注入站如何控制衛星的飛行姿態

提示:上一課主要講衛星的既定軌道,由於攝動力的影響,工程師們不得不將實驗室軌道轉換成大數據軌道。然而,儘管有大數據的鼎力支持,衛星在軌道上還是會左搖右擺。噴氣罐雖然可以幫助衛星迴到既定軌道,但到底“何時噴、往哪噴、噴多少”(本文共1808個字,閱讀約需3分鐘)?

注入站如何控制衛星的飛行姿態

衛星的測控工作包含測量和控制兩個方面,測量網由陸海空的各種觀測點組成,控制網的建設由於施工成本上的考慮,其地理位置基本上附著在陸地測量網上面。一般情況下,在衛星通信領域談到測控這個概念時,很少單獨提及“測量網”或者“控制網”,均統稱為“測控網”。

注入站如何控制衛星的飛行姿態

GPS地面站的位置分佈

在研究GPS的教科書上,通常根據地面站所擔負的任務將其劃分為監測站(MS:Monitor Station)注入站(GA:Ground Antenna)主控站(MCS:Master Control Station)。截至今年5月份,GPS共有16個地面監測站,11個注入站和2個主控站,其中7個注入站和1個主控站都是在原監測站基礎上擴建的。另外,像測量船、航天飛機這種測量手段,由於同地面監測站任務相似,一併納入到監測站的概念中。

監測站、注入站和主控站綜合在一起就是“測控網”。主控站是測控網的中心節點,地位至關重要,它收集監測站的測量數據並集中進行處理,爾後交由注入站,由注入站發給導航衛星。

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測量數據如何發送,上網還是用U盤?

隨便怎樣發都行,要求只有一個:越快越好!因此,在建設地面站時,都埋設有單獨的一條光纖連接到主控站,如果兩邊都裝上微信,就可以模擬“上網”發文件。

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遠望號測量船和航天飛機,沒有光纖怎麼辦?那就用通信衛星,採用類似

實況轉播足球賽的技術把測量數據發過去。

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測量數據如何處理,測控網的各個要素之間是如何配合工作?

以GPS為例,主控站由美國空軍管理,相關工作由軍隊技術人員擔綱。根據2003年出版的公開資料顯示:這些幕後工作人員每人每8小時一個班次,全天3班輪換,保證主控站24小時連續運行!一般情況下,每10分鐘時間大約要檢查1300多個數據點。實際上,

監測站只負責數據的測量和發送,它對衛星是否出軌渾然不知。也就是說,測控網的所有數據處理全部在主控站進行。這樣做有兩個好處:①監測站工作單一效率更高②來自不同監測站的測量數據(測量同一顆衛星)集中在主控站相互比對,有利於評估衛星的真實運動狀態。

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在主控站,工作人員綜合分析各個觀測點的數據,確知某顆衛星即將出軌之後,瞬間就可以計算出位置調整方案——衛星噴氣罐“何時噴、往哪噴、噴多少”。隨後,這項調整方案交給注入站,

注入站只負責向衛星發送數據,而這幾乎就是它唯一的工作。

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在注入站,幕後英雄的工作也不輕鬆,因為不論衛星是否出軌,每天都必須向衛星發射主控站傳來的各種數據(除位置調整方案外,至少還有時鐘調整方案和最新的導航數據)。一般情況下,每天大概要發射70次數據,每8小時的一個班次裡大概要發射20-50次,每次發射持續30-45分鐘!在十年前,為了保證GPS的定位精度,美國空軍承擔類似工作,壓力可謂相當的大——只要發現有衛星飛行到注入站的上空,馬上進行數據發射,用“見縫插針”來形容毫不為過。

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如果主控站的系統崩潰了怎麼辦?

作為一個國家級的國防項目,戰爭條件下的抗毀性是一個必須要考慮的因素。很顯然,如果敵方在千里之外發射洲際導彈直接命中主控站,整個測控網絡就接近癱瘓:各種測量數據無法處理,各種調整方案也發不出去,GPS衛星因為無法接受地面控制指令而失去控制,時間一長必然出軌,最終將直接影響用戶的定位精度。當80%的GPS衛星完全偏離軌道之後,整個衛星定位系統即宣告失效。

所以,為了防止測控網被敵摧毀,GPS設置了三道防線:一是駐軍保護。各個地面站除了部署大量地面部隊及反導系統之外,四周海域及空域都有戰艦和飛機定時巡邏。二是主控站備份。當位於科羅拉多州的主控站被炸燬之後,位於加利福利亞州的替補主控站馬上轉正。也許,還有第三個主控站,藏在一個誰都不知道的地方。三是自主導航技術。當測控網絡癱瘓後,該項技術能保證GPS繼續提供高精度的定位導航服務。詳情請關注下一篇文章《防止地面測控網癱瘓的自主導航技術》。

總結

I GPS的地面站分監測站、注入站和主控站三種。

II 監測站負責測量數據,主控站負責數據處理,注入站負責向衛星發射數據。

III 測控網很脆弱,是戰時的重點保護對象。


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