Техникалық құжаттама
Әскери келісімшарттарға арналған конфигурацияны басқару процесінің талаптары MIL-STD 483, MIL-STD 1521 және DOD-STD 1521 арқылы анықталған.
Сенімділігі жоғары техникалық құралдарды дайындау
Сапаны қамтамасыз ету және бақылау
Біліктілік сынақтарын жүргізу бағдарламасы
1.2-суретте Atlas-Centaur зымыран тасығышының діріл деңгейі, сондай-ақ біліктілік және қабылдау сынақтары үшін діріл деңгейлері көрсетілген [General Dynamics Space Systems Division, 1988]. 1-қуаттың тығыздығы, G2 / Гц; 2 – жиілік, Гц; 3 – ғарыш аппаратының құрамдас бөліктерінің біліктілік сынақтары үшін діріл деңгейі, 20,74 г, орташа квадраттық мән; 4-ші ғарыш аппаратының құрамдас бөлігін алу және жеткізу.
Ғарыш аппаратының біліктілік сынақтарын жүргізу кезектілігі
Ұшыру полигонында ғарыш аппаратын пайдалану
4 Технический анализ и контроль систем, оборудования и программного обеспечения электронных вычислительных машин // Стандарт Министерства обороны США MIL Std 1521B. 9 Порядок управления конфигурацией систем, оборудования, оборудования и программного обеспечения электронных вычислительных машин // Стандарт Министерства обороны США MIL Std 483A.
Байланыс жүйесінің архитектурасы
Ғарыш аппараттары мен жерүсті станцияларының өзара орналасу геометриясына
Өкінішке орай, «Найзағай» ғарыш аппаратының орбитасы жерүсті станциясының антеннасының тұрақты орнын ауыстыруды және жердегі станцияның көру аймағына кіру және шығу кезінде станцияны бір ғарыш аппаратынан екіншісіне ауыстыруды қажет етеді. Осылайша, жердегі радиотаратқыштың «жоғары» қуаты жердегі станциядан ғарыш аппаратына дейінгі қысқа қашықтықты ескере отырып, рұқсатсыз қабылдау мүмкіндігін азайта отырып, төмен болуы мүмкін.
Байланыс жүйесінің функционалдық мақсатына қарай оның архитектурасын
Сонымен қатар, ғарыш аппаратының бортында мақсатты ақпаратты өңдеу көбінесе қосымша шығындарды үнемдеуді қамтамасыз ете отырып, «төмен» сілтеме бойынша жіберу жылдамдығының талаптарын азайтуға мүмкіндік береді (бұл мәселе осы тараудың 2.2-бөлімінде толығырақ қарастырылады). Алғашқы ғарыш аппараттары, мысалы, спутниктер мұндай проблемаларды шешуге тура келмеді, өйткені олардың байланыс жүйелері бір ғана байланыс арнасын – «төмен» желіні және кең бағытты антеннаны пайдалана отырып, бір ғана ғарыш аппаратымен жұмыс істеді.
Байланыс жүйесінің архитектурасын таңдау критерийлері
Деректерді беру жылдамдығы
Траекториялық өлшеулер, телеметриялық бақылау және командалық басқару
Мысалы, әрбір он секунд сайын 50 температура сенсорын және 50 кернеу датчигін 1,5% өлшеу дәлдігімен бақылауымыз керек делік. Командалық хабарлама 48-ден 64 битке дейін болуы мүмкін, оның ішінде синхрондау тақырыбы немесе кіріспе (сериялық биттер тізбегі), осы пәрмен орындалатын ғарыш кемесі бортындағы орынды анықтайтын тақырып сөзі, пәрменнің өзі (ол жиі хабар құрылымында бір екілік санмен, «қосу» немесе «өшіру») және осы пәрмен хабарламасының дұрыс қабылдануын қамтамасыз ету үшін кейбір қателерді анықтау биттері арқылы көрсетіледі. Мысалы, АҚШ Әскери-әуе күштерінің траекториясын өлшеу жүйесі өлшеу командалық ақпаратымен бірге ғарыш кемесіне «жоғары сілтеме» радиобайланысы арқылы берілетін псевдокездейсоқ кодты пайдаланады.
