'우주 교육'의 슈퍼히어로: 스카이링크 위성, 미국 장애물 돌파, 1.2G 다운링크 속도

또 하나의 흥미진진한 우주강좌였다. 아름다운 우주비행사 왕야핑의 부드러운 목소리와 꽃미남의 대중과학은 모두가 처음으로 공감하지 않을 수 없는 생생한 과학수업을 경험하게 했다. 몇 년 전 우주강의 비교는 DVD에서 1080P로 업그레이드 된 것 같았습니다.

이 사진의 개선 뒤에는 우리나라의 우주 통신 중계 분야의 획기적인 발전이 있었기에 스카이링크 위성이 탄생했고, 그 '부산물'도 창어 4호의 주인공이 됐다. 현재까지도 서비스 중입니다!

위성 발사와 측정 및 제어에 관한 다큐멘터리를 본 사람이라면 분명히 문제를 발견할 것입니다. 위성 측정 및 제어 신호 주입에는 시간 제한이 있습니다. 그렇지 않으면 하루를 기다렸거나 위성이 측정 및 제어 데이터를 제 시간에 주입하지 않았기 때문에 통제 불능 상태가 되어 손실되었습니다!

왜 이런 일이 일어나는 걸까요? 그 이유를 이해하는 것은 전혀 어렵지 않습니다. 예를 들어, 우리나라의 Tiangong 우주 정거장의 비행 시간은 약 92.2분입니다. 측정 및 제어 스테이션의 안테나는 다음과 같습니다. 400km의 Tiangong 우주 정거장 궤도는 1,000km가 조금 넘습니다!

측정 및 제어 안테나의 최적 앙각이 30도이고 우주 정거장의 궤도 높이가 400km라고 가정하면 최적의 측정 및 제어 범위는 속도에서 약 1,400km에 불과합니다. 초당 7.8km의 속도를 내는 데는 180초밖에 걸리지 않으며, 도착하면 이 범위를 벗어나 측정 및 제어에 3분밖에 걸리지 않습니다.

아마 많은 친구들이 '다음 랩에서도 또 머리 위로 날아가지 않을까?'라고 말할 것입니다. 그럼 급히 뭐하냐? 한 사이클을 완료하는 데 90분밖에 걸리지 않는다. 문제는 지구가 하루에 24시간만 걸린다는 것이다. 하루에 적도상의 거리는 92분마다 2560만큼 달라집니다.

측정 및 제어 영역은 측정 및 제어 안테나를 천정으로하고 반경 700km의 원입니다 (최적 앙각은 30도이고 우주 정거장의 궤도 높이는 400km라고 가정). ) 2560km가 이미 초과되었습니다. 측정 및 제어 범위가 결정되었습니다. 내일까지 기다리자!

그러므로 사각지대 없이 24시간 측정 및 제어를 하려면 전 세계에 측정 및 제어 안테나를 분산시켜야 하는데, 이는 아폴로를 수행하기 위해서는 당연히 불가능합니다. 미국은 임무 수행에 6억 달러(1960년대 화폐 가치)를 썼다. 전 세계적으로 20개 이상의 지상국이 건설됐지만, 가장 유리한 상황에서도 그들이 감당할 수 있는 지구 궤도는 30개 미만이다.

글로벌 측정 및 제어 문제를 어떻게 해결할 수 있습니까?

지상국과 통신망으로 구성된 초기 시스템은 NASA의 최초 '글로벌 측정 및 제어 시스템' STADAN이었지만 분명히 90분 궤도 내에서 15분의 측정 및 제어만 제공할 수 있었고 여전히 따라서 NASA는 MSFN 네트워크를 구축하기로 결정했습니다. 이후 1970년대 우주 왕복선 프로그램의 탄생으로 측정 및 제어에 대한 더 높은 요구 사항이 제시되면서 NASA는 처음 두 네트워크를 STDN으로 통합했습니다.

그러나 STDN을 사용하려면 전 세계에 걸쳐 측정 및 제어 스테이션이 필요합니다. NASA는 시스템을 변경하고 TDE 및 TDW(동쪽 및 서쪽용)는 물론 궤도상 백업 위성을 추가하여 결국 TDRS가 되었습니다. .

위 그림은 2019년 3월 현재 10개의 위성(1세대 4개, 2세대 3개, 3세대 3개)이 궤도에 있는 현재 추적 및 데이터 중계 위성(TDRS) 구성을 보여줍니다.

궤도는 대략 36,000km의 정지궤도 위성 궤도에 위치한다. 이 궤도에 있는 위성은 지상의 구성과 결합하면 이론적으로 단 3개의 위성만으로 세계의 모든 저궤도 위성을 '볼' 수 있다. 24시간 사각지대 없이 위성을 감시, 제어, 관리할 수 있는 스테이션입니다.

TDRS의 장점은 다들 아시겠지만, 첫 번째는 이 중계위성 구축의 기술적 문제입니다. 첫 번째는 중계통신 기술 문제입니다. .당시의 기계식 안테나를 사용하여 언제든지 위성을 추적하는 것은 불가능합니다. 여러 개의 위성을 동시에 추적해야 한다면 우주용 위상배열 안테나도 문제가 될까요?

물론 가장 골치아픈 일은 실제로 오래전에 일어난 일이다. 스카이링크 위성은 측정과 제어를 위한 위성이고, 그 자체도 측정과 제어가 필요하다. 그러면 문제가 온다. 스카이링크 계획 이전에는 우리나라의 위성과 우주 프로그램이 시작된 지 오래됐는데 어떻게 해결됐나?

