Bunnsegment - Ground segment

Et forenklet romfartøy-system. Stiplede oransje piler betegner radiolenker; solide svarte piler angir koblinger på bakkenettverk. (Brukerterminaler er vanligvis bare avhengige av en av de angitte banene for tilgang til romsegmentressurser.)
Verdensomfattende bakkesegmentanlegg

Et bakkesegment består av alle de bakkebaserte elementene i et romfartøysystem som brukes av operatører og hjelpepersonell, i motsetning til romfartssegmentet og brukersegmentet. Bunnsegmentet muliggjør styring av et romfartøy, og distribusjon av nyttelastdata og telemetri blant interesserte på bakken. De primære elementene i et bakkesegment er:

Disse elementene er tilstede i nesten alle romoppdrag, enten kommersielle, militære eller vitenskapelige. De kan være plassert sammen eller adskilt geografisk, og de kan drives av forskjellige parter. Noen elementer kan støtte flere romfartøy samtidig.

Elementer

Jordstasjoner

Se også: Jordstasjon
Radio retter på en Embratel jordstasjon i Tanguá , Brasil

Jordstasjoner gir radiogrensesnitt mellom rom- og bakkesegmentene for telemetri, sporing og kommando (TT & C), samt dataoverføring og mottak av nyttelast. Sporing nettverk, for eksempel NASA 's nærheten av Earth Network og Space Network , håndtere kommunikasjon med flere romskip gjennom tidsdeling .

Jordstasjonsutstyr kan overvåkes og fjernstyres , ofte via serielle og / eller IP- grensesnitt. Det er vanligvis reservestasjoner der radiokontakt kan opprettholdes hvis det er et problem på den primære bakkestasjonen som gjør at den ikke kan operere, for eksempel en naturkatastrofe. Slike beredskaper vurderes i en plan for kontinuerlig drift .

Overføring og mottakelse

Signaler som skal kobles til et romfartøy må først hentes ut fra bakkenettverkspakker , kodes til basebånd og moduleres , typisk på en mellomfrekvens (IF) -bærer, før de blir konvertert til det tildelte radiofrekvensbåndet . RF-signalet blir deretter forsterket til høy effekt og ført via bølgeleder til en antenne for overføring. I kaldere klima kan det være nødvendig med varmeovner eller varmluftsblåsere for å forhindre at det dannes is eller snø på parabolskålen.

Mottatte ("nedkoblede") signaler sendes gjennom en forsterker med lite støy (ofte plassert i antennehuben for å minimere avstanden signalet må reise) før de blir nedkonvertert til IF; disse to funksjonene kan kombineres i en støysvak nedkonverterer . IF-signalet demoduleres deretter , og datastrømmen ekstraheres via bit- og rammesynkronisering og dekoding. Datafeil, slik som de som forårsakes av signaldegradering , blir identifisert og korrigert der det er mulig. Den ekstraherte datastrømmen pakkes deretter eller lagres i filer for overføring på bakkenettverk. Jordstasjoner kan midlertidig lagre mottatt telemetri for senere avspilling til kontrollsentre, ofte når båndbredde på bakkenettverk ikke er tilstrekkelig for å tillate sanntidsoverføring av all mottatt telemetri.

Et enkelt romfartøy kan bruke flere RF-bånd til forskjellige datastrømmer for telemetri, kommando og nyttelast , avhengig av båndbredde og andre krav.

Passerer

Tidspunktet for passeringer , når det er en siktelinje til romfartøyet, bestemmes av plasseringen av bakkestasjoner og av egenskapene til romfartøyets bane eller bane . Romnettverket bruker geostasjonære relesatellitter for å utvide passeringsmulighetene over horisonten.

Sporing og rangering

Jordstasjoner må spore romfartøy for å kunne rette antennene sine , og må redegjøre for dopplerforskyvning av RF-frekvenser på grunn av romfartøyets bevegelse. Jordstasjoner kan også utføre automatisert rekkevidde ; varierende toner kan multiplekseres med kommando- og telemetrisignaler. Jordstasjonssporing og rangering av data overføres til kontrollsenteret sammen med romfartøytelemetri, hvor de ofte brukes i bane-bestemmelse.

