A Study of the Feasibility of Using Accompanying Data-Relay Satellites in the Tasks of Providing Communication with Deep-Space Spacecraft

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We have considered possible architecture options for an interplanetary communication system in which a data relay is used. The structure of a typical space communication link and the ways to improve its efficiency are analyzed. As one possibility, it is proposed to use accompanying orbital data-relay satellites providing the required data-transmission rate in the mode of formation flight together with the research spacecraft (SC). The optimization of the heliocentric leg of the flight trajectory of the Martian research SC and its accompanying data-relay satellite was carried out. The principal possibility of providing a formation flight of the data-relay satellite and research SC to improve communication with the Earth is demonstrated. Estimates were obtained for the masses of data-relay satellite and research SC with regard to the use of medium-lift launch vehicle of Soyuz type and a Fregat booster. Estimates are given for an increase in the duration of high-speed communication due to the use of a data-relay satellite in libration points L4 and L5 of the Earth–Sun system, as well as in heliocentric circular orbits with different radii.

About the authors

A. P. Plokhikh

Moscow Aviation Institute (National Research University), 125080, Moscow, Russia

Email: plokhikh2001@mail.ru
Россия, Москва

A. A. Sinitsyn

Moscow Aviation Institute (National Research University), 125080, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: plokhikh2001@mail.ru
Россия, Москва

References

  1. Stampfl R.A., Jones A.E. Tracking and data relay satellites // IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst. 1970. V. AES-6. Iss. 3. P. 276–289.
  2. Toral M., Heckler G., Pogorelc P. et al. Payload performance of third generation TDRS and future services // Proc. 35th AIAA Int. Commun. Satell. Syst. Conf. ICSSC. 2017. Art. ID. AIAA 2017–5433. https://doi.org/10.2514/6.2017-5433
  3. Witting M., Hauschildt H., Murrell A. et al. Status of the European data relay satellite system // Proc. Int. Conf. Space Opt. Syst. Appl. (ICSOS). Ajaccio. France. 2012. P. 19–30.
  4. Hunter J. The orbiting deep space relay station – A study report. // Proc. AIAA Conf. Large Space Platforms: Future Needs Capabilities. Los Angeles. USA. 1978. Art. ID. 1639.
  5. Wilson K.E., Wright M., Cesarone R. et al. Cost and performance comparison of an Earth-orbiting optical communication relay transceiver and a ground-based optical receiver subnet // IPN Progress Rep. P. 42–153. 2003.
  6. Cornwell D.M. NASA’s optical communications program for 2017 and beyond // Proc. IEEE Int. Conf. Space Opt. Syst. Appl. 2017. P. 10–14. https://doi.org/10.1109/ICSOS.2017.8357203
  7. Cerf V., Burleigh S., Hooke A. et al. Interplanetary Internet (IPN): Architectural Definition. 2001. https://datatracker.ietf.org/doc/html/draft-irtf-ipnrg-arch-00.txt
  8. Travis E. The InterPlaNetary Internet: architecture and key technical concepts. Internet Global Summit, INET 2001.
  9. Bhasin K., Hayden J. Space Internet Architectures and Technologies for NASA Enterprises // IEEE Aerospace Conference. USA. 2001. V. 2. P. 931–941.
  10. Domingo V., Fleck B., Poland A.I. The SOHO mission: An overview // Solar Physics. 1995. V. 162. P. 1–37.
  11. Bennett C.L., Larson D., Weiland J.L. et al. Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: final maps and results // Astrophysical J. Supplement Series. 2013. V. 208. Iss. 2. https://doi.org/10.1088/0067-0049/208/2/20
  12. Wilson L.B., Brosius A.L., Gopalswamy N. et al. A quarter century of WIND spacecraft discoveries // Reviews of Geophysics. 2021. V. 59. Iss. 2. https://doi.org/10.1029/2020RG000714
  13. Howard T.G. An initial design assessment for a communications relay satellite to support the interplanetary information infrastructure // 16th AIAA International Communications Satellite Systems Conference. 1996. P. 566–575. https://doi.org/10.2514/6.1996-1057.
  14. Haque S. A Broadband Multi-hop Network for Earth-Mars Communication using Multi-purpose Interplanetary Relay Satellites and Linear-Circular Commutating Chain Topology. 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2011. https://doi.org/10.2514/6.2011-330.
  15. Wan P., Zhan Y. A structured Solar System satellite relay constellation network topology design for Earth-Mars deep space communications // Int. J. Satell. Commun. Netw. 2019. V. 37. Iss. 3. P. 292–313. https://doi.org/10.1002/sat.1287
  16. Bhasin K., Hayden J.L., Sands O. Relay station based architectures and technology for space missions to the outer planets // 20th AIAA International Communication Satellite Systems Conference and Exhibit. 2002. https://doi.org/10.2514/6.2002-2066
  17. Варгаузин В.А., Цикин И.А. Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи. СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 352 с. ISBN 978-5-9775-0878-0.
  18. Modenini D., Locarini A., Valentini L. et al. Two-Leg Deep-Space Relay Architectures: Performance, Challenges, and Perspectives // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2022. V. 58. Iss. 5. https://doi.org/10.1109/TAES.2022.3178663
  19. Jiang Y., Li G., Zhang G. et al. The Hierarchical-Cluster Topology Control Strategy of InterPlaNetary Internet Backbone based on Libration Points // Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). ISSN 0033-2097. 2012. V. 88. Iss. 4.
  20. Питьева Е.В. и др. Эфемериды EPM2008. URL: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/EPM2008
  21. Аншаков Г.П., Капитонов В.А., Кирилин А.Н. и др. Ракета-носитель “Русь” – новые возможности знаменитой “семерки” // Полет. 2006. № 3. С. 3–8.
  22. Асюшкин В.А., Викуленков В.П., Ишин С.В. и др. Универсальный разгонный блок повышенной энерговооруженности “Фрегат-СБУ” // Вестник НПО имени С.А. Лавочкина. 2017. № 2. С. 147–156.
  23. Асюшкин В.А., Викуленков В.П., Ишин С.В. и др. Усовершенствованный разгонный блок типа “Фрегат” для перспективных ракет космического назначения среднего класса // Вестник НПО имени С.А. Лавочкина. 2018. № 2. С. 3–12.
  24. Manzella D., Sarmiento Ch., Sankovic J. et al. Performance Evaluation of the SPT-140. 25th International Electric Propulsion Conference sponsored by the Electric Rocket Propulsion Society. Cleveland. Ohio, USA. 1997. NASA TM–97-206301. IEPC–97–059. https://ntrs.nasa.gov/ api/citations/19980016322/downloads/19980016322.pdf
  25. Константинов М.С., Петухов В.Г., Тейн М. Оптимизация траекторий гелиоцентрических перелетов. М.: МАИ, 2015. 260 с.
  26. Федотов Г.Г. Об использовании возможностей комбинации большой и малой тяги при полетах к Марсу // Космические исследования. 2001. Т. 39. № 6. С. 613–621.
  27. Федотов Г.Г. Оптимизация перелетов между орбитами искусственных спутников двух планет при использовании комбинации большой и малой тяги // Космические исследования. 2002. Т. 40. № 6. С. 16–625.
  28. Лебедев В.Н. Расчет движения космического аппарата с малой тягой // Математические методы в динамике космических аппаратов. Вып. № 5. М.: Вычислительный центр АН СССР, 1968.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (49KB)
Indexing metadata
3.

Download (244KB)
Indexing metadata
4.

Download (290KB)
Indexing metadata
5.

Download (165KB)
Indexing metadata
6.

Download (73KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 А.П. Плохих, А.А. Синицын

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».