Спутники связи: принципы работы и история развития

Введение

Искусственный спутник, ретранслирующий радиосигналы.

Спутник связи – это искусственный спутник, который ретранслирует и усиливает радиотелекоммуникационные сигналы посредством транспондера, создавая канал связи между передатчиком и приемником, расположенными в разных точках Земли. Спутники связи используются для телевидения, телефонии, радио, интернета и военных приложений. Многие спутники связи находятся на геостационарной орбите на высоте 35 785 км над экватором, благодаря чему спутник кажется неподвижным в одной точке неба. Это позволяет наземным станциям постоянно направлять на него антенны спутниковой связи, не требуя их перемещения для отслеживания спутника. Другие формируют спутниковые группировки на низкой околоземной орбите, где наземным антеннам необходимо следить за положением спутников и часто переключаться между ними. Радиоволны, используемые для телекоммуникационных соединений, распространяются по прямой видимости и поэтому блокируются кривизной Земли. Назначение спутников связи заключается в ретрансляции сигнала в обход кривизны Земли, обеспечивая связь между удаленными географическими точками. Спутники связи используют широкий диапазон радио- и микроволновых частот. Чтобы избежать радиопомех, международные организации устанавливают правила, определяющие, какие частотные диапазоны или "полосы" разрешено использовать различным организациям. Такое распределение полос минимизирует риск возникновения помех. В статье описаны основы развертывания искусственных спутников на геостационарных орбитах для ретрансляции радиосигналов. В связи с этим Артура Кларка часто называют изобретателем концепции спутника связи, а термин "пояс Кларка" используется для обозначения этой орбиты. Первым искусственным спутником Земли был "Спутник-1", запущенный Советским Союзом 4 октября 1957 года. Он был разработан Михаилом Тихонравовым и Сергеем Королевым на основе работ Константина Циолковского. "Спутник-1" был оснащен бортовым радиопередатчиком, работавшим на двух частотах – 20,005 и 40,002 МГц, что соответствует длинам волн 7 и 15 метров. Спутник не был выведен на орбиту для передачи данных между точками на Земле, но его радиопередатчик предназначался для изучения распространения радиоволн в ионосфере. Запуск "Спутника-1" стал важным шагом в освоении космоса и развитии ракетной техники, ознаменовав начало космической эры.

A communications satellite is an artificial satellite that relays and amplifies radio telecommunication signals via a transponder; it creates a communication channel between a source transmitter and a receiver at different locations on Earth. Communications satellites are used for television, telephone, radio, internet, and military applications. Many communications satellites are in geostationary orbit 22236 mile (35785 km) above the equator, so that the satellite appears stationary at the same point in the sky; therefore the satellite dish antennas of ground stations can be aimed permanently at that spot and do not have to move to track the satellite. Others form satellite constellations in low Earth orbit, where antennas on the ground have to follow the position of the satellites and switch between satellites frequently. The radio waves used for telecommunications links travel by line of sight and so are obstructed by the curve of the Earth. The purpose of communications satellites is to relay the signal around the curve of the Earth allowing communication between widely separated geographical points. Communications satellites use a wide range of radio and microwave frequencies. To avoid signal interference, international organizations have regulations for which frequency ranges or "bands" certain organizations are allowed to use. This allocation of bands minimizes the risk of signal interference. The article described the fundamentals behind the deployment of artificial satellites in geostationary orbits to relay radio signals. Because of this, Arthur C. Clarke is often quoted as being the inventor of the concept of the communications satellite, and the term 'Clarke Belt' is employed as a description of the orbit. The first artificial Earth satellite was Sputnik 1, which was put into orbit by the Soviet Union on 4 October 1957. It was developed by Mikhail Tikhonravov and Sergey Korolev, building on work by Konstantin Tsiolkovsky. Sputnik 1 was equipped with an on board radio transmitter that worked on two frequencies of 20.005 and 40.002 MHz, or 7 and 15 meters wavelength. The satellite was not placed in orbit to send data from one point on Earth to another, but the radio transmitter was meant to study the properties of radio wave distribution throughout the ionosphere. The launch of Sputnik 1 was a major step in the exploration of space and rocket development, and marks the beginning of the Space Age.

