Sep 18, 2019 by Team YoungWonks *
miten satelliittiviestintä toimii? Koska satelliitteja käytetään nykyään laajasti muun muassa viestintään, tämä on yhä tärkeämpi kysymys. Joka tuo meidät aiheeseen uusin blogi. Mutta ennen kuin tarkastelemme sitä, miten satelliitit auttavat meitä kommunikoimaan valtavien etäisyyksien yli, aloittakaamme alusta.
mikä on satelliitti?
satelliitti on periaatteessa mikä tahansa kohde, joka kiertää (tai toisin sanoen kiertää) toisen kohteen ympäri avaruudessa. Jotkut satelliitit ovat luonnollisia, kun taas toiset ovat keinotekoisia (ihmisen tekemiä). Kuu on esimerkki maata kiertävästä luonnollisesta satelliitista. Aurinkokunnassa on kuusi planetaarista satelliittijärjestelmää, joissa on 185 tunnettua luonnollista satelliittia.
nykyään termillä satelliitti tarkoitetaan tyypillisesti avaruudessa lennettyjä keinotekoisia esineitä. Nämä kiertävät planeettaa aivan kuten luonnolliset vastineensa, ja tärkein ero on se, että ne on tarkoituksella asetettu kiertoradalle.
Sputnik 1 on maailman ensimmäinen keinotekoinen satelliitti. Neuvostoliitto laukaisi sen avaruuteen 4. lokakuuta 1957. Sen jälkeen on laukaistu noin 8 900 satelliittia yli 40 maasta.
tässä on tärkeää huomata, että satelliitteja käytetään useisiin tarkoituksiin. Niiden avulla voidaan esimerkiksi tehdä tähtikarttoja ja planeettojen pintojen karttoja sekä ottaa myös kuvia planeetoista, joille ne laukaistaan. Yleisiä tyyppejä ovat sotilas-ja siviilikäyttöön tarkoitetut kaukokartoitussatelliitit, tietoliikennesatelliitit, navigointisatelliitit, sääsatelliitit ja avaruusteleskoopit. Satelliitit ovat yleensä puoli-itsenäisiä tietokoneohjattuja järjestelmiä. Satelliitin alijärjestelmät suorittavat monia tehtäviä, kuten sähköntuotanto, lämmönsäätö, telemetria, asenne.
itse asiassa avaruusasemat ja kiertoradalla olevat ihmisluotaimet ovat myös satelliitteja. Satelliitin kiertoradat vaihtelevat suuresti riippuen satelliitin käyttötarkoituksesta, ja ne luokitellaan monin tavoin. Tunnettuja (päällekkäisiä) luokkia ovat matala Maan kiertorata, naparata ja geostationaarinen kiertorata.
miten nämä satelliitit laukaistaan avaruuteen? Tämä tapahtuu kantoraketilla, käytännössä raketilla, joka asettaa satelliitin kiertoradalle. Useimmiten raketti nousee ilmaan laukaisualustalta maalla, mutta on olemassa joitakin, jotka on laukaistu mereen sukellusveneestä tai liikkuvasta merenkulkualustasta tai lentokoneesta.
tässä blogissa tutustutaan tarkemmin tietoliikennesatelliitteihin. Niitä kutsutaan niin, koska niitä käytetään viestintätarkoituksiin.
mikä on tietoliikennesatelliitti?
