접지 세그먼트

Ground segment
단순화된 우주선 시스템.점선 주황색 화살표는 무선 링크를 나타내고, 검은색 화살표는 지상 네트워크 링크를 나타낸다. (사용자 터미널은 일반적으로 공간 세그먼트 리소스에 액세스하기 위해 표시된 경로 중 하나에만 의존한다.)
전 세계 지상 부문 설비 선택

지상 세그먼트는 우주 세그먼트와 사용자 세그먼트가 아닌 운영자와 지원 인력이 사용하는 우주선 시스템의 모든 지상 기반 요소로 구성된다.[1][2]: 1 지상 세그먼트는 우주선의 관리, 지상에서의 이해관계자 간의 페이로드 데이터와 원격 측정의 배포를 가능하게 한다.접지 세그먼트의 주요 요소는 다음과 같다.

이러한 요소들은 상업적이든 군사적이든 과학적이든 거의 모든 우주 임무에 존재한다.그들은 함께 위치하거나 지리적으로 분리될 수 있으며, 다른 당사자들에 의해 운영될 수 있다.[5][6]: 25 어떤 요소들은 동시에 여러 우주선을 지원할 수도 있다.[7]: 480, 481

요소들

지상국

참고 항목: 접지 측점
브라질 탄구아에 있는 엠브레아텔 지구대에서의 라디오 요리

지상국은 원격측정, 추적, 명령(TT&C)을 위한 공간과 지상 세그먼트 사이에 무선 인터페이스를 제공하고, 페이로드 데이터 전송 및 수신도 제공한다.[6]: 4 [8][9]NASA의 Near Earth Network and Space Network와 같은 추적 네트워크는 시간 공유를 통해 여러 우주선과의 통신을 처리한다.[3]: 22

지상국 장비는 직렬 및/또는 IP 인터페이스를 통해 원격으로 모니터링 및 제어될 수 있다.1차 지상국에서 문제가 발생하여 자연 재해와 같이 운영이 불가능한 경우 무선 연락을 유지할 수 있는 예비 스테이션이 있는 경우가 많다.그러한 우발상황은 운영의 연속성 계획에서 고려된다.

송수신

우주선에 업링크될 신호는 지정된 무선 주파수(RF) 대역으로 상향 변환되기 전에 먼저 지상 네트워크 패킷에서 기본 대역으로 인코딩되고 일반적으로 [10]중간 주파수(IF) 반송파에 변조되어야 한다.그런 다음 RF 신호는 고출력까지 증폭되고 도파관을 통해 안테나를 통해 전송된다.추운 기후에서는 포물선 접시에 얼음이나 눈이 쌓이지 않도록 전기 히터나 뜨거운 공기 블로어가 필요할 수 있다.

수신("다운링크")신호는 IF로 하향 변환되기 전에 저소음 증폭기(흔히 안테나 허브에 위치하여 신호가 이동해야 하는 거리를 최소화함)를 통해 전달된다.이 두 기능은 저소음 블록 다운콘버터에 결합될 수 있다.그런 다음 IF 신호는 강등되고, 데이터 스트림은 비트 및 프레임 동기화와 디코딩을 통해 추출된다.[10]신호 저하로 인한 데이터 오류와 같은 데이터 오류를 식별하고 가능한 경우 수정한다.[10]추출된 데이터 스트림은 패킷으로 처리되거나 지상 네트워크의 전송을 위해 파일에 저장된다.지상국은 이후 재생을 위해 수신된 원격측정을 제어센터에 임시로 저장할 수 있으며, 종종 지상망 대역폭이 수신된 모든 원격측정의 실시간 전송을 허용하기에 충분하지 않을 때 그러하다.

단일 우주선은 대역폭 및 기타 요건에 따라 서로 다른 원격 측정, 명령 및 페이로드 데이터 스트림에 여러 RF 밴드를 사용할 수 있다.

패스

우주선에 가시선이 존재할 때 통과 시기는 지상국의 위치와 우주선 궤도나 궤도의 특성에 의해 결정된다.[11]우주 네트워크는 정지궤도 중계 위성을 사용하여 수평선 너머로 패스 기회를 확장한다.

