [7]시대의 시작을 나타냅니다.

초기 능동 및 수동 위성 실험

통신위성에는 수동형과 능동형의 두 가지 주요 부류가 있습니다.패시브 위성은 소스에서 수신기 방향으로만 신호를 반사합니다.수동형 위성에서는 반사된 신호가 위성에서 증폭되지 않고, 전송된 에너지 중 극소량만이 실제로 수신기에 도달합니다.위성이 지구보다 훨씬 위에 있기 때문에 자유 공간 경로 손실로 인해 전파 신호가 약해지기 때문에 지구에서 수신되는 신호는 매우 약합니다.한편, 능동 위성은 수신된 신호를 증폭한 후 [3]지상의 수신기로 재전송합니다.수동형 위성은 최초의 통신 위성이었지만 현재는 거의 사용되지 않고 있습니다.

1951년 미국 해군연구소의 전기정보 수집 분야에서 시작된 작업이 통신문 릴레이라는 프로젝트로 이어졌습니다.군사계획가들은 오랫동안 전술적 필요성으로 안전하고 신뢰할 수 있는 통신선로에 상당한 관심을 보여 왔으며, 이 프로젝트의 궁극적인 목표는 지구의 천연 위성인 달이 수동 중계기 역할을 하는 인류 역사상 가장 긴 통신선로의 건설이었습니다.1956년 1월 23일 워싱턴 D.C.와 하와이 사이의 최초의 대양 횡단 통신을 달성한 후,[8] 이 시스템은 공개적으로 개시되었고 1960년 1월에 공식적인 생산에 착수되었습니다.

발사대에 SCORE가 장착된 Atlas-B; 로켓(부스터 엔진 미장착)이 위성을 구성했습니다.

통신을 능동적으로 중계하기 위해 목적적으로 제작된 최초의 위성은 1958년 12월 18일 ARPA(Advanced Research Projects Agency)가 주도한 프로젝트 스코어(Project SCORE)로, 저장된 음성 메시지를 전송하고 메시지를 수신, 저장 및 재전송하기 위해 테이프 레코더를 사용했습니다.이것은 미국의 드와이트 대통령이 전세계에 크리스마스 인사를 전하는데 사용되었답니다. 아이젠하워.이 위성은 또한 실제 작동 8시간 [9][10]후 1958년 12월 30일 충전 불가 배터리가 고장나기 전에 여러 번 실시간 전송을 실행했습니다.

SCORE의 직접적인 후계자는 Courier라고 불리는 또 다른 ARPA 주도의 프로젝트였습니다.택배 1B호는 1960년 10월 4일 재방송 명령이 있을 때까지 정보를 수신하고 저장하는 '지연 중계기' 위성을 이용해 글로벌 군 통신망을 구축할 수 있을지 모색하기 위해 발사됐습니다.17일 후,[11][12] 명령 시스템 장애로 위성으로부터의 통신이 종료되었습니다.

NASA의 위성 응용 프로그램은 1960년 8월 12일 에코 1에서 수동 중계 통신에 사용되는 최초의 인공 위성을 발사했습니다.에코 1은 마이크로파 신호의 수동 반사기 역할을 하는 알루미늄 풍선 위성이었습니다.통신 신호는 위성에서 지구의 한 지점에서 다른 지점으로 튕겨져 나갔습니다.이 실험은 전화,[12][13] 라디오, 텔레비전 신호의 세계적인 방송의 실현 가능성을 확립하고자 했습니다.

더 많은 최초 및 추가 실험

Telstar는 최초의 능동적인 직접 중계 통신 상용 위성이었으며, 최초의 대서양 횡단 텔레비전 신호 전송을 기록했습니다.AT&T, 벨 전화 연구소, NASA, 영국 우정국, 프랑스 국립 PTT(우체국) 간의 위성 통신 개발을 위한 다국적 협정의 일부로 AT&T에 속해 있으며, 1962년 7월 10일 NASA에 의해 케이프 커내버럴에서 발사되었습니다.[14][15]

군사 통신을 목적으로 한 또 다른 수동 릴레이 실험은 매사추세츠 공과대학교의 링컨 [16]연구소가 주도한 프로젝트 웨스트 포드(Project West Ford.1963년 5월 9일, 3억 5천만 개의 구리 바늘 쌍극자를 분산시켜 수동 반사 벨트를 만들었습니다.다이폴의 약 절반 정도만이 [17]서로 적절하게 분리되었음에도 불구하고, 이 프로젝트는 SHF X 대역 [18]스펙트럼의 주파수를 사용하여 성공적으로 실험하고 통신할 수 있었습니다.

