Để vệ tinh có thể đảm bảo thông tin liên lạc thông suốt 24/24 trong cả thời gian sống thì ngoài phân hệ thông tin còn có các phân hệ phụ trợ cho hoạt động của phân hệ thông tin.
a. Phân hệ điều khiển quỹ đạo và tư thế của vệ tinh
Chuyển động của vệ tinh có thể được chia làm hai thành phần là chuyển động xung quanh trái đất có tâm đặt tại tâm quả đất và chuyển động của vệ tinh xung quanh nó.
Nhiệm vụ của phân hệ này là duy trì các búp sóng của anten vệ tinh luôn hướng đúng về vùng cần phủ sóng. Để thực hiện nhiệm vụ đó, phân hệ này phải có khả năng bù các momen xoắn nhiễu loạn ảnh hưởng đến trạng thái của vệ tinh như lực hấp dẫn, áp suất bức xạ của mặt trời, các động cơ điều chỉnh trạng thái trên vệ tinh khởi động đồng bộ hoặc không cân bằng.
Việc điều khiển có thể bằng hệ thống thụ động hoặc tích cực. Nếu điều khiển tích cực thì có các quá trình như:
- Đo tư thế vệ tinh so với các điểm chuẩn bên ngoài như mặt trời, trái đất, các ngôi sao.
- Xác định tư thế vệ tinh so với giá trị được định nghĩa. - Ước tính các lệnh điều khiển động cơ hiệu chỉnh.
- Thực hiện quá trình hiệu chỉnh bằng các động cơ gắn trên vệ tinh. - Xác định tư thế vệ tinh sau khi có tác động của động cơ đẩy. Các kỹ thuật được sử dụng để điều khiển trạng thái :
- Ổn định theo kiểu con quay: Vệ tinh được chế tạo hình trụ sao cho thân vệ tinh cân bằng xung quanh trục đứng của hình trụ. Với vệ tinh địa tĩnh trục được điều chỉnh song song với trục Nam - Bắc của quả đất, tốc độ quay của thân là 40÷60 vòng/phút.
- Ổn định theo kiểu ba trục: Thân vệ tinh cố định so với trái đất. Tư thế vệ tinh được biểu diễn theo các trụ là trục lệch hướng, trục quay và trục độ cao của hệ toạ độ có tâm đặt tại trọng tâm của vệ tinh [2].
Hình 2.7. Các trục ổn định của vệ tinh b. Phân hệ động cơ B N Quả Đất
Quỹ đạo bay vệ tinh
Trục quay trong mặt phẳng quỹ đạo
ổn định mặt phẳng quỹ đạo
Phân hệ này có nhiệm vụ là tạo ra lực đẩy, momen xoắn dùng để điều khiển quỹ đạo cũng như tư thế của vệ tinh. Trong đó, động cơ đẩy công suất nhỏ (vài mN đến vài N) được dùng để điều khiển tư thế và quỹ đạo vệ tinh. Còn động cơ đẩy công suất trung bình (vài trăm Newton đến vài ngàn Newton) được dùng để thay đổi quỹ đạo trong quá trình phóng vệ tinh [2].
c. Phân hệ cung cấp điện năng
Nhiệm vụ phân hệ này là đảm bảo cung cấp nguồn điện cho vệ tinh hoạt động ổn định liên tục 24/24 giờ trong suốt thời gian làm việc của vệ tinh.
Nguồn điện dùng để cung cấp cho các vệ tinh chính là hệ thống pin mặt trời, và các nguồn dự phòng là hệ thống acquy. Chúng cung cấp nguồn điện cho vệ tinh hoạt động ổn định liên tục trong suốt thời gian làm việc [2].
d. Phân hệ đo, bám và điều khiển TT&C
Phân hệ này có các chức năng như sau:
- Thu các tín hiệu điều khiển từ mặt đất để thay đổi trạng thái hoặc phương thức hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh thông qua tuyến điều khiển từ xa.
- Phát các kết quả đo, thông tin liên quan đến hoạt động của vệ tinh, hoạt động của các thiết bị và các kết quả thực hiện các lệnh điều khiển dưới mặt đất thông qua tuyến đo lường từ xa.
- Cho phép đo khoảng cách giữa mặt đất và vệ tinh, tốc độ hướng tâm để xác định thông số quỹ đạo.