추적 및 범위 지정

지상국은 안테나를 제대로 가리키기 위해 우주선을 추적해야 하며, 우주선의 움직임에 따른 도플러 RF 주파수 이동을 고려해야 한다.지상국은 또한 자동 범위 조정을 수행할 수 있다. 범위 조정 신호는 명령 및 원격 측정 신호와 함께 멀티플렉싱될 수 있다.지상국 추적 및 범위 데이터는 우주선 원격측정법과 함께 관제센터로 전달되며, 이들은 종종 궤도 결정에 사용된다.

관제 센터

참고 항목:관제 센터 목록
NASA 제트 추진 연구소 제어 센터

관제센터는 우주선 원격측정을 처리, 분석, 배포하고, 우주선에 명령, 데이터 업로드 및 소프트웨어 업데이트를 발행한다.승무원이 탑승한 우주선의 경우, 관제 센터가 승무원들과의 음성 및 비디오 통신을 관리한다.제어 센터는 또한 구성 관리와 데이터 보관을 책임질 수 있다.[7]: 483 지상국과 마찬가지로 운영의 연속성을 지원하기 위해 예비 제어 설비가 있는 경우가 많다.

원격측정 처리

관제센터는 원격측정을 통해 우주선과 그 시스템의 상태를 파악한다.[3]: 485 하우스키핑, 진단, 과학 및 기타 유형의 원격 측정은 별도의 가상 채널에서 수행될 수 있다.비행 제어 소프트웨어는 다음을 포함하여 수신된 원격 측정의 초기 처리를 수행한다.

  1. 가상 채널의[3]: 393 분리 및 배포
  2. 수신된 프레임의 시간 순서 지정 및 간격 확인(재전송 명령으로 캡을 채울 수 있음)
  3. 매개 변수 값의 사용을 중지하고 [10]이러한 값과 mnemonics라는 매개 변수 이름의 연결
  4. 원시 데이터를 보정된(엔지니어링) 값으로 변환하고 파생된 파라미터[7]: 483 계산
  5. 제한 및 제약 조건 검사(경고 알림을 생성할 수 있음)[3]: 479 [7]: 484
  6. 표 형식, 그래픽(상호 또는 시간 경과에 따른 매개변수 그림) 또는 시놉틱(인터페이스 지향 그래픽)[7]: 484 인 원격 측정 디스플레이 생성.

우주선 제조업체가 제공하는 우주선 데이터베이스는 원격측정 프레임 형식, 프레임 내 매개변수의 위치 및 빈도, 관련 연상기호, 보정, 소프트 및 하드 한계 등에 대한 정보를 제공하기 위해 요청된다.[7]: 486 이 데이터베이스의 내용(특히 교정 및 제한)은 온보드 소프트웨어 및 운영 절차와의 일관성을 유지하기 위해 주기적으로 업데이트될 수 있다. 업그레이드, 공간 환경의 하드웨어 성능 저하 및 임무 매개변수 변경에 대응하여 임무 수명 중에 변경될 수 있다.[12]: 399

명령

우주선에 전송되는 명령은 우주선 데이터베이스에 따라 포맷되며 지상국을 통해 전송되기 전에 데이터베이스에 대해 검증된다.명령은 실시간으로 수동으로 실행되거나 자동화된 절차 또는 반자동화된 절차의 일부일 수 있다.[7]: 485 전형적으로 우주선에 의해 성공적으로 수신된 명령은 원격측정에서 인정되며,[7]: 485 명령 카운터는 우주선과 지상에 유지되어 동기화를 보장한다.어떤 경우에는 폐쇄 루프 제어를 수행할 수 있다.명령된 활동은 임무 목표와 직접 관련되거나 하우스키핑의 일부가 될 수 있다.명령(및 원격 측정)은 우주선 또는 그 데이터에 대한 무단 액세스를 방지하기 위해 암호화될 수 있다.

우주선 절차는 일반적으로 실제 우주선과 함께 사용하기 전에 우주선 시뮬레이터에 대해 개발되고 시험된다.[13]: 488

분석 및 지원

임무 제어 센터는 다음과 같은 분석 작업을[3]: 21 [7]: 487 처리하기 위해 "오프라인"(즉, 실시간이 아닌) 데이터 처리 서브시스템에 의존할 수 있다.

