Sep 18, 2019 by Team YoungWonks *
hogyan működik a műholdas kommunikáció? Mivel a műholdakat manapság széles körben használják kommunikációs célokra – többek között -, ez egyre relevánsabb kérdés. Ami elvezet minket a legújabb blogunk témájához. De mielőtt megnéznénk, hogyan segítenek a műholdak hatalmas távolságokon keresztül kommunikálni, kezdjük az elején.
mi az A műhold?
a műhold alapvetően minden olyan objektum, amely az űrben egy másik objektum körül forog (vagy más szóval kering). Egyes műholdak természetesek, míg mások mesterségesek (ember alkotta). A hold egy természetes műhold példája, amely a Föld körül kering. A Naprendszerben hat bolygó műholdas rendszer található, amelyek 185 ismert természetes műholdat tartalmaznak.
ma a műhold kifejezés általában az űrben repült mesterséges tárgyakra utal. Hasonlóan a természetes társaikhoz, ezek egy bolygó körül keringenek, és a legfontosabb különbség az, hogy szándékosan pályára állították őket.
a Sputnik 1 A világ első mesterséges műholdja. Úgy indult az űrbe október 4-én 1957 a Szovjetunió. Azóta mintegy 8900 műholdat indítottak több mint 40 országból.
itt fontos megjegyezni, hogy a műholdakat több célra használják. Például csillagtérképeket és bolygófelületek térképeit készíthetik, és képeket készíthetnek azokról a bolygókról is, amelyekbe elindultak. A gyakori típusok közé tartoznak a katonai és polgári földmegfigyelő műholdak, kommunikációs műholdak, navigációs műholdak, időjárási műholdak és űrtávcsövek. A műholdak általában félig független számítógépes vezérlésű rendszerek. A műholdas alrendszerek számos feladatot látnak el, mint például az energiatermelés, a hőszabályozás, a telemetria, a hozzáállás.
valójában az űrállomások és az emberi űrhajók is műholdak. A műhold pályái nagyban különböznek a műhold céljától függően, és számos módon vannak besorolva. A jól ismert (átfedő) osztályok közé tartozik az alacsony földi pálya, a sarki pálya és a geostacionárius pálya.
hogyan kerülnek ezek a műholdak az űrbe? Ez egy hordozórakétával történik, alapvetően egy rakétával, amely a műholdat pályára állítja. Gyakrabban, mint nem, a rakéta felszáll egy indítópadról a szárazföldön, de vannak olyanok, amelyeket tengeralattjáróról vagy mobil tengeri platformról indítottak a tengeren, vagy egy repülőgép fedélzetén.
ebben a blogban alaposan megvizsgáljuk a kommunikációs műholdakat. Azért hívják őket, mert kommunikációs célokra használják őket.
mi az a kommunikációs műhold?
a kommunikációs műhold olyan mesterséges műhold, amely transzponderen keresztül továbbítja és felerősíti a rádiós távközlési jeleket. Alapvetően kommunikációs csatornát hoz létre egy forrásadó és egy vevő között a Föld különböző pontjain. A kommunikációs műholdakat televízió, telefon, rádió, internet és katonai alkalmazásokhoz használják. Jelenleg 2134 kommunikációs műhold van a Föld pályáján, és ezek mind magán -, mind kormányzati szervezeteket tartalmaznak. Többen geostacionárius pályán vannak 22 236 mérföld (35 785 km) az egyenlítő felett, így a műhold az ég ugyanazon pontján állónak tűnik. Ezeknek a műholdaknak az orbitális periódusa megegyezik a Föld forgási sebességével, ami viszont lehetővé teszi, hogy a földi állomások parabolaantenna antennái állandóan erre a helyre irányuljanak; nem kell mozogniuk és nyomon követniük. Mivel a távközlési kapcsolatokhoz használt nagyfrekvenciás rádióhullámok látóvonalon haladnak, a föld görbéje akadályozza őket. Ezek a kommunikációs műholdak a jelet a föld görbéje körül továbbítják, ezáltal lehetővé téve a kommunikációt a széles körben eltávolított földrajzi pontok között. A kommunikációs műholdak rádió-és mikrohullámú frekvenciák széles skáláját használják. A jelinterferencia elkerülése érdekében a nemzetközi szervezetek rendelkeznek olyan előírásokkal, amelyek meghatározzák, hogy egyes szervezetek milyen frekvenciatartományokat (vagy sávokat) használhatnak. A sávok ilyen elosztása csökkenti a jel interferenciájának esélyét.