Ранние активные и пассивные спутниковые эксперименты

Существует два основных класса спутников связи: пассивные и активные. Пассивные спутники лишь отражают сигнал, поступающий от источника, в направлении приемника. В случае пассивных спутников отраженный сигнал не усиливается на борту спутника, и лишь небольшая часть переданной энергии фактически достигает приемника. Поскольку спутник находится на значительном расстоянии от Земли, радиосигнал ослабевает из-за потерь при распространении в свободном пространстве, поэтому принимаемый на Земле сигнал очень слаб. Активные спутники, напротив, усиливают принимаемый сигнал перед повторной передачей его на наземный приемник. Пассивные спутники были первыми спутниками связи, но в настоящее время их использование ограничено. Работа, начатая в области радиоэлектронной разведки в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США в 1951 году, привела к проекту под названием «Лунная релейная связь» (Communication Moon Relay). Военные планировщики давно проявляли значительный интерес к защищенным и надежным линиям связи как к тактической необходимости, и конечной целью этого проекта было создание самой протяженной коммуникационной цепи в истории человечества, с использованием Луны, естественного спутника Земли, в качестве пассивного ретранслятора. После установления первой трансокеанской связи между Вашингтоном и Гавайями 23 января 1956 года система была официально представлена и запущена в серийное производство в январе 1960 года. Первым спутником, специально разработанным для активной ретрансляции связи, был проект SCORE, возглавляемый Агентством передовых исследовательских проектов (ARPA) и запущенный 18 декабря 1958 года. Он использовал магнитофон для передачи предварительно записанного голосового сообщения, а также для приема, хранения и повторной передачи сообщений. Спутник был использован для отправки рождественского поздравления от президента США Дуайта Эйзенхауэра всему миру. Спутник также осуществил несколько передач в реальном времени, прежде чем неперезаряжаемые батареи вышли из строя 30 декабря 1958 года после восьми часов фактической работы. Прямым преемником SCORE стал еще один проект под руководством ARPA под названием Courier. Courier 1B был запущен 4 октября 1960 года для изучения возможности создания глобальной военной коммуникационной сети с использованием спутников «с задержкой ретрансляции», которые принимают и хранят информацию до получения команды на ее повторную передачу. Через 17 дней отказ командной системы прервал связь со спутником. Программа спутниковых приложений НАСА запустила первый искусственный спутник, использованный для пассивной ретрансляционной связи, Echo 1, 12 августа 1960 года. Echo 1 представлял собой спутник-баллон, покрытый алюминиевой пленкой, который действовал как пассивный отражатель микроволновых сигналов. Коммуникационные сигналы отражались от спутника от одной точки на Земле к другой. Этот эксперимент был направлен на определение возможности глобального вещания телефонных, радио- и телевизионных сигналов.

There are two major classes of communications satellites, passive and active. Passive satellites only reflect the signal coming from the source, toward the direction of the receiver. With passive satellites, the reflected signal is not amplified at the satellite, and only a small amount of the transmitted energy actually reaches the receiver. Since the satellite is so far above Earth, the radio signal is attenuated due to free space path loss, so the signal received on Earth is very weak. Active satellites, on the other hand, amplify the received signal before retransmitting it to the receiver on the ground. Passive satellites were the first communications satellites, but are little used now. Work that was begun in the field of electrical intelligence gathering at the United States Naval Research Laboratory in 1951 led to a project named Communication Moon Relay. Military planners had long shown considerable interest in secure and reliable communications lines as a tactical necessity, and the ultimate goal of this project was the creation of the longest communications circuit in human history, with the Moon, Earth's natural satellite, acting as a passive relay. After achieving the first transoceanic communication between Washington, D. C., and Hawaii on 23 January 1956, this system was publicly inaugurated and put into formal production in January 1960. The first satellite purpose built to actively relay communications was Project SCORE, led by Advanced Research Projects Agency (ARPA) and launched on 18 December 1958, which used a tape recorder to carry a stored voice message, as well as to receive, store, and retransmit messages. It was used to send a Christmas greeting to the world from U. S. President Dwight D. Eisenhower. The satellite also executed several realtime transmissions before the non rechargeable batteries failed on 30 December 1958 after eight hours of actual operation. The direct successor to SCORE was another ARPA led project called Courier. Courier 1B was launched on 4 October 1960 to explore whether it would be possible to establish a global military communications network by using "delayed repeater" satellites, which receive and store information until commanded to rebroadcast them. After 17 days, a command system failure ended communications from the satellite. NASA's satellite applications program launched the first artificial satellite used for passive relay communications in Echo 1 on 12 August 1960. Echo 1 was an aluminized balloon satellite acting as a passive reflector of microwave signals. Communication signals were bounced off the satellite from one point on Earth to another. This experiment sought to establish the feasibility of worldwide broadcasts of telephone, radio, and television signals.