관제센터에는 비행역학 및 네트워크 제어와 같은 특정 임무 지원 역할을 위한 전용 물리적 공간이 제공되거나 관제센터 외부의 원격 단말기를 통해 이러한 역할을 처리할 수 있다.[3]: 475 온보드 컴퓨팅 성능과 비행 소프트웨어의 복잡성이 증가함에 따라, 우주선에서 보다 자동화된 데이터 처리를 수행하는 경향이 있다.[16]: 2–3

스태프링

관제센터는 비행 관제사가 지속적으로 또는 정기적으로 직원을 둘 수 있다.일반적으로 인력은 임무의 초기 단계와 [3]: 21 중요한 절차 및 기간 동안 가장 크다.[16]점점 더 일반적으로, 나사 없는 우주선에 대한 제어 센터는 비용 통제 수단으로서 "전등 꺼짐" (또는 자동) 작동을 위해 설치될 수 있다.[16]비행 통제 소프트웨어는 일반적으로 운영자의 개입이 필요할 수 있는 지상 또는 우주 부문에서 계획되거나 계획되지 않은 중요한 사건에 대한 알림을 생성한다.[16]

지상망

지상 네트워크는 지상 세그먼트의 서로 다른 요소들 간의 데이터 전송과 음성 통신을 처리한다.[7]: 481–482 이러한 네트워크들은 종종 LAN과 WAN 요소를 결합하는데, 이 요소들은 서로 다른 당사자들이 책임질 수 있다.지리적으로 분리된 요소들은 임대 회선이나 가상 사설망을 통해 연결될 수 있다.[7]: 481 지상 네트워크의 설계는 신뢰성, 대역폭 및 보안 요건에 의해 주도된다.

신뢰성은 중요한 시스템에 특히 중요한 고려 사항이며 가동 시간과 평균 복구 시간이 가장 중요한 관심사다.우주선 시스템의 다른 측면과 마찬가지로, 네트워크 구성요소의 중복성은 요구되는 시스템 신뢰성을 달성하기 위한 주요 수단이다.

공간 자원과 민감한 데이터를 보호하기 위해서는 보안 고려사항이 필수적이다.WAN 링크는 종종 정보 및 네트워크 보안을 제공하기 위해 암호화 프로토콜과 방화벽을 통합한다.바이러스 백신 소프트웨어와 침입 탐지 시스템은 네트워크 엔드포인트에서 추가적인 보안을 제공한다.

원격 단자

원격 터미널은 지상 네트워크의 인터페이스로, 관제 센터와는 별도로, 페이로드 관제사, 원격 측정 분석가, 계기 및 과학 팀과 시스템 관리자, 소프트웨어 개발 팀과 같은 지원 인력이 접근할 수 있다.그것들은 수신 전용이거나 지상 네트워크로 데이터를 전송할 수 있다.

ISP와 최종 사용자를 포함한 서비스 고객이 사용하는 단말기를 총칭하여 "사용자 부문"이라고 하며, 일반적으로 지상 부문과 구별된다.위성 텔레비전 시스템과 위성 전화를 포함한 사용자 단말기는 우주선과 직접 통신하며, 다른 유형의 사용자 단말기는 데이터 수신, 전송 및 처리를 위해 지상 세그먼트에 의존한다.

통합 및 테스트 시설

우주 차량과 그 인터페이스는 통합 및 시험(I&T) 시설에서 조립 및 시험한다.임무별 I&T는 발사 전 우주선과 지상 구간 사이의 통신과 행동을 완전히 테스트할 수 있는 기회를 제공한다.[7]: 480

발사시설

로켓 발사의 물류를 처리하는 발사 시설을 통해 차량이 우주로 인도된다.발사 설비는 일반적으로 발사 전과 발사 중에 원격측정을 중계하기 위해 지상망에 연결된다.발사 차량 자체는 때로 "전송 구간"을 구성한다고 말하는데, 이는 공간 및 지상 구간과 모두 구별되는 것으로 간주될 수 있다.[3]: 21

비용.

지상분할의 설치 및 운영과 관련된 원가는 변동성이 매우 높으며,[17] 회계방법에 따라 달라진다.델프트 공과대학의 연구에 따르면,[Note 1] 지상 부문은 우주 시스템의 총 비용에 약 5%를 기여한다.[18]랜드 코퍼레이션이 NASA의 소형 우주선 임무에 대한 보고서에 따르면, 운영 비용만 해도 통합과 테스트가 추가로 3.2%, 지상 설비 2.6%, 지상 시스템 엔지니어링 [19]: 10 1.1%를 차지하며, 일반적인 임무의 평생 비용에 8%의 기여를 하고 있다.

