Elsternbrücke (rele -satelliitti)
| Elsternbrücke (rele -satelliitti) | ||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | ||||||||||||||||||||||
| NSSDC -tunnus | 2018-045A | |||||||||||||||||||||
| Tehtävän tavoite | Maan kuu | |||||||||||||||||||||
| Asiakas | CNSA | |||||||||||||||||||||
| Launcher | Changzheng 4C | |||||||||||||||||||||
| rakentaminen | ||||||||||||||||||||||
| Lähtömassa | 449 kg | |||||||||||||||||||||
| Tehtävän kulku | ||||||||||||||||||||||
| Aloituspäivämäärä | 20. toukokuuta 2018, klo 21.28 UTC | |||||||||||||||||||||
| laukaisualusta | Xichang LC-3 Cosmodrome | |||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Elsternbrücke ( Kiinalainen 鵲橋 / 鹊桥, Pinyin Quèqiáo ) on rele satelliitti National Space Agency of China (CNSA). Satelliitti toimii halo-kiertoradalla Maan ja Kuun Lagrangen pisteen L 2 ympärillä ja mahdollistaa viestinnän Chang'e 4 -operaation laskeutujan ja kulkijan kanssa kuun toisella puolella. Sen nimi on peräisin paimenpojan ja kutojatytön tarinasta .
rakentaminen
Käytettävä satelliitti, joka painaa 449 kg ja jonka alun perin suunniteltu käyttöikä on viisi vuotta, perustuu Hangtian Dong Fang Hong Satellite GmbH : n CAST 100 -satelliittibussiin . Se rakennettiin Kiinan avaruustekniikan akatemian suunnitelmien mukaisesti , joka esitteli projektin yleisölle vuoden 2016 lopussa. Kotelon koko on 140 × 140 × 85 cm ja kaksi aurinkokennon siipiä, joissa on yhteensä neljä moduulia . Galliumarsenidi aurinkokennoja tuottavat 780 W sähkötehon; Litiumioniakku , jonka varauskapasiteetti on 45 Ah, on saatavilla silloin, kun satelliitti on maan varjossa .
Satelliitti on neljä moottoria, joista jokaisella on työntövoima on vähintään 20 N, sekä kaksitoista asennonhallintalaitteita moottoreita, joista jokainen sisältää 5 N. Kaikki 16 moottorit työn kanssa monergolic raketti polttoaineen hydratsiinia , joista yhteensä 105 kg, tehtiin kahdessa 70 litran säiliöt käynnistyksen yhteydessä. Koska satelliitti on saavuttanut toimintaradan Maa-Kuu- Lagrange-pisteen L 2 ympärillä , sijainnin ohjaus suoritetaan pääasiassa neljän reaktiopyörän kautta , jotka ovat tyydyttymättömiä paikannusmoottoreilla saavutettuaan maksiminopeuden eli pysähtyvät uudelleen. Suuntaa, Elster silta on kaksi tähtianturit ja kaksi inertiaan mittayksiköt , sekä kiihtyvyysanturit kuten gyrometrit on varustettu. Tämä tarkoittaa, että satelliitti voidaan kohdistaa 0,06 °: n tarkkuudella, suuntaus pysyy vakaana 0,005 ° / s: n tarkkuudella.
Elsternbrücke toimii kuten radio välitinasema varten Lander ja Rover Jadehase 2 Kiinan kuun tehtävän Chang'e 4, joka alkoi siitä Joulukuu 7, 2018 saakka . Tätä tarkoitusta varten satelliitissa on kiinteä taitettava parabolinen antenni , jonka halkaisija on 4,2 m ja antennin vahvistus 44 dBi. Vahvan suunnan vuoksi antenni on suunnattava erittäin tarkasti laskeutumispaikkaan Von Kármán kraatterissa , mikä tehdään satelliitin asennonohjausjärjestelmien avulla.
