ดาวเทียมสื่อสารมีหน้าที่อย่างไร *

การสื่อสารผ่านดาวเทียมเป็นดาวเทียมที่รีเลย์และ amplifies วิทยุสัญญาณการสื่อสารโทรคมนาคมผ่านดาวเทียม ; มันจะสร้างช่องทางการสื่อสารระหว่างแหล่งที่มาของเครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณในสถานที่แตกต่างกันในโลก การสื่อสารผ่านดาวเทียมที่ใช้สำหรับโทรทัศน์ , โทรศัพท์ , วิทยุ , อินเทอร์เน็ตและทหารการใช้งาน [1]ณ วันที่ 1 มกราคม พ.ศ. 2564 มีดาวเทียมสื่อสาร 2,224 ดวงในวงโคจรโลก [2]ดาวเทียมสื่อสารส่วนใหญ่อยู่ในวงโคจร geostationary 22,236 ไมล์ (35,785 กม.) เหนือเส้นศูนย์สูตรเพื่อให้ดาวเทียมปรากฏนิ่งที่จุดเดียวกันบนท้องฟ้า ดังนั้นเสาอากาศจานดาวเทียมของสถานีภาคพื้นดินจึงสามารถเล็งไปที่จุดนั้นได้อย่างถาวรและไม่ต้องเคลื่อนที่เพื่อติดตามดาวเทียม

เราพลอวกาศความถี่สูงมากการสื่อสารผ่านดาวเทียมถ่ายทอดข้อมูลการสื่อสารที่ปลอดภัยสำหรับประเทศสหรัฐอเมริกาและประเทศอื่น ๆ ที่มีลักษณะคล้ายกัน

ความถี่สูงคลื่นวิทยุที่ใช้สำหรับการเชื่อมโยงการสื่อสารโทรคมนาคมเดินทางโดยสายการมองเห็นและเพื่อให้มีบดบังด้วยเส้นโค้งของโลก จุดประสงค์ของดาวเทียมสื่อสารคือการถ่ายทอดสัญญาณรอบ ๆ เส้นโค้งของโลกเพื่อให้สามารถสื่อสารระหว่างจุดทางภูมิศาสตร์ที่แยกจากกันอย่างกว้างขวาง [3]ดาวเทียมสื่อสารใช้คลื่นความถี่วิทยุและไมโครเวฟที่ หลากหลาย เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนของสัญญาณองค์กรระหว่างประเทศมีข้อบังคับว่าช่วงความถี่ใดหรือ "แบนด์" บางองค์กรได้รับอนุญาตให้ใช้ การจัดสรรวงดนตรีนี้จะช่วยลดความเสี่ยงจากการรบกวนของสัญญาณ [4]

ต้นกำเนิดของดาวเทียมประดิษฐ์ดวงแรก

แนวคิดของการสื่อสารผ่านดาวเทียมค้างฟ้าเป็นครั้งแรกที่เสนอโดยอาร์เธอร์ซีคลาร์กพร้อมกับมิคาอิลทิคอนราวอ ฟ และเซอร์เกย์ KorolevอาคารการทำงานโดยKonstantin Tsiolkovsky [5]ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2488 คล๊าร์คตีพิมพ์บทความชื่อ "ต่างดาวรีเลย์" ในนิตยสารWireless World ของอังกฤษ [6]บทความนี้อธิบายถึงพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการติดตั้งดาวเทียมเทียมในวงโคจร geostationary เพื่อจุดประสงค์ในการถ่ายทอดสัญญาณวิทยุ ดังนั้นอาร์เธอร์ซีคลาร์กจึงมักถูกอ้างว่าเป็นผู้คิดค้นแนวคิดของดาวเทียมสื่อสารเช่นเดียวกับคำว่า 'Clarke Belt' ที่ใช้เป็นคำอธิบายของวงโคจร [7]

เป็นครั้งแรกในโลกดาวเทียมเทียมเป็นปุตนิก 1 ใส่ลงไปในวงโคจรโดยสหภาพโซเวียตที่ 4 ตุลาคม 1957 มันถูกติดตั้งบนกระดานวิทยุ - เครื่องส่งสัญญาณที่ทำงานในสองความถี่ของ 20.005 และ 40.002 MHz หรือ 7 และ 15 เมตรความยาวคลื่น ดาวเทียมไม่ได้ถูกวางไว้ในวงโคจรเพื่อจุดประสงค์ในการส่งข้อมูลจากจุดหนึ่งบนโลกไปยังอีกจุดหนึ่ง เครื่องส่งวิทยุมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาคุณสมบัติของการกระจายคลื่นวิทยุทั่วชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ การเปิดตัวของปุตนิก 1 เป็นขั้นตอนที่สำคัญในการสำรวจพื้นที่และการพัฒนาจรวดและเครื่องหมายจุดเริ่มต้นของยุคอวกาศ [8]

