1

Vypúšťanie, Orbitálne efekty a satelitné subsystémy

Joe MontanaIT 488 - Fall 2003

2

Agenda

• Satelitné subsystémy

3

SUBSYSTÉMY SATELITOVPolohový a orbitálny riadiaci systém (AOCS-Attitude and Orbital Control System)Telemetria, Trasovanie a Riadenie (TT&C-Telemetry, Tracking and Command )NapájanieKomunikačný systémAntény

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 umiestnenieOrbitálna údržbaJemné smerovanie

Hlavné častiPolohový Riadiaci Systém ACSOrbitálny 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 apogeaPoužíva 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 satelitovSatelity je potrebné manévrovať IN-PLANE (V-Z) a OUT-OF-PLANE (S-J) pre udržanie na správnej orbiteLEO systémy menej ovplyvňované slnkom a mesiacom, môžu potrebovať viac orbitálno-fázového riadenia

7

ORBITÁLNA ÚDRŽBA - 2GEO stanice - tryskami upravujú polohu každé 4 týždne o 0.05o

Robia to striedavo S-J a V-ZS-J požaduje 10 V-Z energieSpomínané postupy používajú rozdielne trysky pre V-Z a S-J

8

JEMNÉ SMEROVANIESatelit 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 rotácieOtáčanie 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 funkcieHlásenie stavu satelituMonitorovanie riadiacich funkcií

Zisťovanie parametrov orbity

Sekvencia činností pri spusteníRiadenie pomocných trysiekRiadenie 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 dôležitéTeplotaNapätieElektrický prúdSenzory

Prenos údajov na ZemZáznamenávanie 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 trajektórieOpakované merania rozsahuMeria pomocou rádiového majáka (Doppler), alebo komunikačného kanála. Výpočet orbitálnych elementovPlánované body - udržiavacie manévreKomunikácia s hlavnou kontrolnou stanicou a používateľmi

15

RiadeniePočas štartovacej sekvencie

Zapnutie pohonuRozostavenie antén a solárnych článkovNasmerovanie antén požadovaným smerom

Na orbiteUdržiavanie teplotnej rovnováhy satelituKontrola zaťaženia, trysky, atď.

16

Pohonné systémy - 1

SOLÁRNE ČLÁNKY1.39kW/m2 energia získaná zo slnkaEfektivita 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 akumulátorovPočas štartovacej fázyPočas zatmenia (<70minút)

Obmedzenia akumulátorovNiCd 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 limitAkumulátory 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 príjmovNavrhnutý pre maximálnu prenosovú kapacituDownlink je zvyčajne kritický(obmedzený výstupný výkon, limitovaná veľkosť antény).Staršie satelity boli energeticky limitovanéVäčšina dnešných satelitov je limitovaných šírkou prenosového pásma.

20

Satelitné antényJednoduché: Globálny lúč, ~17O WID

nízky zisk, nízka kapacita

Regionálna: Úzky vyžarovací lúč z reflektorov antény,

Typický 3o 3o, alebo 3o 6o

Zdokonalené: Viacero úzkych lúčov: stacionárne, SCANNED (skenovacie) , alebo

“HOPPED” (skokové)

21

Typy antén

Lievikováúčinná, nízky zisk, široký lúč

Reflektorovávysoký zisk, úzky lúč, môže byť

použitá v kozme

Fázované anténne poleZložitéRiadené elektronicky