지상 부문 비용 동인은 설비, 하드웨어, 소프트웨어, 네트워크 연결, 보안 및 인력에 관한 요구사항을 포함한다.[20]특히 지상국 비용은 요구되는 전송 강도, RF 대역 및 기존 설비의 적합성에 크게 좌우된다.[17]: 703 통제 센터는 인건비를 통제하기 위한 수단으로 고도로 자동화될 수 있다.[16]

  1. ^ James W가 제3판, Space Mission Analysis and Design에 기술한 모델에 기초한다.워츠와 와일리 J. 라슨

이미지들

참고 항목

참조

  1. ^ "Ground Segment". SKY Perfect JSAT Group International. Archived from the original on 20 September 2015. Retrieved 5 November 2015.
  2. ^ a b c d Elbert, Bruce (2014). The Satellite Communication Ground Segment and Earth Station Handbook (2nd ed.). Artech House. p. 141. ISBN 978-1-60807-673-4.
  3. ^ a b c d e f g h i j k Ley, Wilfried; Wittmann, Klaus; Hallmann, Willi, eds. (2008). Handbook of Space Technology. Wiley. ISBN 978-0470742419. Retrieved 30 December 2015.
  4. ^ "ERS Ground Segment". European Space Agency. Retrieved 5 November 2015.
  5. ^ "Ground Segment Overview". European Space Agency. Retrieved 5 November 2015.
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  7. ^ a b c d e f g h i j k l m n Chatel, Franck (2011). "Ground Segment". In Fortescue, Peter; Swinerd, Graham; Stark, John (eds.). Spacecraft Systems Engineering (4th ed.). Wiley. pp. 467–494. ISBN 9780470750124.
  8. ^ "Radio Frequency Components". SKY Perfect JSAT Group International. Retrieved 5 November 2015.
  9. ^ "Earth Stations/Teleports - Hub". SKY Perfect JSAT Group International. Retrieved 5 November 2015.
  10. ^ a b c d "Chapter 10: Telecommunications". Basics of Spaceflight. NASA Jet Propulsion Laboratory. Retrieved 28 December 2015.
  11. ^ Wood, Lloyd (July 2006). Introduction to satellite constellations: Orbital types, uses and related facts (PDF). ISU Summer Session. Retrieved 17 November 2015.
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  13. ^ Fillery, Nigel P.; Stanton, David (2011). "Telemetry, Command, Data Handling and Processing". In Fortescue, Peter; Swinerd, Graham; Stark, John (eds.). Spacecraft Systems Engineering (4th ed.). Wiley. pp. 467–494. ISBN 9780470750124.
  14. ^ "Chapter 13: Spacecraft Navigation". Basics of Spaceflight. NASA Jet Propulsion Laboratory. Retrieved 28 December 2015.
  15. ^ Uhlig, Thomas; Sellmaier, Florian; Schmidhuber, Michael, eds. (2014). Spacecraft Operations. Springer-Verlag. ISBN 978-3-7091-1802-3. Retrieved 28 December 2015.
  16. ^ a b c d e "Operations Staffing". Satellite Operations Best Practice Documents. Space Operations and Support Technical Committee, American Institute of Aeronautics and Astronautics. Retrieved 28 December 2015.
  17. ^ a b Tirró, Sebastiano, ed. (1993). Satellite Communication Systems Design. Springer Science+Business Media. ISBN 1461530067. Retrieved 8 January 2016.
  18. ^ Zandbergen, B.T.C., "ROM system cost", Cost Estimation for Space System Elements, v.1.02, archived from the original (Excel spreadsheet) on 26 January 2016, retrieved 8 January 2016
  19. ^ de Weck, Olivier; de Neufville, Richard; Chang, Darren; Chaize, Mathieu. "Technical Success and Economic Failure". Communications Satellite Constellations (PDF). Massachusetts Institute of Technology. Archived from the original (PDF) on 2005-05-09. Retrieved 2016-01-12.
  20. ^ Matthews, Anthony J. (February 25, 1996). "A ground cost model (G-COST) for military systems". AIAA International Communications Satellite Systems Conference. American Institute of Aeronautics and Astronautics: 1416–1421. doi:10.2514/6.1996-1111.