Новые открытия и новые эксперименты

Telstar был первым коммерческим спутником связи с активным повторением сигнала и ознаменовал первую трансатлантическую передачу телевизионных сигналов. Принадлежавший AT&T в рамках многонационального соглашения между AT&T, Bell Telephone Laboratories, NASA, Британским генеральным почтовым отделением и Французским национальным PTT (Почтовым ведомством) для разработки спутниковой связи, он был запущен NASA с мыса Канаверал 10 июля 1962 года в рамках первого частного космического запуска. Другим экспериментом пассивного ретранслятора, в основном предназначенным для военных коммуникаций, был проект West Ford, возглавляемый Лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института. После первоначального провала в 1961 году, запуск 9 мая 1963 года рассеял 350 миллионов медных игольчатых диполей для создания пассивного отражающего пояса. Несмотря на то, что лишь около половины диполей правильно отделились друг от друга, проект успешно провел эксперименты и обеспечил связь, используя частоты в диапазоне SHF X. Непосредственным предшественником геостационарных спутников был Syncom 2 компании Hughes Aircraft Company, запущенный 26 июля 1963 года. Syncom 2 стал первым спутником связи на геосинхронной орбите. Он обращался вокруг Земли один раз в сутки с постоянной скоростью, но поскольку сохранялось движение с севера на юг, для его отслеживания требовалось специальное оборудование. Его преемник, Syncom 3, запущенный 19 июля 1964 года, стал первым геостационарным спутником связи. Syncom 3 вышел на геосинхронную орбиту без движения с севера на юг, благодаря чему с земли он казался неподвижным объектом в небе. Прямым продолжением пассивных экспериментов проекта West Ford стала программа экспериментальных спутников Линкольна, также проводимая Лабораторией Линкольна от имени Министерства обороны США.

Международные коммерческие спутниковые проекты

В Соединенных Штатах в 1962 году была создана частная корпорация «Коммуникационная спутниковая корпорация» (COMSAT), находившаяся под контролем правительства США в вопросах национальной политики. В течение последующих двух лет международные переговоры привели к заключению соглашений Intelsat, что, в свою очередь, привело к запуску Intelsat 1, также известного как Early Bird, 6 апреля 1965 года – первого коммерческого спутника связи, выведенного на геосинхронную орбиту. Последующие запуски Intelsat в 1960-х годах обеспечили многоточечное вещание, а также передачу видео-, аудио- и данных на морские суда (Intelsat 2 в 1966–67 годах) и завершение создания полностью глобальной сети с Intelsat 3 в 1969–70 годах. К 1980-м годам, с существенным увеличением коммерческой спутниковой мощности, Intelsat превращалась в часть конкурентной частной телекоммуникационной индустрии и начала сталкиваться с конкуренцией со стороны таких компаний, как PanAmSat в Соединенных Штатах, которая, по иронии судьбы, была приобретена своим главным соперником в 2005 году. Эта программа также была уникальной для своего времени благодаря использованию орбиты, впоследствии получившей название орбиты «Молния», – высокоэллиптической орбиты с двумя высокими апогеями ежедневно над Северным полушарием. Эта орбита обеспечивает длительное время видимости над территорией России, а также над Канадой на более высоких широтах, чем геостационарные орбиты над экватором.

Спутниковые орбиты

У спутников связи обычно есть один из трех основных типов орбиты, в то время как другие орбитальные классификации используются для дальнейшего уточнения орбитальных деталей. MEO и LEO относятся к негеостационарным орбитам (NGSO). Геостационарные спутники имеют геостационарную орбиту (GEO), которая находится на расстоянии около 36 000 километров над поверхностью Земли. Эта орбита обладает особым свойством: видимое положение спутника на небе для наземного наблюдателя не меняется, спутник кажется неподвижным. Это происходит потому, что орбитальный период спутника равен периоду вращения Земли. Преимущество этой орбиты заключается в том, что наземным антеннам не требуется отслеживать спутник в движении, они могут быть неподвижно направлены на точку в небе, где виден спутник. Спутники средней околоземной орбиты (MEO) находятся ближе к Земле. Орбитальные высоты варьируются от 2 000 до 35 786 километров над Землей. Область ниже средних орбит называется низкой околоземной орбитой (LEO) и находится на высоте примерно до 2 000 километров над Землей. Поскольку спутники на MEO и LEO вращаются вокруг Земли быстрее, они не остаются постоянно видимыми в небе для фиксированной точки на Земле, как геостационарный спутник, а кажутся наземному наблюдателю пересекающими небо и "заходящими" за горизонт. Поэтому для обеспечения непрерывной связи с использованием этих низких орбит требуется большее количество спутников, чтобы хотя бы один из них всегда был виден в небе для передачи сигналов связи. Однако, благодаря меньшему расстоянию до Земли, спутники LEO или MEO могут осуществлять связь с наземными станциями с меньшей задержкой и при меньшей мощности, чем это потребовалось бы с геосинхронной орбиты.