การทดลองดาวเทียมแบบแอคทีฟและพาสซีฟในช่วงต้น

ดาวเทียมสื่อสารมีสองประเภทหลัก ๆ คือแบบพาสซีฟและแอคทีฟ ดาวเทียมแบบพาสซีฟจะสะท้อนเฉพาะสัญญาณที่มาจากแหล่งกำเนิดไปยังทิศทางของเครื่องรับ ด้วยดาวเทียมแบบพาสซีฟสัญญาณสะท้อนจะไม่ขยายที่ดาวเทียมและพลังงานที่ส่งไปยังเครื่องรับมีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เนื่องจากดาวเทียมอยู่เหนือโลกมากสัญญาณวิทยุจึงถูกลดทอนเนื่องจากการสูญเสียเส้นทางในอวกาศดังนั้นสัญญาณที่ได้รับบนโลกจึงอ่อนแอมาก ในทางกลับกันดาวเทียมที่ใช้งานอยู่จะขยายสัญญาณที่ได้รับก่อนที่จะส่งต่อไปยังเครื่องรับที่ภาคพื้นดิน [4]ดาวเทียมแบบพาสซีฟเป็นดาวเทียมสื่อสารดวงแรก แต่ตอนนี้ไม่ค่อยมีใครใช้

งานที่เริ่มในด้านการข่าวกรองไฟฟ้าที่วิจัยนาวีสหรัฐอเมริกาห้องปฏิบัติการในปี 1951 นำไปสู่โครงการที่มีชื่อว่าสื่อสารดวงจันทร์ Relay นักวางแผนทางทหารได้แสดงความสนใจอย่างมากในสายการสื่อสารที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ว่าเป็นความจำเป็นทางยุทธวิธีและเป้าหมายสูงสุดของโครงการนี้คือการสร้างวงจรการสื่อสารที่ยาวที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์โดยมีดวงจันทร์ดาวเทียมธรรมชาติของโลกซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวถ่ายทอดแบบพาสซีฟ . หลังจากประสบความสำเร็จในการสื่อสารระหว่างมหาสมุทรระหว่างวอชิงตันดีซีและฮาวายครั้งแรกเมื่อวันที่ 23 มกราคม พ.ศ. 2499 ระบบนี้ได้เปิดตัวต่อสาธารณชนและนำไปสู่การผลิตอย่างเป็นทางการในเดือนมกราคม พ.ศ. 2503 [9]

Atlas-B พร้อม SCORE บนแผ่นยิง; จรวด (ไม่มีเครื่องยนต์บูสเตอร์) ประกอบดาวเทียม

ดาวเทียมดวงแรกที่สร้างขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อถ่ายทอดการสื่อสารอย่างแข็งขันคือProject SCOREซึ่งนำโดยAdvanced Research Projects Agency (ARPA) และเปิดตัวเมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2501 ซึ่งใช้เครื่องบันทึกเทปเพื่อส่งข้อความเสียงที่จัดเก็บไว้ตลอดจนรับจัดเก็บ และส่งข้อความอีกครั้ง มันถูกใช้ในการส่งคำอวยพรวันคริสต์มาสไปทั่วโลกจากประธานาธิบดีสหรัฐดไวต์ดี ดาวเทียมยังทำการส่งสัญญาณแบบเรียลไทม์หลายครั้งก่อนที่แบตเตอรี่ที่ไม่สามารถชาร์จใหม่จะล้มเหลวในวันที่ 30 ธันวาคม พ.ศ. 2501 หลังจากใช้งานจริง 8 ชั่วโมง [10] [11]

ผู้สืบทอดโดยตรงของ SCORE คือโครงการที่นำโดย ARPA อีกโครงการหนึ่งที่เรียกว่า Courier Courier 1Bเปิดตัวเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2503 เพื่อสำรวจว่าจะเป็นไปได้หรือไม่ที่จะสร้างเครือข่ายการสื่อสารทางทหารทั่วโลกโดยใช้ดาวเทียม "เครื่องทวนสัญญาณล่าช้า" ซึ่งรับและจัดเก็บข้อมูลจนกว่าจะได้รับคำสั่งให้ออกอากาศซ้ำ หลังจากผ่านไป 17 วันความล้มเหลวของระบบสั่งการยุติการสื่อสารจากดาวเทียม [12] [13]

นาซาโปรแกรมการใช้งานดาวเทียม 's เปิดตัวดาวเทียมครั้งแรกที่ใช้สำหรับการสื่อสารถ่ายทอดเรื่อย ๆ ในEcho 1ที่ 12 สิงหาคม 1960 Echo 1 เป็นอลูมิเนียมดาวเทียมบอลลูนทำหน้าที่เป็นเรื่อย ๆสะท้อนของไมโครเวฟสัญญาณ สัญญาณการสื่อสารถูกเด้งออกจากดาวเทียมจากจุดหนึ่งบนโลกไปยังอีกจุดหนึ่ง การทดลองนี้พยายามสร้างความเป็นไปได้ของการออกอากาศสัญญาณโทรศัพท์วิทยุและโทรทัศน์ทั่วโลก [13] [14]

