Μάθηµα 2 ο : ορυφόρος και δορυφορική διαστηµική πλατφόρµα

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μάθηµα 2 ο : ορυφόρος και δορυφορική διαστηµική πλατφόρµα"

Ήλιόδωρος Παπαγεωργίου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Μάθηµα 2 ο : ορυφόρος και δορυφορική διαστηµική πλατφόρµα Στόχοι: Στο τέλος αυτού του µαθήµατος ο σπουδαστής θα γνωρίζει: Τη δοµή ενός τηλεπικοινωνιακού δορυφόρου καθώς και το έργο που επιτελεί Την οργάνωσης µιας πλατφόρµας δορυφορικής επικοινωνίας Τις κυριότερες λειτουργίες των υποσυστηµάτων της διαστηµικής πλατφόρµας ορυφόρος = ιαστηµική πλατφόρµα + Ωφέλιµο φορτίο (platform) (payload) Μάθηµα 2 1

2 Ο διπλός ρόλος του δορυφόρου Ενίσχυση των λαµβανόµένων σηµάτων (uplinks) πρίν την επανεκποµπή τους (downlinks) Ισχύς φέροντος κύµατος στην είσοδο : ~100pW 1nW Ισχύς φέροντος κύµατος στην έξοδο : ~10W 100W Απολαβή ισχύος:~ dB Αλλαγή της συχνότητας του φέροντος Για να ελαχιστοποιηθούν οι απαιτήσεις ηλεκτρικής ισχύος στο δορυφόρο, η συχνότητα εκποµπής από το δορυφόρο στον επίγειο σταθµό f d (downlink) είναι µικρότερη από την f u, τη συχνότητα εκποµπής του επίγειου σταθµού προς το δορυφόρο (uplink) Oι παραπάνω συχνότητες είναι διαφορετικές, για να αποφεύγεται η αλληλοπαρεµβολή και είναι της τάξης των GHz για να διαπερνούν την ιονόσφαιρα Είδη δορυφόρων ιαφανείς δορυφόροι (transparent satellites) Αναγεννητικοί δορυφόροι (regenerative satellites) ορυφόροι µιάς δέσµης εκποµπής-λήψης (monobeam satellites) ορυφόροι πολλών δεσµών εκποµπής-λήψης (multibeam satellites) Μάθηµα 2 2

3 Υποσυστήµατα διαστηµικής πλατφόρµας Υποσύστηµα Βασικές λειτουργίες Χαρακτηριστικά Σκελετός υποδοµής Ελεγχος θέσης και τροχιάς Τηλεµετρία, παρακολούθηση και έλεγχος (ΤΤ&C) Θερµικός έλεγχος Ηλεκτρική ισχύς Προώθηση Μηχανική υποστήριξη εξοπλισµού Σταθεροποίηση της θέσης, καθορισµός τροχιάς Ανταλλαγή πληροφοριών για τη σωστή λειτουργία των συστηµάτων του δορυφόρου ιατήρηση σταθερής θερµοκρασίας Παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στα συστήµατα του δορυφόρου Μεταβολές της ταχύτητας του δορυφόρου Σταθερότητα, ελαφρότητα Ακρίβεια, αξιοπιστία Πλήθος καναλιών, ασφάλεια επικοινωνίας Ικανότητα διασποράς θερµότητας Σταθερότητα τάσης και ισχύος Είδος πρόωσης, µάζα του υλικού προώθησης Μάθηµα 2 3

4 ιάγραµµα βαθµίδων δορυφορικού συστήµατος Ηλιακές κυψελίδες Υποσύστηµα ισχύος DC/ΑC προς όλα τα υποσυστήµατα Τηλεπικοινωνιακό υποσύστηµα Επαναλήπτης Άλλοι επαναλήπτες Σήµατα ελέγχου προς όλα τα υποσυστήµατα Υποσύστηµα ελέγχου θέσης και τροχιάς Υποσύστηµα προώθησης Τηλεµετρία, Υποσύστηµα κεραιών Αισθητήρες παρακολούθηση και έλεγχος Κινητήρες πρόωσης Κεραίες Κεραία τηλεµετρίας Μάθηµα 2 4

