Astrionik - Astrionics
Astrionik elektronik sistemlerin, alt sistemlerin ve kullanılan bileşenlerin geliştirilmesi ve uygulanmasına ilişkin bilim ve teknolojidir. uzay aracı. Bir uzay aracındaki elektronik sistemler, tutum belirleme ve kontrolü, iletişim, komuta ve telemetri ve bilgisayar sistemlerini içerir. Sensörler, bir uzay aracındaki elektronik bileşenleri ifade eder.
Mühendisler için tasarım sürecinde yapılması gereken en önemli hususlardan biri, uzay aracı sistemlerinin ve bileşenlerinin çalışması ve dayanması gereken ortamdır. İçin sistemleri ve bileşenleri tasarlamanın zorlukları uzay ortamı uzayın bir boşluk olduğu gerçeğinden daha fazlasını içerir.
İrtifa belirleme ve kontrol
Genel Bakış
Elektroniklerin ve sensörlerin bir uzay aracının görevinde ve performansında oynadığı en hayati rollerden biri, irtifasını veya uzayda nasıl yönlendirildiğini belirlemek ve kontrol etmektir. Bir uzay aracının yönü, göreve bağlı olarak değişir. Uzay aracının sabit olması ve her zaman Dünya'ya dönük olması gerekebilir, bu da bir hava durumu veya iletişim uydusu için geçerlidir. Bununla birlikte, uzay aracını bir eksen etrafında sabitleme ve daha sonra döndürme ihtiyacı da olabilir. Durum belirleme ve kontrol sistemi ACS, uzay aracının doğru şekilde davranmasını sağlar. Aşağıda, ACS'nin bunu belirlemek için gerekli ölçümleri alabileceği birkaç yol bulunmaktadır.
Manyetometre
Bu cihaz, Dünyanın manyetik alanı tek yönde. Her üç eksendeki ölçümler için, cihaz üç ortogonalden oluşacaktır. manyetometreler. Uzay aracının konumu göz önüne alındığında, manyetik alan ölçümleri, uzay aracı tarafından verilen bilinen bir manyetik alanla karşılaştırılabilir. Uluslararası Jeomanyetik Referans Alanı model. Manyetometreler tarafından yapılan ölçümler, hizalama hatası, ölçek faktörü hataları ve uzay aracı elektriksel aktivitesinden oluşan gürültüden etkilenir. Dünya'ya yakın yörüngeler için, modellenen alan yönündeki hata Ekvator yakınındaki 0,5 derece ile manyetik kutupların yakınında 3 derece arasında değişebilir, burada düzensiz auroral akımlar büyük rol oynar.[1]:258 Böyle bir cihazın sınırlaması, Dünya'dan uzak yörüngelerde manyetik alanın çok zayıf olması ve aslında karmaşık ve öngörülemeyen gezegenler arası alanın hakimiyetinde olmasıdır.
Güneş sensörleri
Bu cihaz, ışığa duyarlı hücrelerden oluşan bir ağla kaplı odanın alt kısmına ince bir çizginin görüntüsünü veren dikdörtgen bir bölmenin tepesine ince bir yarıktan giren ışık üzerinde çalışır. Bu hücreler görüntünün bir merkez çizgisine olan mesafesini ölçer ve bölmenin yüksekliğini kullanarak kırılma açısını belirleyebilir. Hücreler şuna göre çalışır: fotoelektrik etki. Gelen fotonlar elektronları uyarır ve bu nedenle hücre boyunca bir voltaja neden olur ve bu da dijital sinyale dönüştürülür. Birbirine dik iki sensör yerleştirilerek, sensör eksenlerine göre güneşin tam yönü ölçülebilir.
Dijital güneş yönü dedektörleri
DSAD olarak da bilinen bu cihazlar tamamen dijital Güneş sensörleridir. Sensördeki ışığa duyarlı hücrelerden hangisinin en güçlü şekilde aydınlatıldığını belirleyerek Güneş'in açılarını belirlerler. Komşu piksellere çarpan ışığın yoğunluğunu bilerek, güneşin ağırlık merkezinin yönü birkaç ark saniye içinde hesaplanabilir.[1]:261
Dünya ufku sensörü
Statik
Static Earth ufuk sensörleri bir dizi sensör ve algılama içerir kızılötesi radyasyon Dünya yüzeyinden biraz daha büyük bir görüş alanına sahip. Yer merkezini belirlemenin doğruluğu, Dünya'ya yakın yörüngede 0,1 derece ile GEO'da 0,01 derece arasındadır. Kullanımları genellikle dairesel yörüngeye sahip uzay araçlarıyla sınırlıdır.[1]:262
Tarama
Earth ufuk sensörlerini tararken dönen bir ayna veya prizma ve dar bir ışık demetini genellikle a adı verilen bir algılama elemanına odaklayın. bolometre. Dönme, cihazın bir koni alanını süpürmesine neden olur ve sensörün içindeki elektronikler, Dünya'dan gelen kızılötesi sinyalin ilk alındığı ve sonra kaybolduğu zamanı algılar. Aradaki zaman, Dünya'nın genişliğini belirlemek için kullanılır. Buradan yuvarlanma açısı belirlenebilir. Bu tür sensörlerin doğruluğunda rol oynayan bir faktör, Dünya'nın tam olarak dairesel olmamasıdır. Bir diğeri, sensörün karayı veya okyanusu algılamaması, ancak mevsim ve enlem nedeniyle belirli yoğunluklara ulaşabilen atmosferde kızılötesi algılamasıdır.