ครั้งแรกและการทดลองเพิ่มเติม

เทลสตาร์เป็นดาวเทียมสื่อสารเชิงพาณิชย์แบบถ่ายทอดตรงแบบแอคทีฟดวงแรกและถือเป็นการส่งสัญญาณโทรทัศน์ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกเป็นครั้งแรก เป็นของAT&Tซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของข้อตกลงระหว่างประเทศระหว่าง AT&T, Bell Telephone Laboratories , NASA, British General Post OfficeและFrench National PTT (Post Office) เพื่อพัฒนาการสื่อสารผ่านดาวเทียม NASA เปิดตัวโดย NASA จากCape Canaveralเมื่อวันที่ 10 กรกฎาคม 1962 ในการเปิดตัวพื้นที่ที่ได้รับการสนับสนุนโดยเอกชนเป็นครั้งแรก [15] [16] [17]

อีกการทดลองถ่ายทอดเรื่อย ๆ วัตถุประสงค์หลักเพื่อวัตถุประสงค์ในการสื่อสารทหารเป็นโครงการเวสต์ฟอร์ดซึ่งนำโดยMassachusetts Institute of Technology 's ห้องแล็บลินคอล์น [18]หลังจากความล้มเหลวครั้งแรกในปี 2504 การเปิดตัวเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม พ.ศ. 2506 ได้กระจายเข็มทองแดง 350 ล้านไดโพลเพื่อสร้างสายพานสะท้อนแสงแบบพาสซีฟ แม้ว่าจะมีเพียงครึ่งหนึ่งของไดโพลที่แยกออกจากกันอย่างถูกต้อง แต่[19]โครงการก็สามารถทดลองและสื่อสารโดยใช้ความถี่ในแถบสเปกตรัมSHF Xได้สำเร็จ [20]

มาก่อนทันทีจากดาวเทียมค้างฟ้าเป็นฮิวจ์ บริษัท อากาศยาน 's Syncom 2เปิดตัว 26 กรกฏาคม 1963 Syncom 2 คือการสื่อสารผ่านดาวเทียมครั้งแรกในวงโคจร geosynchronous มันหมุนรอบโลกวันละครั้งด้วยความเร็วคงที่ แต่เนื่องจากยังคงมีการเคลื่อนที่ในแนวเหนือ - ใต้จึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษในการติดตาม [21]ซินคอม3ซึ่งเป็นผู้สืบทอดของมันเปิดตัวเมื่อวันที่ 19 กรกฎาคม พ.ศ. 2507 เป็นดาวเทียมสื่อสารแบบ geostationary ดวงแรก ซินคอม 3 ได้รับวงโคจรแบบ geosynchronous โดยไม่มีการเคลื่อนที่แบบเหนือ - ใต้ทำให้ปรากฏจากพื้นดินเป็นวัตถุที่หยุดนิ่งบนท้องฟ้า [22]

ส่วนขยายโดยตรงของการทดลองแบบพาสซีฟของ Project West Ford คือโครงการLincoln Experimental Satelliteซึ่งดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการลินคอล์นในนามของกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา [18] LES-1การสื่อสารผ่านดาวเทียมที่ใช้งานเปิดตัวที่ 11 กุมภาพันธ์ 1965 เพื่อสำรวจความเป็นไปได้ของการใช้งานของรัฐที่มั่นคงวง X ยาวช่วงทหารสื่อสาร มีการเปิดตัวดาวเทียมทั้งหมดเก้าดวงระหว่างปีพ. ศ. 2508 ถึง พ.ศ. 2519 โดยเป็นส่วนหนึ่งของซีรีส์นี้ [23] [24]

โครงการดาวเทียมเชิงพาณิชย์ระหว่างประเทศ

ในสหรัฐอเมริกา พ.ศ. 2505 ได้เห็นการจัดตั้งบริษัท เอกชนด้านการสื่อสารดาวเทียมคอร์ปอเรชั่น (COMSAT) ซึ่งอยู่ภายใต้คำสั่งของรัฐบาลสหรัฐในเรื่องของนโยบายระดับชาติ [25]ในอีก 2 ปีข้างหน้าการเจรจาระหว่างประเทศนำไปสู่ข้อตกลง Intelsat ซึ่งนำไปสู่การเปิดตัว Intelsat 1 หรือที่เรียกว่า Early Bird ในวันที่ 6 เมษายน พ.ศ. 2508 และเป็นดาวเทียมสื่อสารเชิงพาณิชย์ดวงแรกที่วาง ในวงโคจร geosynchronous [26] [27] การเปิดตัวครั้งต่อมาของ Intelsat ในทศวรรษ 1960 ให้บริการหลายปลายทางและบริการวิดีโอเสียงและข้อมูลสำหรับเรือในทะเล (Intelsat 2 ในปี พ.ศ. พ.ศ. 2512–70. ในช่วงทศวรรษที่ 1980 ด้วยการขยายกำลังการผลิตดาวเทียมเชิงพาณิชย์อย่างมีนัยสำคัญ Intelsat กำลังจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของอุตสาหกรรมโทรคมนาคมเอกชนที่มีการแข่งขันสูงและเริ่มได้รับการแข่งขันจากผู้ที่ชื่นชอบPanAmSatในสหรัฐอเมริกาซึ่งถูกซื้อไปอย่างแดกดัน โดยเป็นคู่แข่งสำคัญในปี 2548 [25]

