Специалисты МАИ совершенствуют системы дальней космической связи для аппаратов с электроракетными двигателями

Учёные Московского авиационного института завершили цикл исследований, направленных на повышение эффективности систем дальней космической связи с межпланетными аппаратами, оснащёнными электроракетными двигательными установками (ЭРДУ).

Проект выполнен в рамках гранта Российского научного фонда № 23-19-00515 под руководством профессора кафедры 408 «Инфокоммуникации» МАИ, доктора технических наук Андрея Плохих.

В число ключевых направлений, развиваемых в России в рамках национального проекта «Космос», входит исследование межпланетного космического пространства. Перед российскими разработчиками стоит задача создания космических аппаратов с увеличенным сроком активного существования — и решить её помогают электроракетные двигатели (ЭРДУ), создающие тягу за счёт ускорения заряженных частиц в электрических и магнитных полях.

— Высокие значения удельного импульса, характерные для ЭРДУ, способствуют значительному сокращению необходимого топлива и продлению жизненного цикла космических миссий. Это особенно важно при планировании длительных исследований в условиях дальнего космоса. Однако работа таких двигателей сопряжена со сложными электродинамическими процессами, возникающими при ионизации и ускорении компонентов топлива, в результате которых может возникать помеховое излучение, снижающее пропускную способность каналов космической связи, что особенно критично на сверхбольших удалениях от Земли, — отмечает Андрей Плохих.

Для повышения эффективности систем связи с межпланетными аппаратами, оборудованными маршевыми электроракетными двигателями, учёные МАИ предложили применять методы слепого разделения сигналов, в частности — метод анализа независимых компонент. Он позволяет эффективно отделять сигналы от помех на основании их статистических свойств.

Вторая проблема, которую решали разработчики, — затухание сигнала в космическом пространстве с ростом расстояния. Для её решения традиционно используются промежуточные космические аппараты — ретрансляторы, оснащённые высокоэффективными приёмо-передающими системами. Например, при двухзвенной схеме ретранслятор принимает сигнал основного аппарата, а затем передаёт его на Землю.

— Это даёт выигрыш в уровне сигнала и, соответственно, пропускной способности канала связи. Космические аппараты-ретрансляторы могут располагаться, например, на орбитах вокруг Солнца или в точках либрации — местах, где гравитация планеты назначения и Солнца уравновешена. Использование ретрансляторов даёт возможность также бороться с ухудшением качества связи при засветке Солнцем в момент его нахождения на линии «Земля – космический аппарат», — говорит Андрей Плохих.

Однако нахождение космических аппаратов-ретрансляторов на фиксированных орбитах не учитывает индивидуальной траектории полёта целевого аппарата, которая определяется каждой конкретной миссией. Для полноценного охвата существующих и планируемых миссий в рамках Солнечной системы необходимо создание сложной орбитальной группировки ретрансляторов, количество которых может измеряться тысячами.

Специалисты МАИ предложили новый подход — выведение ретранслятора, оснащённого ЭРДУ, на индивидуальную орбиту сопровождения, согласованную с орбитой целевого космического аппарата на всей траектории перелёта. Под согласованием орбит понимается такое их взаимное положение, когда обеспечивается заданная скорость передачи данных и парирование засветки от Солнца на всех этапах полёта.

Результаты проведённого исследования создают новый технологический задел для реализации сложных межпланетных программ и открывают новые возможности для надёжной связи на расстояниях в сотни миллионов километров. В настоящее время они переданы в профильные предприятия ракетно-космической отрасли для дальнейшей практической отработки.