Бұл NASA реактивті қозғалыс зертханасына (азаматтық және ғылыми ғарыштық бағдарламаларды басқару) және АҚШ Әуе күштерінің спутниктік басқару желісіне (SCN) (әскери ғарыштық бағдарламаларды басқару) тиесілі Терең ғарыштық желі (DSN). Жоғарыда көрсетілген үш жерүсті желілері мен траекторияны өлшеу, телеметриялық бақылау және ұшуды басқару жүйелерінен басқа, 2.6-кестеде сондай-ақ Бақылау және деректер релелік спутниктік жүйесі (TDRSS) ғарыш аппаратының деректері – NASA жерүсті станцияларының желілері мен жүйелері (TDRSS жүйесі сипатталған) берілген. Юен тілінде [1983]).
Ақпарат жинау
Жақын болашақта біз орналасқан жерімізді анықтау үшін Ғаламдық орынды анықтау жүйесінің (GPS) қабылдағыштары арқылы ғарыш аппараттарының 15 000 км-ден төмен орбитада жүргенін көруіміз мүмкін (Толығырақ Жаһандық жерсеріктік радионавигация жүйелері туралы 11.7-бөлім, 11-тарау). Екінші жағынан, 9-34 теңдеуін пайдалана отырып, біз FireSat ғарыш аппаратынан мақсатты деректер жылдамдығының 11 Гбит/с екенін анықтадық, бұл нақты, экономикалық тұрғыдан мүмкін ғарыш жүйесі үшін тым көп.
Деректерді ретрансляциялау
Коммерциялық байланыс ғарыш аппаратының бортында орнатылған қайталағыш жолағы әдетте 36 МГц пен 72 МГц диапазонында болады (бұл деректер қарапайым қайталағыштарға жатады; сигналды өңдеудің қайталағыштары осы тараудың 2.5 бөлімінде сипатталған). Intelsat-V ғарыш аппараты үшін бірінші қатарда мыналар болуы керек: әрқайсысы 36 МГц жиілік диапазоны бар төрт қайталағыш және 41 МГц жиілік жолағы бар бір қайталағыш.
Байланыс арнасын жобалау
Байланыс арнасының энергетикалық теңдеуін шығару
Шу коэффициенті 1 3дб тең, бір битке есептелген алынған энергия мен шу тығыздығы арасындағы қатынас 12,6 дБ тең, атмосфералық шығындар есепке алынбайды; 2- жерүсті станциясының қабылдау антеннасының диаметрі метрмен; 3-Null Enhanced борттық антенна, геостационарлық орбитада ғарыш аппараты; 4 - кіріктірілген ғаламдық сәулелік антенна, геостационарлық орбитада ғарыш аппараты; Бағыттау үлгісіндегі кірістірілген ине басы антеннасы 5, қызмет көрсету аймағының диаметрі 380 км-ге тең. Алынған сигналдың қуаты, C, қуат ағынының тығыздығына, 𝑊𝑓 қабылдағыш антеннаның саңылауының тиімді ауданына (қабылдағыш антеннаның саңылауының тиімді ауданы) 𝐴𝑟 көбейтіндісіне тең. Вт-де Кельвин градусындағы байланыс жүйесінің шу температурасы, қабылдағыштың шу өткізу жолағы Гц-де, ал k-Больцман тұрақтысы 1,380, ол 10-23 Дж/К-ге тең.
Байланыс арнасын жобалау теңдеулері
Алынған шудың жалпы қуаты және шудың спектрлік тығыздығы байланыс жүйесінің шу температурасына (ағылшынша жүйе шуының температурасы), Ts, келесі қатынастарға байланысты: , байланыс жүйесінің шу температурасы Кельвин градусында, қабылдағыштың шу диапазонының ені Гц, ал k-Больцман тұрақтысы 1,380, 10-23 Дж/К тең. енді алынған 2.7 және 2.8 теңдеулерін 2.6 теңдеуімен біріктіріп, 2.2 байланыс арнасының бастапқы энергетикалық теңдеуін аламыз. - кірістегі сигнал күші, мысалы, антеннаның кірісіндегі және 𝑃0 - бұл элементтің шығысындағы сигнал күші. Біз оларды антенна шуының температурасы (антенна шуының температурасы), T𝑎𝑛𝑡 деп атаймыз.
Қабылдаушы антеннаның шығысы мен қабылдағыш құрылғының шығысы арасында орналасқан барлық шу көздері біріктіріліп, қабылдағыштың шу температурасы T𝑟 деп аталады. Антенна мен қабылдағыш дыбыстарының қосындысы бізге жүйе шуының температурасының (ағылшынша жүйе шуының температурасы), T𝑠 мәнін береді. шу температурасының шамасын анықтау үшін антеннаны аз шуыл қабылдағыш күшейткішіне және өткізу жолағы сүзгісіне қосатын сигнал беру желісі енгізген шуды осы қосындыға қосу керек. 2.16) мұндағы 𝐿𝑟 – антенна мен қабылдағыш арасындағы желідегі қуат қатынасы ретіндегі жоғалту.