műholdas pályák
a műholdak pályájuk szerint osztályozhatók. Mint korábban említettük, sokan geostacionárius műholdak, mivel geostacionárius pályájuk (GEO) van, amely 22 236 mérföldre (35 785 km) van a föld felszínétől. Itt úgy tűnik, hogy a műhold ugyanabban a helyzetben van az égen, amikor a földi megfigyelők látják. Tehát itt a földi antennáknak nem kell nyomon követniük a műholdat az égen.
közepes Föld körüli pálya (MEO) műholdak azok, amelyek közelebb vannak a földhöz; pályamagasságuk a föld felett 2000-36 000 kilométer (1200-22 400 mérföld) között változik. A közepes pályák alatti régió a föld felett 160-2000 kilométer (99-1243 mérföld) körül van, alacsony Föld körüli pályának (LEO) hívják.
mivel a MEO és a LEO műholdak gyorsabban keringenek a Föld körül, nem láthatók folyamatosan az égen a föld egy rögzített pontján. Ehelyett úgy tűnik, hogy átkelnek az égen, és “letelepednek”, amikor a föld mögé mennek. Ez azt jelenti, hogy folyamatos kommunikációs szolgáltatások nyújtása ezekkel az alacsonyabb pályájú műholdakkal nagyobb számú műholdra lenne szükség, így biztosítva, hogy legalább egyikük mindig az égen legyen, hogy megkönnyítse a kommunikációs jelek továbbítását. De azt is fontos megjegyezni, hogy a Földtől való viszonylag rövidebb távolságuk miatt jeleik sokkal erősebbek.
műholdas csillagképek
az együtt dolgozó műholdak csoportját műholdas csillagképnek nevezzük. Két ilyen csillagkép, amelyek állítólag műholdas telefonszolgáltatásokat kínálnak (főleg távoli területeken), az Iridium és a Globalstar rendszerek. Az Iridium rendszernek 66 műholdja van. Ma is lehetséges, hogy folytonos lefedettséget biztosítsunk egy alacsony Föld körüli pályán keringő műhold segítségével, amely képes tárolni a kapott adatokat, miközben áthalad a Föld egyik részén, majd később továbbítja, miközben áthalad egy másik részén. A kanadai CASSIOPE kommunikációs műhold által használt KASZKÁDRENDSZER találó példa.
Rise kommunikációs műholdak
Sputnik 1 volt a világ első mesterséges Föld műhold; ez került pályára a Szovjetunió október 4, 1957. Abban az időben fedélzeti rádióadóval volt felszerelve, amely két frekvencián működött: 20,005 és 40,002 MHz. A Szputnyik-1 az űrkutatás és a rakétafejlesztés egyik fontos állomása volt.
Ez azt jelenti, hogy nem került pályára, hogy adatokat küldjön a Föld egyik pontjáról a másikra. Az első műhold, amely továbbította a kommunikációt, valójában a Pioneer 1 volt, egy tervezett holdszonda. Az űrhajó félúton eljutott a Holdig, és elég magasan repült ahhoz, hogy a telemetria koncepcióátvitelének bizonyítékát elvégezze az egész világon: először a Canaveral-foktól az angliai Manchesterig; majd Hawaiitól a Canaveral-fokig; végül pedig az egész világon Hawaiitól Manchesterig.
kommunikációs műholdak alkalmazása/ felhasználása
1. Műholdas telefonok:
ezek az első és történelmileg legfontosabb kommunikációs műholdak. A vezetékes nyilvános kapcsolt telefonhálózat vezetékes telefonokról telefonhívásokat továbbít egy földi állomásra, ahonnan azokat egy geostacionárius műholdra továbbítják. A lefelé mutató link hasonló utat követ. A tengeralattjáró kommunikációs kábelek jelentős javulásával a száloptika használatával a műholdakat már nem használják azonos méretű vezetékes telefonáláshoz. De ez nem azt jelenti, hogy a műholdakat már nem használják kommunikációra. Az olyan távoli helyeken, mint az Ascension Island, Saint Helena, Diego Garcia és a Húsvét-sziget, nincsenek tengeralattjáró kábelek, ezért ezeknek a területeknek műholdas telefonokra van szükségük. A műholdas kommunikációra olyan kontinenseken és országokban is szükség van, ahol a vezetékes Távközlés ritkán vagy egyáltalán nem létezik – például az Antarktiszon, Grönlandon, Dél-Amerika, Afrika, Kanada, Kína, Oroszország és Ausztrália Nagy régióiban.