1963년 7월 26일에 발사된 Hughes Aircraft Company의 Syncom 2는 정지궤도 위성의 바로 이전의 것이었습니다.Syncom 2는 지구 동기 궤도에 있는 최초의 통신 위성이었습니다.하루에 한 바퀴씩 일정한 속도로 지구를 돌았지만, 여전히 남북 운동을 하고 있었기 때문에, 그것을 [19]추적하기 위해서는 특별한 장비가 필요했습니다.1964년 7월 19일에 발사된 Syncom 3은 최초의 정지궤도 통신위성이었습니다.Syncom 3은 남북 운동 없이 지구 동기 궤도를 획득하여 지상에서 [20]하늘에 정지된 물체로 보입니다.

프로젝트 웨스트 포드의 수동적인 실험의 직접적인 확장은 링컨 실험 위성 프로그램으로 역시 미국 [16]국방부를 대신하여 링컨 연구소에서 수행되었습니다.LES-1 능동 통신 위성은 1965년 2월 11일에 고체 X 밴드 장거리 군사 통신의 실현 가능성을 탐색하기 위해 발사되었습니다.이 시리즈의 일환으로 [21][22]1965년에서 1976년 사이에 총 9개의 위성이 발사되었습니다.

국제 상업 위성 프로젝트

미국에서는 1962년 통신위성공사(COMSAT) 민간법인이 설립되었는데, 이 법인은 국가 정책에 관한 [23]미국 정부의 지시를 받았습니다.이후 2년에 걸쳐, 국제 협상은 인텔샛 협정으로 이어졌고, 1965년 4월 6일 얼리 버드라고도 알려진 인텔샛 1호의 발사로 이어졌고, 이것은 지구 동기 [24][25]궤도에 배치된 최초의 상업 통신 위성이었습니다.1960년대에 인텔샛이 출시되면서 해상의 선박에 다중 목적지 서비스와 비디오, 오디오, 데이터 서비스가 제공되었고(1966-67년 인텔샛 2), 1969-70년 인텔샛 3으로 완전한 글로벌 네트워크가 완성되었습니다.1980년대에 이르러 상업 위성 용량이 크게 증가하면서 Intelsat는 경쟁력 있는 민간 통신 산업의 일부가 되는 길에 접어들었고, 역설적이게도 2005년 [23]최대 경쟁업체가 인수한 미국의 PanAmSat과 같은 업체들과 경쟁하기 시작했습니다.

인텔샛이 출범했을 때, 미국은 소련 이외의 유일한 발사원으로 인텔샛 [23]협정에 참여하지 않았습니다.소련은 몰니야 계획의 일환으로 1965년 [26]4월 23일 첫 통신위성을 발사했습니다.이 프로그램은 또한 그 당시에 매우 타원적인 궤도를 설명하는 몰니야 궤도라고 알려진 것을 사용한 것으로, 북반구에서 매일 두 개의 높은 아포지를 가지고 있습니다.이 궤도는 [27]적도 상공의 정지 궤도보다 높은 위도에서 러시아 영토뿐만 아니라 캐나다 상공에서도 긴 체류 시간을 제공합니다.

위성 궤도

GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou-2, 이리듐 별자리, 국제우주정거장, 허블우주망원경, 정지궤도(그리고 그 묘지궤도)의 궤도 크기 비교, 그리고 Van Allen 복사대와 지구의 [a]규모 비교.
달의 궤도는 정지 [b]궤도의 약 9배입니다.(SVG 파일에서 궤도나 해당 레이블 위를 맴돌면서 강조 표시하고, 클릭하여 기사를 로드합니다.)

통신 위성은 보통 궤도의 세 가지 주요 유형 중 하나를 가지고 있으며, 다른 궤도 분류는 궤도 세부 사항을 더 구체화하기 위해 사용됩니다.MEO와 LEO는 정지궤도가 아닙니다.

  • 정지궤도 위성은 지구 표면에서 22,236 마일 (35,785 km) 떨어져 있는 정지궤도 (GEO)를 가지고 있습니다.이 궤도는 지상 관측자가 볼 때 하늘에 있는 위성의 겉보기 위치가 변하지 않고, 위성이 하늘에 "가만히 서 있는" 것처럼 보이는 특별한 특징을 가지고 있습니다.위성의 공전 주기가 지구의 자전 속도와 같기 때문입니다.이 궤도의 장점은 지상 안테나가 하늘을 가로질러 위성을 추적할 필요가 없고, 위성이 나타나는 하늘의 위치를 가리키도록 고정될 수 있다는 것입니다.
  • 중간 지구 궤도 (MEO) 위성은 지구에 더 가깝습니다.궤도 고도는 지구에서 2,000에서 3만 6,000 킬로미터 (1,200에서 22,400 마일) 사이입니다.
  • 중궤도 이하의 지역은 지구 저궤도(LEO)라고 불리며, 지구 상공 약 160~2,000km(99~1,243mi)에 있습니다.