Küresel Konumlama Sistemi
Bu sensör basittir, çünkü tek bir sinyal kullanılarak birçok özellik belirlenebilir. Bir sinyal, uydu kimliğini, konumunu, yayılan sinyalin süresini ve saat bilgisini taşır.[2] Yalnızca dördü gerekli olan 36 GPS uydusundan oluşan bir takımyıldız kullanılarak navigasyon, konumlandırma, kesin zaman, yörünge ve konum belirlenebilir. GPS'in bir avantajı, tüm yörüngeleridir. Alçak dünya yörüngesi -e Jeosenkron yörünge kullanabilirsiniz Küresel Konumlama Sistemi ACS için.
Komut ve telemetri
Genel Bakış
Bir uzay aracı için hayati önem taşıyan diğer bir sistem, komuta ve telemetri sistemidir, o kadar ki, fazlalık olan ilk sistemdir. Yerden uzay aracına olan iletişim komuta sisteminin sorumluluğundadır. Telemetri sistemi, uzay aracından yere olan iletişimi yönetir. Yer istasyonlarından gelen sinyaller uzay aracına ne yapması gerektiğine komut vermek için gönderilirken, telemetri, uzay aracı hayati değerleri ve göreve özel veriler dahil olmak üzere bu komutların durumu hakkında geri bildirimde bulunur.
Komut sistemleri
Bir komuta sisteminin amacı, uzay aracına gerçekleştirmesi için bir dizi talimat vermektir. Bir uzay aracı için komutlar önceliğe göre yürütülür. Bazı komutların anında yürütülmesi gerekir; diğerleri, yürütülmeden önce geçmesi gereken belirli gecikme sürelerini, komutun yürütülmesi gereken mutlak zamanı veya komut yürütülmeden önce meydana gelmesi gereken bir olay veya olayların birleşimini belirtebilir.[1]:600 Uzay aracı, aldıkları komuta bağlı olarak bir dizi işlevi yerine getirir. Bunlar şunları içerir: bir uzay aracı alt sistemine veya deneyine uygulanacak veya buradan çıkarılacak güç, alt sistemin çalışma modlarını değiştirme ve uzay aracı kılavuzluğunun ve ACS'nin çeşitli işlevlerini kontrol etme. Komutlar ayrıca bomları, antenleri, güneş pili dizilerini ve koruyucu kapakları da kontrol eder. Tüm programları programlanabilir, mikro işlemci tabanlı, yerleşik alt sistemlerin RAM'ına yüklemek için bir komut sistemi de kullanılabilir.[1]:601
Yerden iletilen radyo frekansı sinyali komut alıcısı tarafından alınır ve yükseltilir ve demodüle edilir. Uzun mesafeyi geçtikten sonra sinyal çok zayıf olduğu için amplifikasyon gereklidir. Komut sisteminde bir sonraki komut kod çözücüdür. Bu cihaz, alt taşıyıcı sinyalini inceler ve taşıdığı komut mesajını algılar. Kod çözücünün çıkışı normalde sıfıra dönüşsüz veri. Komut kod çözücü ayrıca komut mantığına saat bilgisi sağlar ve bu, seri veri hattında bir bitin ne zaman geçerli olduğunu komut mantığına bildirir. Komut işlemcisine gönderilen komut bit akışı, uzay aracı için benzersiz bir özelliğe sahiptir. Gönderilen farklı bit türleri arasında birincisi uzay aracı adres bitleridir. Bunlar, belirli bir uzay aracı için özel bir tanımlama kodu taşır ve amaçlanan komutun başka bir uzay aracı tarafından gerçekleştirilmesini engeller. Bu gereklidir çünkü aynı frekansı ve modülasyon tipini kullanan birçok uydu vardır.[1]:606
Mikroişlemci, komut kod çözücüsünden girişleri alır, ROM veya RAM'de depolanan bir programa göre bu girişler üzerinde çalışır ve ardından sonuçları arayüz devresine çıkarır. Çok çeşitli komut türleri ve mesajları olduğundan, çoğu komut sistemi programlanabilir mikro işlemciler kullanılarak uygulanır. İhtiyaç duyulan arayüz devresinin türü, işlemci tarafından gönderilen komuta bağlıdır. Bu komutlar arasında röle, darbe, seviye ve veri komutları bulunur. Röle komutları, merkezi güç anahtarlama ünitesindeki elektromanyetik rölelerin bobinlerini etkinleştirir. Darbe komutları, komut mantığı tarafından uygun alt sisteme gönderilen kısa voltaj veya akım darbeleridir. Seviye komutu, mantık darbesi yerine bir mantık seviyesinin iletilmesi dışında tam olarak bir mantık darbesi komutu gibidir. Veri komutları, veri kelimelerini hedef alt sisteme aktarır.[1]:612–615
Telemetri sistemleri
Yer kontrolü, uzay aracının ne yaptığını bilmeseydi, bir uzay gemisine komut vermek işe yaramazdı. Telemetri aşağıdaki gibi bilgileri içerir:
- Uzay aracı kaynakları, sağlığı, tutumu ve çalışma modu ile ilgili durum verileri
- Yerleşik sensörler tarafından toplanan bilimsel veriler (teleskoplar, spektrometreler, manyetometreler, ivmeölçerler, elektrometreler, termometreler vb.)
