Superhéroe de "Space Teaching": Skylink Satellite, superando la obstrucción estadounidense, velocidad de enlace descendente de 1,2G
Fue otra emocionante conferencia espacial. La suave voz del hermoso astronauta Wang Yaping y la popularización científica del apuesto hombre hicieron que todos experimentaran una vívida clase de ciencia. Todos no pudieron evitar identificarse con la primera vez hace 8 años. Una comparación de conferencias en el espacio parecía haberse actualizado de DVD a 1080P.
Detrás de la mejora de esta imagen está el avance de mi país en la retransmisión de comunicaciones espaciales. Así nació el satélite Skylink, y su "subproducto" también se convirtió en el héroe de Chang'e 4. ¡Todavía en servicio hasta el día de hoy!
Cualquiera que haya visto el documental sobre el lanzamiento y la medición y control de satélites definitivamente encontrará un problema. Hay un límite de tiempo para la inyección de señales de medición y control de satélites. Debe completarse entre un tiempo determinado y. un tiempo determinado, de lo contrario O esperó un día o porque el satélite no inyectó datos de medición y control a tiempo, perdió el control y se perdió!
¿Por qué sucede esto? No es difícil entender la razón. Los satélites giran alrededor de la Tierra. Por ejemplo, el tiempo de vuelo de la Estación Espacial Tiangong de mi país es de aproximadamente 92,2 minutos. El rango de ángulo de elevación óptimo de la antena de la estación de medición y control corresponde a. la órbita de la Estación Espacial Tiangong de 400 kilómetros ¡Poco más de 1.000 kilómetros!
Suponiendo que el ángulo de elevación óptimo de la antena de medición y control es de 30 grados y la altura orbital de la estación espacial es de 400 kilómetros, entonces el rango óptimo de medición y control es de sólo unos 1.400 kilómetros a una velocidad. A una velocidad de 7,8 kilómetros por segundo, sólo tarda 180 segundos en volar fuera de este rango cuando llegue, dejando sólo 3 minutos para la medición y el control.
Muchos amigos probablemente dirán, ¿no volverá a pasar volando por encima en la siguiente vuelta? Entonces, ¿qué estás haciendo con prisa? Solo se necesitan 90 minutos para completar un ciclo. Solo espera un ciclo más. El problema es que la Tierra solo tiene 24 horas en un día. en un día la distancia en el ecuador variará en 2560 cada 92 minutos.
El área de medición y control es un círculo con la antena de medición y control como cenit y un radio de 700 kilómetros (asumiendo que el ángulo de elevación óptimo es de 30 grados y la altura orbital de la estación espacial es de 400 kilómetros). ). Ya se han superado los 2560 kilómetros. El rango de medición y control está determinado, ¡esperemos hasta mañana!
Por lo tanto, si queremos realizar mediciones y control las 24 horas del día sin puntos ciegos, necesitamos distribuir antenas de medición y control por todo el mundo. Obviamente esto es imposible para poder llevar a cabo el Apollo. Para la misión, Estados Unidos gastó 600 millones de dólares (valor en moneda de los años 60). Se han construido más de 20 estaciones terrestres en todo el mundo, pero incluso en las circunstancias más favorables sólo pueden cubrir menos de 30 órbitas terrestres.
¿Cómo podemos solucionar el problema de la medición y el control global?
El primer sistema que constaba de estaciones terrestres y redes de comunicación fue el primer "sistema de control y medición global" STADAN de la NASA, pero obviamente solo podía proporcionar 15 minutos de medición y control dentro de una órbita de 90 minutos y aún podía Por lo tanto, la NASA decidió establecer la red MSFN. Más tarde, cuando el nacimiento del programa del transbordador espacial en la década de 1970 planteó mayores requisitos de medición y control, la NASA fusionó las dos primeras en STDN.
Sin embargo, STDN requiere estaciones de medición y control en todo el mundo. La NASA cambió el sistema y agregó TDE y TDW (para el este y el oeste), así como un satélite de respaldo en órbita, que eventualmente se convirtió en TDRS. .
La figura anterior muestra la configuración actual del Satélite de Seguimiento y Retransmisión de Datos (TDRS) a marzo de 2019, con 10 satélites en órbita (cuatro de primera generación, tres de segunda generación y tres de tercera generación).
La órbita se encuentra aproximadamente en la órbita de los satélites geoestacionarios de 36.000 kilómetros. Los satélites en esta órbita pueden teóricamente "ver" todos los satélites de órbita baja del mundo con sólo 3 satélites, combinados con la configuración de la Tierra. Estación que puede monitorear, controlar y administrar satélites las 24 horas del día sin puntos ciegos.
Todo el mundo conoce los beneficios de TDRS, pero hay dos problemas. El primero es el problema técnico de establecer este satélite de retransmisión. El primero es la tecnología de comunicación de retransmisión. El otro problema más problemático es el problema de alineación de la antena. Es imposible utilizar las antenas mecánicas de aquellos días para rastrear satélites en cualquier momento. ¿Qué debemos hacer si necesitamos rastrear varios satélites al mismo tiempo?
Por supuesto, lo más problemático sucedió hace mucho tiempo. El satélite Skylink es un satélite de medición y control, y él mismo también necesita ser medido y controlado. Antes del plan Skylink, los satélites de nuestro país y el programa espacial se lanzan desde hace mucho tiempo, pero ¿cómo se solucionó?