MEO와 LEO의 위성들은 지구의 궤도를 빠르게 돌면서 정지궤도 위성처럼 계속해서 지구의 고정된 지점까지 하늘에서 보이는 것이 아니라, 지상 관측자에게 나타나 하늘을 가로질러 가시광선을 넘어 지구 뒤로 갈 때 '설정'하는 것입니다.따라서, 이러한 저궤도들로 연속적인 통신 능력을 제공하기 위해서는 더 많은 수의 위성들이 필요하므로, 이러한 위성들 중 하나가 통신 신호들의 전송을 위해 항상 하늘에 보일 것입니다.그러나 LEO 또는 MEO 위성은 지구와의 거리가 더 가깝기 때문에 지구 [28]동기 궤도에서 필요한 것보다 더 낮은 전력으로 대기 시간을 줄이고 지상과 통신할 수 있습니다.

지구 저궤도(LEO)

주요 기사:지구 저궤도
지구 저궤도

낮은 지구 궤도 (LEO)는 일반적으로 지구 표면으로부터 약 160 ~ 2,000 km (99 ~ 1,243 mi) 위의 원형 궤도이며, 그에 상응하여 약 90 [29]분의 주기 (지구를 한 바퀴 도는 시간)입니다.

고도가 낮기 때문에, 이 위성들은 하위 위성 지점으로부터 반경 약 1,000킬로미터(620마일) 이내에서만 볼 수 있습니다.게다가, 지구 저궤도에 있는 위성들은 지상 위치에 대한 위치를 빠르게 바꿉니다.따라서 로컬 애플리케이션의 경우에도 중단 없는 연결이 필요한 임무라면 많은 위성이 필요합니다.

지구 저궤도 위성은 정지궤도 위성보다 궤도로 발사하는 데 비용이 덜 들고 지상에 근접하기 때문에 높은 신호 세기를 필요로 하지 않습니다(신호 세기가 소스로부터의 거리의 제곱만큼 떨어져 나가므로 효과가 상당합니다).따라서 위성의 수와 비용 사이에는 상충 관계가 있습니다.

또한 두 가지 유형의 임무를 지원하는 데 필요한 탑재 장비와 지상 장비에도 중요한 차이가 있습니다.

위성 별자리

주요 기사 : 위성 별자리

콘서트에서 일하는 위성들의 그룹은 위성 별자리로 알려져 있습니다.주로 외진 지역에 위성 전화와 저속 데이터 서비스를 제공하기 위한 두 개의 별자리는 이리듐과 글로벌스타 시스템입니다.이리듐 시스템은 66개의 위성을 가지고 있는데, 궤도 경사가 86.4°이고 위성 간 연결이 지구 표면 전체에 서비스 이용 가능성을 제공합니다.스타링크(Starlink)는 스페이스X가 운영하는 위성 인터넷 별자리로, 전 세계 위성 인터넷 접속 커버리지를 목표로 합니다.

지구의 한 부분을 통과하면서 수신한 데이터를 저장하고 나중에 다른 부분을 통과하면서 전송할 수 있는 지구 저궤도 위성을 이용하여 불연속 커버리지를 제공할 수도 있습니다.이것은 캐나다의 카시오페 통신 위성의 캐스케이드 시스템의 경우입니다.이 스토어 앤 포워드 방식을 사용하는 또 다른 시스템은 Orbcom입니다.

중지구궤도(MEO)

주요 기사:중지구 궤도

중간 지구 궤도는 지구 표면에서 2,000에서 35,786 킬로미터 사이의 궤도에 있는 위성입니다.MEO 위성은 기능면에서 LEO 위성과 비슷합니다.MEO 위성은 LEO 위성보다 훨씬 더 긴 시간 동안 볼 수 있는데, 보통 2시간에서 8시간 사이입니다.MEO 위성은 LEO 위성보다 커버리지가 더 넓습니다.MEO 위성은 가시거리가 길고 설치 공간이 넓다는 것은 MEO 네트워크에 LEO 네트워크보다 위성이 덜 필요하다는 것을 의미합니다.한 가지 단점은 MEO 위성의 거리가 LEO 위성보다 더 긴 시간 지연과 약한 신호를 제공한다는 것입니다. 비록 이러한 한계는 GEO 위성의 한계만큼 심하지는 않지만 말입니다.

