Hệ thống ựiều khiển nhiệt có nhiệm vụ duy trì cho các thiết bị trên vệ tinh làm việc trong dải nhiệt ựộ thắch hợp nhất. Việc ổn ựịnh nhiệt ựộ là cần thiết ựể cho các thiết bị trên vệ tinh hoạt ựộng chắnh xác cũng như ựảm bảo tuổi thọ của các thiết bị. Hệ thống này bao gồm các ống thoát nhiệt, các bộ phát nhiệt, mạng phân phối nhiệt ựộ, các bộ cảm biến nhiệt. Hệ thống ổn nhiệt trên các vệ tinh hoạt ựộng một cách tự ựộng thông qua phần mềm trên vệ tinh. Thông tin về nhiệt ựộ thu ựược từ các bộ cảm biến nhiệt sẽ ựược so sánh với các ngưỡng nhiệt ựộ qui ựịnh cho từng thiết bị trên vệ tinh. Nếu nhiệt ựộ cao hơn nhiệt ựộ cho phép thì nhiệt ựộ sẽ ựược tán xạ ra môi trường xung quanh bởi các ống dẫn nhiệt, và ngược lại khi nhiệt ựộ thấp hơn ngưỡng cho phép thì các bộ cấp nhiệt sẽ ựược bật. Dưới ựây là dải nhiệt ựộ làm việc của một số thiết bị trên vệ tinh.
-Anten: 1500C ựến+800C -Thiết bị ựiện tử: -300 C ựến+550C -Pin mặt trời: -1600 C ựến+550C -Nguồn ắc quy: -100 C ựến+250C -Sensor mặt trời: -300 C ựến+550C -Thùng chứa nhiên liệu +100 ựến +550C. -Bộ ựánh lửa: -170 ựến +550C.
1.5.6. Phân hệ ựẩy
Chức năng của phân hệ ựẩy là tạo ra các lực ựẩy nhằm ựưa vệ tinh vào ựúng vị trắ ựược ấn ựịnh trên quĩ ựạo trong giai ựoạn phóng và hiệu chỉnh tư
thế, vị trắ của vệ tinh trên quĩ ựạo trong giai ựoạn hoạt ựộng trên quĩ ựạọ Có hai loại ựộng cơ ựẩy trên vệ tinh.
-Các bộ ựẩy công suất thấp từ vài Milinewton tới vài Newton ựược sử dụng cho việc ựiều chỉnh tư thế và vị trắ của của vệ tinh.
-Các bộ ựẩy công suất trung bình và lớn từ vài trăm Newton tới hàng chục ngàn Newton ựược sử dụng cho việc thay ựổi quĩ ựạo trong giai ựoạn phóng, ựó là các ựộng cơ viễn ựiểm LAẸ Thông thường các ựộng cơ ựẩy nhỏ có công suất vài Milinewton thì nhiên liệu là ở dạng ion, ựiện từ trường. Các ựộng cơ có công suất ựẩy từ 0.5 Newton ựến vài trăm Newton thì nhiên liệu thường là khắ NO3 và Hydrazin. Các ựộng cơ ựẩy có công suất lớn vài chục ngàn Newton thì nhiên liệu thường ở thể rắn như hỗn hợp oxidiser, titanium và ựặc biệt là lưỡng chất ựẩỵ
1.5.7. Hệ thống cấu trúc khung
Cấu trúc khung của vệ tinh phải thỏa mãn các ựiều kiện lắp ựặt các bộ phận cần thiết, vững chắc về mặt lực, có ựộ bền cơ học cao và thắch hợp cho việc ựiều khiển nhiệt ựộ. Cấu trúc khung vệ tinh bao gồm: Thanh ựỡ, vỏ bọc, các panel ựể gắn và ghép nối các thiết bị, cấu trúc của vệ tinh phải ựảm bảo nhỏ gọn, và giảm trọng lượng tối ựa có thể.