Radioviestintä X-kaistalla kulkee parabolisen antennin kautta, erityisesti Elsternbrücken ja kuun robottien välinen tiedonsiirto, jolloin laskeutinta ja roveria voidaan ohjata samanaikaisesti. Tiedonsiirtonopeus varten ohjauskomentoja Elsternbrücke robottien on 125 bit / s. Jos laskeutumislaite lähettää Elsternbrücken parabolisen antennin, telemetria- ja hyötykuormatietoja ylöspäin nopeudella 555 kbit / s, kun käytetään monisuuntaista antennia (jota käytetään vain telemetriadatassa), tiedonsiirtonopeus on 1,4 kbit / s. Roverille nämä arvot ovat vastaavasti 285 kbit / s ja 0,7 kbit / s. Signaalit demoduloidaan ja dekoodataan satelliitissa .
Vaikka pulssikoodimodulaatiota , vaihesiirtoavainta ja vaihemodulaatiota käytetään ohjauskomentoihin roboteille, vain binääristä vaihesiirtonäppäintä käytetään tiedonsiirtoon kuusta Elsternbrückeen ja sieltä maahan. Uudelleenkoodauksen jälkeen S -kaistaa käytetään radioviestintään maan kanssa, jota varten Elsternbrückellä on lähetin, jonka teho on 43 W - kuuhun lähetettävä lähetin on vain 20 W - ja spiraaliantenni . Lähetetyt ohjaussignaalit armeijan asemien Kiinan syvän avaruuden verkko on Giyamusi , Kashgar ja Argentiinassa rele satelliittien ja robotit lähetetään datan siirtonopeus 1 kbit / s, telemetrian tiedot alas syvän avaruuden asemat 2,048 kbit / s.
Lähetyksen hyötydataa siviili maa-asemille on Kiinan tiedeakatemia vuonna Pekingissä , Ürümqi , Shanghai ja Kunming tapahtuu joko 2 tai 4 Mbit / s. Jos S-kaistajärjestelmä epäonnistuu, tiedot voidaan lähettää myös X-kaistan ja parabolisen antennin kautta, sitten nopeudella 10 Mbit / s. Vaikka lähetyssatelliitin ja robottien toiminnasta vastaavat armeijan syvän avaruusasemat jakautuvat ympäri maailmaa niin, että ainakin yhdellä niistä on aina kuu näkyvissä, siviiliasemat hyötykuorman vastaanottamiseksi ovat kaikki Kiinassa vuodesta 2021. Aikoina, jolloin yhdelläkään näistä asemista ei ole näköyhteyttä kuuhun, Elsternbrückessä on puskuri, jonka kapasiteetti on 512 Gbit.
Aloita ja siirrä kiitotie
 
| ||||||
Kiinan syvän avaruusverkon asemat, jotka osallistuvat Chang'e 4 -operaatioon (punainen = siviili; vihreä = armeija). Ei kartalla sotilasasema Zapalassa , Argentiinassa. |
Elsternbrücke lanseerattiin 20. toukokuuta 2018 klo 21.28 UTC Xichang Cosmodromen Changzheng-4C- kantoraketilla . 25 minuutin kuluttua käynnistämisestä, satelliitti tullut siirto kiertoradalla kuun kanssa Perigeum on 200 km ja apogeum 400000 km, se on erotettu ylemmästä vaiheessa raketti ja aurinkopaneelit lähetettiin. 25 minuuttia myöhemmin myös parabolinen antenni otettiin käyttöön.