5 Υποσύστηµα ελέγχου θέσης και τροχιάς Η κίνηση του δορυφόρου µπορεί να αναλυθεί σε δύο κινήσεις: α) Kίνηση του κέντρου µάζας του δορυφόρου ως προς το γεωκεντρικό σύστηµα συντεταγµένων, η οποία και καθορίζει την τροχιά του, β) Kίνηση του σώµατος του δορυφόρου ως προς το κέντρο µάζας του, η οποία και καθορίζει τη µεταβολή της θέσης του στο χώρο. Η θέση του σώµατος του δορυφόρου ως προς το κέντρο µάζας του προσδιορίζεται σε σχέση µε το τοπικό τρισορθογώνιο σύστηµα συντεταγµένων που σχηµατίζουν η νοητή ευθεία που τον ενώνει µε το κέντρο της γης (yaw), το διάνυσµα της ταχύτητάς του (roll) και η κάθετος στο επίπεδο της τροχιάς του (pitch). Η διατήρηση της θέσης του δορυφόρου αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για την αξιόπιστη και αποδοτική λειτουργία των σηµαντικότερων υποσυστηµάτων του δορυφόρου. Για παράδειγµα, ο προσανατολισµός των κεραιών του δορυφόρου προς τη γη καθώς και ο προσανατολισµός των ηλιακών κυψελίδων προς τον ήλιο προϋποθέτουν σταθεροποίηση θέσης του δορυφόρου. Η διατήρηση της θέσης του δορυφόρου επιτυγχάνεται µηχανικά µε δύο τρόπους: α) Σταθεροποίηση περιστροφής (spin stabilisation). Εφαρµόζεται σε δορυφόρους κυλινδρικού σχήµατος, όπου ολόκληρος ο δορυφόρος περιστρέφεται γύρω από τον άξονα pitch. β) Σταθεροποίηση τριών-αξόνων (3-axis stasilisation). Ο έλεγχος της θέσης του δορυφόρου επιτυγχάνεται µε τη χρήση αδρανειακών σφονδύλων οι οποίοι περιστρέφονται γύρω από ένα, δύο ή τρείς άξονες. Μάθηµα 2 5

6 Το τοπικό σύστηµα συντεταγµένων του δορυφόρου Γη Ν S Προς το κέντρο της γης Yaw Τροχιά ορυφόρος Στο επίπεδο της τροχιάς Roll Κάθετος στο επίπεδο της τροχιάς Pitch Μάθηµα 2 6

7 Υποσύστηµα τηλεµετρίας, παρακολούθησης και ελέγχου( telemetry, telecommanding & control, TT&C) Οι βασικές λειτουργίες που επιτελεί το υποσύστηµα τηλεµετρίας, παρακολούθησης και ελέγχου (TT&C) είναι οι ακόλουθες: Λαµβάνει ειδικά σήµατα ελέγχου από συγκεκριµένο επίγειο σταθµό σύµφωνα µε τα οποία γίνονται οι απαραίτητες ενέργειες για την τοποθέτηση του δορυφόρου σε τροχιά. Με σήµατα αυτά επιφέρονται και µεταβολές στον τρόπο λειτουργίας του εξοπλισµού του δορυφόρου. Με τη χρήση κατάλληλων αισθητήρων ελέγχει όλα τα υποσυστήµατα του δορυφόρου και εκπέµπει συνεχώς στον επίγειο σταθµό επαρκείς πληροφορίες για τη θέση του δορυφόρου και την κατάσταση του εξοπλισµού του. Υποσύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας Στο διαστηµικό περιβάλλον που κινείται ο δορυφόρος οι µεταβολές της θερµοκρασίας είναι πολύ µεγάλες. Σκοπός του υποσυστήµατος θερµικού ελέγχου είναι να διατηρεί τη θερµοκρασία του δορυφόρου σε καθορισµένα όρια έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η σωστή λειτουργία των υποσυστηµάτων του. Είδος εξοπλισµού Ηλεκτρονικός εξοπλισµός Κεραίες Μπαταρία Όρια θερµοκρασίας -30 ο C µέχρι +55 o C (µη λειτουργία) +10 ο C µέχρι +45 o C (λειτουργία) -150 ο C µέχρι +80 o C -10 ο C µέχρι +25 o C (µη λειτουργία) 0 ο C µέχρι +10 o C (λειτουργία) Μάθηµα 2 7