LEO와 마찬가지로, 이 위성들은 지구로부터 일정한 거리를 유지하지 않습니다.이것은 위성들이 항상 지구로부터 35,786 킬로미터 (22,236 마일) 떨어져 있는 정지 궤도와는 대조적입니다.

일반적으로 중간 크기의 지구 궤도 위성의 궤도는 약 16,000 킬로미터 (10,000 마일) 위에 있습니다.다양한 패턴으로, 이 위성들은 지구를 2시간에서 8시간까지 한 바퀴 돌 수 있습니다.

MEO의 예시

  • 1962년 통신위성 텔스타가 발사되었습니다.그것은 고속 전화 신호를 쉽게 할 수 있도록 고안된 중간 지구 궤도 위성이었습니다.비록 이것이 지평선을 통해 신호를 전송하는 최초의 실용적인 방법이었지만, 그것의 큰 단점은 곧 실현되었습니다.궤도 주기가 약 2.5시간으로 지구의 자전 주기인 24시간과 일치하지 않았기 때문에 지속적인 관측이 불가능했습니다.지속적인 커버리지를 제공하기 위해서는 여러 개의 MEO를 사용할 필요가 있음이 분명했습니다.
  • 2013년, 20개의 MEO 위성으로 이루어진 별자리 중 첫 번째 네 개가 발사되었습니다.O3b 위성은 특히 원격지와 해상 및 기내 사용에 광대역 인터넷 서비스를 제공하며 고도 8,063km(5,010mi)[30]에서 궤도를 선회합니다.

정지 궤도

주요 기사:정지 궤도
정지 궤도

지구에 있는 관찰자에게, 정지 궤도에 있는 위성은 하늘의 고정된 위치에서 움직이지 않는 것처럼 보입니다.지구 자체의 각속도로 지구를 공전하기 때문입니다. (적도 궤도에서 하루에 한 바퀴씩 회전합니다.)

정지 궤도는 지상 안테나가 위성의 움직임을 추적할 필요 없이 위성을 겨냥할 수 있기 때문에 통신에 유용합니다.이것은 비교적 저렴합니다.

다이렉과 같이 많은 지상 안테나가 필요한 애플리케이션에서TV 보급, 지상 장비의 절감은 위성을 궤도에 올리는 비용과 복잡성을 능가할 수 있습니다.

GEO의 예

  • 최초의 정지궤도 위성은 1964년 8월 19일에 발사된 Syncom 3으로 1964년 하계 올림픽의 텔레비전 방송을 시작으로 태평양 전역의 통신에 사용되었습니다.Syncom 3 직후인 1965년 4월 6일, 얼리 버드(Early Bird)로 불리는 인텔샛 I이 발사되어 서경 28° 궤도에 놓였습니다.그것은 대서양을 통한 최초의 전기통신을 위한 정지궤도 위성이었습니다.
  • 1972년 11월 9일, 캐나다 최초의 정지궤도 위성인 애니크 A1이 텔레샛 캐나다에 의해 발사되었고, 1974년 4월 13일 웨스턴 유니언이 웨스타 1을 발사하면서 미국도 그 뒤를 이었습니다.
  • 1974년 5월 30일, 세계 최초로 3축 안정화된 정지궤도 통신위성 ATS-6이 발사되었습니다.
  • Westar 1 위성을 통한 Telstar의 발사 이후, RCA Americom (이후 GE Americom, 현재 SES)은 1975년에 Satcom 1을 발사했습니다.WTBS(현재 TBS), HBO, CBN(현재 프리폼) 및 날씨 채널과 같은 초기 케이블 TV 채널이 성공할 수 있도록 도움을 준 것은 Satcom 1이었습니다. 이 채널들이 위성을 사용하는 모든 지역 케이블 TV 헤드엔드에 프로그램을 배포했기 때문입니다.또한 ABC, NBC, CBS와 같이 미국의 방송 텔레비전 방송국에서 지역 제휴 방송국에 프로그램을 배포하는 데 사용된 최초의 위성이었습니다.Satcom 1은 미국에서 경쟁사인 Westar 1보다 통신 용량이 두 배나 더 컸기 때문에 널리 사용되었습니다(Westar 1의 12개 트랜스폰더에 비해 24개 트랜스폰더).이후 수십 년 동안의 위성들은 훨씬 더 높은 트랜스폰더 숫자를 갖는 경향이 있었습니다.