Pekingin avaruusohjauskeskuksen teknikot sytyttivät neljä päämoottoria 15 minuutin ajan 25. toukokuuta 2018 klo 13.32 UTC ja sijoittivat satelliitin kuun L 2 siirtorataan 100 kilometrin etäisyydellä kuusta . Neljä päivää myöhemmin satelliitti saavutti L 2 -pisteen 65 000 km: n päässä kuusta. Lähestymisen ja käytön aikana satelliitti ei saanut tulla kuun radion varjoon . On monimutkainen liikkumavaraa useita polttamiseen ja korjaus vaiheet, Elsterbrücke kääntää tulee niin sanottu "eteläinen halogeeni kiertoradalla " ja z-amplitudi 13000 km vasta kesäkuussa 14, 2018 . Tämä tarkoittaa, että satelliitin kiertorata on niin kalteva maa-kuu-akseliin nähden, että se on 79 000 km: n päässä etelässä merkittävästi kauempana kuusta kuin pohjoisessa 47 000 km: n päässä. Elsternbrücken kiertoaika on hieman alle 14 päivää; satelliitti kiertää kahdesti L 2 -pisteen ympäri joka kuun päivä (27,3 maapäivää) .
Maa-asemia Giyamusi ja Kashgar on Kiinan syvän avaruuden verkko olivat toisiinsa muodostamaan 3000 kilometrin VLBI antenni varten liikkumavaraa alle komennossa Xi'an satelliitin ohjauskeskus , ja Delta-DOR menetelmää käytettiin tarkkaan kiertoradalla määrittämiseksi. Jotta anturin turvallisuus ei vaarantuisi, Halo Orbit -sijoittelun kriittiseen vaiheeseen valittiin muokattu Delta-DOR-menettely, jossa asemakellojen synkronointivirhe voidaan havaita suhteellisen rauhallisen lähestymisen aikana 21. toukokuuta ja 21. toukokuuta Kesäkuuta ja määritti radioaaltojen taittumisen ilmakehässä saadakseen vaikutelman muutoksen säännöllisyydestä usean tunnin aikana. Kriittisessä vaiheessa työpäivän alussa tehtiin vain kvasaarimittaus, jonka jälkeen Giyamusin ja Kashgarin seurantaa ei enää keskeytetty useaksi tunniksi. Toukokuun 27. päivänä Pekingin ja Urumqin asemat olivat suorittaneet tavanomaisen Delta-DOR-kiertorata-seurannan, jolla oli samanlainen perusviiva, ja vahvistivat väliaikaisen menetelmän pätevyyden. Lopulta oli todella mahdollista määrittää Elsternbrücken sijainti koko prosessin aikana 40 cm: n tai 3 nanosekunnin tarkkuudella.
Testit ja toiminnot
Vaikka satelliitin käyttäminen Halo -kiertoradalla L 2 -pisteen ympärillä on suhteellisen vaikeaa - 74 kiertoradan korjaustoimenpidettä vaadittiin kahden ensimmäisen vuoden aikana 21.5.2020 asti - tämä on kustannustehokkain menetelmä, yhteys kuun toiselle puolelle. Satelliitti, joka seisoo paikallaan kiertoradalla kuun päiväntasaajan yläpuolella - analogisesti geostationaaristen satelliittien kanssa - tarvitsisi 88 000 km: n kiertoradan, jotta se pysyisi 27,3 päivän kuun pyörimisessä. Mutta koska Lagrangen sisäinen piste L 1 on vain 58 000 km: n päässä kuusta, tämä tarkoittaa, että satelliitti lentäisi maan painovoimakentässä ja vetäisi sen paikallaan olevasta kiertoradastaan.
Toinen mahdollisuus olisi ollut rakentaa viestintäsatelliittien verkosto, joka kiertää matalalla kiertoradalla kuun ympärillä, samanlainen kuin maapallon globaali paikannusjärjestelmä . Tätä harkitaan itse asiassa myöhemmälle kuuasemalle, joka pysyy miehitettynä pitkällä aikavälillä. Kuitenkin miehittämättömällä koettimella, kuten Chang'e 4, jolla oli rajallinen toiminta -aika, tämä menetelmä todettiin liian kalliiksi.