tietoliikennesatelliitti on keinotekoinen satelliitti, joka välittää ja vahvistaa radioliikenteen signaaleja transponderin avulla. Se periaatteessa luo viestintäkanavan lähdelähettimen ja vastaanottimen välille eri paikoissa maapallolla. Tietoliikennesatelliitteja käytetään televisio -, puhelin -, radio -, internet-ja sotilassovelluksissa. Maan kiertoradalla on tällä hetkellä 2 134 tietoliikennesatelliittia, joihin kuuluu sekä yksityisiä että valtion organisaatioita. Useat niistä ovat geostationaarisella radalla 35 785 kilometriä päiväntasaajan yläpuolella, joten satelliitti näyttää paikallaan samassa pisteessä taivaalla. Näiden satelliittien kiertoaika on sama kuin maan pyörimisnopeus, mikä puolestaan mahdollistaa maa-asemien antennien suuntaamisen pysyvästi kyseiseen kohtaan; niiden ei tarvitse liikkua ja seurata sitä. Koska tietoliikenneyhteyksissä käytettävät korkeataajuiset radioaallot kulkevat näköyhteyden kautta, maan käyrä estää niitä. Nämä tietoliikennesatelliitit välittävät signaalia maapallon ympäri, mikä mahdollistaa viestinnän kaukana olevien maantieteellisten pisteiden välillä. Tietoliikennesatelliitit käyttävät monenlaisia radio-ja mikroaaltotaajuuksia. Signaalihäiriön välttämiseksi kansainvälisillä järjestöillä on säädöksiä, joissa todetaan, mitä taajuusalueita (tai-taajuuksia) tietyt organisaatiot saavat käyttää. Tämä jako bändejä vähentää mahdollisuuksia signaalin häiriöitä.
Satelliittiradat
satelliitit voidaan luokitella niiden ratojen mukaan. Kuten aiemmin mainittiin, monet ovat geostationaarisia satelliitteja, sillä niiden geostationaarinen kiertorata (GEO) on 22 236 mailia (35 785 km) maan pinnasta. Tässä satelliitti näyttää olevan samassa asennossa taivaalla, kun sitä tarkastellaan maassa olevien tarkkailijoiden toimesta. Joten täällä maa-antennien ei tarvitse seurata satelliittia taivaalla.
Medium Earth Orbit (MEO) – satelliitit ovat niitä, jotka ovat lähempänä maata; niiden kiertoratojen korkeus vaihtelee 2 000-36 000 kilometrin välillä (1 200-22 400 mi) maan yläpuolella. Keskiratojen alapuolella oleva alue on noin 160-2 000 kilometriä (99-1 243 mi) maan yläpuolella ja sitä kutsutaan matalaksi maan kiertoradaksi (”Low Earth Orbit”, LEO).
kun Meo-ja LEO-satelliitit kiertävät maata nopeammin, ne eivät ole jatkuvasti näkyvillä taivaalla kiinteässä pisteessä maapallolla. Sen sijaan ne näyttävät ylittävän taivaan ja” asettuvan ” mennessään maan taakse. Tämä tarkoittaa sitä, että jatkuvien viestintäpalvelujen tarjoaminen näillä alemman kiertoradan satelliiteilla vaatisi suuremman määrän satelliitteja, jolloin varmistettaisiin, että ainakin yksi niistä on aina taivaalla viestintäsignaalien lähettämisen helpottamiseksi. Mutta on myös tärkeää huomata, että koska niiden suhteellisen lyhyempi etäisyys maahan, niiden signaalit ovat paljon voimakkaampia.
Satelliittikonstellaatiot
yhdessä toimivaa satelliittiryhmää kutsutaan satelliittikonstellaatioksi. Kaksi tällaista tähdistöä, joiden on tarkoitus tarjota satelliittipuhelinpalveluja (lähinnä syrjäseuduille), ovat Iridium-ja Globalstar-järjestelmät. Iridium-järjestelmässä on 66 satelliittia. Nykyään on myös mahdollista tarjota epäjatkuva kattavuus käyttämällä matalaa maata kiertävää satelliittia, joka voi tallentaa vastaanotettua dataa kulkiessaan maan yhden osan yli ja lähettää sitä myöhemmin kulkiessaan toisen osan yli. Kanadan CASSIOPE-tietoliikennesatelliitin käyttämä KASKADIJÄRJESTELMÄ on tästä oiva esimerkki.
tietoliikennesatelliittien nousu
Sputnik 1 oli maailman ensimmäinen keinotekoinen maasatelliitti; Neuvostoliitto asetti sen kiertoradalle 4.lokakuuta 1957. Tuolloin siihen asennettiin radiolähetin, joka toimi kahdella taajuudella: 20,005 ja 40,002 MHz. Sputnik 1 laukaistiin merkittävänä askeleena avaruuden tutkimisessa ja rakettien kehityksessä.