เมื่อ Intelsat เปิดตัวสหรัฐอเมริกาเป็นแหล่งเปิดตัวเพียงแห่งเดียวนอกสหภาพโซเวียตที่ไม่ได้เข้าร่วมในข้อตกลง Intelsat [25]สหภาพโซเวียตเปิดตัวการสื่อสารผ่านดาวเทียมครั้งแรกเมื่อ 23 เมษายน 1965 เป็นส่วนหนึ่งของMolniyaโปรแกรม [28]โปรแกรมนี้ยังมีเอกลักษณ์เฉพาะในเวลานั้นสำหรับการใช้สิ่งที่รู้จักกันในชื่อวงโคจรโมลนิยาซึ่งอธิบายถึงวงโคจรที่เป็นวงรีสูงโดยมีสองวงโคจรสูงเหนือซีกโลกเหนือทุกวัน วงโคจรนี้ให้เวลาในการอยู่อาศัยที่ยาวนานเหนือดินแดนของรัสเซียและเหนือแคนาดาด้วยละติจูดที่สูงกว่าวงโคจร geostationary เหนือเส้นศูนย์สูตร [29]

เปรียบเทียบขนาดของวงโคจรของ GPS , GLONASS , กาลิเลโอ , Beidou-2และ อิริเดียมกลุ่มดาวที่ สถานีอวกาศนานาชาติที่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิและ วงโคจร (และของ วงโคจรสุสาน ) กับ เข็มขัดรังสีแวนอัลเลนและ โลกขนาด [a]ดวงจันทร์โคจร 's เป็นรอบ 9 ครั้งมีขนาดใหญ่เป็นวงโคจร [b] (ใน ไฟล์ SVGวางเมาส์เหนือวงโคจรหรือป้ายกำกับเพื่อไฮไลต์คลิกเพื่อโหลดบทความ)

โดยปกติแล้วดาวเทียมสื่อสารจะมีวงโคจรหลักหนึ่งในสามประเภทในขณะที่การจำแนกประเภทของวงโคจรอื่น ๆจะใช้เพื่อระบุรายละเอียดการโคจรเพิ่มเติม MEO และ LEO เป็นวงโคจรที่ไม่ใช่ geostationary (NGSO)

• ดาวเทียม Geostationary มีวงโคจร geostationary (GEO) ซึ่งอยู่ห่างจากพื้นผิวโลก 22,236 ไมล์ (35,785 กม.) วงโคจรนี้มีลักษณะพิเศษคือตำแหน่งที่ชัดเจนของดาวเทียมบนท้องฟ้าเมื่อมองโดยผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดินจะไม่เปลี่ยนแปลงดาวเทียมดูเหมือนจะ "หยุดนิ่ง" บนท้องฟ้า เนื่องจากคาบการโคจรของดาวเทียมจะเหมือนกับอัตราการหมุนของโลก ข้อดีของวงโคจรนี้คือเสาอากาศภาคพื้นดินไม่จำเป็นต้องติดตามดาวเทียมบนท้องฟ้าพวกมันสามารถกำหนดให้ชี้ไปที่ตำแหน่งบนท้องฟ้าที่ดาวเทียมปรากฏขึ้นได้
• ดาวเทียมวงโคจรของโลกขนาดกลาง (MEO) อยู่ใกล้โลกมากขึ้น ระดับความสูงของวงโคจรอยู่ระหว่าง 2,000 ถึง 36,000 กิโลเมตร (1,200 ถึง 22,400 ไมล์) เหนือโลก
• บริเวณที่อยู่ใต้วงโคจรขนาดกลางเรียกว่าวงโคจรต่ำของโลก (LEO) และอยู่ห่างจากโลกประมาณ 160 ถึง 2,000 กิโลเมตร (99 ถึง 1,243 ไมล์)