2000년까지 Hughes Space and Communications (현 Boeing Satellite Development Center)는 전세계적으로 서비스 중인 100개 이상의 위성 중 거의 40%를 구축했습니다.다른 주요 위성 제조업체로는 스페이스 시스템즈/로랄, 스타 버스 시리즈를 보유한 오비탈 사이언스 코퍼레이션, 인도 우주 연구 기구, 록히드 마틴(이전 RCA Astro Electronics/GE Astro Space 사업부문 소유), 노스롭 그루먼, 알카텔 스페이스, 탈레스 알레니아 스페이스, 스페이스 버스 시리즈를 보유한 아스트리움 등이 있습니다.

몰니야 궤도

주요 기사 : 몰니야 궤도

정지궤도 위성은 적도 상공에서 작동해야 하므로 수신기가 적도에서 멀어질수록 지평선에서 낮게 보입니다.이는 극북위도에 문제를 일으켜 연결에 영향을 미치고 다중 경로 간섭(지상에서 반사되어 접지 안테나로 들어오는 신호에 의해 야기됨)을 유발합니다.

따라서 북극과 남극에 가까운 지역의 경우 정지궤도 위성이 수평선 아래에 나타날 수 있습니다.따라서 이러한 문제를 완화하기 위해 러시아를 중심으로 몰니야 궤도 위성이 발사되고 있습니다.

몰니야 궤도는 그러한 경우에 매력적인 대안이 될 수 있습니다.Molniya 궤도는 고도로 기울어져 있어 궤도의 북쪽 부분에서 선택된 위치에 대해 양호한 고도를 보장합니다. (고도는 위성이 지평선 위에 위치한 범위입니다.따라서 지평선에 있는 위성은 고도가 0이고 바로 위에 있는 위성은 고도가 90도입니다.)

Molniya 궤도는 위성이 대부분의 시간을 극북위도에서 보내도록 설계되어 있으며, 이 기간 동안 지상 발자국은 약간밖에 움직이지 않습니다.그 주기는 반나절이고, 따라서 위성은 매 초의 공전마다 6시간에서 9시간 동안 목표 지역에서 작전을 수행할 수 있습니다.이런 식으로 3개의 Molniya 위성(궤도 내 스페어 포함)으로 이루어진 별자리는 중단 없는 커버리지를 제공할 수 있습니다.

Molniya 시리즈의 첫 번째 위성은 1965년 4월 23일에 발사되었으며, TV 신호를 실험적으로 노릴스크, 하바롭스크, 마가단, 블라디보스토크에 위치한 시베리아 및 러시아 극동 지역에 위치한 다운링크 방송국으로 전송하는 데 사용되었습니다.1967년 11월 소련 기술자들은 몰니야 위성을 기반으로 한 Orbita라고 불리는 위성 텔레비전의 독특한 전국 TV 네트워크 시스템을 만들었습니다.

극궤도

주 기사 : 극궤도

미국에서는 1994년 NASA(미국항공우주국) NOAA(미국해양대기국)의 극지위성 운용을 통합하기 위해 극지궤도 운용환경위성시스템(NPOESS)이 설립되었습니다.NPOESS는 기상 위성을 위한 METSAT, 유럽 프로그램 지사를 위한 EUMETSAT, 기상 운영을 위한 METOP 등 다양한 목적으로 많은 위성을 관리하고 있습니다.

이 궤도들은 태양 동기적인데, 이것은 그것들이 매일 같은 현지 시간에 적도를 가로지른다는 것을 의미합니다.예를 들어, NPOESS (민간) 궤도에 있는 위성들은 적도를 가로지르며, 1시 30분, 5시 30분, 그리고 9시 30분에 남쪽에서 북쪽으로 갈 것입니다.

정지궤도 너머

전용 통신 위성을 정지 궤도 너머로 끌어내기 위한 계획과 계획이 있습니다.NASA는 시스-루나 우주선 및 설치를 위한 „Lunar Internet 제공을 목표로 하는 데이터 네트워크로 LunaNet을 제안했습니다.달빛 이니셔티브는 달 표면에 대한 항해 서비스를 제공하고 호환 가능한 것으로 알려진 동등한 ESA[31][32] 프로젝트입니다.두 프로그램 모두 달 주위의 다양한 궤도에 있는 여러 위성들의 위성 별자리입니다.