Низкая околоземная орбита (LEO)

Низкая околоземная орбита (LEO) обычно представляет собой круговую орбиту на высоте примерно над поверхностью Земли и, соответственно, период обращения (время, необходимое для совершения оборота вокруг Земли) около 90 минут. Из-за малой высоты эти спутники видны только в радиусе примерно от точки, находящейся непосредственно под спутником. Кроме того, спутники на низкой околоземной орбите быстро меняют свое положение относительно земной поверхности. Поэтому даже для локальных задач требуется большое количество спутников, если миссия требует непрерывной связи. Запуск спутников на низкую околоземную орбиту обходится дешевле, чем запуск геостационарных спутников, и благодаря близости к Земле они не требуют такой высокой мощности сигнала (мощность сигнала уменьшается пропорционально квадрату расстояния до источника, что существенно влияет на качество связи). Таким образом, существует компромисс между количеством спутников и их стоимостью. Кроме того, существуют существенные различия в бортовом и наземном оборудовании, необходимом для поддержки этих двух типов миссий.

Спутниковое созвездие

Группа спутников, работающих согласованно, известна как спутниковое созвездие. Две такие системы, предназначенные для предоставления услуг спутниковой телефонии и передачи данных на низкой скорости, преимущественно в удалённые районы, – это системы Iridium и Globalstar. Система Iridium состоит из 66 спутников с орбитальным наклоном 86,4°, а межспутниковые каналы связи обеспечивают доступность услуг на всей поверхности Земли. Starlink – это спутниковая интернет-констелляция, принадлежащая SpaceX, целью которой является обеспечение глобального доступа в спутниковый интернет. Также возможно обеспечить покрытие с перерывами, используя спутник на низкой околоземной орбите, способный сохранять данные, полученные при пролёте над одной частью Земли, и передавать их позднее при пролёте над другой частью. Это будет реализовано в системе CASCADE канадского коммуникационного спутника CASSIOPE. Другая система, использующая этот метод сохранения и пересылки, – Orbcomm.

Средняя орбита Земли (MEO)

Средняя околоземная орбита – это орбита спутника, расположенная на высоте между поверхностью Земли. Спутники MEO по функциональности схожи со спутниками LEO. Спутники MEO видны с Земли гораздо дольше, чем спутники LEO, обычно от 2 до 8 часов. Спутники MEO имеют большую зону покрытия, чем спутники LEO. Большая продолжительность видимости и широкая зона охвата спутника MEO означают, что для сети MEO требуется меньше спутников, чем для сети LEO. Одним из недостатков является то, что из-за большего расстояния спутник MEO имеет большую задержку сигнала и более слабое качество сигнала, чем спутник LEO, хотя эти ограничения не столь значительны, как у спутника GEO. Как и спутники LEO, эти спутники не удерживаются на постоянном расстоянии от Земли. Это в отличие от геостационарной орбиты, где спутники всегда находятся на фиксированном расстоянии от Земли. Обычно высота орбиты спутника средней околоземной орбиты составляет около над Землей. В различных конфигурациях эти спутники совершают оборот вокруг Земли за 2–8 часов.

Примеры МЭО

В 1962 году был запущен спутник связи Telstar. Это был спутник на средней околоземной орбите, разработанный для обеспечения высокоскоростной передачи телефонных сигналов. Хотя он стал первым практическим способом передачи сигналов за горизонт, его главный недостаток вскоре стал очевиден. Поскольку его орбитальный период, составляющий около 2,5 часов, не совпадал с периодом вращения Земли в 24 часа, обеспечить непрерывное покрытие было невозможно. Стало понятно, что для непрерывного покрытия необходимо использовать несколько спутников на средней околоземной орбите. В 2013 году были запущены первые четыре из созвездия, состоящего из 20 спутников MEO. Спутники O3b предоставляют услуги широкополосного доступа в интернет, особенно в удаленные районы, для морского и авиационного использования, и находятся на орбите на высоте ).

Геостационарная орбита (GEO)

Для наблюдателя на Земле спутник на геостационарной орбите кажется неподвижным, зафиксированным в одной точке на небе. Это происходит потому, что он вращается вокруг Земли с той же угловой скоростью, что и Земля (один оборот за звездные сутки, по экваториальной орбите). Геостационарная орбита удобна для связи, так как наземные антенны можно направить на спутник, не требуя их постоянного слежения за его перемещением. Это относительно экономично. В приложениях, где необходимо использовать большое количество наземных антенн, например, в системах распространения сигнала DirecTV, экономия на наземном оборудовании может значительно превысить затраты и сложность вывода спутника на орбиту.