เนื่องจากดาวเทียมใน MEO และ LEO โคจรรอบโลกเร็วขึ้นจึงไม่สามารถมองเห็นบนท้องฟ้าไปยังจุดคงที่บนโลกได้อย่างต่อเนื่องเหมือนดาวเทียม geostationary แต่ดูเหมือนว่าผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดินจะข้ามท้องฟ้าและ "ตั้งค่า" เมื่อพวกเขาไปด้านหลัง โลกเหนือเส้นขอบฟ้าที่มองเห็นได้ ดังนั้นเพื่อให้มีความสามารถในการสื่อสารอย่างต่อเนื่องกับวงโคจรที่ต่ำกว่าเหล่านี้จำเป็นต้องมีดาวเทียมจำนวนมากขึ้นเพื่อให้สามารถมองเห็นดาวเทียมดวงใดดวงหนึ่งบนท้องฟ้าเพื่อส่งสัญญาณการสื่อสารได้ อย่างไรก็ตามเนื่องจากระยะทางที่ค่อนข้างน้อยถึงโลกสัญญาณของพวกมันจึงแรงกว่า [ ต้องการคำชี้แจง ]

วงโคจรต่ำของโลก (LEO)

โลกโคจรต่ำ (LEO) มักจะเป็นวงโคจรเป็นวงกลมประมาณ 160 ถึง 2,000 กิโลเมตร (99 ถึง 1,243 ไมล์) เหนือพื้นผิวโลกและตามลําดับเป็นระยะเวลา (เวลาจะหมุนรอบโลก) ประมาณ 90 นาที [30]

เนื่องจากมีระดับความสูงต่ำจึงสามารถมองเห็นดาวเทียมเหล่านี้ได้เฉพาะในรัศมี 1,000 กิโลเมตร (620 ไมล์) จากจุดดาวเทียมย่อย นอกจากนี้ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรของโลกต่ำจะเปลี่ยนตำแหน่งเมื่อเทียบกับตำแหน่งพื้นดินอย่างรวดเร็ว ดังนั้นแม้แต่แอปพลิเคชันในพื้นที่ก็จำเป็นต้องใช้ดาวเทียมจำนวนมากหากภารกิจต้องการการเชื่อมต่อที่ไม่ถูกขัดจังหวะ

ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกต่ำมีค่าใช้จ่ายในการส่งขึ้นสู่วงโคจรน้อยกว่าดาวเทียม geostationary และเนื่องจากความใกล้เคียงกับพื้นดินจึงไม่จำเป็นต้องมีความแรงของสัญญาณสูง(ความแรงของสัญญาณจะตกเท่ากับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิดดังนั้นผลกระทบ เป็นอย่างมาก) ดังนั้นจึงมีการแลกเปลี่ยนระหว่างจำนวนดาวเทียมและค่าใช้จ่าย

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างที่สำคัญในอุปกรณ์บนเรือและภาคพื้นดินที่จำเป็นในการสนับสนุนภารกิจทั้งสองประเภท

กลุ่มดาวดาวเทียม

กลุ่มของดาวเทียมที่ทำงานในคอนเสิร์ตเป็นที่รู้จักกันเป็นกลุ่มดาวดาวเทียม สองกลุ่มดาวดังกล่าวมีวัตถุประสงค์เพื่อให้โทรศัพท์ผ่านดาวเทียมบริการส่วนใหญ่ยังพื้นที่ห่างไกลเป็นอิริเดียมและGlobalstarระบบ ระบบอิริเดียมมีดาวเทียม 66 ดวง

นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ที่จะนำเสนอการครอบคลุมที่ไม่ต่อเนื่องโดยใช้ดาวเทียมที่มีวงโคจรต่ำของโลกซึ่งสามารถจัดเก็บข้อมูลที่ได้รับในขณะที่ส่งผ่านส่วนหนึ่งของโลกและส่งต่อในภายหลังขณะที่ส่งผ่านไปยังอีกส่วนหนึ่ง นี้จะเป็นกรณีที่มีระบบน้ำตกของแคนาดา 's CASSIOPEการสื่อสารผ่านดาวเทียม ใช้ระบบการจัดเก็บนี้และวิธีการไปข้างหน้าก็คือOrbcomm

วงโคจรของโลกขนาดกลาง (MEO)

MEO เป็นดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรระหว่าง 2,000 ถึง 35,786 กิโลเมตร (1,243 และ 22,236 ไมล์) เหนือพื้นผิวโลก ดาวเทียม MEO คล้ายกับดาวเทียม LEO ในการทำงาน ดาวเทียม MEO สามารถมองเห็นได้เป็นระยะเวลานานกว่าดาวเทียม LEO โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 8 ชั่วโมง ดาวเทียม MEO มีพื้นที่ครอบคลุมมากกว่าดาวเทียม LEO ระยะเวลาการมองเห็นที่ยาวนานขึ้นของดาวเทียม MEO และการใช้พื้นที่กว้างขึ้นหมายความว่าจำเป็นต้องใช้ดาวเทียมในเครือข่าย MEO น้อยกว่าเครือข่าย LEO ข้อเสียอย่างหนึ่งคือระยะห่างของดาวเทียม MEO ทำให้เกิดการหน่วงเวลานานกว่าและสัญญาณอ่อนกว่าดาวเทียม LEO แม้ว่าข้อ จำกัด เหล่านี้จะไม่รุนแรงเท่ากับดาวเทียม GEO