다른 궤도들도 사용될 계획입니다.지구-달-리브레이션 지점의 위치는 지구를 [33][34]동시에 도는 궤도에서 달을 덮는 통신 위성과 마찬가지로 달을 덮는 통신 위성에 대해서도 제안됩니다.또한 화성 전기통신 궤도선(Mars Telecommunications Orbiter)과 같이 지표면과 다른 궤도에서 다른 임무를 지원하는 화성 주변 궤도의 전용 통신 위성이 고려됩니다.

구조.

통신 위성은 일반적으로 다음과 같은 하위 시스템으로 구성됩니다.

  • 일반적으로 트랜스폰더, 안테나 및 스위칭 시스템으로 구성되는 통신 페이로드
  • 위성을 원하는 궤도로 이동시키는 데 사용되는 엔진
  • 위성을 올바른 궤도에 올려놓고 안테나를 올바른 방향으로 향하게 하고 전력계통을 태양 쪽으로 향하게 하는 추적 및 안정화 서브시스템을 유지하는 스테이션입니다.
  • 일반적으로 태양 전지와 일식 동안 전력을 유지하는 배터리로 구성된 위성 시스템에 전력을 공급하는 데 사용되는 전력 서브시스템
  • 지상 제어 스테이션과의 통신을 유지하는 명령 및 제어 서브시스템.지상 관제 지상국은 위성 성능을 모니터링하고 수명 주기의 다양한 단계 동안 기능을 제어합니다.

위성에서 사용할 수 있는 대역폭은 위성에서 제공하는 트랜스폰더의 수에 따라 달라집니다.각각의 서비스(TV, 음성, 인터넷, 라디오)는 전송을 위해 서로 다른 양의 대역폭이 필요합니다.이를 일반적으로 링크 예산이라고 하며 네트워크 시뮬레이터를 사용하여 정확한 값을 얻을 수 있습니다.

위성 시스템의 주파수 할당

위성 서비스에 주파수를 할당하는 것은 국제적인 조정과 계획이 필요한 복잡한 과정입니다.이는 국제전기통신연합(ITU)의 후원 하에 수행됩니다.주파수 계획을 용이하게 하기 위해, 세계는 세 지역으로 나뉩니다.

  • 지역 1: 유럽, 아프리카, 중동, 구소련, 몽골
  • 지역 2: 북아메리카와 남아메리카 그리고 그린란드
  • 지역 3: 아시아(지역 1 제외), 호주, 남서부 태평양

이러한 지역들 내에서, 주파수 대역들은 다양한 위성 서비스들에 할당되지만, 특정 서비스가 상이한 지역들에서 상이한 주파수 대역들을 할당될 수도 있습니다.위성이 제공하는 서비스 중 일부는 다음과 같습니다.

적용들

텔레포니

주요 기사 : 위성전화
이리듐 위성

통신 위성의 최초이자 역사적으로 가장 중요한 응용 분야는 대륙간 장거리 전화였습니다.고정 공중 전화 교환 네트워크는 유선 전화에서 지구국으로 전화를 중계하고, 전화는 정지 위성으로 전송됩니다.다운링크는 유사한 경로를 따릅니다.광섬유 사용을 통한 해저 통신 케이블의 개선은 20세기 후반 고정 전화를 위한 위성의 사용 감소를 야기했습니다.

위성 통신은 오늘날에도 여전히 많은 응용 분야에서 사용되고 있습니다.어센션 섬, 세인트 헬레나 섬, 디에고 가르시아 섬, 이스터 섬처럼 해저 케이블이 가동되지 않는 외딴 섬들은 위성 전화가 필요합니다.또한 남미, 아프리카, 캐나다, 중국, 러시아 및 호주의 넓은 지역과 같이 유선 통신이 거의 존재하지 않는 일부 대륙 및 국가의 지역도 있습니다.위성 통신은 남극과 그린란드의 가장자리에도 연결을 제공합니다.위성 전화기의 다른 육상 용도는 바다에 있는 굴착기, 병원, 군사 및 레크리에이션을 위한 백업 장치입니다.비행기뿐만 아니라 바다에 있는 배들도 종종 위성 [35]전화를 사용합니다.

위성 전화 시스템은 여러 가지 방법으로 달성할 수 있습니다.대규모로 보면, 고립된 지역에 전화 시스템과 연결된 지역 전화 시스템이 있는 경우가 많습니다.무선 신호를 전화 시스템에 패치하는 서비스도 있습니다.이 예에서는 거의 모든 유형의 위성을 사용할 수 있습니다.위성전화는 정지궤도 위성 또는 지구 저궤도 위성의 별자리에 직접 연결됩니다.그런 다음 통화는 공중 전화 교환 네트워크에 연결된 위성 텔레포트로 전달됩니다.