tämän mukaan sitä ei asetettu kiertoradalle lähettämään dataa maan yhdestä pisteestä toiseen. Ensimmäinen tietoliikennettä välittänyt satelliitti oli itse asiassa Pioneer 1, suunniteltu kuuluotain. Avaruusalus pääsi puolimatkassa kuuhun ja lensi tarpeeksi korkealle suorittaakseen telemetriasta kertovan konseptin todisteen eri puolilla maailmaa: ensin Cape Canaveralista Manchesteriin, sitten Havaijilta Cape Canaveraliin ja lopulta koko maailman halki Havaijilta Manchesteriin.
tietoliikennesatelliittien Sovellukset/käyttötarkoitukset
1. Satelliittipuhelimet:
ne ovat ensimmäinen ja historiallisesti tärkein tietoliikennesatelliittien käyttökohde. Kiinteä Yleisökytkentäinen puhelinverkko välittää puhelut lankapuhelimista maa-asemalle, josta ne välitetään geostationaariselle satelliitille. Laskeva linkki seuraa analogista polkua. Kun merenalaisia tietoliikennekaapeleita on parannettu merkittävästi kuituoptiikan avulla, satelliitteja ei enää käytetä samassa mittakaavassa kiinteään puhelinliikenteeseen. Mutta se ei tarkoita, etteikö satelliitteja käytettäisi enää viestintään. Syrjäisissä paikoissa, kuten Ascensionsaarella, Saint Helenalla, Diego Garcialla ja Pääsiäissaarella, ei ole merikaapeleita käytössä, joten ne alueet tarvitsevat satelliittipuhelimia. Satelliittiviestintää tarvitaan myös maanosissa ja maissa, joissa lankapuhelinliikenne on harvinaista tai olematonta – esimerkiksi Etelämantereella, Grönlannissa laajoilla alueilla Etelä-Amerikassa, Afrikassa, Kanadassa, Kiinassa, Venäjällä ja Australiassa.
muuta satelliittipuhelimien maankäyttöä ovat Laivat merellä, lautat merellä, sairaaloiden varavoimat, armeija ja virkistys. Tyypillisesti satelliittipuhelinjärjestelmät toimivat eristetyllä alueella paikallisen puhelinjärjestelmän kautta, josta on yhteys päämaa-alueen puhelinjärjestelmään. On myös palveluja, jotka lähettävät radiosignaalin puhelinjärjestelmään. Tässä esimerkissä voidaan käyttää lähes mitä tahansa satelliittia. Satelliittipuhelimet kurottavat suoraan joko geostationaaristen tai matalalla maata kiertävien satelliittien tähdistöön. Tämän jälkeen puhelut välitetään Satelliittiteleporttiin, joka on kytketty yleiseen puhelinverkkoon.
2. satelliittitelevisio:
satelliittitelevisio on, kun televisio-ohjelma toimitetaan katsojille välittämällä se maata kiertävästä tietoliikennesatelliitista suoraan katsojan sijaintiin. Signaalit vastaanotetaan ulkona olevan paraboliantennin, jota kutsutaan satelliittiantenniksi, ja matalan melulohkon downconverterin kautta. Satelliittivastaanotin-joko ulkoinen digisovitin tai sisäänrakennettu televisioviritin-purkaa halutun televisio – ohjelman katsottavaksi televisiovastaanottimella. Satelliittitelevisio tarjoaa laajan valikoiman kanavia ja palveluja. Se on ainoa televisio monilla syrjäisillä alueilla, joilla ei ole maanpäällistä televisio-tai kaapelitelevisiopalvelua. Nykyaikaiset järjestelmät signaalit välitetään tietoliikennesatelliitin Ku taajuusalueella (12-18 GHz), joka tarvitsee vain pienen lautasen alle metrin halkaisijaltaan.