Примеры GEO

Первым геостационарным спутником был Syncom 3, запущенный 19 августа 1964 года и использованный для связи через Тихий океан, начиная с телевизионного освещения летних Олимпийских игр 1964 года. Вскоре после Syncom 3, Intelsat I, также известный как Early Bird, был запущен 6 апреля 1965 года и помещен на орбиту на 28° западной долготы. Это был первый геостационарный спутник для телекоммуникаций над Атлантическим океаном. 9 ноября 1972 года Telesat Canada запустил первый геостационарный спутник Канады, обслуживающий континент, Anik A1, а 13 апреля 1974 года Western Union запустила Westar 1. 30 мая 1974 года был запущен первый в мире геостационарный спутник связи с трех осевой стабилизацией: экспериментальный спутник ATS 6, построенный для НАСА. После запуска спутников Telstar и Westar 1, в 1975 году RCA Americom (позже GE Americom, теперь SES) запустила Satcom 1. Именно Satcom 1 сыграл ключевую роль в успехе ранних кабельных телеканалов, таких как WTBS (теперь TBS), HBO, CBN (теперь Freeform) и The Weather Channel, поскольку эти каналы распространяли свою программу на все местные кабельные сети, используя спутник. Кроме того, это был первый спутник, использованный американскими телевизионными сетями, такими как ABC, NBC и CBS, для распространения программ на свои местные филиалы. Satcom 1 получил широкое распространение, поскольку его пропускная способность была вдвое выше, чем у конкурирующего Westar 1 в Америке (24 транспондера против 12 у Westar 1), что привело к снижению стоимости использования транспондеров. В последующие десятилетия спутники, как правило, имели еще большее количество транспондеров. К 2000 году Hughes Space and Communications (ныне Boeing Satellite Development Center) построила почти 40 процентов из более чем ста спутников, находящихся в эксплуатации во всем мире. Другие крупные производители спутников включают Space Systems/Loral, Orbital Sciences Corporation с серией Star Bus, Indian Space Research Organisation, Lockheed Martin (владеет бывшим бизнесом RCA Astro Electronics/GE Astro Space), Northrop Grumman, Alcatel Space, теперь Thales Alenia Space, с серией Spacebus и Astrium.

The first geostationary satellite was Syncom 3, launched on 19 August 1964, and used for communication across the Pacific starting with television coverage of the 1964 Summer Olympics. Shortly after Syncom 3, Intelsat I, aka Early Bird, was launched on 6 April 1965 and placed in orbit at 28° west longitude. It was the first geostationary satellite for telecommunications over the Atlantic Ocean. On 9 November 1972, Canada's first geostationary satellite serving the continent, Anik A1, was launched by Telesat Canada, with the United States following suit with the launch of Westar 1 by Western Union on 13 April 1974. On 30 May 1974, the first geostationary communications satellite in the world to be three axis stabilized was launched: the experimental satellite ATS 6 built for NASA. After the launches of the Telstar through Westar 1 satellites, RCA Americom (later GE Americom, now SES) launched Satcom 1 in 1975. It was Satcom 1 that was instrumental in helping early cable TV channels such as WTBS (now TBS), HBO, CBN (now Freeform) and The Weather Channel become successful, because these channels distributed their programming to all of the local cable TV headends using the satellite. Additionally, it was the first satellite used by broadcast television networks in the United States, like ABC, NBC, and CBS, to distribute programming to their local affiliate stations. Satcom 1 was widely used because it had twice the communications capacity of the competing Westar 1 in America (24 transponders as opposed to the 12 of Westar 1), resulting in lower transponder usage costs. Satellites in later decades tended to have even higher transponder numbers. By 2000, Hughes Space and Communications (now Boeing Satellite Development Center) had built nearly 40 percent of the more than one hundred satellites in service worldwide. Other major satellite manufacturers include Space Systems/Loral, Orbital Sciences Corporation with the Star Bus series, Indian Space Research Organisation, Lockheed Martin (owns the former RCA Astro Electronics/GE Astro Space business), Northrop Grumman, Alcatel Space, now Thales Alenia Space, with the Spacebus series, and Astrium.

