Phần 3 – Tổng quan về thiết kế của GPS III

(Tiếp theo các Bản tin Công nghệ Số 11, 12, 14, 15 - 2012)

Những yêu cầu về hoạt động

Tàu không gian GPS III đều có thiết kế chuẩn 12 năm phục vụ và tuổi đời là 15 năm. Các tín hiệu L-band của GPS III sẽ bao gồm tần số và mã cũ như L1 C/A, L1 P(Y), và L2 P(Y); tần số hiện đại hoá L1M, L2C, và L2M; hỗ trợ hoàn toàn cho các tín hiệu trên tần số mới L5 và tần số  dân sự L1C.

Các tín hiệu M-code của GPS III khi nhận được trên bề mặt   trái đất theo thiết kế đạt tối thiểu -153 dBW tại góc ngẩng 5 độ, trong khi chỉ số này là -158 dBW đối với các vệ tinh Block IIR và IIF. Khả năng này sẽ cải thiện và mang lại lợi thế lớn đối với các ứng dụng quân sự phải triển khai trong những điều kiện thực tế khó khăn hoặc khi thực thi các nhiệm vụ tối mật.

Độ chính xác trong dẫn đường là mối quan ngại đầu tiên của tất cả những người sử dụng GPS. Các tàu không gian GPS Block II yêu cầu phải cung cấp được độ chính xác liên tục nằm trong khoảng 3.5 mét URE (Sai số khoảng cách người dùng). GPS Block IIR yêu cầu phải cung cấp được độ chính xác 2.2 mét URE liên tục  24 giờ trong ngày, khi hoạt động theo chuẩn tần số đồng hồ nguyên tử (RAFS). Block IIF yêu cầu phải cung cấp được độ chính xác tới 3 mét URE 24 giờ trong ngày. GPS II yêu cầu phải cung cấp được độ chính xác 1.0 mét URE liên tục 24 giờ và được cải thiện cho cả ba chiều.

Hạ tầng phục vụ nghiên cứu thử nghiệm GPS III

Để đảm bảo hiệu quả cao nhất trong quá trình xử lý và sản xuất các tàu không gian GPS III SV, Lockhed Martin đã đầu tư xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng GPS đa chức năng (GPF) tại Waterton gần Denver, Colorado. Đây sẽ là khu vực triển khai việc chế tạo lắp ráp, tích hợp và thử nghiệm (AI&T) đối với tất cả  các tàu không gian GPS III.

Các hợp phần cấu thành vệ tinh sẽ được đưa tới đây từ nhiều địa điểm khác nhau trên khắp Hoa Kỳ để tham gia vào giai đoạn lắp ráp cuối cùng. Tiếp theo là giai đoạn thử nghiệm với nguồn điện ắc quy bao gồm cả công đoạn thử nghiệm trong ống gia nhiệt nóng TVAC và phòng thử nghiệm giao thoa tĩnh điện, tất cả đều được thực hiện tại GPF Waterton. Toàn bộ hạ tầng khu GPF đã được hoàn tất vào đầu năm 2012, các bước kiểm tra, đánh giá và hoàn thiện cũng đã sắp kết thúc đối với tất cả các hợp phần cấu thành GPF.

Cơ sở thử nghiệm vệ tinh GPS không bay GNST (GPS Non-Flight Satellite Testbed)

GNST được coi là hợp phần “dẫn đường” của cả chương trình GPS III. Mô hình đúng kích thước của tàu không gian GPS III SV với đầy đủ các chức năng được lắp đặt trong các hộp không bay, GNST sẽ phục vụ dưới dạng tàu không gian mô phỏng của GPS III. GNST tạo ra hợp phần kiểm tra vật lý tại GPF Waterton, Colorado và khu vực phóng tàu GPS - Căn cứ Không quân Cape Canaveral (CCAFS). Hợp phần quan trọng này sẽ giảm thiểu rủi ro cho quá trình lắp ráp tàu không gian, kiểm tra thử nghiệm, các hoạt động trước khi phóng tàu, và các chức năng bổ sung trong quá trình xây dựng.