เช่นเดียวกับ LEO ดาวเทียมเหล่านี้ไม่ได้รักษาระยะห่างจากพื้นโลกให้อยู่กับที่ สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับวงโคจร geostationary ซึ่งดาวเทียมอยู่ห่างจากพื้นโลก 35,786 กิโลเมตร (22,236 ไมล์) เสมอ

โดยปกติวงโคจรของดาวเทียมโคจรรอบโลกขนาดกลางจะอยู่ห่างจากพื้นโลกประมาณ 16,000 กิโลเมตร (10,000 ไมล์) ในรูปแบบต่างๆดาวเทียมเหล่านี้ทำให้การเดินทางรอบโลกในทุกที่ตั้งแต่ 2 ถึง 8 ชั่วโมง

ตัวอย่างของ MEO

• ในปีพ. ศ. 2505 ดาวเทียมสื่อสารTelstarได้เปิดตัว เป็นดาวเทียมวงโคจรของโลกขนาดกลางที่ออกแบบมาเพื่อช่วยอำนวยความสะดวกในการส่งสัญญาณโทรศัพท์ความเร็วสูง แม้ว่าจะเป็นวิธีแรกในการส่งสัญญาณผ่านขอบฟ้า แต่ในไม่ช้าข้อเสียเปรียบที่สำคัญก็เกิดขึ้น เนื่องจากระยะเวลาโคจรประมาณ 2.5 ชั่วโมงไม่ตรงกับระยะเวลาการหมุนของโลก 24 ชั่วโมงจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะมีการครอบคลุมอย่างต่อเนื่อง เห็นได้ชัดว่าจำเป็นต้องใช้ MEO หลายรายการเพื่อให้ครอบคลุมอย่างต่อเนื่อง
• ในปี 2013 มีการเปิดตัวกลุ่มดาวสี่ดวงแรกของกลุ่มดาว 20 ดวงที่มีดาวเทียม MEO O3bดาวเทียมให้บริการอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งไปยังสถานที่ห่างไกลและการเดินเรือและในเที่ยวบินการใช้งานและวงโคจรที่ระดับความสูง 8,063 กิโลเมตร (5,010 ไมล์)) ความ [31]

วงโคจร Geostationary (GEO)

สำหรับผู้สังเกตการณ์บนโลกดาวเทียมในวงโคจร geostationary จะไม่เคลื่อนที่ในตำแหน่งคงที่บนท้องฟ้า เนื่องจากมันหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมของโลกเอง(การปฏิวัติหนึ่งครั้งต่อวันด้านข้างในวงโคจรเส้นศูนย์สูตร )

วงโคจร geostationary มีประโยชน์สำหรับการสื่อสารเนื่องจากเสาอากาศภาคพื้นดินสามารถเล็งไปที่ดาวเทียมได้โดยไม่ต้องติดตามการเคลื่อนที่ของดาวเทียม ราคาไม่แพงนัก

ในการใช้งานที่ต้องใช้เสาอากาศภาคพื้นดินจำนวนมากเช่นการกระจายDirecTVการประหยัดอุปกรณ์ภาคพื้นดินอาจมีมากกว่าต้นทุนและความซับซ้อนในการวางดาวเทียมเข้าสู่วงโคจร

ตัวอย่างของ GEO

• ดาวเทียมค้างฟ้าเป็นครั้งแรกSyncom 3เปิดตัววันที่ 19 สิงหาคม 1964 และใช้สำหรับการสื่อสารข้ามมหาสมุทรแปซิฟิกที่เริ่มต้นด้วยการรายงานข่าวโทรทัศน์ของการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูร้อน 1964 ไม่นานหลังจาก Syncom 3, Intelsat Iหรือที่รู้จักในชื่อEarly Birdเปิดตัวเมื่อวันที่ 6 เมษายน พ.ศ. 2508 และวางอยู่ในวงโคจรที่ลองจิจูด 28 °ตะวันตก มันเป็นดาวเทียมค้างฟ้าเป็นครั้งแรกสำหรับการสื่อสารโทรคมนาคมเหนือมหาสมุทรแอตแลนติก
• เมื่อวันที่ 9 พฤศจิกายน พ.ศ. 2515 ดาวเทียม geostationary ดวงแรกของแคนาดาที่ให้บริการในทวีปAnik A1ได้รับการเปิดตัวโดยTelesat Canadaโดยสหรัฐอเมริกาตามด้วยการเปิดตัวWestar 1โดยWestern Unionเมื่อวันที่ 13 เมษายน พ.ศ. 2517
• เมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม 1974 เป็นครั้งแรกการสื่อสารผ่านดาวเทียมค้างฟ้าในโลกที่จะเป็นสามแกนเสถียรเปิดตัว: ทดลองดาวเทียมATS-6ที่สร้างขึ้นสำหรับนาซา
• หลังจากการเปิดตัว Telstar ผ่านดาวเทียม Westar 1 RCA Americom (ต่อมาคือ GE Americom ปัจจุบันคือSES ) ได้เปิดตัวSatcom 1ในปี 2518 เป็น Satcom 1 ที่มีส่วนช่วยในการช่วยเหลือช่องเคเบิลทีวีในยุคแรก ๆเช่น WTBS (ปัจจุบันคือTBS ), HBO , CBN (ตอนนี้Freeform ) และช่องอากาศกลายเป็นความสำเร็จเพราะช่องทางเหล่านี้กระจายการเขียนโปรแกรมของพวกเขาทั้งหมดของเคเบิ้ลทีวีท้องถิ่นheadendsโดยใช้ดาวเทียม นอกจากนี้ยังเป็นดาวเทียมดวงแรกที่ใช้โดยเครือข่ายโทรทัศน์ที่ออกอากาศในสหรัฐอเมริกาเช่นABC , NBCและCBSเพื่อเผยแพร่รายการไปยังสถานีในเครือของตน Satcom 1 ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความสามารถในการสื่อสารสองเท่าของ Westar 1 ที่แข่งขันกันในอเมริกา (24 ช่องสัญญาณเมื่อเทียบกับ 12 ของ Westar 1) ส่งผลให้ต้นทุนการใช้งานช่องสัญญาณลดลง ดาวเทียมในทศวรรษต่อมามีแนวโน้มที่จะมีจำนวนช่องสัญญาณที่สูงขึ้น