텔레비전

주요 기사 : 위성 텔레비전

텔레비전이 주요 시장이 되면서, 많은 수신기에 상대적으로 적은 수의 대역폭 신호를 동시에 전달하는 것에 대한 요구는 지구 동기 위성의 기능에 더 정확하게 일치합니다.북미 텔레비전과 라디오에는 두 가지 위성 유형이 사용됩니다.DBS(Direct Broadcast Satellite), FSS(Fixed Service Satellite).

북미 이외 지역, 특히 유럽 지역의 금감원과 DBS 위성의 정의는 조금 더 모호합니다.유럽에서 직통 텔레비전용으로 사용되는 대부분의 위성은 북미의 DBS급 위성과 동일한 고출력 출력을 가지지만, FSS급 위성과 동일한 선형편광을 사용합니다.그 예로는 유럽대륙 상공을 도는 아스트라, 유텔샛, 핫버드 우주선이 있습니다.이 때문에 FSS와 DBS라는 용어는 북미 대륙에서 더 많이 사용되며 유럽에서는 흔하지 않습니다.

고정 서비스 위성은 C 대역을 사용하고, K 대역의u 아래 부분을 사용합니다.그들은 보통 텔레비전 네트워크와 지역 제휴 방송국(네트워크 및 신디케이트 프로그래밍을 위한 프로그램 피드, 라이브 샷 및 백홀 등)을 통해 방송 피드에 사용될 뿐만 아니라 학교 및 대학의 원격 학습, 비즈니스 텔레비전(BTV), 화상 회의,그리고 일반 상용 통신.FSS 위성은 케이블 텔레비전 헤드엔드에 전국 케이블 채널을 배포하는 데에도 사용됩니다.

K 대역의u FSS 위성에서도 통상적으로 무료 위성방송 채널이 배포됩니다.북미 상공의 Intelsat America 5, Galaxy 10R 및 AMC 3 위성은 Ku 대역 트랜스폰더에 상당히 많은 양의 FTA 채널을 제공합니다.

American Dish Network DBS 서비스는 또한 FCC의 "반드시 휴대해야 하는" 규정에 따라 Dish Network가 지역 텔레비전 방송국을 전송할 수 있는 더 많은 용량과 HDTV 채널을 전송할 수 있는 더 많은 대역폭이 필요하기 때문에 슈퍼디시 안테나를 필요로 하는 프로그래밍 패키지에 최근 FSS 기술을 사용했습니다.

직접 방송 위성은 소형 DBS 위성 접시(대개 18~24인치 또는 지름 45~60cm)로 전송하는 통신 위성입니다.직접 방송 위성은 일반적으로 마이크로파u K 대역의 상부에서 작동합니다.DBS 기술은 미국의 DirecTV, DISH Network 및 Orby TV[36], 캐나다의 Bell Satellite TV 및 Shaw Direct, 영국, 아일랜드 및 뉴질랜드의 Freesat and Sky, 남아프리카의 DSTV와 같은 DTH 지향(Direct-To-Home) 위성 TV 서비스에 사용됩니다.

DBS보다 낮은 주파수와 낮은 전력으로 작동하는 FSS 위성은 수신을 위해 훨씬 더 큰 접시(K 밴드의 경우u 지름이 3~8피트(1~2.5m), C 밴드의 경우 12피트(3.6m) 이상)가 필요합니다.트랜스폰더의 RF 입력 및 출력 각각에 대해 선형 편광을 사용하지만(DBS 위성이 사용하는 원형 편광과는 달리), 이는 사용자가 인식하지 못하는 사소한 기술적 차이입니다.FSS 위성 기술은 원래 1970년대 후반부터 1990년대 초반까지 미국에서 TVRO(Television Receive Only) 수신기와 접시의 형태로 DTH 위성 TV에 사용되었습니다.현재는 없어진 프라임스타 위성 TV 서비스를 위해 K 밴드 형태로u 사용되기도 했습니다.

다이렉과 같이 K 밴드에a 트랜스폰더를 가진 위성들이 발사되었습니다.TV의 SPACEWAY-1 위성과 Anik F2.나사와 ISRO는[37][38] 최근 [39]K밴드 비콘을 탑재한a 실험용 위성도 발사했습니다.

