Принципи побудови телеметричних систем

Система далекого космічного зв'язку АДУ-1000 (wikipedia.org)

Завдання передачі інформації є найважливішою з розв'язуваних космічним апаратом. Робота інших систем спрямована на те, щоб забезпечити правильне функціонування апарату, а значить, виконання льотного завдання - збір необхідної наукової або технологічної інформації і передача її на Землю. Разом з тим, передача і отримання даних з Землі в більшості космічних апаратів необхідна для роботи інших систем. В першу чергу, вона необхідна для передачі з центру управління команд балістико-навігаційного забезпечення, коригування програми наукових випробувань, включення або відключення різних систем. Таким чином, телеметрична система постає центральною системою, нерозривно пов'язаною з іншими системами апарату.

Першим прикладом телеметричної системи і її важливості є перший же штучний супутник Землі. Єдиною метою даного апарату була передача радіосигналу з космосу. Для цього використовувався 3.5-кілограмовий радіопередавач, який працював на частотах 20.005 і 40.002 МГц і передавав сигнал за допомогою двох зовнішніх антен довжиною 2.9 і 2.0 метра. Вже на Сптуніке-1 була реалізована, хоча і опосередкована, зв'язок телеметричної та інших систем. За рахунок вимірювання червоного зсуву супутника безліччю людей, які отримували його сигнал (телеметрическая система), була визначена орбіта апарату (балістико-навігаційне забезпечення), що, в свою чергу, дозволило оцінити вплив атмосфери Землі на еволюцію орбіти апарату (наукова програма польоту).

Загальна схема телеметричної системи

Вся сукупність передавальних, що перетворюють і комутаційних пристроїв становить телеметричну (або радиотелеметрический) систему космічного апарату. Телеметрична система може працювати в двох режимах передачі інформації. Це може бути передача одержуваних в поточний момент часу даних від систем апарату або передача інформації, збереженої на записуючих пристроях. Вибір режиму роботи телеметричної системи грунтується на характері всієї місії і багато в чому визначається орбітою апарату.

Число каналів є однією з найважливіших характеристик телеметричної системи. Воно визначає число параметрів космічного апарату, яке може бути передано на Землю. При цьому для великого числа каналів може використовуватися одна або кілька радіоліній.

Найважливішою характеристикою телеметричної системи є її інформативність - максимальний потік інформації, який може бути поданий в радіоканал, вимірюваний в довічних символах в секунду. Відповідно до сучасної класифікації, телеметричні системи з інформативністю менш 10000 вважаються малоінформативними, понад 100000 - високоінформативними.

Зв'язок телеметричної та інших систем апарату

У розробці телеметричної системи велике значення відіграє орбіта апарату і його завдання. В першу чергу, виділимо геостаціонарну орбіту. У цьому випадку зв'язок супутника з наземною станцією може бути постійною. Це дозволяє використовувати засоби зв'язку, пропускна здатність яких менше, ніж, скажімо, у апарату на низькій навколоземній орбіті. У цьому випадку зв'язок з наземною станцією, якщо вона одна, буде можлива кілька разів на день протягом сильно обмеженого інтервалу часу, можливо, протягом кількох хвилин. Такий апарат повинен бути оснащений більш потужними засобами передачі інформації і можливостями її зберігання. Іноді зустрічається також вимога до низьких навколоземних апарату постійно бути на зв'язку, як у випадку з МКС. Це вимагає створення мережі наземних станцій зв'язку або використання супутникової системи зв'язку. Апарати далекого космосу мають свої особливості. Завдання, які вирішуються апаратом, також дуже впливають на вимоги до телеметричної системи. У разі наукового апарату виникає задача передачі великого обсягу інформації (особливо, якщо апарат оснащений фотоапаратурою), тоді як в разі телекомунікаційного супутника потрібно лише передача на Землю діагностичної інформації та отримання керуючих команд.

Перший крок у створенні телеметричної системи - розробка зразкового листа телеметрії. Для кожного елемента, який може потрапити в потік даних телеметрії, фіксується опис сигналу, його тип (аналоговий, бінарний, цифровий), необхідна точність і частота отримання даних. В процесі розробки всього проекту лист телеметрії змінюється, тому на першому етапі необхідно передбачити достатню кількість запасних каналів. На початковому етапі також вибираються типи передавачів, радіодіапазоні, в яких буде вестися обмін телеметричної і командної інформацією, спосіб передачі інформації - безпосередньо на наземний комплекс управління або через супутникову систему.