1.6. Hệ thống ựo xa, bám, ựiều khiển (TT&C)
Hệ thống này bao gồm các thiết bị mặt ựất ựược sử dụng ựể giám sát và ựiều khiển vệ tinh, nó bao gồm các thiết bị nhằm thực hiện việc thu nhận lưu trữ dữ liệu telemetry gửi về từ vệ tinh, các thiết bị hiển thị, mô phỏng, phân tắch các dữ liệu ựó. đồng thời nó cũng bao gồm các thiết bị ựảm bảo hoạt ựộng gửi lệnh ựể ựiều khiển vệ tinh. Nhiệm vụ của hệ thống này là ựảm bảo liên lạc giữa vệ tinh và trạm ựiều khiển mặt ựất. Hệ thống này cho phép người ựiều khiển giám sát tất cả các trạng thái hoạt ựộng của các phân hệ khác nhau trên vệ tinh ựể từ ựó thực hiện các thao tác phù hợp ựể ựiều khiển vệ tinh duy trì hoạt ựộng thông thường. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của hệ thống này
Chương 2
CẤU HÌNH HỆ THỐNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC THIẾT BỊ TRẠM đIỀU KHIỂN VỆ TINH
2.1 Sơ ựồ kết nối giữa các trạm ựiều khiển
Hệ thống trạm mặt ựất ựiều khiển và giám sát vệ tinh ựược lắp ựặt thành một trạm ựiều khiển chắnh và một hoặc nhiều trạm ựiều khiển dự phòng. Các trạm này thường ựược ựặt tại các vị trắ tách biệt nhau về mặt ựịa lý nhằm mục ựắch dự phòng cho nhau trong các ựiều kiện thời tiết môi trường khác nhau, thiên tai, chiến tranh... Các trạm này ựược kết nối với nhau thông qua hệ thống ựường thuê riêng. Bản thân các ựường thuê riêng này cũng ựược dự phòng. Các trạm ựiều khiển ựược cài ựặt sao cho tại một trạm bất kì có thể ựiều khiển ựược vệ tinh một cách trực tiếp hoặc thông qua các trạm khác. để thực hiện ựược việc ựiều khiển và giám sát tư thế và hoạt ựộng của vệ tinh thì trạm ựiều khiển vệ tinh là một hệ thống bao gồm nhiều thiết bị khác nhaụ Các thiết bị này ựược chia ra làm nhiều hệ thống khác nhau, vắ dụ như : Hệ thống các thiết bị cao tần, hệ thống các thiết bị băng tần cơ sở, hệ thống các thiết bị giám sát và ựiều khiển, hệ thống các thiết bị lưu trữ, hệ thống các thiết bị ựiều hoà và cấp nguồn...
Nếu chia theo vị trắ lắp ựặt chúng ta cũng có thể phân chia hệ thống trạm ựiều khiển vệ tinh thành : Các thiết bị Shelter, các thiết bị phòng realtime, các thiết bị phòng training, các thiết bị lắp trên hub anten... để thuận tiện cho việc nghiên cứu chúng ta chia hệ thống trạm mặt ựất ựiều khiển theo cách thứ nhất.
2.2. Cấu hình hệ thống các thiết bị tại trạm ựiều khiển
Hình 2.2. Sơ ựồ khối hệ thống thiết bị trạm ựiều khiển
Hệ thống trạm mặt ựất bao gồm: các thiết bị RF, các thiết bị băng tần cơ sở, các thiết bị ựiều khiển và giám sát, các thiết bị lưu trữ, các thiết bị phân tắch quĩ ựạo, các thiết bị phòng mô phỏng, các thiết bị phòng real-timẹ Các thiết bị RF có nhiệm vụ thu nhận các tắn hiệu cao tần từ vệ tinh, biến ựổi tần số tuyến xuống, giải ựiều chế và chuyển tới các thiết bị trong phòng ựiều khiển ựể hiển thị, giám sát, từ ựó có thể ựưa ra các lệnh ựiều khiển tương ứng, các dữ liệu thu ựược từ vệ tinh cũng ựược ựưa tới hệ thống lưu trữ ựể phục vụ cho việc phân tắch off-line và việc phân tắch dự ựoán quĩ ựạọ đồng thời các thiết bị RF cũng tiếp nhận các tắn hiệu lệnh ựược gửi từ phòng ựiều khiển, ựiều chế, biến ựổi tần lên, khuếch ựại, ựưa ra anten gửi lên vệ tinh.