- Cung cấp các tín hiệu chuẩn cho các trạm mặt đất phục vụ công việc bám.
e. Phân hệ điều hoà nhiệt
Dùng để duy trì nhiệt độ của vệ tinh trong một giới hạn cho phép. Ở độ cao của quỹ đạo địa tĩnh là chân không, nhiệt độ trung bình vệ tinh do hấp thụ trực tiếp năng lượng mặt trời, sự tiêu tán điện năng nội tại và sự bức xạ nhiệt vào không gian, các yếu tố này phụ thuộc vào tính chất bề mặt của vệ tinh và hình dạng của nó. Công suất bức xạ mặt trời đầu vào bằng tích
của hấp thụ bề mặt α và diện tích được chiếu sáng và mức chiếu xạ của mặt trời (trung bình khoảng 1370W/m2). Công suất bức xạ đầu ra của vệ tinh bằng tích hệ số phát xạ ε, tổng diện tích bề mặt A, hằng số Boltzmann σ và luỹ thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối (bằng 5,6703.10-8 W/m2K4).
Để điều khiển nhiệt độ trung bình của vệ tinh, các đặc tính nhiệt như phát xạ và hấp thụ nhiệt đối với ánh sáng mặt trời của các bề mặt khác nhau phải đặc biệt chú ý. Có thể thay đổi nhiệt độ của các bộ phận trong vệ tinh bằng cách thay đổi sự kích thích nhiệt và sử dụng các bộ nhiệt điện. Có một số vấn đề quan trọng đó là bảo quản nguồn pin trong giới hạn nhiệt độ ít thay đổi, giữ nhiên liệu của bộ phận đẩy trong các buồng lạnh và toả nhiệt hầu hết nhiệt phát ra bởi các bộ khuếch đại công suất [2].
f. Khung vệ tinh
Cấu trúc vệ tinh được thiết kế nhằm bảo đảm hỗ trợ về cơ khí cho tất cả các bộ phận của vệ tinh, bảo đảm sự đồng chỉnh chính xác ở nơi cần thiết và hỗ trợ cho điều khiển nhiệt. Cấu trúc vệ tinh được quyết định bởi một số điều kiện bắt buộc như các giới hạn phương tiện phóng, hình dạng, kích thước và khối lượng. Hệ thống điều khiển tư thế thường xuyên giới hạn sự sắp xếp khối lượng, nhiệt độ bị ảnh hưởng bởi tính chất bề mặt và độ dẫn nhiệt. Sự đồng chỉnh anten, bộ cảm biến và bộ phận đẩy yêu cầu độ cứng trong cấu trúc hoặc các bộ phận của nó. Và yêu cầu cuối cùng là dễ dàng xâm nhập khi tập hợp, kiểm tra.
Cấu trúc cần phải chịu đựng các tải trọng khi đo thử môi trường, điều khiển mặt đất, phóng lên quỹ đạo thấp, sự đốt cháy viễn điểm và cận điểm và bất kỳ sự triển khai anten hoặc các dãy tấm pin mặt trời. Trên quỹ đạo các tải là nhỏ nhất nhưng yêu cầu độ chính xác phải cao hơn [2]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiều lực tác động lên vệ tinh trong khi phóng, khởi đầu tạp âm rất lớn, không khí do động cơ tên lửa bị đốt cháy sẽ phát ra tạp âm rất lớn. Khối lượng tên lửa phóng giảm, gia tốc tăng lên vài lần so với lực hấp dẫn. Sự rung
động của nhiều tần số được phát ra thông qua giá đỡ phi thuyền không gian từ các động cơ tên lửa. Các thiết bị phát hoả dùng để tách các tầng và bắt đầu các triển khai, gửi các va chạm nhỏ qua cấu trúc.
Cấu trúc một vệ tinh thông tin như hình dưới, vỏ ngoài đỡ thiết bị thông tin, bình chứa nhiên liệu, nguồn pin dự phòng... Vậy nên yêu cầu phải có cấu trúc chắc chắn cần thiết giữa các tải và sự tiếp xúc tên lửa phóng. Cấu trúc vỏ cơ bản là hình vuông với cấu trúc anten tách rời để giữ các bộ tiếp sóng và mặt phản xạ. Bộ tiếp sóng được cố định tại vị trí của nó nhưng các mặt phản xạ mở ra sau khi phóng. Các dàn pin mặt trời gồm các tấm được ghép lại khi phóng và mở ra sau khi phóng.