1 Vypúšťanie, Orbitálne efekty a satelitné subsystémy Joe Montana IT Fall 2003

2 Agenda Satelitné subsystémy

3 SUBSYSTÉMY SATELITOV Polohový a orbitálny riadiaci systém (AOCS- Attitude and Orbital Control System ) Telemetria, Trasovanie a Riadenie (TT&C- Telemetry, Tracking and Command ) Napájanie Komunikačný systém Antény Častejšie označované ako TTC&M - Telemetria, Trasovanie, Riadenie, a Monitoring V nasledujúcich častiach si ich jednotlivo preberieme

4 AOCS AOCS je potrebné, aby sme satelit dostali a udržali na správnej orbite Orbitálne umiestnenie Orbitálna údržba Jemné smerovanie Hlavné časti Polohový Riadiaci Systém ACS Orbitálny Riadiaci Systém OCS Následne sa pozrieme

5 UMIESTNENIE NA ORBITE - GEO Vysoko-výkonný motor pre odštartovanie k apogeu Pár minút, symetricky okolo apogea Nízko-výkonové AOCS Desiatky minút trvajúce až viac ako jednohodinové zážehy, symetricky okolo apogea Používa duálne pomocné rakety; t.j. rakety používané pre oboje, dosiahnutie orbity a riadenie polohy. Dva základné typy GEO umiestňovania:

6 ORBITÁLNA ÚDRŽBA - 1 Musí riadiť umiestnenie v GEO a pozíciu v rámci zoskupenia satelitov Satelity je potrebné manévrovať IN- PLANE (V-Z) a OUT-OF-PLANE (S-J) pre udržanie na správnej orbite LEO systémy menej ovplyvňované slnkom a mesiacom, môžu potrebovať viac orbitálno-fázového riadenia

7 ORBITÁLNA ÚDRŽBA - 2 GEO stanice - tryskami upravujú polohu každé 4 týždne o  0.05 o Robia to striedavo S-J a V-Z S-J požaduje  10  V-Z energie Spomínané postupy používajú rozdielne trysky pre V-Z a S-J

8 JEMNÉ SMEROVANIE Satelit musí byť stabilizovaný, kvôli zabráneniu mutácií ( kolísavé zmeny polohy pri pohybe Zeme okolo vlastnej osi ) Existujú dve základné formy polohovej stabilizácie Telesová (rotačná) stabilizácia (rotovanie, ako INTELSAT VI) Trojosová stabilizácia (ako ACTS, GPS, atď.)

9 DEFINÍCIA OSÍ- 1 Os rotácie Otáčanie okolo dotyčnice k orbitálnej rovine ( S-J na Zemi) Os výšky Pohyb okolo osi kolmej k orbitálnej rovine ( V-Z na Zemi) Os vychýlenia (yaw- axis) Pohyb okolo spojnice so Zemou

10 DEFINÍCIA OSÍ- 2 Os rotácie Os výšky Os vychýlenia Zem Rovník s o

11 TTC&M Hlavné funkcie Hlásenie stavu satelitu Monitorovanie riadiacich funkcií Zisťovanie parametrov orbity Sekvencia činností pri spustení Riadenie pomocných trysiek Riadenie užitočného zaťaženia (komunikácia atď.) TTC&M -Telemetry, Tracking, Command, and Monitoring - je často bojom medzi Operáciami (ktoré chcú monitorovať každú maličkosť) a Inžinierstvom, ktoré chce udržať dátové kanály na minime.

12 TELEMETRIA - 1 Monitoruje všetko dôležité Teplota Napätie Elektrický prúd Senzory Prenos údajov na Zem Záznamenávanie dát v TTC&M staniciach Poznámka: Dáta sú zvyčajne multiplexované podľa stupňa priority. Existujú dva módy telemetrie.

13 TELEMETRIA - 2 DVE FÁZY, ALEBO MÓDY TELEMETRIE Smerujúca mimo Zeme Počas vypúšťacej fázy Počas “Bezpečného módu” operácie, keď satelit stráca smerovacie dáta Smerujúca na Zem Počas niektorých častí vypúšťacej fázy Počas rutinných operácií Poznámka: pre kritické telemetrické kanály

14 TRACKING – sledovanie trajektórie Opakované merania rozsahu Meria pomocou rádiového majáka (Doppler), alebo komunikačného kanála. Výpočet orbitálnych elementov Plánované body - udržiavacie manévre Komunikácia s hlavnou kontrolnou stanicou a používateľmi

15 Riadenie Počas štartovacej sekvencie Zapnutie pohonu Rozostavenie antén a solárnych článkov Nasmerovanie antén požadovaným smerom Na orbite Udržiavanie teplotnej rovnováhy satelitu Kontrola zaťaženia, trysky, atď.

16 Pohonné systémy - 1 SOLÁRNE ČLÁNKY 1.39kW/m 2 energia získaná zo slnka Efektivita článku 10 – 15% (BOL-Beginning Of Life-na začiatku životnosti) Efektívnosť článku 7-10% (EOL- End of Life - na konci životnosti) Výkon solárnych článkov klesá s narastajúcou teplotou. 2mV/°C; trojosová stabilizácia - sa ohrieva viac (menej efektívne), ako rotačné stabilizovanie

17 Potreba akumulátorov Počas štartovacej fázy Počas zatmenia (<70minút) Obmedzenia akumulátorov NiCd 50% DOD (Depth-Of-Discharge - úroveň vybitia) NiH2 70% DOD Pohonný systém - 2 Poznámka: ISS používa 110V zbernicu a bude potrebovať 110 kW; 30 minútové zatmenie za deň; 55 kW potrebných z akumulátora. Riešenie: používanie palivových článkov

18 Pohonný systém - 3 Akumulátory sú “aktivované” pred každým zatmením. Akumulátory sa vybíjajú po limit Akumulátory sa opätovne nabíjajú Typický NiH2 vydrží približne 30,000 cyklov (postačujúce pre GEO; 5 rokov pre LEO)

19 Komunikačný SUB-SYSTÉM Hlavná funkcia komunikačného satelitu (všetky ostatné subsystémy sú pre jeho podporu). Iba zdroj príjmov Navrhnutý pre maximálnu prenosovú kapacitu Downlink je zvyčajne kritický(obmedzený výstupný výkon, limitovaná veľkosť antény). Staršie satelity boli energeticky limitované Väčšina dnešných satelitov je limitovaných šírkou prenosového pásma.

20 Satelitné antény Jednoduché: Globálny lúč, ~17 O WID nízky zisk, nízka kapacita Regionálna: Úzky vyžarovací lúč z reflektorov antény, Typický 3 o  3 o, alebo 3 o  6 o Zdokonalené: Viacero úzkych lúčov: stacionárne, SCANNED (skenovacie), alebo “HOPPED” (skokové)

21 Typy antén Lieviková účinná, nízky zisk, široký lúč Reflektorová vysoký zisk, úzky lúč, môže byť použitá v kozme Fázované anténne pole Zložité Riadené elektronicky