- Hệ thống Anten/RF: hệ thống Anten/RF bao gồm các thiết bị ựược lắp trong Shelter, trên Hub và phần Anten. Hệ thống Anten/RF ựược kết nối với hệ thống các thiết bị trong phòng Real-time qua cáp quang và cáp xoắn dùng cho tắn hiệu cảnh báo
Hệ thống RF bao gồm các khối sau: + Khối thiết bị RF (RF Equip)
+ Khối thiết bị ựiều khiển Anten (Antenna Control Unit) + Khối các thiết bị băng tần cơ bản (CR&T Unit)
+ Khối các thiết bị ựịnh thời (Timing System) + Hệ thống giám sát (M&C System)
+ Hệ thống Motor ựiều khiển (Servo System)
- Hệ thống thiết bị phòng Real-time: đây là hệ thống các thiết bị trong phòng ựiều khiển, ựó là các màn hình giám sát hệ thống anten ựược cài ựặt phần mềm giao diện ựồ họa cho phép người ựiều khiển có thể theo dõi và giám sát hệ thống các thiết bị một các trực quan. Trên các màn hình này chúng ta có thể thực hiện việc giám sát ựiều khiển, thay ựổi các thông số của các thiết bị mặt ựất sao cho phù hợp với từng giai ựoạn và từng yêu cầu ựiều khiển cụ thể. Hệ thống này cũng bao gồm các trạm làm việc (W/S) cho phép người ựiều khiển theo dõi, giám sát, gửi lệnh ựể ựiều khiển vệ tinh. Việc giám sát vệ tinh ựược thực hiện thông qua các trang giám sát, trên các trang này chứa các ựiểm ựo xa Telemetrỵ Khi một trong các tham số của hệ thống mặt ựất và vệ tinh vượt ra ngoài giới hạn cho phép của nó hệ thống cảnh báo cho người ựiều khiển biết. Trên các W/S chúng ta cũng có thể thực hiện vẽ ựồ thị của các tham số ựể theo dõi sự thay ựổi của một hay nhiều tham số vệ tinh trong một khoảng thời gian ựã ựịnh. Hệ thống real-time ựược kết nối tới hệ thống RF thông qua thiết bị CT&R.
- Hệ thống các thiết bị mô phỏng: đây là hệ thống các thiết bị ựược sử dụng cho việc ựào tạo ựiều khiển viên, và ựể xây dựng, phát triển, kiểm tra các thủ tục ựiều khiển. Hệ thống này là mô hình mô phỏng của hệ thống real- timẹ Nó bao gồm các W/S và các vệ tinh giả có nhiệm vụ mô phỏng của một vệ tinh thực tế. Vệ tinh giả này ựược cài ựặt phần mềm chứa các ựiểm Telemetry và các cammand như hệ thống vệ tinh thực tế.
- Hệ thống ựịnh thời: đây là hệ thống cung cấp thời gian chuẩn cho các thiết bị trong hệ thống trạm ựiều khiển mặt ựất. Nó cung cung cấp tần số chuẩn 10Mhz cho các thiết bị mạng. Hệ thống này gồm có anten và bộ nhận tắn hiệu từ hệ thống (GPS). Sau ựó sẽ ựược giải mã và ựược ựưa tới các thiết bị thông qua chuyển mạch phân phốị
- Hệ thống giám sát và ựiều khiển M&C: Hệ thống này ựược cài ựặt trên các màn hình giám sát của phòng real-time cho phép người ựiều khiển giám sát, thay ựổi và ựiều khiển các thiết bị mặt ựất.