GNST đã được chuyển đến GPF cuối năm 2011 và sẽ ở lại đây để phục vụ cho các hoạt động lắp ráp, tích hợp và thử nghiệm (AI&T) nhằm đảm bảo cho việc phóng tàu không gian GPS III trong năm 2012. Sau đó GNST sẽ di chuyển đến CCAFS trong vòng một năm để phục vụ cho các bước trước phóng tàu tại Căn cứ Không quân này.

Tiếp sau các hoạt động tại CCAFS, GNST sẽ quay trở lại GPF Colorado giữ nhiệm vụ kiểm tra thử nghiệm dài hạn trong suốt vòng đời của chương trình GPS III. GNST cũng được thiết kế với khả năng tiếp nhận các chức năng bổ sung cho GPS III trong tương lai. GNST đảm trách các nhiệm vụ trong giai đoạn thiết kế như kiểm chứng, đánh giá, tiền đánh giá trên mặt đất, hỗ trợ kỹ thuật, kiểm tra thiết bị, hiệu chỉnh các hoạt động liên quan đến công tác vận chuyển.

Những chức năng cao cấp của GPS III

Khi đã ở trên quỹ đạo, các vệ tinh GPS III đều có tuổi thọ dài hơn, độ chính xác được cải thiện một cách đáng kể, khả năng phục vụ cũng tốt hơn nhiều khi so sánh với các thế hệ vệ tinh GPS trước đây. Bảng 1 cung cấp thông tin tóm lược những yêu cầu cơ bản về năng lực hoạt động của các vệ tinh thuộc chương trình GPS III. Các tàu không gian GPS Block IIF và GPS III có những yêu cầu theo mức riêng cho từng vệ tinh riêng lẻ để xác định mức độ sẵn sàng phục vụ của vệ tinh.

Bảng 1. Chỉ tiêu kỹ thuật liên quan đến các thế hệ vệ tinh GPS

Vệ tinh thế hệ mới cũng mang đến cho cộng đồng người sử dụng những tính năng vượt trội so với thế hệ GPS hiện thời, một trong số đó là tín hiệu L1C. Trong phần sau sẽ phân tích kỹ hơn về tính năng quan trọng này của GPS thế hệ mới.

GPS III là thế hệ các vệ tinh GPS thứ nhất có khả năng lựa chọn số hiệu giả bất kỳ PRN (Pseudorandom Number) được xác lập trong khoảng từ 38 – 63. Điều này cho phép có nhiều hơn 32 vệ tinh trên trùm vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo, đây là một trong những điểm hạn chế của các vệ tinh GPS hiện thời và cũng là hạn chế của hợp phần điều khiển hệ thống. Tính năng mới này tuân thủ theo hướng dẫn ISGPS-200.

Các tàu không gian GPS III còn có khả năng mang theo đồng hồ công nghệ cao thứ tư. Khả năng này có thể được sử dụng giống như bộ phận trình diễn về mặt kỹ thuật công nghệ hoặc có thể được sử dụng dưới dạng kiểm chứng trên quỹ đạo, để phục vụ cho mục đích thiết kế đồng hồ độ chính xác cao trong tương lai. Đây là một trong những điểm quan trọng trong tương lai đối với độ chính xác mà trùm vệ tinh GPS có khả năng cung cấp.

Khả năng nhúng gài thêm những tính năng mới có trên các tàu không gian GPS III SV là một trong những chức năng quan trọng của cả chương trình. Khả năng nhúng gài (sẽ được phân tích kỹ trong phần sau) cho phép thiết kế bus có khả năng mở rộng hơn rất nhiều trong tương lai, điều này cũng là lý do để thuyết phục các nhà thầu phụ, các hãng sản xuất thiết bị công nghệ phụ trợ tham gia sâu hơn vào chương trình.

Tác giả: Willard Marquis và Michael Shaw – Công ty Các hệ thống Không gian Lockhed Martin.

Dịch, biên soạn và bổ sung: Nhóm Kỹ thuật & Công nghệ - Công ty TNHH ANTHI Việt Nam.

Mời Quý độc giả theo dõi tiếp Phần 4 trong Bản tin Công nghệ số 17-2012 ngày 02/05/2012

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!