Войти
Упрощенная система космического корабля. Пунктирные оранжевые стрелки обозначают радиосвязи; сплошные черные стрелки обозначают наземные сетевые связи. (Пользовательские терминалы обычно полагаются только на одну указанных путей для доступа к ресурсам космического сегмента.) A наземный сегмент состоит из всех наземных элементов космического корабля системы, используемых операторами и службой поддержки персонал, в отличие от космического сегмента и пользовательского сегмента. Наземный сегмент позволяет управлять космическим кораблем и распределять данные о полезной нагрузке и телеметрию среди заинтересованных сторон на земля. т Основными элементами наземного сегмента являются:
Эти элементы присутствуют почти во всех космических полетах, будь то коммерческие, военные или научные. Они могут быть расположены вместе или разделены географически, и ими могут управлять разные стороны. Некоторые элементы могут поддерживать несколько космических аппаратов одновременно.
Радиотарелки на земной станции Embratel в Тангуа, Бразилия Наземные станции обеспечивают радио интерфейсы между космическим и наземным сегментами для телеметрии, слежения и управления (TTC), а также передачи и приема данных полезной нагрузки. Сети слежения, такие как NASA Near Earth Network и Space Network, поддерживают связь с несколькими космическими кораблями посредством разделения времени.
Наземная станция оборудование может контролироваться и управляться дистанционно, часто через последовательный и / или IP интерфейсы. Обычно существуют резервные станции, с которыми можно поддерживать радиосвязь, если на основной наземной станции есть проблема, которая делает ее неработоспособной, например, стихийное бедствие. Такие непредвиденные обстоятельства учитываются в плане непрерывности операций.
Сигналы, которые должны быть переданы космическому кораблю, должны быть сначала извлечены из наземных сетевых пакетов, закодированных в baseband и , модулированный, обычно на несущую промежуточной частоты (IF), перед преобразованием с повышением частоты в назначенный диапазон радиочастоты (RF). Затем РЧ-сигнал усиливается до высокой мощности и переносится через волновод на антенну для передачи. В более холодном климате могут потребоваться электрические обогреватели или нагнетатели горячего воздуха, чтобы предотвратить накопление льда или снега на параболической тарелке.
Полученные ("нисходящие") сигналы проходят через малошумящий усилитель (часто расположенный в концентраторе антенны, чтобы минимизировать расстояние, которое должен пройти сигнал) перед преобразованием с понижением частоты в ПЧ ; эти две функции могут быть объединены в малошумящем блочном преобразователе с понижением частоты. Затем сигнал IF демодулируется, и поток данных извлекается с помощью бит и кадровой синхронизации и декодирования. Ошибки данных, например, вызванные ухудшением сигнала , идентифицируются и исправляются, где это возможно. Затем извлеченный поток данных пакетируется или сохраняется в файлы для передачи по наземным сетям. Наземные станции могут временно сохранять принятые телеметрические данные для последующего воспроизведения в центрах управления, часто когда пропускная способность наземной сети недостаточна для передачи всей принятой телеметрии в реальном времени.
Один космический корабль может использовать несколько диапазонов радиочастот для различных потоков телеметрии, команд и данных , в зависимости от полосы пропускания и других требований.
Время проходит, когда существует прямая видимость космического корабля, определяется расположением наземных станций и характеристиками космического корабля. орбита или траектория. Космическая сеть использует геостационарные спутники-ретрансляторы для расширения возможностей прохода за горизонт.
Наземные станции должны отслеживать космический корабль, чтобы правильно навести свои антенны, и должны учитывать доплеровское смещение радиочастот из-за движения космического корабля. Наземные станции также могут выполнять автоматическое определение дальности ; тоны дальности могут быть мультиплексированы с командами и сигналами телеметрии. Данные наземной станции слежения и дальности передаются в центр управления вместе с телеметрией космического корабля, где они часто используются для определения орбиты.
Центр управления в Лаборатории реактивного движения НАСА Центры управления полетами обрабатывают, анализируют и распространяют данные космических аппаратов телеметрии и выдают команды, данные загружают, а обновления программного обеспечения на космический корабль. Для пилотируемых космических кораблей центр управления полетами управляет голосовой и видеосвязью с экипажем. Центры управления также могут отвечать за управление конфигурацией и архивирование данных . Как и в случае с наземными станциями, обычно имеются резервные средства управления, обеспечивающие непрерывность работы.
Центры управления используют телеметрию для определения статуса космического корабля и его систем. Хозяйственная, диагностическая, научная и другие виды телеметрии могут осуществляться по отдельным виртуальным каналам. Программное обеспечение управления полетом выполняет начальную обработку полученной телеметрии, в том числе:
База данных космических аппаратов , предоставляемая производителем космических аппаратов, предназначена для предоставления информации о форматировании телеметрических кадров, положениях и частоты параметров в кадрах и связанная с ними мнемоника, калибровка s, а также мягкие и жесткие ограничения. Содержимое этой базы данных - особенно калибровки и пределы - может периодически обновляться для обеспечения согласованности с бортовым программным обеспечением и рабочими процедурами; они могут измениться в течение срока действия миссии в ответ на обновления, ухудшение характеристик оборудования в космической среде и изменение параметров миссии.