myös toisin kuin varhaisissa järjestelmissä, joissa käytettiin analogisia signaaleja, nykyaikaisissa käytetään digitaalisignaaleja, jotka mahdollistavat nykyaikaisen televisiostandardin teräväpiirtotelevision lähettämisen digitaalisten lähetysten paljon parannetun spektritehokkuuden ansiosta. Vuodesta 2018 alkaen ainoat analogisissa signaaleissa satelliittilähetyksiin nojaavat kanavat ovat Brasilialainen Star One C2 ja amerikkalainen C-SPAN AMC-11-kanavalla. Eri vastaanottimet tarvitaan kaksi tyyppiä. Osa lähetyksistä ja kanavista on salaamattomia ja siten vapaasti katsottavia. Muut kanavat lähetetään salauksella (maksutelevisio), jolloin katsojan on tilattava ja maksettava kuukausimaksu saadakseen ohjelman. Satelliitti-tv kulutus on nyt paljon vähemmän ottajia, koska johto-leikkaus suuntaus, jossa ihmiset ovat mieluummin katsella internet-pohjainen streaming televisio.
3. Satelliittiradio:
satelliittiradio tai tilausradio (SR) on periaatteessa tietoliikennesatelliitin välittämä digitaalinen radiosignaali, joka tyypillisesti kattaa laajemman maantieteellisen alueen kuin maanpäälliset radiosignaalit. Satelliittiradio tarjoaa audio broadcast palvelut joissakin maissa, joukossa on Yhdysvalloissa. Mobiilipalvelut, kuten SiriusXM ja Worldspace, antavat kuuntelijoiden matkustaa ympäri mannerta ja virittäytyä samaan ääniohjelmointiin missä tahansa. Palvelut, kuten Music Choice tai Muzakin satelliitin toimittama sisältö, tarvitsevat kiinteäpaikkaisen vastaanottimen ja lautasantennin. Kaikissa tapauksissa antennin pitäisi olla selkeä näkymä satelliitteihin. Paikoissa, joissa on korkeita rakennuksia, siltoja tai jopa parkkihalleja peittämässä signaalia, voidaan toistimia käyttää antamaan signaali kuuntelijoiden käyttöön.
4. Amatuer – Radiosatelliitti:
Radioamatöörit hyödyntävät amatöörisatelliitteja, jotka on luotu nimenomaan radioamatööriliikennettä varten. Useimmat näistä satelliiteista toimivat spaceborne-toistimina, ja niitä käyttävät yleensä amatöörit, jotka on varustettu UHF-tai VHF-radiolaitteilla ja korkeasuuntaisilla antenneilla, kuten Yagis-tai dish-antenneilla. Laukaisukustannusten vuoksi useimmat harrastelijasatelliitit laukaistaan matalille maan kiertoradoille, ja ne on suunniteltu käsittelemään vain muutamia lyhyitä kontakteja tiettynä aikana.
5. Satellite Internet:
Satellite Internet access tarkoittaa tietoliikennesatelliittien kautta mahdollistettua Internet-yhteyttä. Nykyään kuluttajaluokan satelliitti Internet-palvelu tarjotaan tyypillisesti ihmisille geostationaaristen satelliittien kautta, jotka voivat tarjota suhteellisen suuria tiedonsiirtonopeuksia, erityisesti uudempien satelliittien ansiosta, jotka käyttävät Ku-kaistaa, jotta voidaan saavuttaa jopa 506 Mbit/s tietojen loppupään nopeudet. 1990-luvun jälkeen satelliittiviestintätekniikkaa on käytetty Internet-yhteyden muodostamiseen laajakaistadatayhteyksillä. Tämä on erityisen hyödyllistä syrjäseutujen ihmisille, jotka eivät voi käyttää laajakaistayhteyttä.