일부 제조업체는 DBS 텔레비전의 모바일 수신을 위한 특수 안테나도 도입했습니다.이 안테나는 GPS(Global Positioning System) 기술을 기준으로 차량(안테나가 장착된) 위치에 상관없이 자동으로 위성에 재 조준됩니다.이 이동식 위성 안테나는 일부 레저용 차량 소유주들에게 인기가 있습니다.이러한 이동식 DBS 안테나는 DirecTV(JetBlue의 자회사인 LiveTV에서 공급)에도 사용되며, 승객은 좌석에 장착된 LCD 화면에서 기내를 볼 수 있습니다.

라디오 방송

주요 기사 : 위성라디오

위성 라디오는 일부 국가, 특히 미국에서 오디오 방송 서비스를 제공합니다.모바일 서비스는 청취자들이 대륙을 돌아다니며 어디서나 동일한 오디오 프로그램을 들을 수 있게 해줍니다.

위성 라디오(Satellite Radio) 또는 SR(Subscription Radio)은 통신 위성에 의해 방송되는 디지털 라디오 신호로, 지상 라디오 신호보다 훨씬 더 넓은 지리적 범위를 다룹니다.

아마추어 라디오

주요 기사:아마추어 무선위성

아마추어 무선 운영자는 아마추어 무선 트래픽을 전송하도록 특별히 설계된 아마추어 위성에 접근할 수 있습니다.이러한 위성은 대부분 우주 중계기로 작동하며, 일반적으로 UHF 또는 VHF 무선 장비를 갖춘 아마추어와 야기스 또는 접시 안테나와 같은 고 지향성 안테나에 의해 접근됩니다.발사 비용 때문에, 대부분의 현재 아마추어 위성들은 상당히 낮은 지구 궤도로 발사되며, 언제든지 제한된 수의 짧은 접촉만을 처리할 수 있도록 설계되었습니다.일부 위성은 X.25 또는 유사한 프로토콜을 사용하여 데이터 포워딩 서비스를 제공하기도 합니다.

인터넷 접속

주요 기사 : 위성 인터넷 접속

1990년대 이후 위성통신 기술은 광대역 데이터 연결을 통해 인터넷에 접속하기 위한 수단으로 사용되었습니다.이 기능은 원격지에 위치하여 광대역 연결에 액세스할 수 없거나 서비스의 고가용성이 필요한 사용자에게 매우 유용할 수 있습니다.

군사의

주요 기사:군 통신위성
상세정보 : X밴드 위성통신

통신 위성은 글로벌 명령 및 제어 시스템과 같은 군사 통신 응용에 사용됩니다.통신위성을 사용하는 군사시스템의 예로는 미국의 MILSTAR, DSCS, FLTSATCOM, NATO 위성, 영국의 위성(예: Skynet), 구소련의 위성 등이 있습니다.인도는 첫 군사 통신 위성 GSAT-7을 발사했으며 트랜스폰더는 UHF,[40] F, C, K 밴드에서u 작동합니다.일반적으로 군사용 위성은 UHF, SHF(X-band라고도 함) 또는 EHF(K-band라고도 함a) 주파수 대역에서 작동합니다.

자료수집

근거리 현장 환경 모니터링 장비(조도계, 기상 관측소, 기상 부표 및 라디오 선드 등)는 단방향 데이터 전송 또는 양방향 원격 측정 및 원격 [41][42][43]제어를 위해 위성을 사용할 수 있습니다.기상 위성의 보조 페이로드(GOES 및 METEOSAT 등 아르고스 시스템의 경우) 또는 전용 위성(SCD 등)에 기반할 수 있습니다.데이터 전송 속도는 일반적으로 위성 인터넷 접속보다 훨씬 낮습니다.

참고 항목

참고문헌

메모들

  1. ^ 궤도 주기 및 속도는 4πR = TGM 및 VR = GM 관계를 사용하여 계산됩니다. 여기서 R은 미터 단위의 궤도 반경이고, T는 초 단위의 궤도 주기이며, V는 m/s 단위의 궤도 속도이며, G는 중력 상수이며, 약 6.673×10Nm/kg이며, M은 지구 질량이며, 약 5.98×10kg(1.318×10lb)입니다.
  2. ^ 달이 가장 가까울 때(즉, 363,104 km/42,164 km)의 약 8.6배에서 달이 가장 멀 때(즉, 405,696 km/42,164 km)의 약 9.6배입니다.

인용문

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추가열람

  • 슬로텐, 휴 R.스푸트니크와 우주 경쟁 너머: 글로벌 위성통신의 기원(Johns Hopkins University Press, 2022); 온라인 리뷰

외부 링크