a műholdas telefonok egyéb földhasználata magában foglalja a tengeri hajókat, a tengeri fúrótornyokat, a kórházak, a katonaság és a kikapcsolódás támogatását. A műholdas telefonrendszerek általában egy helyi telefonrendszeren keresztül működnek egy elszigetelt területen, összekapcsolva a telefonrendszerrel egy fő szárazföldi területen. Vannak olyan szolgáltatások is, amelyek rádiójelet küldenek egy telefonrendszerre. Ebben a példában szinte bármilyen típusú műhold használható. A műholdas telefonok közvetlenül a geostacionárius vagy az alacsony Föld körüli pályán keringő műholdak konstellációjához jutnak el. A hívásokat ezután továbbítják a nyilvános kapcsolt telefonhálózathoz csatlakoztatott műholdas teleportra.
2. Műholdas Televízió:
a műholdas televízió az, amikor a televíziós műsorokat úgy továbbítják a nézőknek, hogy a Föld körül keringő kommunikációs műholdról közvetlenül a néző helyére továbbítják. A jeleket egy parabolaantennának nevezett kültéri parabolaantennán és egy alacsony zajszintű blokk-átalakítón keresztül veszik. A műholdas vevő-akár külső set-top box, akár beépített televíziós tuner-dekódolja a kívánt televíziós műsort televízión történő megtekintéshez. A műholdas televízió csatornák és szolgáltatások széles skáláját kínálja. Ez az egyetlen televízió, amely számos távoli területen elérhető, amelyek nem rendelkeznek földfelszíni televízióval vagy kábeltelevíziós szolgáltatással. A Modern rendszerek jeleket továbbítanak egy kommunikációs műholdról a Ku sáv frekvenciáin (12-18 GHz), amelyeknek csak egy méternél kisebb átmérőjű kis edényre van szükségük.
az analóg jeleket használó korai rendszerektől eltérően a modern rendszerek digitális jeleket használnak, amelyek lehetővé teszik a modern televíziós szabvány nagyfelbontású televízió, a digitális műsorszórás sokkal jobb spektrális hatékonyságának köszönhetően. 2018-tól az egyetlen csatorna, amely az analóg jelek műholdas sugárzására támaszkodik, a Brazil Star One C2 és az amerikai C-SPAN csatorna az AMC-11-en. A két típushoz különböző vevőkészülékekre van szükség. Egyes adások és csatornák titkosítatlanok, így szabadon adhatók vagy megtekinthetők. Más csatornákat titkosítással továbbítanak (fizetős televízió), a nézőnek elő kell fizetnie, és havi díjat kell fizetnie a programozás fogadásához. A műholdas TV-fogyasztásnak most sokkal kevesebb befogadója van a zsinórvágási trend miatt, ahol az emberek inkább az internetes streaming televíziót nézik.
3. Műholdas rádió:
a műholdas rádió vagy előfizetéses rádió (SR) alapvetően egy kommunikációs műhold által közvetített digitális rádiójel, amely általában szélesebb földrajzi tartományt fed le, mint a földi rádiójelek. A műholdas rádió audio műsorszórási szolgáltatásokat nyújt egyes országokban, köztük az Egyesült Államokban. A mobilszolgáltatások, mint például a SiriusXM és a Worldspace, lehetővé teszik a hallgatók számára, hogy az egész kontinensen utazzanak, és bárhol ugyanarra a hangprogramozásra hangolódjanak. Az olyan szolgáltatásokhoz, mint a Music Choice vagy a Muzak műholdas szolgáltatása, rögzített helymeghatározó Vevőre és antennára van szükség. Az antennának minden esetben tisztán kell látnia a műholdakat. Olyan helyeken, ahol magas épületek vannak, hidak, vagy akár parkolóházak, amelyek eltakarják a jelet, az átjátszók felhasználhatók a jel elérhetővé tételére a hallgatók számára.
4. Amatuer Radio Satellite:
amatőr rádió üzemeltetők igénybe Amatőr műholdak, hogy hoztak létre kifejezetten amatőr rádió forgalom. A legtöbb ilyen műhold spaceborne ismétlőként működik, és általában UHF vagy VHF rádióberendezéssel felszerelt amatőrök és erősen irányított antennák, például Yagis vagy dish antennák használják. Az indítási költségek miatt a legtöbb amatőr műholdat alacsony Föld körüli pályára indítják, és úgy tervezték, hogy egy adott időben csak néhány rövid kapcsolattal foglalkozzon.