Yksi kriittisistä kohdista Elsternbrücken menetelmässä on parabolisen antennin tarkka kohdistaminen. Siksi satelliitin asennonhallintajärjestelmää testattiin alun perin 16. kesäkuuta - 6. heinäkuuta 2018. Tätä tarkoitusta varten parabolinen antenni kohdistettiin Shanghain laitamilla sijaitsevan Tianma -radioteleskoopin kanssa, ja satelliitista lähetettiin moduloimattomia kantoaaltosignaaleja. Satelliitti teki 20 päivän aikana kiertoradallaan noin puolitoista kiertoa. Tänä aikana antenni pysyi linjassa maa -aseman kanssa tarkkuudella 0,06 °, yli kolme kertaa niin hyvä kuin vaadittu 0,2 °.
Myöhemmin heinäkuun loppuun asti satelliitin ja kuun pinnan välistä tiedonsiirtoa testattiin perusteellisesti käyttäen sotilasmaa -asemille asennettuja laskeutumis- ja rover -sähkömalleja. Simuloitiin sekä radioliikennettä satelliitista robotteihin että - maa -asemien lähettämillä signaaleilla - roboteilta satelliitille. Pitempi signaalin etenemisaika maasta verrattuna todellisiin Kuussa toimiviin laitteisiin otettiin huomioon, ja havaittiin, että järjestelmät toimivat oikein.
Kun Chang'e 4 saavutti kuun kiertoradan 12. joulukuuta, X-kaistayhteys relesatelliittiin testattiin laskeutumissuuntaisen antennin kautta. Sekä 125-bittinen / s yhteys satelliitista laskeutumaan että 1,4 kbit / s yhteys laskeutumislaitteesta satelliittiin toimi täydellisesti. Siitä lähtien, kun kuunsondi aloitti laskeutumisen 3. tammikuuta 2019, telemetria ja Pekingin maa -aseman komennot ovat kulkeneet vain Elsternbrücken yli, samoin kuin hyötykuormatietojen siirto sekä laskeutumislaitteelta että roverilta ja - 14. marraskuuta lähtien , 2019- Alankomaiden ja Kiinan matalien taajuuksien tutkijasta , pitkän aallon radioteleskooppi, jossa on kolme sauva-antennia satelliitissa.
Tehtävän loppu
Lentoonlähdössä mukana olleesta 105 kg: sta hydratsiinista 52,6 kg kulutettiin lennon aikana kuuhun ja erityisesti monimutkaisten kiertorataharjoitusten aikana Halo-kiertoradalle kääntymiseen; Kiertoradan alkuvaiheessa 14. kesäkuuta 2018 satelliitin säiliöissä oli vielä 52,4 kg polttoainetta. Haloradat Lagrangin pisteiden L 1 ja L 2 ympärillä ovat luonnostaan epävakaita. Elsternbrücken on suoritettava kiertoradan korjaustoimenpide noin 9 päivän välein, joka kuluttaa 80-120 g hydratsiinia. Alun perin oletettiin, että jos lasketaan yhteen nopeusmuutokset kiertorataa kohden, saadaan yhteensä 36 m / s vuodessa ja polttoaine loppuu vuonna 2023. Kiinan syvän avaruuden verkon tarkan paikannuksen ansiosta yksittäisten liikkeiden laajuus on enimmäkseen alueen alareunassa. Kahden ensimmäisen vuoden ajan, kesäkuuhun 2020 asti, Halo -kiertoradan ylläpito kesti vain joka 20 m / s vuodessa. Huhtikuussa 2021 Elsternbrücken pääsuunnittelija Zhang Lihua (张立华, * 1970) oletti, että relesatelliittia voitaisiin käyttää vielä ainakin vuoteen 2026 asti.
Vuonna 2024, kaksi vuotta ennen kuin Elstern -sillan odotetaan päättyvän, Chang'e 7 -operaatioon laukaistaan toinen rele -satelliitti , joka täydentää itse Elstern -siltaa erittäin elliptiseltä kiertoradalta kuun ympärillä. Pitkällä aikavälillä monimutkainen tietoliikenne- ja navigointisatelliittien verkko eri kiertoradoilla, sekä Lagrangen pisteiden L 1 ja L 2 ympärille että itse kuun ympärille, rakennetaan tukemaan robottien ja avaruusmatkailijoiden toimintaa. kuu.
nettilinkit
Yksilöllisiä todisteita
- ^ Andrew Jones: Kiina työskentelee rele -satelliitin parissa, joka tukee kuun polaarisia tehtäviä. Lähde : spacenews.com. 26. heinäkuuta 2021, käytetty 27. heinäkuuta 2021 .