지상 측량 및 제어국과 항해 시리즈

우리나라의 동서 사이의 가장 먼 거리는 4,000km 이상, 경도 차이가 60개로 전 세계의 1/6을 차지합니다. 지구 360도인데 우주선 발사 궤도에 진입하면 항상 남동쪽이나 남서쪽을 향하게 되어 곧 우리 나라의 측정 및 통제 구역을 벗어나게 되는데 어떻게 해야 할까요?

지상국을 건설하기 위해 NASA는 원하는 만큼 지상국을 건설할 수 있지만 우리는 측정과 측정의 Yuanwang 시리즈만 구축할 수는 없습니다. Yuanhang 1호는 1977년 8월 31일에 진수되었습니다. 일본 Jiangnan 조선소에서 건조 및 진수되었으며, 3개 해양에서 440,000해리 이상을 항해하며 57개의 주요 과학 연구 및 테스트 임무를 완료했습니다. 선저우 5호의 측정 및 제어 임무를 수행했다.

Yuanwang 1호부터 Yuanwang 7호까지 후속 측정 및 제어 선박인 Yuanwang 21호와 22호 선박은 글로벌 측정 및 제어를 위해 건조되었습니다. Yuanwang 시리즈 선박은 매우 고전적이지만 유연성이 뛰어납니다. 비용이 많이 들고 여전히 지상국의 협조가 필요합니다. 1996년 10월 6일 중국 키리바시에 측량제어소가 완공되었으며, 우리나라가 발사한 위성을 여러 차례 측정 및 제어했으며 원가는 위안왕(Yuanwang) 계열의 측량제어선보다 훨씬 저렴했다.

2003년 11월 7일, 미국의 작전 하에 키리바시는 대만과 수교를 맺었고, 그 결과 키리바시에 있는 위성 측량 및 통제국이 상실되었습니다. 우리나라 항공우주산업 발전에는 영향을 미치지 않았지만, 해외 측량제어소 건설에도 걸림돌이 됐다.

1996년 이후 우리나라의 해외 측정 및 제어국 건설도 좋은 상황에 이르렀습니다. 현재까지 다음 표와 같이 10개의 해외 측정 및 제어국이 있습니다.

글로벌 100 측정 및 제어: 데이즈 체인 위성

우리나라는 1970년대 초 중계위성 개발 아이디어를 제안했지만 이에 걸맞은 기술과 자금이 필요했습니다. 우주 프로그램에 따라 2003년 1월이 되어서야 Tianlian 1호 중계 위성 시스템 프로젝트가 공식적으로 승인되었습니다.

천련 1호 위성은 2008년 4월 25일 정지궤도에서 발사됐다. 발사 후 우리나라의 중·저궤도 우주선 측정 및 제어 범위가 12개에서 50개 정도로 늘어났다. Shenzhou VII 위성이 No. 데이터 중계를 완료했습니다. 2021년 7월 6일까지 Tianlian-1 05 위성이 발사되었습니다. Tianlian 시리즈에는 100개의 지구 궤도 측정 및 제어를 담당하는 총 6개의 위성이 있습니다.

이미 2013년 6월 20일 오전 10시 선저우 10호 우주 강의에서 모두가 스카이링크 위성의 역할을 목격했습니다. 51분 동안의 전체 수업 동안 선저우 10호는 If의 절반 이상을 비행했습니다. 지구국이 많아 지상국에서 중계하면 간헐적으로 발생하지만 스카이링크 위성에서는 문제가 없다. 이 과정에서 처음으로 신호 중계 전환이 중단되지 않는 모습을 보여준다. 중국의 항공우주통신 기술에 대한 견해.

현재 스카이링크 위성 수는 6개로 늘었고, 대역폭도 2013년에 비해 대폭 개선됐다. 다운링크 통신 속도는 1.2G에 달해 5G 회선의 통신 품질과 비슷하다. 더 좋은 점은 데이터가 베이징 비행 관제 센터에 도착하여 라우팅을 통해 전 세계로 전송된다는 것입니다.

천공 코어 모듈에는 무선 라우터가 있다는 사실도 모두가 알아차렸다. 그 뒤에는 우주비행사들이 휴대폰과 기타 TCP/IP 기반 통신 장치를 집에서 사용하는 것처럼 자유롭게 사용할 수 있다. Tiangong 체인 위성 지원입니다.

또한, 창어 4호를 위해 준비된 Queqiao 중계위성은 중국의 중계위성 기술을 획기적인 방식으로 활용한 것이라는 점도 알아차렸어야 합니다.

스카이링크 위성을 사용하더라도 지상국과 해양 감시 및 제어 선박을 건설해야 합니까?

물론 필요하지만 상대적으로 말하면 지상국과 장거리 계열의 측정 및 제어 선박에 대한 의존도가 줄어들 것이며 이러한 위성은 모두 하늘에 쓸모가 없습니다. 미국은 그들을 작전하고 봉쇄할 것이다.

하지만 중국의 화성 주롱 로버가 궤도에 있는 텐웬 1호를 통해 지구에 데이터를 전송하거나, 우주에서 측정 및 제어를 시작하는 등 텐롄 위성이 해결할 수 없는 것이 하나 있다. 지구에서 화성까지 신호를 수신할 때 Tianlian-1은 전혀 사용되지 않습니다.

위치나 각도가 틀려서가 아니라 안테나가 충분히 크지 않기 때문이다. 화성에 신호를 전송하려면 최소 수십 미터에 달하는 대구경의 측정 및 제어 안테나가 필요하기 때문이다. 지구 저궤도는 일시적으로 이 수준에 도달할 수 없으므로 측정 및 제어 스테이션과 Yuanwang 시리즈는 여전히 필수 불가결합니다.

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