Орбита Молнии

Геостационарные спутники должны работать над экватором и поэтому кажутся ниже на горизонте по мере удаления приемника от экватора. Это создаст проблемы для высоких северных широт, влияя на связь и вызывая многолучевые помехи (возникающие из-за отражения сигналов от земли в наземную антенну). Таким образом, для районов, близких к Северному (и Южному) полюсу, геостационарный спутник может оказаться ниже горизонта. Для решения этой проблемы были запущены спутники на орбите "Молния", преимущественно в России. Орбиты "Молния" могут быть привлекательной альтернативой в таких случаях. Орбита "Молния" имеет высокую наклоненность, гарантирующую хорошее угловое положение над выбранными точками в северной части орбиты. (Угловое положение – это высота спутника над горизонтом. Таким образом, спутник на горизонте имеет угловое положение 0 градусов, а спутник прямо над головой – 90 градусов.) Орбита "Молния" спроектирована таким образом, чтобы спутник проводил большую часть времени над северными широтами, в течение которого его наземный след практически не смещается. Его период составляет половину суток, поэтому спутник доступен для работы над целевым регионом в течение шести-девяти часов с каждого второго оборота. Таким образом, созвездие из трех спутников "Молния" (плюс резервные спутники на орбите) может обеспечить непрерывное покрытие. Первый спутник серии "Молния" был запущен 23 апреля 1965 года и использовался для экспериментальной передачи телевизионных сигналов от московской восходящей станции к нисходящим станциям, расположенным в Сибири и на Дальнем Востоке России, в Норильске, Хабаровске, Магадане и Владивостоке. В ноябре 1967 года советские инженеры создали уникальную систему национальной телевизионной сети спутникового телевидения "Орбита", основанную на спутниках "Молния".

За пределы геостационарной орбиты

Существуют планы и инициативы по выводу специализированных спутников связи на орбиты, отличные от геостационарных. NASA предложило LunaNet как сеть передачи данных, предназначенную для обеспечения "лунного интернета" для космических аппаратов и объектов, расположенных в окололунном пространстве. Инициатива Moonlight – аналогичный проект ESA, который заявлен как совместимый и предоставляющий навигационные услуги на лунной поверхности. Обе программы представляют собой группировки спутников, состоящие из нескольких аппаратов на различных орбитах вокруг Луны. Также планируется использование других орбит. Рассматривается возможность размещения спутников связи в точках либрации системы Земля-Луна для обеспечения покрытия Луны, аналогично тому, как геосинхронные спутники обеспечивают покрытие Земли. Кроме того, изучается возможность использования специализированных спутников связи на орбитах вокруг Марса для поддержки различных миссий на поверхности и на других орбитах, таких как орбитальный телекоммуникационный аппарат Марса.

Телефония

Первое и исторически наиболее важное применение спутников связи было в межконтинентальной телефонной связи. Фиксированная общедоступная коммутируемая телефонная сеть (ТФОП) передает телефонные звонки с проводных телефонов на наземную станцию, где они затем передаются на геостационарный спутник. Обратный канал связи следует аналогичным путем. Улучшение подводных коммуникационных кабелей благодаря использованию оптоволокна привело к некоторому снижению использования спутников для фиксированной телефонии в конце 20-го века. Спутниковая связь до сих пор используется во многих областях. Отдаленные острова, такие как остров Вознесения, Святой Елены, Диего-Гарсия и остров Пасхи, где нет подводных кабелей, нуждаются в спутниковых телефонах. Существуют также регионы некоторых континентов и стран, где наземная телефонная связь редка или отсутствует, например, обширные территории Южной Америки, Африки, Канады, Китая, России и Австралии. Спутниковая связь также обеспечивает связь с окраинами Антарктиды и Гренландии. Другие области применения спутниковых телефонов – это морские платформы, резервные системы для больниц, военные и рекреационные цели. Корабли в море и самолеты часто используют спутниковые телефоны. Спутниковые телефонные системы могут быть реализованы различными способами. В больших масштабах часто существует локальная телефонная система в изолированной местности, подключенная к телефонной системе на материке. Также существуют службы, которые соединяют радиосигнал с телефонной сетью. В этом случае можно использовать практически любой тип спутника. Спутниковые телефоны подключаются напрямую к группировке геостационарных или низкоорбитальных спутников. Звонки затем перенаправляются на спутниковый телепорт, подключенный к общедоступной телефонной сети.