Misjonskontrollsentre

Se også: Liste over misjonskontrollsentre
Kontrollsenter ved NASAs Jet Propulsion Laboratory

Mission kontrollsentre behandle, analysere, og distribuere romfartøyer telemetri , og utstede kommandoer , data opplasting og programvareoppdateringer til romfartøy. For bemannet romfartøy styrer oppdragskontroll tale- og videokommunikasjon med mannskapet. Kontrollsentraler kan også være ansvarlig for konfigurasjonsstyring og data arkivering . Som med bakkestasjoner er det vanligvis sikkerhetskopieringsanlegg tilgjengelig for å støtte kontinuitet i driften.

Telemetri behandling

Kontrollsentre bruker telemetri for å bestemme statusen til et romfartøy og dets systemer. Rengjøring, diagnostikk, vitenskap og andre typer telemetri kan utføres på separate virtuelle kanaler . Programvare for flykontroll utfører den første behandlingen av mottatt telemetri, inkludert:

  1. Separasjon og distribusjon av virtuelle kanaler
  2. Tidsbestilling og gapkontroll av mottatte rammer (hull kan fylles ved å beordre en re-overføring)
  3. Avvikling av parameterverdier, og tilknytning av disse verdiene til parameternavn som kalles mnemonics
  4. Konvertering av rådata til kalibrerte (tekniske) verdier, og beregning av avledede parametere
  5. Grense- og begrensningskontroll (som kan generere varslingsvarsler)
  6. Generering av telemetri-skjermer, som kan være tabellformede, grafiske ( plott av parametere mot hverandre eller over tid) eller synoptisk (grensesnittorientert grafikk).

Sonden database levert av sonden produsenten blir bedt om å tilveiebringe informasjon om telemetri-ramme formatering, posisjonene og frekvenser over parametre i rammer, og deres tilknyttede mnemoniske, kalibreringer, og myke og harde grenser. Innholdet i denne databasen - spesielt kalibreringer og begrensninger - kan oppdateres med jevne mellomrom for å opprettholde samsvar med innebygd programvare og driftsprosedyrer; disse kan endres i løpet av livet til et oppdrag i respons til oppgraderinger , maskinvare nedbrytning i rom-miljøet , og endringer i driftsparametre.

Kommanderende

Kommandoer sendt til romfartøy er formatert i henhold til romfartøydatabasen, og blir validert mot databasen før de overføres via en bakkestasjon . Kommandoer kan utstedes manuelt i sanntid, eller de kan være en del av automatiserte eller halvautomatiske prosedyrer. Vanligvis blir kommandoer som er vellykket mottatt av romfartøyet bekreftet i telemetri, og en kommandoteller opprettholdes på romfartøyet og på bakken for å sikre synkronisering. I visse tilfeller kan kontroll med lukket sløyfe utføres. Befalte aktiviteter kan være direkte knyttet til oppdragets mål, eller de kan være en del av rengjøring . Kommandoer (og telemetri) kan krypteres for å forhindre uautorisert tilgang til romfartøyet eller dets data.

Romfartøy prosedyrer er generelt utviklet og testet mot et romfartøy simulator før bruk med selve sonden.

Analyse og støtte

Misjonskontrollsentre kan stole på "frakoblede" (dvs. ikke- sanntids ) undersystemer for databehandling for å håndtere analytiske oppgaver som:

Dedikerte fysiske mellomrom kan være gitt i kontrollsenteret for visse oppdragstøtteroller, for eksempel flydynamikk og nettverkskontroll , eller disse rollene kan håndteres via eksterne terminaler utenfor kontrollsenteret. Som on-board datakraft og uren programvare kompleksitet har økt, er det en trend mot å utføre mer automatiserte databehandlingssystemer om bord i sonden .