Команды, отправляемые на космический корабль, форматируются в соответствии с базой данных космического корабля и проверяются на базе данных перед передачей через наземную станцию . Команды могут подаваться вручную в режиме реального времени или могут быть частью автоматизированных или полуавтоматических процедур. Обычно команды, успешно принятые космическим кораблем, подтверждаются телеметрией, и на космическом корабле и на земле поддерживается счетчик команд для обеспечения синхронизации. В некоторых случаях может выполняться управление с обратной связью. Действия под командованием могут иметь прямое отношение к целям миссии или могут быть частью хозяйственной деятельности. Команды (и телеметрия) могут быть зашифрованы для предотвращения несанкционированного доступа к космическому кораблю или его данным.
Процедуры космического корабля обычно разрабатываются и тестируются на космическом корабле симуляторе перед использованием с реальным космическим кораблем.
Центры управления полетом могут полагаться на "автономные" (т.е. не в реальном времени ) подсистемы обработки данных для решения аналитических задач, таких как:
Выделенные физические пространства могут быть предоставлены в центре управления для определенных ролей поддержки миссии, таких как управление динамикой полета и сетью, или эти роли могут выполняться через удаленные терминалы вне центра управления. По мере увеличения сложности бортовой вычислительной мощности и программного обеспечения полета наблюдается тенденция к более автоматизированной обработке данных на борту космического корабля.
Центры управления могут быть постоянно или регулярно укомплектованы диспетчерами полета. Укомплектованность персоналом обычно наиболее высока на ранних этапах миссии и во время критических процедур и периодов. Все чаще центры управления для беспилотных космических кораблей могут быть настроены для работы в режиме «выключения света» (или автоматизированной ) в качестве средства контроля затрат. Программное обеспечение Flight control обычно генерирует уведомления о значимых событиях - как запланированных, так и внеплановых - в наземном или космическом сегменте, которые могут потребовать вмешательства оператора.
Наземные сети обрабатывают передачу данных и голосовую связь между различными элементами наземного сегмента. Эти сети часто объединяют элементы LAN и WAN, за которые могут нести ответственность разные стороны. Географически разнесенные элементы могут быть подключены через выделенные линии или виртуальные частные сети. Проектирование наземных сетей определяется требованиями к надежности, пропускной способности и безопасности.
Надежность является особенно важным фактором для критических систем, при этом время безотказной работы и среднее время восстановления вызывает первостепенное значение. Как и в случае с другими аспектами системы космического корабля, избыточность сетевых компонентов является основным средством достижения требуемой надежности системы.
Вопросы безопасности жизненно важны для защиты космических ресурсов и конфиденциальных данных. Каналы WAN часто включают протоколы шифрования и межсетевые экраны для предоставления информации и сетевой безопасности. Антивирусное программное обеспечение и системы обнаружения вторжений обеспечивают дополнительную безопасность на конечных точках сети.
Удаленные терминалы - это интерфейсы в наземных сетях, отдельные от центра управления задачами, к которым могут получить доступ контроллеры полезной нагрузки, аналитики телеметрии, прибор и научные команды и вспомогательный персонал, такой как системные администраторы и команды разработчиков программного обеспечения. Они могут быть только для приема или могут передавать данные в наземную сеть.
Терминалы, используемые клиентами службы, включая интернет-провайдеров и конечных пользователей, вместе называются «пользовательским сегментом» и обычно отличаются от наземный сегмент. Пользовательские терминалы, включая системы спутникового телевидения и спутниковые телефоны, обмениваются данными напрямую с космическими кораблями, в то время как другие типы пользовательских терминалов полагаются на наземный сегмент для приема, передачи и обработки данных.
Космические аппараты и их интерфейсы собираются и тестируются на интеграционно-испытательных (IT) объектах. IT для конкретной задачи дает возможность полностью проверить связь и поведение как космического корабля, так и наземного сегмента до запуска.
Транспортные средства доставляются в космос через пусковые комплексы, которые занимаются логистикой запусков ракет. Стартовые средства обычно подключаются к наземной сети для ретрансляции телеметрии до и во время запуска. Сама по себе ракета-носитель иногда считается «переходным сегментом», который можно рассматривать как отдельный от космического, так и наземного сегментов.
Затраты, связанные с создание и эксплуатация наземного сегмента сильно различаются и зависят от методов учета. Согласно исследованию Делфтского технологического университета, доля наземного сегмента в общей стоимости космической системы составляет примерно 5%. Согласно отчету RAND Corporation о миссиях НАСА с небольшими космическими кораблями, одни только эксплуатационные расходы составляют 8% от стоимости срока службы типичной миссии, при этом интеграция и тестирование составляют еще 3,2%, наземные средства - 2,6%. и проектирование наземных систем - 1,1%.
Наземный сегмент факторы затрат включают требования, предъявляемые к помещениям, оборудованию, программному обеспечению, подключению к сети, безопасности и персоналу. Затраты на наземные станции, в частности, в значительной степени зависят от требуемой мощности передачи, радиочастотного диапазона (ов) и пригодности ранее существовавших средств. Центры управления могут быть в высокой степени автоматизированы как средство управления расходами на персонал.
Антенна, принадлежащая Deep Space Network
Центр управления операциями космического телескопа в Центре космических полетов Годдарда, во время обслуживания космического телескопа Хаббл
Интеграция полетного оборудования на объекте JAXA в Цукуба, Япония
Списана стартовая площадка на Космический центр Гвианы