ภายในปี 2000 ฮิวจ์สเปซแอนด์คอมมิวนิเคชั่นส์ (ปัจจุบันคือศูนย์พัฒนาดาวเทียมโบอิ้ง ) ได้สร้างดาวเทียมให้บริการเกือบร้อยละ 40 จากทั่วโลก ผู้ผลิตดาวเทียมรายใหญ่อื่น ๆ ได้แก่Space Systems / Loral , Orbital Sciences Corporation ที่มีซีรี่ส์Star Bus , องค์กรวิจัยอวกาศของอินเดีย , Lockheed Martin (เป็นเจ้าของธุรกิจ RCA Astro Electronics / GE Astro Space เดิม), Northrop Grumman , Alcatel Space ปัจจุบันคือThales Alenia Spaceกับรุ่น SpacebusชุดและAstrium

โมลนิยาโคจร

ดาวเทียม Geostationary จะต้องทำงานเหนือเส้นศูนย์สูตรจึงปรากฏต่ำลงบนขอบฟ้าเมื่อเครื่องรับอยู่ห่างจากเส้นศูนย์สูตรมากขึ้น สิ่งนี้จะทำให้เกิดปัญหาสำหรับละติจูดทางเหนือสุดขั้วส่งผลต่อการเชื่อมต่อและก่อให้เกิดการรบกวนแบบหลายพา ธ (เกิดจากสัญญาณสะท้อนจากพื้นดินและเข้าสู่เสาอากาศภาคพื้นดิน)

ดังนั้นสำหรับพื้นที่ใกล้กับขั้วโลกเหนือ (และใต้) ดาวเทียม geostationary อาจปรากฏใต้ขอบฟ้า ดังนั้นจึงมีการเปิดตัวดาวเทียมวงโคจร Molniya ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรัสเซียเพื่อบรรเทาปัญหานี้

การโคจรของโมลนิยาอาจเป็นทางเลือกที่น่าสนใจในกรณีเช่นนี้ วงโคจรโมลนิยามีความลาดเอียงสูงซึ่งรับประกันได้ว่ามีการยกระดับที่ดีเหนือตำแหน่งที่เลือกในช่วงทางตอนเหนือของวงโคจร (ระดับความสูงคือขอบเขตของตำแหน่งดาวเทียมที่อยู่เหนือขอบฟ้าดังนั้นดาวเทียมที่ขอบฟ้าจึงมีระดับความสูงเป็นศูนย์และดาวเทียมที่อยู่เหนือศีรษะโดยตรงจะมีความสูง 90 องศา)

วงโคจรโมลนิยาได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ดาวเทียมใช้เวลาส่วนใหญ่ในละติจูดทางตอนเหนือที่ห่างไกลในระหว่างที่รอยเท้าของมันเคลื่อนที่เพียงเล็กน้อย ระยะเวลาคือครึ่งวันเพื่อให้ดาวเทียมสามารถใช้งานได้ในพื้นที่เป้าหมายเป็นเวลาหกถึงเก้าชั่วโมงทุก ๆ การปฏิวัติวินาที ด้วยวิธีนี้กลุ่มดาวของดาวเทียมโมลนิยาสามดวง (รวมถึงอะไหล่ในวงโคจร) สามารถให้การครอบคลุมได้อย่างต่อเนื่อง