6. Sotilaskäytössä olevia satelliitteja:
tietoliikennesatelliitteja käytetään myös sotilaallisiin tietoliikennesovelluksiin, kuten maailmanlaajuisiin johtamis-ja valvontajärjestelmiin. Sotilaallisia järjestelmiä, jotka käyttävät tietoliikennesatelliitteja, ovat Yhdysvaltain MILSTAR, DSCS ja FLTSATCOM, Naton satelliitit, Britannian satelliitit (esimerkiksi Skynet) ja entisen Neuvostoliiton satelliitit. Myös Intiassa on ensimmäinen sotilaallinen tietoliikennesatelliitti GSAT-7, sen transponderit toimivat UHF, F, C ja Ku kaistoilla. Sotilassatelliitit toimivat yleensä UHF -, SHF-tai EHF-taajuuskaistoilla (tunnetaan myös nimellä Ka band).
satelliittiviestintä nykyään
ensimmäisen Sputnik 1-satelliitin laukaisun jälkeen on laukaistu noin 8 900 satelliittia yli 40 maasta. Vuoden 2018 arvion mukaan niitä on kiertoradalla 5 000. Näistä 5 000, 63% operatiivisista satelliiteista on matalan Maan kiertoradalla, 6% Keskimaan kiertoradalla (20 000 km), 29% geostationaarisella radalla (36 000 km) ja loput 2% elliptisellä radalla. Jotkin suuret avaruusasemat on itse asiassa laukaistu osina ja koottu kiertoradalle. On tärkeää huomata, että kiertoradalla olleista 5 000 satelliitista vain 1 900 oli toiminnassa vuonna 2018, kun loput ovat nyt muuttuneet avaruusromuksi.
tämän avaruusromun aiheuttama avaruuden saastuminen onkin nykyään suuri ongelma. Mitä avaruusromu on? Avaruusromulla tarkoitetaan aurinkokunnasta löytyvää luonnonjätettä, joten se sisältää asteroideja, komeettoja ja meteoroideja. Mutta se ei rajoitu enää vain näihin ruumiisiin. Vuodesta 1979 Nasan Kiertoratajäteohjelman alusta lähtien termillä tarkoitetaan myös Avaruusjätettä tai avaruusromua, joka syntyy avaruudessa, erityisesti maan kiertoradalla, tuhoutuneiden, keinotekoisesti luotujen kappaleiden massasta. Tällaisia ovat esimerkiksi vanhat satelliitit ja käytetyt rakettivaiheet sekä niiden hajoamisesta ja törmäyksistä syntyneet sirpaleet. Joulukuuhun 2016 mennessä viisi satelliitin törmäystä on synnyttänyt avaruusromua. Avaruusromua kutsutaan myös avaruusromuksi, avaruusromuksi, avaruusromuksi tai kiertoradan roskaksi.
nykyään tällaisten romujen käsittelemiseksi tehdään useita toimenpiteitä. Yhdysvallat. on joukko standardikäytäntöjä siviili (NASA) ja sotilaallinen (DoD ja USAF) kiertoradalla-roskat lieventämistä, aivan kuten Euroopan avaruusjärjestö. Vuonna 2007 International Organization for Standardization (ISO) alkoi valmistella kansainvälistä standardia avaruusromun hillitsemiseksi. Saksa ja Ranska ovat asettaneet velkakirjoja suojellakseen omaisuutta romuvahingoilta.
toinen lähestymistapa roskien vähentämiseen on tehtävän arkkitehtuurin suunnittelu siten, että raketin toinen vaihe jätetään aina elliptiselle geosentriselle radalle, jolla on matala perigee, jolloin varmistetaan nopea kiertoradan hajoaminen ja vältetään pitkän aikavälin kiertoradan roskat käytetyistä rakettirungoista. Avaruusromun ulkoinen poisto ei ole nähnyt montaa ottajaa ensisijaisesti siksi, että se on todettu kustannustehokkaaksi.
huhtikuussa 2018 käynnistyi RemoveDEBRIS-operaatio. Tämän tehtävän tarkoituksena on testata useiden aktiivisten roskien Poistotekniikoiden (Adr) tehokkuutta pilkkakohteissa matalalla maan kiertoradalla. Se tekee sen tekemällä useita suunniteltuja kokeita, ja alustaan asennetaan vastaavasti verkko, harppuuna, laserkeilain, dragsail ja kaksi cubesatia (miniature research satellites). RemoveDEBRIS laukaistiin SpaceX Dragon refill-avaruusaluksella osana CRS-14-tehtävää ja se saapui kansainväliselle avaruusasemalle (ISS) 4.huhtikuuta 2018.