(Tiếp theo các Bản tin Công nghệ Số 11-2012, Số 12-2012, Số 14-2012)

Phần 2: Tổng quan về thiết kế của GPS III

Các vệ tinh định vị GPS III đầu tiên sẽ mang đến cho người sử dụng dân sự, tín hiệu có độ chính xác cao hơn ba lần so với các tàu không gian GPS hiện thời và công suất cũng mạnh hơn gấp ba lần dành cho người sử dụng trong lĩnh vực quân sự. Tuổi thọ của các tàu không gian SV cũng được tăng lên tới 15 năm, cùng với bộ tín hiệu dân sự mới được thiết kế với khả năng phối, kết hợp với các hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu bằng vệ tinh GNSS khác trên thế giới.

Khả năng mở rộng của GPS được đưa ra dựa trên nền tảng của thiết kế bus Lockhed Martin A2100, bus đã từng nhận giải thưởng chiến thắng cùng với kinh nghiệm nhiều năm của Lockhed Martin trong lĩnh vực này. Việc thiết kế các hợp phần quan trọng khác cũng được đúc rút từ các tàu không gian SV thuộc GPS Block IIR và IIR-M, kết hợp với 150 năm kinh nghiệm triển khai rất nhiều dự án đưa tàu không gian lên quỹ đạo của Lockhed Martin.

Lockhed Martin đã sử dụng thiết kế bus A2100 cho 37 lần phóng tàu không gian thành công trong vòng 17 năm qua. Mười vệ tinh khác cũng dựa trên thiết kế bus A2100 hiện đang được chế tạo tại nhà máy trong đó bao gồm: Một số tàu không gian GPS III, các vệ tinh nâng cấp trên tần số đặc biệt cao AEHF (Advanced Extremely High Frequency) và các tàu không gian SBIRS (Space-Based Infrared Systems). Các tàu không gian dựa trên thiết kế A2100 hiện đang hoạt động trên quỹ đạo có vòng đời hoạt động thiết kế thường dài hơn 325 năm. Các khách hàng vệ tinh viễn thông truyền thống của Lockhed Martin sử dụng các bus A2100 phải kể đến B-SAT (Broadcasting Satellite System Corporation) sử dụng cho các vệ tinh Bsat; SKY Perfect JSAT Corporation sử dụng cho các vệ tinh JCSAT, và Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam VNPT sử dụng cho các vệ tinh VINASAT.

Hợp phần dẫn đường của GPS III được thiết kế và chế tạo bởi ITT, dựa trên kinh nghiệm hơn 30 năm chuyên chế tạo hợp phần này cho các tàu không gian GPS. ITT đã từng chế tạo toàn bộ hoặc một phần bộ dẫn đường trên tất cả các vệ tinh GPS thuộc Block I, II, IIA, IIR, IIF và bây giờ là GPS III. GPS III hoàn toàn tương thích với tất cả các tính năng của hệ thống GPS hiện có, nhưng lại có rất nhiều những nâng cấp cải tiến quan trọng dành cho một hệ thống GPS của tương lai. Toàn bộ các tàu không gian GPS III SV đều được thiết kế đặc biệt với khả năng tiếp nhận, tích hợp những tính năng mới nhất khi chúng được phát hiện ra và có thể bổ sung ngay cho các tàu không gian này.

Tổng quan về thiết kế của GPS III: Chúng ta có thể làm nổi bật thiết kế của các tàu không gian GPS III SV bằng cách xem xét rất nhiều các hợp phần và hệ thống con được tích hợp, ví dụ như: Hợp phần dẫn đường NPE (Navigation Payload Element); Hợp phần mạng lưới thông tin NCE (Network Communications Element); Hợp phần hệ thống chủ HPE (Hosted Payload Element); Hợp phần hệ thống con ăng ten; Hợp phần hệ thống bus của tàu cùng với các hệ thống con cấu thành. Mô tả khái lược về từng hợp phần và hệ thống con được đưa ra dưới đây:

Hợp phần NPE bao gồm các hợp phần cấu thành như: Máy tính MDU (Mission Data Unit); Các máy phát dải tần L gồm L1, L2, L3, L5 (L-band); Các chuẩn tần số nguyên tử AFSs (Atomic Frequency Standards); và các bộ lọc tín hiệu. Bộ MDU cũng được kết hợp cả bộ tổng hợp hình dạng sóng, đây là chức năng được giới thiệu lần đầu tiên trong các tàu không gian của chương trình hiện đại hoá Block IIR-M SV.

