Высота орбиты не задаёт универсальную максимальную дальность связи. Геостационарный спутник находится примерно в 35 786 км над экватором, а наклонное расстояние от наземной станции обычно больше. Возможность приёма определяется бюджетом линии, задержка — полным маршрутом сигнала.
Высота, радиус орбиты и расстояние до станции
Высота измеряется от поверхности, радиус орбиты — от центра Земли. Для геостационарной орбиты радиус около 42 164 км. Радиотрасса представляет отрезок между станцией и спутником и зависит от положения станции.
В сферической модели r = √[(R+h)² + R² − 2R(R+h)cos ψ], где R — радиус Земли, h — высота, ψ — центральный угол между станцией и подспутниковой точкой. При ψ = 0 расстояние совпадает с h.
Горизонт и минимальный угол места ограничивают допустимую геометрию. Спутник за Землёй не становится видимым при простом увеличении мощности передатчика.
Почему геостационарный спутник кажется неподвижным
Геостационарная орбита круговая, экваториальная и проходится в направлении вращения Земли с периодом звёздных суток, примерно 23 часа 56 минут. Скорость спутника около 3,07 км/с: он не стоит физически на месте.
Геосинхронная орбита имеет такой же период, но при ненулевых наклонении или эксцентриситете объект не остаётся над одной наземной точкой. Это важно для наведения антенны.
Другие орбиты
| Область | Ориентир высоты | Особенность |
|---|---|---|
| LEO | Обычно ниже 2000 км. | Быстро меняющиеся проходы. |
| MEO | Между LEO и GEO в обычной классификации. | Геометрия зависит от орбиты. |
| GEO | Около 35 786 км. | Почти постоянное направление. |
500–1200 км — диапазон некоторых группировок, не определение всех низких орбит. Для непрерывного сервиса могут потребоваться несколько аппаратов и передача обслуживания. Число действующих спутников нужно проверять по актуальному каталогу, а не выводить из высоты.
Сколько времени идёт сигнал
Для одного отрезка t = r/c. Вертикальный путь Земля–GEO занимает около 119 мс. Два таких отрезка Земля–спутник–Земля дают около 239 мс только распространения; туда и обратно по четырём — около 477 мс.
Это идеализированные минимальные геометрические ориентиры. Наклонные пути, обработка, доступ к каналу и наземная сеть добавляют время. 270 мс могут относиться к определённому маршруту, но не являются задержкой любого одного отрезка 36 000 км.
На высоте 600 км при положении над станцией один путь занимает около 2,0 мс. Это не означает ping 2 мс для всего спутникового интернет-сервиса.
Мощность, антенны и приёмник
В свободном пространстве LFS = 20 log10(4πr/λ). При фиксированных частоте и усилениях удвоение расстояния увеличивает этот член потерь примерно на 6 дБ.
В полный бюджет входят поляризация, потери фидеров, атмосфера, шум и требуемый запас. Частота Ka сама по себе не гарантирует большую дальность или скорость. При фиксированной физической апертуре меняется и усиление, поэтому условия сравнения нужно задавать явно.
GEO не является пределом космической связи
Миссии за пределами околоземных орбит требуют антенн, скоростей данных и наземных станций, рассчитанных на их путь. Из одной мощности или названия спутника нельзя получить универсальную максимальную дистанцию.
Для конкретной задачи нужны орбита, худшая рабочая дальность, видимость, параметры обоих концов и требуемая услуга. Справочные источники: ESA об орбитах и уравнение Фрииса.