Ақпаратты модуляциялау және кодтау
Жиілік ауыстыруды пернелеуде тасымалдаушының тербеліс жиілігі екілік нөлді беру үшін F1-ге және екілік нөлді беру үшін F2-ге орнатылады. Бірнеше жиілік ығысуын енгізу кезінде тасымалдаушы толқынның діріл жиілігі M мүмкін мәндердің біріне орнатылады. Мысалы, 10-5 биттік қате жылдамдығы орташа алғанда әрбір 100 Кбит/с алынған ақпарат үшін тек бір екілік бит қате қабылданатынын білдіреді.
Екінші реттік жиіліктердің екілік фазалық ауысымды кілттеу әдістерін және негізгі тасымалдаушы жиіліктің фазалық модуляциясын біріктіретін модуляция түрі (ағылш.: екілік фазалық ауысу/фазалық модуляция), Юэн [1983]* сипаттаған жұмыс. Мысалы, 10-5-ке тең бір символ бойынша қателік ықтималдығы деректер битіне қабылданған сигнал энергиясының шу спектрлік тығыздығына қатынасы Eb /No 4,4 дБ тең болғанда қамтамасыз етіледі.
Aтмосферада және жаңбырда радиотолқындардың сөнуі
Дегенмен, кейбір технологиялар байланыс арнасының жиілік диапазонын кеңейту қажеттілігінсіз маңызды кодтау тиімділігін қамтамасыз ете алады (бұл мәселе Unngerboeck [1982] және Sklar [1988], 7.10.6 бөлімінде толығырақ қарастырылады). 2.11-суреттегі қисықтар Crane моделіне негізделген - климаттық бақылау деректерінен құрастырылған және жаңбыр кезінде радиотолқындардың әлсіреуін бағалау үшін пайдаланылатын кестелер мен теңдеулер сериясы (үлгінің толығырақ сипаттамасын Crane жұмысынан табуға болады) [1980] немесе Ипполито [1986]). Атмосферадағы радиосигналдарды әлсіретудің бұл түрі «төмен» желілер үшін 10 ГГц-тен жоғары жиілік диапазонын пайдаланатын ғарыштық байланыс жүйелерін жобалаудың маңызды факторына айналады.
Мысалы, ашық ауа райында шу температурасы 727 К радиоқабылдағыш жүйесі жаңбыр кезінде радиотолқындардың әлсіреу жылдамдығы 10 дБ болса, онда оның шу температурасы 988 К дейін көтеріледі, бұл жүйенің шуының тығыздығын арттырады, 𝑁0 , 1,3 дБ ge. Бұл ретте сигнал күші мен тасымалдаушы жиіліктегі шу тығыздығы арасындағы қатынастың жиынтық төмендеуі, С/𝑁0, жаңбыр кезінде радиосигналдың әлсіреуін (-10 дБ) және шу тығыздығының жоғарылауын құрайды. жүйенің (-1,3 дБ) және, тиісінше, -11,3 дБ.
Жиілік диапазонын таңдау
Шу тығыздығы қатынасының жалпы төмендеуі, C/𝑁0, жаңбыр кезіндегі радиосигналдың әлсіреуі (-10 дБ) және жүйе шуының тығыздығының (-1,3 дБ) артуына байланысты және -11,3 дБ болады. Қолдануға жарамдылық мәселесін шешу үшін қолданыстағы радиоэлектрондық жабдықтар мен қызметтерге, мысалы, жерүсті радиобайланыс желілерінің немесе жердегі радиолокациялық станциялардың жұмысына кедергілерді болдырмау немесе олардың радиоэлектрондық құрылғыларға әсерін болдырмау үшін терең зерттеулер қажет. жоспарланған байланыс арнасының жұмысы. 48°, ал -10° бұрыш үшін -48° диапазонында антеннаның бағыттау диаграммасының негізгі бөлігінің осінен ауытқу изотропты (нөлдік күшейту) антеннаның күшейту күшіне байланысты. 34, «жоғары» және «төмен» сызықтардағы тасымалдаушы тербелістердің ортогональды поляризациясын қолдану арқылы бұл олардың арасындағы маңызды өзара әрекеттесусіз бірдей жиіліктегі екі тасымалдаушы тербелістерді қабылдауға мүмкіндік береді.
