Учёные МАИ предлагают новые методы улучшения дальней космической связи
Специалисты Московского авиационного института (МАИ) завершили серию исследований, направленных на улучшение систем дальней космической связи с межпланетными аппаратами, оснащёнными электроракетными двигателями (ЭРДУ).
Одна из ключевых задач для российских разработчиков — создание космических аппаратов с увеличенным сроком службы. Электроракетные двигатели, работающие за счёт ускорения заряженных частиц в электрических и магнитных полях, помогают решить эту задачу.
«Электроракетные двигатели обладают высоким удельным импульсом, что позволяет значительно сократить расход топлива и продлить жизненный цикл космических миссий. Особенно это важно для длительных исследований в дальнем космосе. Однако работа таких двигателей связана с сложными электродинамическими процессами, которые могут приводить к помехам, снижающим пропускную способность каналов связи. Это особенно критично на больших расстояниях от Земли», — отметил руководитель исследований, профессор кафедры «Инфокоммуникации» МАИ, доктор технических наук Андрей Плохих.
Как сообщает официальный сайт Минобрнауки, для повышения эффективности связи с межпланетными аппаратами, оснащёнными электроракетными двигателями, ученые МАИ предложили использовать методы слепого разделения сигналов, включая метод анализа независимых компонент, который позволяет эффективно отделять полезные сигналы от помех на основе их статистических характеристик.
Вторая проблема, которую решали разработчики, — это затухание сигнала в космосе с увеличением расстояния. Для её преодоления традиционно применяются промежуточные космические аппараты — ретрансляторы, оснащённые мощными приёмо-передающими системами. Например, в двухзвенной схеме ретранслятор принимает сигнал от основного аппарата и передаёт его на Землю.
«Это позволяет улучшить уровень сигнала и, следовательно, пропускную способность канала связи. Ретрансляторы могут размещаться на орбитах вокруг Солнца или в точках либрации, где гравитационные силы Земли и Солнца уравновешены. Использование ретрансляторов также помогает бороться с ухудшением качества связи, когда Солнце оказывается на линии «Земля — космический аппарат»», — пояснил Андрей Плохих.
Однако размещение ретрансляторов на фиксированных орбитах не всегда учитывает индивидуальные траектории полёта целевых аппаратов, которые зависят от каждой конкретной миссии. Для обеспечения надёжного покрытия всех существующих и планируемых миссий в Солнечной системе необходимо создать сложную орбитальную группировку ретрансляторов, число которых может достигать тысяч.
Учёные МАИ предложили новый подход: выводить ретранслятор с электроракетным двигателем на индивидуальную орбиту, согласованную с траекторией целевого космического аппарата. Под согласованием орбит понимается их взаимное расположение, при котором обеспечивается стабильная скорость передачи данных и защита от засветки Солнцем на всех этапах полёта.
По оценкам исследователей, результаты работы создают новый технологический фундамент для реализации сложных межпланетных миссий и открывают новые возможности для надёжной связи на огромных расстояниях. В настоящее время эти результаты переданы в профильные предприятия ракетно-космической отрасли для практической реализации.
Проект был выполнен при поддержке Российского научного фонда.