- Hệ thống ựiều khiển anten ACU: Thực hiện việc ựiều khiển anten, trong hoạt ựộng thông thường nó sẽ nhận tắn hiệu tracking ựể phân tắch và ựưa ra các lệnh ựiều khiển anten tương ứng tới khối thiết bị ựiều khiển ựộng cơ anten servo, tới lượt mình khối ựiều khiển ựộng cơ anten sẽ ựiều khiển ựộng cơ quay với tốc ựộ và số vòng tương ứng với các lệnh ựiều khiển. đồng thời khối ACU cũng nhận lại thông tin vị trắ của Anten ựược thu thập từ các bộ encoder vị trắ. Thông tin vị trắ của anten sẽ ựược hiển thị trên màn hình cho phép người ựiều khiển biết vị trắ hiện tại của Anten.
Sau ựây ta sẽ nghiên cứu chi tiết từng hệ thống trong hệ thống trạm ựiều khiển mặt ựất. để thuận tiện cho việc nghiên cứu thì hệ thống mặt ựất ựược chia làm phần phát và phần thu:
2.2.1. Hệ thống thiết bị RF
mạch lựa chọn phân cực (phân cực Ngang và phân cực ựứng) cho phép chúng ta lựa chọn phân cực phát và phân cực thụ
Hình 2.3. Hệ thống thu - phát trạm ựiều khiển
Hệ thống phát
Hệ thống phát bao gồm các thiết bị: Khối CT&R, bộ biến ựổi tần lên, bộ khuếch ựại công suất caọ
Các thiết bị này bao gồm 1 thiết bị hoạt ựộng chắnh và 1 thiết bị dự phòng. Khi thiết bị chắnh có sự cố chúng ta có thể chuyển sang hoạt ựộng với thiết bị dự phòng thông qua các chuyển mạch dự phòng các thiết bị. Sau ựây ta sẽ ựi nghiên cứu từng thiết bị của tuyến lên.
- Khối CT&R:
From D/C To M&C System
To orbit analysis
To U/C From M&C System
Hình 2.5. Sơ ựồ khối CT&R
Ta thấy thiết bị CT&R ựược chia làm 3 khối chức năng chắnh: khối bộ nhận telemetry, khối Ranging, khối bộ phát lệnh. Thiết bị này có chức năng nhận tắn hiệu telemetry và các âm tần Ranging từ bộ D/C gửi tới, bộ nhận telemetry sau khi nhận ựược các tắn hiệu telemetry và tắn hiệu âm tần Ranging nó sẽ thực hiện giải ựiều chế (PSK) ựể tách ra các tắn hiệu telemetry và các âm tần Ranging riêng rẽ. Các tắn hiệu telemetry sau khi ựược kiểm tra xác thực thông qua việc kiểm tra mẫu ựồng bộ, từ mã kiểm traẦ sẽ ựược gửi tới hệ thống M&C thông qua mạng (LAN) trạm mặt ựất. Còn các âm tần Ranging sẽ ựược gửi tới khối Ranging, tại ựây các âm tần nhận ựược sẽ ựược so sánh với các âm tần ựã ựược gửi ựi ựể tắnh ra ựộ trễ pha, sau ựó ựộ trễ pha này sẽ ựược chuyển ựổi thành khoảng cách từ trạm mặt ựất tới vệ tinh. đồng thời khối Ranging cũng phát ra các âm tần Ranging theo chu kì ựể gửi tới khối
Telemetry Reciever Ranging Unit Command generator
Ranging có thể cài ựặt tuỳ theo yêu cầu của từng hệ thống khác nhau, thông thường là 1 tiếng một lần. Khối gửi lệnh sẽ nhận các lệnh ựiều khiển từ bàn ựiều khiển trong phòng ựiều khiển, thông qua hệ thống M&C lệnh ựược chuyển tới thiết bị CT&R, tại ựây lệnh sẽ ựược kiểm tra xác thực, sau ựó sẽ ựược ựiểu chế FSK vào tần số trung tần sau ựó gửi ra bộ U/C, và HPA ựể gửi lên vệ tinh. Trong khối CT&R còn có một bộ xử lý trung tâm ựiều khiển hoạt ựộng của cả 3 khối chức năng trên.