- Kara, deniz veya hava araçlarıyla rehberlik ve navigasyon için kullanılabilecek belirli uzay aracı yörünge ve zamanlama verileri
- Yerleşik kameralarla yakalanan görüntüler (görünür veya kızılötesi)
- Uzay aracı tarafından takip edilen Dünya üzerindeki veya uzaydaki diğer nesnelerin konumları
- Yerden veya bir uzay aracındaki başka bir uzay aracından aktarılan telemetri verileri uydu takımyıldızı[1]:617
Telemetri sistemi; sensörlerden, koşullandırıcılardan, seçicilerden ve dönüştürücülerden edinimden, sıkıştırma, biçimlendirme ve depolama dahil işlemeden ve son olarak kodlama, modülasyon, iletim ve anteni içeren iletimden sorumludur.
Uzay aracı için telemetri sistemi tasarımının birkaç benzersiz özelliği vardır. Bunlardan biri, herhangi bir uydu için LEO, o kadar hızlı hareket ettiği için, belirli bir istasyonla yalnızca on ila yirmi dakika temas halinde olabilir. Bu, yüzlerce yer istasyonunun sürekli iletişim halinde kalmasını gerektirir ki bu hiç de pratik değildir. Buna bir çözüm yerleşiktir veri depolama. Veri depolama, verileri yörünge boyunca yavaşça biriktirebilir ve bir yer istasyonu üzerindeyken hızlı bir şekilde dökebilir. Derin uzay görevlerinde, kayıt cihazı, yüksek oranlı verileri yakalamak ve veri hızı sınırlı bağlantılar üzerinden yavaşça oynatmak için genellikle tersi şekilde kullanılır.[1]:567 Diğer bir çözüm ise veri rölesi uydularıdır. NASA uyduları var GEO TDRS denen, İzleme ve Veri Aktarma Uyduları LEO uydularından gelen komutları ve telemetriyi ileten. TDRS'den önce astronotlar, dünyadaki 14 NASA yer istasyonunu kullanarak yörüngenin yalnızca yaklaşık% 15'i için Dünya ile iletişim kurabiliyordu. TDRS ile, alçak irtifa uydularının kapsama alanı, tek bir yer istasyonundan küreseldir. White Sands, New Mexico.[1]:569
Telemetri sistemlerinin bir başka benzersiz özelliği de özerkliktir. Uzay aracı, dahili işlevlerini izleme ve yer kontrol etkileşimi olmadan bilgiye göre hareket etme becerisine ihtiyaç duyar. Özerklik ihtiyacı, yetersiz yer kapsama alanı, iletişim geometrisi, Dünya-Güneş hattına çok yakın olma (güneş gürültüsünün radyo frekanslarını etkilediği yerlerde) gibi sorunlardan veya sadece güvenlik amaçlarından kaynaklanmaktadır. Özerklik, telemetri sisteminin zaten uzay aracı işlevlerini izleme yeteneğine sahip olması ve komut sistemlerinin, yapılacak eylemin ihtiyaçlarına göre yeniden yapılandırmak için gerekli komutları verme yeteneğine sahip olması için önemlidir. Bu işlemin üç adımı vardır:
1. Telemetri sistemi, izlediği işlevlerden birinin normal aralıkların dışına çıktığını algılayabilmelidir.
2. Komut sistemi, uygun bir komut yanıtı oluşturabilmesi için anormal fonksiyonları nasıl yorumlayacağını bilmelidir.
3. Komut ve telemetri sistemleri birbiriyle iletişim kurabilmelidir.[1]:623
Sensörler
Sensörler iki kategoriye ayrılabilir: sağlık sensörleri ve yük sensörleri. Sağlık sensörleri, uzay aracı veya yük işlevselliğini izler ve sıcaklık sensörleri, gerinim ölçerler, jiroskoplar ve ivmeölçerler içerebilir. Yük sensörleri, radar görüntüleme sistemleri ve IR kameraları içerebilir. Yük sensörleri, görevin var olma nedenlerinden bazılarını temsil ederken, optimum çalışmayı sağlamak için sistemleri ölçen ve kontrol eden sağlık sensörleri.
Ayrıca bakınız
- Aviyonik benzer, uçaklar için