- ↑ bussi CAST 100. Julkaisussa: cast.cn. 2. helmikuuta 2021, käytetty 27. heinäkuuta 2021 .
- ↑ a b c d e Zhang Lihua: Kiinan kuun välitysviestintäsatelliitin kehitys ja näkymä. (PDF; 3,12 Mt) Julkaisussa: sciencemag.org. 27. huhtikuuta 2021, käytetty 27. heinäkuuta 2021 .
- ↑ 付毅飞:嫦娥 四号 中继 星 发射 成功 人类 迈出 航天 航天 月 月 背 登陆 第一步. Julkaisussa: news.china.com.cn. 22. toukokuuta 2018, käytetty 5. tammikuuta 2019 (kiina).
- ↑ Luyuan Xu: Kuinka Kiinan kuunsatelliitin rele saapui viimeiselle kiertoradalleen. Lähde: planetary.org. 15. kesäkuuta 2018, katsottu 17. elokuuta 2020 .
- ↑ 冯华 、 蔡金 曼: “鹊桥” 中继 星 成功 实施 近 月 制动. Julkaisussa: paper.people.com.cn. 26. toukokuuta 2018, käytetty 7. tammikuuta 2019 (kiina).
- ^ Christian Circi et ai.: Haloradan dynamiikka ja ominaisuudet kuun maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän suunnittelussa. Julkaisussa: academ.oup.com. 2. heinäkuuta 2014, käytetty 28. heinäkuuta 2021 .
- ↑ Wang Mei et ai.: Deep Space VLBI -järjestelmän soveltaminen Queqiao Missionissa. Julkaisussa: jdse.bit.edu.cn. Haettu 9. toukokuuta 2019 .
- ↑ 王 美 et ai.:深 空 测控 网 干涉 测量 系统 鹊桥 “鹊桥” 任务 中 的 应用 分析. Julkaisussa: jdse.bit.edu.cn. Haettu 9. toukokuuta 2019 (kiina).
- ↑ 2 年前 的 今天 ： 嫦娥 四号 任务 “鹊桥” 中继 星 发射 成功. Julkaisussa: clep.org.cn. 21. toukokuuta 2020, käytetty 22. toukokuuta 2020 (kiina).
- ↑ a b Steed:鹊桥 号 启程 ， 为 嫦娥 四号 登陆 月球 背面 架设 通信 桥梁. Lähde : guokr.com. 20. toukokuuta 2018, käytetty 28. heinäkuuta 2021 (kiina).
- ↑ Ye Peijian et ai.: Yleiskatsaus Change'4 Lunar Proben tehtävistä ja teknisistä ominaisuuksista. Lähde : engine.scichina.com. 17. huhtikuuta 2017, käytetty 8. tammikuuta 2019 .
- ↑ 刘磊 et ai.:地 月 平 动 点 中继 应用 轨道 维持. Julkaisussa: jdse.bit.edu.cn. 20. lokakuuta 2015, käytetty 30. heinäkuuta 2021 (kiina).
- ↑ 赵聪:延寿！ “鹊桥” 还能 飞 10 年. Lähde : mp.weixin.qq.com. 25. huhtikuuta 2019, käytetty 25. joulukuuta 2020 (kiina).
- ↑ 张立华 、吴伟仁:月球 中继 通信 卫星 系统 发展 综述 与 与 展望. Julkaisussa: jdse.bit.edu.cn. 25. marraskuuta 2018, käytetty 30. heinäkuuta 2021 (kiina).