Bemanning

Kontrollsentre kan være kontinuerlig eller regelmessig bemannet av flykontrollører . Bemanning er vanligvis størst i de tidlige fasene av et oppdrag, og i kritiske prosedyrer og perioder. Stadig oftere kan kontrollsentre for ubearbeidet romfartøy settes opp for "lys-ut" (eller automatisert ) drift, som et middel til å kontrollere kostnadene. Flight kontroll programvare vil typisk generere meldinger av viktige hendelser - både planlagte og ikke planlagte - i bakken eller plass segment som kan kreve brukertilsyn.

Bakkenettverk

Bakke nettverk håndtere dataoverføring og talekommunikasjon mellom forskjellige elementer i grunnsegmentet. Disse nettverkene kombinerer ofte LAN- og WAN- elementer, som forskjellige parter kan være ansvarlige for. Geografisk adskilte elementer kan kobles via faste linjer eller virtuelle private nettverk . Utformingen av bakkenettverk er drevet av krav til pålitelighet , båndbredde og sikkerhet .

Pålitelighet er et spesielt viktig hensyn for kritiske systemer , hvor oppetid og gjennomsnittlig tid til gjenoppretting er av største betydning. Som med andre aspekter av romfartøysystemet, er redundans av nettverkskomponenter det primære middelet for å oppnå den nødvendige påliteligheten.

Sikkerhetshensyn er avgjørende for å beskytte romressurser og sensitive data. WAN-lenker inneholder ofte krypteringsprotokoller og brannmurer for å gi informasjon og nettverkssikkerhet . Antivirusprogramvare og innbruddsdeteksjonssystemer gir ekstra sikkerhet ved nettverksendepunktene.

Eksterne terminaler

Eksterne terminaler er grensesnitt på bakkenettverk, atskilt fra oppdragskontrollsenteret, som kan brukes av nyttelastkontrollere , telemetrianalytikere, instrument- og vitenskapsteam og støttepersonell , for eksempel systemadministratorer og programvareutviklingsteam . De kan bare motta, eller de kan overføre data til bakkenettverket.

Terminaler som brukes av tjenestekunder , inkludert Internett-leverandører og sluttbrukere , kalles samlet "brukersegmentet", og skiller seg vanligvis fra bakkesegmentet. Brukerterminaler, inkludert satellitt-TV- systemer og satellittelefoner, kommuniserer direkte med romfartøy, mens andre typer brukerterminaler er avhengige av bakkesegmentet for mottak, overføring og behandling av data.

Integrerings- og testanlegg

Romfartøyer og deres grensesnitt monteres og testes ved integrasjons- og testfasiliteter (I&T). Oppdragsspesifikk I&T gir en mulighet til å teste kommunikasjonen mellom og oppførselen til både romfartøyet og bakkesegmentet fullt ut før lansering.

Lanseringsanlegg

Kjøretøy leveres til verdensrommet via lanseringsanlegg , som håndterer logistikken til rakettoppskytninger. Lanseringsanlegg er vanligvis koblet til bakkenettverket for å videreformidle telemetri før og under lansering. Den utskytingstransportmiddel i seg selv er noen ganger sagt å utgjøre en "transfer segmentet", som kan betraktes adskilt fra både plass og bakkesegmentene.

Kostnader

Kostnader knyttet til etablering og drift av et bakkesegment er svært varierende og avhenger av regnskapsmetoder. I følge en studie fra Delft University of Technology , bidrar bakkesegmentet tilnærmet 5% til de totale kostnadene for et romsystem. I følge en rapport fra RAND Corporation om NASAs små romfartøyoppdrag, bidrar driftskostnadene alene med 8% til levetidskostnaden for et typisk oppdrag, med integrasjon og testing som utgjør ytterligere 3,2%, grunnanlegg 2,6% og bakkesystemteknikk 1.1 %.

Bakke segment kostnadsdriverne inneholde krav som stilles til anlegg, maskinvare, programvare, nettverkstilkobling, sikkerhet og bemanning. Spesielt kostnadene på bakkestasjon avhenger i stor grad av den nødvendige overføringskraften, RF-båndet (e) og egnetheten til eksisterende anlegg. Kontrollsentre kan være høyt automatiserte som et middel til å kontrollere bemanningskostnadene.

Bilder

Se også

Referanser