ดาวเทียมครั้งแรกของMolniyaชุดเปิดตัวที่ 23 เมษายน 1965 และถูกนำมาใช้สำหรับการทดลองส่งของทีวีสัญญาณจากกรุงมอสโกอัปลิงค์สถานีdownlinkสถานีที่ตั้งอยู่ในไซบีเรียและตะวันออกไกลของรัสเซียในอริลส์ , Khabarovsk , มากาดานและวลา ในพฤศจิกายน 1967 วิศวกรโซเวียตสร้างที่ไม่ซ้ำกันระบบของโทรทัศน์แห่งชาติเครือข่ายของโทรทัศน์ผ่านดาวเทียมที่เรียกว่าOrbitaที่อยู่บนพื้นฐานของดาวเทียม Molniya

วงโคจรเชิงขั้ว

ในสหรัฐอเมริกา National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS) ก่อตั้งขึ้นในปี 1994 เพื่อรวบรวมการปฏิบัติการดาวเทียมขั้วโลกของ NASA (National Aeronautics and Space Administration) NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) NPOESS จัดการดาวเทียมจำนวนหนึ่งเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น METSAT สำหรับดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา EUMETSAT สำหรับสาขายุโรปของโครงการและ METOP สำหรับปฏิบัติการทางอุตุนิยมวิทยา

วงโคจรเหล่านี้เป็นแบบซิงโครนัสของดวงอาทิตย์ซึ่งหมายความว่าพวกมันข้ามเส้นศูนย์สูตรในเวลาท้องถิ่นเดียวกันในแต่ละวัน ตัวอย่างเช่นดาวเทียมในวงโคจร NPOESS (พลเรือน) จะข้ามเส้นศูนย์สูตรจากใต้ไปเหนือเวลา 13.30 น. 17.30 น. และ 21.30 น.

ดาวเทียมสื่อสารมักประกอบด้วยระบบย่อยดังต่อไปนี้:

• น้ำหนักบรรทุกการสื่อสารโดยปกติประกอบด้วยทรานสปอนเดอร์เสาอากาศและระบบสวิตชิ่ง
• เครื่องยนต์ที่ใช้ในการนำดาวเทียมไปยังวงโคจรที่ต้องการ
• ติดตามสถานีเก็บรักษาและการรักษาเสถียรภาพของระบบย่อยมาใช้เพื่อให้ดาวเทียมในวงโคจรที่เหมาะสมกับเสาอากาศชี้ไปในทิศทางที่ถูกต้องและระบบไฟฟ้าของมันชี้ไปทางดวงอาทิตย์
• ระบบย่อยพลังงานที่ใช้ในการจ่ายไฟให้กับระบบดาวเทียมโดยปกติประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ที่รักษาพลังงานในช่วงสุริยุปราคา
• ระบบย่อย Command and Control ซึ่งรักษาการสื่อสารกับสถานีควบคุมภาคพื้นดิน สถานีควบคุมภาคพื้นดินจะตรวจสอบประสิทธิภาพของดาวเทียมและควบคุมการทำงานของดาวเทียมในช่วงต่างๆของวงจรชีวิต

แบนด์วิดท์ที่ใช้ได้จากดาวเทียมขึ้นอยู่กับจำนวนช่องสัญญาณที่ดาวเทียมให้มา บริการแต่ละรายการ (ทีวีเสียงอินเทอร์เน็ตวิทยุ) ต้องการแบนด์วิดท์ในการรับส่งข้อมูลที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปเรียกว่าการจัดทำงบประมาณลิงก์และสามารถใช้เครื่องมือจำลองเครือข่ายเพื่อให้ได้ค่าที่แน่นอน

การจัดสรรความถี่ให้บริการดาวเทียมเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งต้องมีการประสานงานและการวางแผนระหว่างประเทศ ดำเนินการภายใต้การอุปถัมภ์ของสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) เพื่ออำนวยความสะดวกในการวางแผนความถี่โลกถูกแบ่งออกเป็นสามภูมิภาค:

• ภูมิภาค 1: ยุโรปแอฟริกาตะวันออกกลางที่เคยเป็นสหภาพโซเวียตและมองโกเลีย
• ภูมิภาค 2: อเมริกาเหนือและใต้และกรีนแลนด์
• ภูมิภาค 3: เอเชีย (ไม่รวมพื้นที่ภูมิภาค 1) ออสเตรเลียและแปซิฟิกตะวันตกเฉียงใต้

ภายในภูมิภาคเหล่านี้คลื่นความถี่จะถูกจัดสรรให้กับบริการดาวเทียมต่างๆแม้ว่าบริการหนึ่ง ๆ อาจได้รับการจัดสรรคลื่นความถี่ที่แตกต่างกันในภูมิภาคต่างๆ บริการบางอย่างที่ให้บริการโดยดาวเทียม ได้แก่ :

• บริการดาวเทียมคงที่ (FSS)
• บริการดาวเทียมกระจายเสียง (BSS)
• บริการมือถือ - ดาวเทียม
• บริการ Radionavigation-satellite
• บริการอุตุนิยมวิทยา - ดาวเทียม