Budowa satelity telekomunikacyjnego




Satelita telekomunikacyjny składa się z dwóch głównych modułów :

1. platformy kosmicznej (spacecraft bus),
2. aparatury telekomunikacyjnej (communication subsytem).

Do zadań platformy kosmicznej należy :

• utrzymanie pozycji orbitalnej satelity i jego stabilnego położenia w przestrzeni kosmicznej,
• nakierowanie anten na obsługiwane obszary na powierzchni Ziemi,
• zapewnienie możliwie długiego czasu życia : 10 - 20 lat,
• ochrona sprzętu telekomunikacyjnego przed wysokimi i niskimi temperaturami,
• dostarczanie energii elektrycznej do urządzeń telekomunikacyjnych i pomocniczych.

Platformę kosmiczną tworzą :

1. Konstrukcja mechaniczna :
   Starszym rozwiązaniem jest konstrukcja cylindryczna. Stabilizację położenia satelity uzyskuje się w tym przypadku przez nadanie mu ruchu obrotowego. Nieruchome pozostają tylko anteny wycelowane w obsługiwane obszary na powierzchni Ziemi. Nowsze satelity posiadają zazwyczaj konstrukcję prostopadłościenną (pudełkową). Stabilizację we wszystkich trzech płaszczyznach zapewniają wtedy żyroskopy.
   
   
2. Systemy telemetryczne, utrzymaniowe i napędowe :
   Systemy telemetryczne gromadzą dane o stanie aparatury pokładowej satelity i przesyłają je do naziemnych stacji kontrolnych. Z kolei systemy utrzymaniowe odbierają polecenia i sygnały od naziemnych stacji kontrolnych. W skład systemów napędowych wchodzą zdalnie sterowane silniki pozwalające zmienić lub skorygować pozycję satelity na orbicie oraz zbiorniki z paliwem rakietowym (zazwyczaj związki chemiczne boru i wodoru o dużym cieple spalania). Możliwa jest również korekcja pozycji anten.
   
   
3. System energetyczny :
   Podstawowym źródłem energii na pokładzie satelity są fotoogniwa czyli baterie słoneczne. Na czas zasłonięcia Słońca przez Ziemię satelita gromadzi energię w akumulatorach niklowo-wodorowych.
   
   
4. System kontroli termicznej :
   Są to urządzenia rozpraszające ciepło wytwarzane przez aparaturę telekomunikacyjną i osłony termiczne chroniące przed wysokimi i niskimi (nawet -270° C) temperaturami.

Aparatura telekomunikacyjna służy do odbierania, wzmacniania, przetwarzania i emitowania sygnałów radiowych. Składa się z :

1. Przekaźników satelitarnych (repeaters) :
   
   Przekaźniki satelitowy można podzielić na :
   • przeźroczyste lub inaczej bierne (transparent, non-regenerative, "bent pipe"),
   • regeneracyjne czyli aktywne (on-board processing, regenerative).
   
   Przekaźniki bierne tylko odbierają sygnał w kanale uplink, zmieniają jego częstotliwość i retransmitują go z powrotem na powierzchnię Ziemi w kanale downlink. Stosowane są powszechnie, zarówno w transmisji cyfrowej jak i analogowej (w szczególności w systemach telewizji satelitarnej).
   Przekaźniki regeneracyjne stosowane są wyłącznie w transmisji cyfrowej. Poza retransmisją sygnału, mogą pełnić funkcje regeneratora, koncentratora i komutatora. Jeżeli istnieją łącza ISL (Inter Satellite Links), mogą również uczestniczyć w routingu pakietów między satelitami.
   
   
2. Anten satelitów :
   
   Anteny satelitów telekomunikacyjnych są to zazwyczaj układy antenowe złożone z szeregu elementów promieniujących o kształtowanej charakterystyce promieniowania. W zależności od rozmiaru obsługiwanego obszaru rozróżnia się anteny operujące wiązką :
   • globalną (global beam)
     - zazwyczaj prosta antena tubowa (tuba falowodowa), kąt połowy mocy : 2θ_3dB = 17.4°, G_max = 18.3 dBi, satelita geostacjonarny przy pomocy jednej takiej anteny może obsługiwać 45 % powierzchni kuli ziemskiej,
   • półkulową (hemispherical beam)
     - pokrycie około 20 % powierzchni Ziemi,
   • strefową (zone beam)
     - pokrycie rzędu 10 % powierzchni kuli ziemskiej,
   • punktową (spot beam)
     - 2θ_3dB < 1°, reflektor paraboliczny oświetlany układem promienników.

Przykłady planów kanałów radiowych o szerokości 500 MHz "w górę" (uplink) i "w dół" (downlink) w paśmie Ku dla satelity geostacjonarnego.

Powyższe materiały opracowano na podstawie notatek z wykładu dr Wiesława Ludwina.     

Strona główna