Телевидение

Поскольку телевидение стало основным рынком, его потребность в одновременной доставке относительно небольшого количества сигналов большой полосы пропускания большому числу приемников более точно соответствовала возможностям геосинхронных спутников связи. Для североамериканского телевидения и радио используются два типа спутников: спутник прямого вещания (DBS) и спутник фиксированной связи (FSS). Определения спутников FSS и DBS за пределами Северной Америки, особенно в Европе, несколько более размыты. Большинство спутников, используемых для прямого вещания телевидения в Европе, имеют такую же высокую выходную мощность, как спутники класса DBS в Северной Америке, но используют ту же линейную поляризацию, что и спутники класса FSS. Примерами служат космические аппараты Astra, Eutelsat и Hotbird, находящиеся на орбите над европейским континентом. В связи с этим термины FSS и DBS чаще используются на североамериканском континенте и редко встречаются в Европе. Спутники фиксированной связи используют C-диапазон и нижние части Ku-диапазона. Они обычно применяются для передачи сигналов в и из телевизионных сетей и местных филиалов (например, программных каналов для сетевого и синдицированного вещания, прямых включений и обратных каналов), а также для дистанционного обучения в школах и университетах, делового телевидения (BTV), видеоконференций и общей коммерческой телекоммуникации. Спутники FSS также используются для распространения национальных кабельных каналов на головные станции кабельного телевидения. Бесплатные спутниковые телеканалы также обычно распространяются через спутники FSS в Ku-диапазоне. Спутники Intelsat Americas 5, Galaxy 10R и AMC 3, расположенные над Северной Америкой, обеспечивают значительное количество бесплатных каналов (FTA) на своих транспондерах Ku-диапазона. Американский сервис Dish Network DBS также недавно использовал технологию FSS для своих программных пакетов, требующих антенну SuperDish, поскольку Dish Network нуждается в большей емкости для трансляции местных телеканалов в соответствии с правилами FCC "обязательное вещание" и для большей пропускной способности для передачи HDTV-каналов. Спутник прямого вещания – это спутник связи, который передает сигналы на небольшие спутниковые антенны DBS (обычно диаметром от 45 до 60 см). Спутники прямого вещания обычно работают в верхней части микроволнового Ku-диапазона. Технология DBS используется для услуг спутникового телевидения, ориентированных на DTH (Direct To Home), таких как DirecTV, DISH Network и Orby TV в США, Bell Satellite TV и Shaw Direct в Канаде, Freesat и Sky в Великобритании, Ирландии и Новой Зеландии, а также DSTV в Южной Африке. Работающие на более низкой частоте и с меньшей мощностью, чем DBS, спутники FSS требуют гораздо большей антенны для приема (от 1 до 2,5 м в диаметре для Ku-диапазона и 3,6 м или больше для C-диапазона). Они используют линейную поляризацию для каждого входа и выхода транспондеров (в отличие от круговой поляризации, используемой спутниками DBS), но это незначительное техническое отличие, которое пользователи не замечают. Технология спутниковой связи FSS также изначально использовалась для спутникового телевидения DTH с конца 1970-х до начала 1990-х годов в США в виде приемников и антенн TVRO (Television Receive Only). Она также использовалась в Ku-диапазоне для ныне не существующего сервиса спутникового телевидения Primestar. Были запущены спутники с транспондерами в Ka-диапазоне, такие как спутник SPACEWAY 1 компании DirecTV и спутник Anik F2. NASA и ISRO также запустили экспериментальные спутники с маяками Ka-диапазона. Некоторые производители также представили специальные антенны для мобильного приема телевидения DBS. Используя технологию глобальной системы позиционирования (GPS) в качестве ориентира, эти антенны автоматически перенаправляются на спутник независимо от местоположения и положения транспортного средства (на котором установлена антенна). Эти мобильные спутниковые антенны популярны среди владельцев автодомов. Такие мобильные антенны DBS также используются авиакомпанией JetBlue Airways для DirecTV (поставляемой LiveTV, дочерней компанией JetBlue), которую пассажиры могут смотреть на борту на LCD-экранах, установленных в сиденьях.