- Bộ ựổi tần hướng phát (TX Upconverter ):
Hình 2.6. Khối biến ựổi tần lên
Bộ biến ựổi tần lên cho phép ựổi tần sóng mang hướng phát từ tần số trung tần 70 MHz ựược cấp bởi các khối CT&R thành tần số cao tần trong dải tần băng C ựể cung cấp cho bộ khuếch ựại công suất caọ Bộ ựổi tần số hướng lên có cấu hình dự phòng là 1:1. đầu vào của các bộ U/C ựược nối với các băng tần cơ sở CT&R thông qua các chuyển mạch ựầu vàọ Nhờ các chuyển mạch ựầu vào này ta có thể cấu hình cho bộ U/C nối tời bất kì khối CT&R nàọ Trong hoạt ựộng thông thường thì U/C số 1 nối với CR&R 1 ựể cung cấp tắn hiệu cho HPẠ Ngoài chức năng ựổi tần thì khối ựổi tần lên còn có chức năng lọc, và tiền khuếch ựại ựể cung cấp công suất ựầu vào thắch hợp cho bộ khuếch ựại công suất caọ Việc ựiều chỉnh các tham số của thiết bị này có thể thực hiện trực tiếp trên các nút chức năng phắa mặt trước của thiết bị hoặc thông qua hệ thống M&C.
- Bộ khuếch ựại công suất Klystron:
Bộ khuếch ựại này có khả năng khuếch ựại các kênh trong dải tần băng C lên công suất ựầu ra cỡ vài Kw ựể cung cấp công suất ựủ lớn cho Anten. Bộ khuếch ựại công suất cao này cũng ựược dự phòng theo cấu hình dự phòng 1:1. Tắn hiệu sau khi ựược khuếch ựại ựủ lớn sẽ ựược cung cấp cho anten thông qua các ống dẫn sóng. đầu ra của các bộ khuếch ựại công suất cao có các chuyển mạch ựầu ra và các tải giả. Mục ựắch của các chuyển mạch và các tải giả này là ựể chuyển ựổi việc hoạt ựộng giữa HPA dự phòng và HPA chắnh, hoặc chuyển ựổi hoạt ựộng ựiều khiển vệ tinh giữa trạm chắnh và trạm dự phòng, nó cũng ựược sử dụng trong các tình huống lên Hub, hoặc anten ựể sửa chữa bảo dưỡng.
Hình 2.7. Bộ khuếch ựại công suất cao
Các bộ khuếch ựại công suất cao là các bộ khuếch ựại nhiều kênh tần số, do vậy chúng ta có thể lựa chọn kênh tần thắch hợp cho từng hệ thống cụ thể. Chúng ta có thể ựiều khiển hệ số khuếch ựại của bộ khuếch ựại này trực tiếp bằng các nút ựiều khiển ở mặt phắa trước, hoặc cũng có thể ựiều khiển thông qua hệ hộ thống giám sát và ựiều khiển M&C. đây là bộ khuếch ựại không tuyến tắnh Klystron, bộ khuếch ựại này ựược thực hiện qua nhiều tầng
Do bộ khuếch ựại là không tuyến tắnh nên ựể giảm méo phi tuyến chúng ta có thể sử dụng ựộ ựẩy lùi ựầu vào IBỌ Trong hoạt ựộng thông thường thì cả hai bộ công suất cao ựều ựược cấp nguồn và hoạt ựộng (ựể ựảm bảo khả năng dự phòng nóng). đầu vào của các HPA có hệ thống chuyển mạch ựầu vào, hệ thống chuyển mạch này cho phép chúng ta lựa chọn cấu hình tuyến lên (HPA nào sẽ ựược kết nối tới U/C nào). Việc bật tắt thiết bị HPA cần tuân theo một qui trình chắnh xác vì ựây là thiết bị ựắt tiền, việc khởi ựộng nó cần thời gian ựể làm nóng các bộ phận cần thiết bên trong. Do vậy