Mỗi tàu không gian GPS III SV chứa ba bộ AFS Rubiđi nâng cấp “Đồng hồ”, được xây dựng trên nền tảng thừa hưởng từ các tàu không gian GPS IIR/IIR-M SV. Các tàu không gian GPS III SV cũng bao gồm chỗ (slot) thứ tư phục vụ cho tần số nâng cấp hoặc thử nghiện các thiết kế tần số chuẩn.

Ấn tượng hơn, GPS III còn có khả năng hoạt động và giám sát AFS dự phòng đảm bảo độ ổn định để thực hiện các phép đo. Khả năng này nằm tách rời với hoạt động của AFS và không có trong tất cả các vệ tinh GPS thế hệ trước.

NCE cung cấp khả năng kết nối với tàu không gian. NCE bao gồm hệ thống thiết bị phát đáp liên kết chéo cao cấp ECTS, bộ phận kết nối truyền tin nhỏ TCU để phân phối lệnh và thu thập điện tín, và các hộp S-band.

HPE chứa một số thiết bị quản trị GFE đối với GPS III. Hệ thống ăng ten con bao gồm mảng ăng ten L-band phủ trùm trái đất, các ăng ten S-band, và ăng ten UHF.

Hợp phần bus của tàu không gian bao gồm một số các hệ thống con như: Hệ thống con kiểm soát độ cao ACS; Hệ thống con kiểm soát nhiệt TCS; Hệ thống con điện tín, theo dõi và nhận lệnh TT&C; Hệ thống con động lực PSS; và Hệ thống con cơ khí MSS. Chi tiết hơn về các hợp phần này được chỉ ra dưới đây:

Hình 3. Sơ đồ khối tàu không gian GPS III SV, nhấn mạnh tới các hệ thống con cơ bản.

ACS duy trì thông tin độ cao và kiểm soát chỉ hướng của tàu không gian. ACS bao gồm chỉ hướng danh định tới trái đất của mảng ăng ten L-band, và chỉ hướng các tấm pin năng lượng về phía mặt trời. Đồng thời cũng bao gồm hợp phần giám sát hướng phục vụ cho việc điều khiển hệ thống con động lực. Ngoài ra ACS còn bao gồm một tập hợp các cảm biến và motor điều khiển: các cảm biến mặt trời; các cảm biến trái đất; thiết bị định hướng trong IMU, bánh xe hồi chuyển, ống mô men từ trường phục vụ điều khiển chính xác; các bộ đẩy 0.2-lbf sử dụng để hỗ trợ điều khiển thô bao gồm cả việc duy trì độ ổn định theo chu kỳ.

EPS cung cấp nguồn điện ổn định cho toàn bộ các hệ thống khác trên vệ tinh, bao gồm cả các giai đoạn vệ tinh nằm trong khu vực tối do bóng của trái đất. EPS bao gồm các tấm hấp thụ năng lượng mặt trời, pin cấp điện nickel-hydro, thiết bị định nguồn điện chuẩn. TCS duy trì liên tục nhiệt độ chuẩn của hầu hết các hợp phần trên tàu không gian nằm trong giới hạn an toàn. TSC bao gồm các tấm ngăn cách ly, gương phản xạ, bộ sấy nóng, ống nhiệt nóng, bộ bức xạ nhiệt, và cảm biến khác.

Hệ thống con TT&C bao gồm bus máy tính (máy tính tích hợp trên bo mạch hay OBC), thiết bị gửi lên/tải xuống UDU phục vụ cho việc liên kết truyền lệnh và điện tín với Hợp phần Điều khiển Hoạt động GPS OCS (GPS Operational Control Segment), các bộ giao tiếp từ xa RIU, thiết bị triển khai điều khiển, và các thiết bị phát hiện sự kiện.

PSS cung cấp khả năng đẩy nhằm mục đích thay đổi vị trí và độ cao của các tàu không gian. PSS được cấu thành bởi động cơ nhiên liệu lỏng LAE (Liquid Apogee Engine) phục vụ cho bước cuối cùng đặt vệ tinh vào quỹ đạo, các bộ đẩy 5-lbf được sử dụng để thực hiện các điều chỉnh lớn hơn trên quỹ đạo và các bộ đẩy 0.2-lbf được sử dụng để điều chỉnh độ cao, duy trì độ ổn định theo chu kỳ. MSS bao gồm các cấu trúc cơ bản của tàu không gian, các bản lề khớp nối và các đầu nối sẵn để triển khai các hợp phần bổ sung khi cần thiết.

Mời Quý độc giả theo dõi tiếp Phần 3 trong Bản tin Công nghệ số 16-2012 ngày 23/04/2012

Khi cần thêm thông tin chi tiết, Quý vị có thể liên hệ với chúng tôi qua địa chỉ thư điện tử: info@anthi.com.vn

Xin chân thành cảm ơn!