5. Műholdas Internet:
A Műholdas Internet-hozzáférés a kommunikációs műholdak által lehetővé tett Internet-hozzáférést jelenti. Manapság a fogyasztói minőségű műholdas internetszolgáltatást általában geostacionárius műholdakon keresztül kínálják az embereknek, amelyek viszonylag nagy adatsebességet tudnak biztosítani, különösen a Ku sávot használó újabb műholdaknak köszönhetően, amelyek akár 506 Mbit/s adatsebességet is elérhetnek. Az 1990-es évek után a műholdas kommunikációs technológiát használták az internethez való csatlakozás eszközeként szélessávú adatkapcsolatok. Ez különösen hasznos a távoli területeken élő emberek számára, akik nem tudnak szélessávú kapcsolatot igénybe venni.
6. Katonai célokra használt műholdak:
a kommunikációs műholdakat katonai kommunikációs alkalmazásokhoz, például globális parancsnoki és vezérlőrendszerekhez is használják. A kommunikációs műholdakat használó katonai rendszerek a MILSTAR, a DSCS és az Egyesült Államok FLTSATCOM, a NATO műholdak, az Egyesült Királyság műholdjai (például a Skynet) és a volt Szovjetunió műholdjai. Indiában is van egy első katonai kommunikációs műhold GSAT-7, a transzponderek működnek UHF, F,C és Ku sávban. A katonai műholdak általában UHF, SHF vagy EHF (más néven Ka sáv) frekvenciasávokban működnek.
műholdas kommunikáció ma
az első Sputnik 1 műhold elindítása óta mintegy 8900 műholdat indítottak több mint 40 országból. Egy 2018-as becslés szerint 5000 van a pályán. Ebből az 5000-ből az operatív műholdak 63%-a alacsony Föld körüli pályán, 6% – a közepes Föld körüli pályán (20 000 km-en), 29% – a geostacionárius pályán (36 000 km-en), a fennmaradó 2% pedig elliptikus pályán van. Néhány nagy űrállomást valójában részben indítottak el, és orbitális pályára állították össze. Fontos megjegyezni, hogy a pályán lévő 5000 műhold közül csak 1900 működött 2018-ban, míg a többi űrszemét lett.
valójában az űrszemét által okozott űrszennyezés ma nagy probléma. Tehát mi az űrszemét? Az űrszemét a Naprendszerben található természetes törmelékre utal, tehát magában foglalja az aszteroidákat, üstökösöket és meteoroidokat. De ez már nem korlátozódik ezekre a testekre. A NASA orbitális Törmelékprogramjának 1979-es kezdete óta a kifejezés az űrhulladékra vagy űrhulladékra is utal, amely az űrben, különösen a Föld pályáján megszűnt, mesterségesen létrehozott tárgyak tömegéből származik. Ezek közé tartoznak a régi műholdak és az elhasznált rakétafokozatok, valamint a szétesésükből és ütközéseikből származó töredékek. 2016 decemberétől öt műholdas ütközés keletkezett űrszemét. Az űrszemét más néven űrszemét, űrszemét, űrszemét vagy orbitális törmelék.
ma több lépést tesznek az ilyen törmelék kezelésére. Az USA. az Európai Űrügynökséghez hasonlóan a polgári (NASA) és a katonai (DoD és USAF) orbitális törmelékcsökkentési gyakorlatokkal rendelkezik. 2007 – ben a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) megkezdte az űrszemét-csökkentés nemzetközi szabványának elkészítését. Németország és Franciaország kötvényeket bocsátott ki, hogy megóvja a vagyont a törmelékkároktól.
a törmelék enyhítésének másik megközelítése a misszió architektúrájának megtervezése, hogy a rakéta második szakaszát mindig elliptikus geocentrikus pályán hagyja alacsony perigéjű, ezáltal biztosítva a gyors orbitális bomlást és elkerülve az elhasznált rakétatestek hosszú távú orbitális törmelékét. Külső eltávolítása űrszemét nem látott sok elfogadók elsősorban azért, mert azt találták, hogy nem költséghatékony.
2018 áprilisában elindult a RemoveDEBRIS küldetés. Ennek a küldetésnek az a célja, hogy tesztelje számos aktív Törmelékeltávolító (ADR) technológia hatékonyságát az alacsony Föld körüli pályán lévő álcélokon. Ezt több tervezett kísérlet végrehajtásával fogja megtenni, és ennek megfelelően a platformot hálóval, szigonnyal, lézeres távolságmérő műszerrel, dragsail-rel és két Cubesat-tal (miniatűr kutató műholdak) látják el. RemoveDEBRIS a SpaceX Dragon utántöltő űrhajó fedélzetén indult a CRS-14 küldetés részeként, és 4.Április 2018-án érkezett a Nemzetközi Űrállomásra (ISS).