Estaciones terrestres de medición y control y series de viajes
La distancia más lejana entre el este y el oeste de mi país es de más de 4.000 kilómetros, una diferencia de 60 longitudes, lo que representa 1/6 del 360 grados de la Tierra, pero el lanzamiento de la nave espacial Al entrar en órbita, siempre mira hacia el sureste o suroeste, y pronto saldrá del área de medición y control de mi país.
Para construir estaciones terrestres, la NASA puede construir estaciones terrestres en varios países del mundo. Pueden negociar siempre que quieran, pero nosotros no podemos construir solo la serie de medición Yuanwang. Los barcos de control Yuanhang 1 se botaron el 31 de agosto de 1977. Fue construido y botado en el Astillero Jiangnan en Japón. Ha participado en 44 expediciones, cubriendo más de 440.000 millas náuticas en tres océanos, completó 57 importantes misiones de investigación y prueba científicas. y realizó la misión de medición y control de Shenzhou 5.
Desde Yuanwang 1 hasta Yuanwang 7, las siguientes series de barcos de medición y control Yuanwang 21 y 22 se construyeron para medición y control global. Los barcos de la serie Yuanwang son muy clásicos y están muy bien equipados, pero son flexibles. caro y todavía requiere la cooperación de las estaciones terrestres. El 6 de octubre de 1996, se completó la estación de medición y control de China en Kiribati. Ha medido y controlado satélites lanzados por nuestro país muchas veces, y el costo es mucho menor que el de la serie Yuanwang de barcos de medición y control.
El 7 de noviembre de 2003, bajo la operación de los Estados Unidos, Kiribati estableció relaciones diplomáticas con la Provincia de Taiwán de mi país, lo que resultó en la pérdida de nuestra estación de control y medición satelital en Kiribati, aunque esto No afectó al desarrollo de la industria aeroespacial de nuestro país, pero también supuso un revés para la construcción de estaciones de medición y control en el extranjero.
Desde 1996, la construcción de estaciones de medición y control en el extranjero de mi país también ha entrado en una buena situación. Hasta ahora, hay diez estaciones de medición y control en el extranjero, como se muestra en la siguiente tabla:
Medición y control Global 100: satélite Days Chain
Ya en la década de 1970, mi país propuso la idea de desarrollar satélites de retransmisión, sin embargo, debido a la necesidad de tecnología y fondos a la altura. programa espacial, no fue hasta enero de 2003 que Tianlian-1 El proyecto del sistema de satélite de retransmisión fue aprobado oficialmente.
El satélite Tianlian-1 fue lanzado el 25 de abril de 2008 en la órbita geoestacionaria. Después del lanzamiento, la cobertura de medición y control de naves espaciales de órbita media y baja de China aumentó de 12 a aproximadamente 50. y se completó la retransmisión de datos del satélite Shenzhou VII. Hasta el 6 de julio de 2021, se lanzó el satélite Tianlian-1 05. La serie Tianlian tiene un total de 6 satélites, que cubren 100 mediciones y control de la órbita terrestre.
Ya en la conferencia espacial Shenzhou 10 a las 10 a. m. del 20 de junio de 2013, todos vieron el papel del satélite Skylink. Durante toda la clase de 51 minutos, Shenzhou 10 voló sobre la mitad del If. Hay muchas estaciones terrenas, será intermitente si la estación terrestre la retransmite, pero con el satélite Skylink, no hay problema. Durante este proceso, la conmutación de retransmisión de señal se realiza sin pausas. Por primera vez, se muestra sin obstáculos. Vista de las comunicaciones aeroespaciales de China. Siguiendo la tecnología.
El número de satélites Skylink ahora ha aumentado a 6 y el ancho de banda ha mejorado considerablemente en comparación con 2013. La velocidad de comunicación del enlace descendente ha alcanzado 1,2 G, que es similar a la calidad de comunicación de las líneas 5G. que utilice, e incluso puede ser aún mejor, los datos aterrizarán en el centro de control de vuelo de Beijing y luego se transmitirán a todas partes del mundo a través de rutas.
Todo el mundo también ha notado que hay un enrutador inalámbrico en el módulo central de Tiangong. Los astronautas pueden usar libremente teléfonos móviles y otros dispositivos de comunicación basados en TCP/IP tan cómodamente como pueden usarlos en casa. Es el soporte satelital de la cadena Tiangong.
Además, también debería haber notado que el satélite de retransmisión Queqiao preparado para Chang'e 4 también es un uso innovador de la tecnología de satélites de retransmisión de mi país.
Con los satélites Skylink, ¿todavía necesitamos construir estaciones terrestres y barcos de seguimiento y control en alta mar?
Por supuesto que es necesario, pero en términos relativos, la dependencia de estaciones terrestres y series de barcos de medición y control de larga distancia será menor, y todos estos satélites están en el cielo. Estados Unidos para operarlos y bloquearlos.
Pero hay una cosa que los satélites Tianlian no pueden resolver, como la medición y el control del espacio profundo, el rover Zhurong de mi país en Marte transmite datos a la Tierra a través de Tianwen-1 en órbita, o lanza mediciones y control desde. la tierra a Marte Al recibir señales, Tianlian-1 no se utiliza en absoluto.
No es porque su posición o ángulo sean incorrectos, sino porque la antena no es lo suficientemente grande, porque para transmitir señales a Marte se requiere una antena de medición y control de gran diámetro, al menos decenas de metros, pero los satélites en La órbita terrestre baja no se puede alcanzar temporalmente. Este nivel no se puede alcanzar, por lo que nuestra estación de medición y control y la serie Yuanwang siguen siendo indispensables.
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