As television became the main market, its demand for simultaneous delivery of relatively few signals of large bandwidth to many receivers being a more precise match for the capabilities of geosynchronous comsats. Two satellite types are used for North American television and radio: Direct broadcast satellite (DBS), and Fixed Service Satellite (FSS). The definitions of FSS and DBS satellites outside of North America, especially in Europe, are a bit more ambiguous. Most satellites used for direct to home television in Europe have the same high power output as DBS class satellites in North America, but use the same linear polarization as FSS class satellites. Examples of these are the Astra, Eutelsat, and Hotbird spacecraft in orbit over the European continent. Because of this, the terms FSS and DBS are more so used throughout the North American continent, and are uncommon in Europe. Fixed Service Satellites use the C band, and the lower portions of the Ku band. They are normally used for broadcast feeds to and from television networks and local affiliate stations (such as program feeds for network and syndicated programming, live shots, and backhauls), as well as being used for distance learning by schools and universities, business television (BTV), Videoconferencing, and general commercial telecommunications. FSS satellites are also used to distribute national cable channels to cable television headends. Free to air satellite TV channels are also usually distributed on FSS satellites in the Ku band. The Intelsat Americas 5, Galaxy 10R and AMC 3 satellites over North America provide a quite large amount of FTA channels on their Ku band transponders. The American Dish Network DBS service has also recently used FSS technology as well for their programming packages requiring their SuperDish antenna, due to Dish Network needing more capacity to carry local television stations per the FCC's "must carry" regulations, and for more bandwidth to carry HDTV channels. A direct broadcast satellite is a communications satellite that transmits to small DBS satellite dishes (usually 18 to 24 inches or 45 to 60 cm in diameter). Direct broadcast satellites generally operate in the upper portion of the microwave Ku band. DBS technology is used for DTH oriented (Direct To Home) satellite TV services, such as DirecTV, DISH Network and Orby TV in the United States, Bell Satellite TV and Shaw Direct in Canada, Freesat and Sky in the UK, Ireland, and New Zealand and DSTV in South Africa. Operating at lower frequency and lower power than DBS, FSS satellites require a much larger dish for reception (3 to 8 feet (1 to 2.5 m) in diameter for Ku band, and 12 feet (3.6 m) or larger for C band). They use linear polarization for each of the transponders' RF input and output (as opposed to circular polarization used by DBS satellites), but this is a minor technical difference that users do not notice. FSS satellite technology was also originally used for DTH satellite TV from the late 1970s to the early 1990s in the United States in the form of TVRO (Television Receive Only) receivers and dishes. It was also used in its Ku band form for the now defunct Primestar satellite TV service. Some satellites have been launched that have transponders in the Ka band, such as DirecTV's SPACEWAY 1 satellite, and Anik F2. NASA and ISRO have also launched experimental satellites carrying Ka band beacons recently. Some manufacturers have also introduced special antennas for mobile reception of DBS television. Using Global Positioning System (GPS) technology as a reference, these antennas automatically re aim to the satellite no matter where or how the vehicle (on which the antenna is mounted) is situated. These mobile satellite antennas are popular with some recreational vehicle owners. Such mobile DBS antennas are also used by JetBlue Airways for DirecTV (supplied by LiveTV, a subsidiary of JetBlue), which passengers can view on board on LCD screens mounted in the seats.

Радиовещание

Спутниковое радио предоставляет услуги аудиовещания в некоторых странах, в частности, в Соединенных Штатах. Мобильные сервисы позволяют слушателям перемещаться по всему континенту, сохраняя возможность прослушивания одних и тех же аудиопрограмм в любом месте. Спутниковое радио (SR) – это цифровой радиосигнал, передаваемый с помощью коммуникационного спутника, обеспечивающего покрытие гораздо большей территории, чем наземное радиовещание.

Радиолюбители

Радиолюбители имеют доступ к любительским спутникам, специально разработанным для передачи радиолюбительского трафика. Большинство таких спутников функционируют как бортовые ретрансляторы и обычно используются радиолюбителями, оснащенными УКВ или УВЧ радиооборудованием и высоконаправленными антеннами, такими как волновые каналы или параболические антенны. Ввиду высокой стоимости запусков, большинство современных любительских спутников выводятся на относительно низкие околоземные орбиты и рассчитаны на одновременную обработку лишь ограниченного числа коротких сеансов связи. Некоторые спутники также предоставляют услуги передачи данных, используя протоколы X.25 или аналогичные.

Доступ в Интернет

После 1990-х годов спутниковая связь стала использоваться для подключения к Интернету по широкополосным каналам передачи данных. Это особенно полезно для пользователей, находящихся в удаленных районах, где отсутствует доступ к широкополосному интернету, или которым требуется высокая надежность соединения.

Военный

Спутники связи используются в военных коммуникациях, например, в системах глобального командования и управления. Примерами военных систем, использующих спутники связи, являются MILSTAR, DSCS и FLTSATCOM (США), спутники НАТО, спутники Великобритании (например, Skynet) и спутники бывшего Советского Союза. Индия запустила свой первый спутник военной связи GSAT 7, чьи транспондеры работают в диапазонах UHF, F, C и других. Как правило, военные спутники работают в частотных диапазонах UHF, SHF (также известном как X-диапазон) или EHF (также известном как Ka-диапазон).

Сбор данных

Приземное оборудование для мониторинга окружающей среды непосредственно в месте наблюдений (такое как приливные датчики, метеорологические станции, метеорологические буи и радиозонды) может использовать спутники для односторонней передачи данных или двусторонней телеметрии и дистанционного управления. Это может быть реализовано с использованием вторичной полезной нагрузки метеорологического спутника (как в случае с GOES, METEOSAT и другими в системе Argos) или специализированных спутников (таких как SCD). Скорость передачи данных, как правило, значительно ниже, чем при спутниковом интернет-доступе.