8 Υποσύστηµα ηλεκτρικής ισχύος Το υποσύστηµα ηλεκτρικής ισχύος έχει σαν σκοπό την εξασφάλιση της ηλεκτρικής τροφοδότησης των υπολοίπων υποσυστηµάτων του δορυφόρου. Η βασική πηγή πηγή ισχύος στους δορυφόρους είναι η ηλιακή ενέργεια, η οποία µέσω συστοιχιών φωτοβολταϊκών στοιχείων µετατρέπεται σε ηλεκτρική. Οι φωτοβολταϊκές συστοιχίες αναπτύσσονται πάνω σε αναδιπλούµενα φτερά (στους δορυφόρους κυβικού σχήµατος) τα οποία ρυθµίζονται για σωστό προσανατολισµό προς τον ήλιο ή πάνω στο κυρίως σώµα του δορυφόρου (στους δορυφόρους κυλινδρικού σχήµατος) εξασφαλίζοντας συνεχή έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία. Οι φωτοβολταϊκές συστοιχίες τροφοδοτούν δευτερεύουσες πηγές ενέργειας (µπαταρίες NiCd, NiH 2 ), έτσι ώστε να εξασφαλίζεται συνεχής τροφοδοσία σε ισχύ του δορυφόρου κατά τη διάρκεια των εκλείψεων. Η ηλεκτρική ισχύς που παρέχουν οι ηλιακές κυψελίδες κυµαίνεται από µερικές εκατοντάδες Watt µέχρι περίπου 2 ΚWatt. Μάθηµα 2 8

9 ιάγραµµα βαθµίδων του υποσυστήµατος ηλεκτρικής ισχύος Ηλιακές κυψελίδες Ήλιος Κανάλι DC ισχύος Φορτιστής µπαταριών Μπαταρίες Σταθεροποιητές DC/DC converter DC/AC inverter DC προς όλα τα υποσυστήµατα Υψηλή τάση προς HPΑ ΑC τάση Μάθηµα 2 9

10 Υποσύστηµα πρόωσης Το υποσύστηµα πρόωσης επιτελεί τις παρακάτω λειτουργίες: ηµιουργεί δυνάµεις οι οποίες ασκούνται στο κέντρο µάζας του δορυφόρου. Οι δυνάµεις αυτές εξασφαλίζουν την εγκατάσταση του δορυφόρου σε µια δεδοµένη τροχιά καθώς επίσης και τη δυνατότητα µετατόπισης του δορυφόρου από την τροχιά. ηµιουργεί ροπές οι οποίες χρησιµοποιούνται για τον έλεγχο της θέσης του δορυφόρου στην τροχιά. Οι δυνάµεις πρόωσης είναι αποτέλεσµα εκτόξευσης προωθητικού υλικού (δυνάµεις αντίδρασης). Οι κινητήρες πρόωσης κατατάσσονται στις παρακάτω δύο κατηγορίες: Κινητήρες χαµηλής ισχύος ( µερικά mnt µέχρι µερικά Nt), που χρησιµοποιούνται για τον έλεγχο θέσης και τροχιάς. Κινητήρες µέσης και υψηλής ισχύος (εκατοντάδες mnt µέχρι δεκάδες χιλιάδες Νt), που χρησιµοποιούνται για µεταβολή της τροχιάς κατά την εκτόξευση. Μάθηµα 2 10

Σχετικά έγγραφα

Μάθηµα 3 ο : Το δορυφορικό τηλεπικοινωνιακό υποσύστηµα

Μάθηµα 3 ο : Το δορυφορικό τηλεπικοινωνιακό υποσύστηµα Στόχοι: Στο τέλος αυτού του µαθήµατος ο σπουδαστής θα γνωρίζει: Tη δοµή και τις βασικές λειτουργίες ενός δορυφορικού τηλεπικοινωνιακού υποσυστήµατος