Байланыс арнасының энергетикалық әлеуеті
Бұл үшін 2.10 теңдеуі пайдаланылады, ал сезгіш сигналдың әлсіреуі жердегі станциядан жергілікті Горизонт деңгейінен жоғары ғарыш аппаратының көру сызығының ең төменгі бұрышының синусына бөлінеді (әдетте бұл бұрыш 10 градус ретінде қабылданады). AUTO бақылау режимі пайдаланылса, жер станциясының антеннасының бағыт үлгісінің енінің 10% тең меңзеу қатесін 2.17 теңдеуіне сәйкес есептеуге болады. FireSat ғарыш кемесі үшін біз «төмен» сызықта екі позициялық фазалық манипуляцияны және «жоғары» сызықта тасымалдаушы жиілігінің екінші фазалық модуляциясын қолданамыз.
10 ГГц-тен жоғары жиілік диапазоны үшін атмосферадағы және жаңбырдағы шығындарды жабуға арналған энергия қоры 6-дан 20 децибелге дейін болуы керек. 34; Қабылдаушы антеннаның бағытталу үлгісінің ені оның жалпы өлшемдеріне немесе меңзеу қателеріндегі шектеулерге (ғарыш аппаратын тұрақтандыру дәлдігімен анықталады) емес, көбінесе Жердегі қажетті қызмет көрсету аймағына байланысты болатынын қоспағанда, жоғары сызықты жобалау ұқсас жолмен орындалады.
Ғарыш аппараты байланысының борттық кіші жүйесінің параметрлерін анықтау
2.13-кестедегі деректерге сүйене отырып, қызмет көрсететін төмен бағытталған антенна үшін s-диапазонында (2,2 ГГц) жұмыс істейтін кірістірілген 20 Вт таратқышты пайдалану кезінде FireSat ғарыш жобасының талаптары орындалатынына кепілдік бере аламыз. бөлменің бүкіл бөлігі. Ғарыш кемесінен көрінетін жер беті. Кестеде келтірілген антенналарды пайдалану антеннаның бағыт диаграммасының негізгі қалақшасының ені 20°-тан аз болғанда, 15 дБ-ден астам күшейту коэффициентін қамтамасыз еткенде ұсынылады. Шығу қуатының диапазоны 5 Вт-тан 10 Вт-қа дейін, бірақ 2 ГГц-тен төмен жиілік диапазонында таратқыштың шығыс қуаты 80 Вт-қа дейін қабылданады.
2.17-кестеде байланыс арнасының энергетикалық әлеуетін есептеуге негізделген FireSat ғарыш аппаратының борттық ішкі жүйесінің соңғы сипаттамалары, оның нәтижелері 2.13-кестеде келтірілген және таратқыштың негізгі элементтерінің сипаттамалары берілген. және антеннаның ішкі жүйесі 2.15-суреттен және 2.16-кестеден алынған.
Арнайы сұрақтар
- Бірнеше қол жетімділік: байланыс арналарын бөлісу
- Ғарыш аппаратының бортындағы ақпаратты өңдеумен байланыстың кіші
- Кедергіден қорғау технологиялары
- Ғарыштық байланыс арналарын рұқсатсыз кіруден қорғау
- Радиосигналдарды тарату технологиясы
- Оптикалық байланыс арналары
Егер ғарыш кемесі бортында көп сәулелі бағыттаушы үлгіні жіберу антеннасы пайдаланылса, антенна таратқыштарының ауыстырылған массиві бірнеше қатынау технологиясымен бірге әрбір тағайындалған уақыт ұяшығы пакетінің желідегі қажетті сәулеге «төмен» бағытталғанын қамтамасыз ете алады. Кейбір ғарыштық байланыс жүйелерінде жоғары желі жиілікті бөлу көп реттік қолжетімділікті және «төмен» технологияны пайдалануға негізделген. Бұл тапсырма күшейтуді реттеу (автоматты түрде немесе «жоғары байланыс» бойынша жер станциясына жіберілген пәрмендер арқылы) немесе әрбір жер станциясының таратқышының шығыс қуатын реттеу арқылы орындалады.
34 «Жоғары» сілтеме үшін көп қолжетімділік технологиясы таңдалды, ол жоғарыда айтылғандай, жерүсті станциясының бөлігі ретінде төмен қуатты таратқыштарды пайдалануға мүмкіндік берді.Коммерциялық спутниктік байланыс жүйелерінде қабылданатын сигналдың спектрін қайта жіберу алдында ұлғайту үшін «төмен» сілтемесін жібере отырып, оны жүктеп салу кезінде деректерді өңдеуді құрылғы бортында орындаған жөн.
