Chương trình hiện đại hóa Hệ thống vệ tinh GLONASS (Phần 2)

Sat, 01/14/2012 - 18:51 — admin

Image Content

HIỆN TRẠNG TRÙM VỆ TINH

Mặc dù không thành công trong kế hoạch phóng ba vệ tinh lên quỹ đạo vào cuối năm 2010, nhưng hiện tại GLONASS đã là hệ thống hoàn chỉnh với 23 vệ tinh, được xác lập cấu hình cung cấp dịch vụ cho người sử dụng (Set Healthy), và một vài vệ tinh sử dụng làm vệ tinh dự phòng.

HÌNH 1 cho thấy rõ hơn những thay đổi của trùm vệ tinh, kể từ lần phóng đầu tiên vào năm 1982. Số lượng vệ tinh sử dụng cho mục đích cung cấp dịch vụ được tính toán vào tháng cuối của mỗi năm. Để tránh tình trạng xấu như trong giai đoạn 1996 – 2000, khi số lượng vệ tinh GLONASS giảm xuống mức thấp nhất, hiện tại hệ thống GLONASS luôn sẵn sàng với cả hai hợp phần trên quỹ đạo và các tàu không gian dự phòng mặt đất. Điều này cũng giúp loại bỏ những khoảng hở trong dịch vụ và mức độ sẵn sàng thay thế nếu có các vệ tinh gặp sự cố.

GLONASS-M

Trùm vệ tinh hiện tại cơ bản được tạo thành bởi số lượng lớn các vệ tinh GLONASS-M, thế hệ đầu tiên của các tàu không gian GLONASS, với những đặc điểm cơ bản như:

Tín hiệu dân sự FDMA trên dải tần L1 (1.6 GHz) và L2 (1.25 GHz), được tăng cường công suất truyền phát;
Liên kết vệ tinh trong cùng một mặt phẳng và giữa các mặt phẳng bằng chức năng khoảng cách và kết nối;
Xác lập mối quan hệ về độ ổn định tần số ngày bằng thiết bị đồng bộ nguyên tử 5 x 10^-14;
Tăng cường độ chính xác định hướng của các tấm pin năng lượng mặt trời;
Đảm bảo thời gian phục vụ liên tục trong 7 năm tiếp theo.

Các vệ tinh mới có thể được phóng lên quỹ đạo theo một trong hai phương thức - Hoặc là hợp phần chứa 3 vệ tinh với tàu phóng Proton sử dụng bộ tăng tốc Breeze-M từ sân bay vũ trụ Baikonur, hoặc với tàu phóng Soyuz sử dụng bộ tăng tốc Fregat từ sân bay vũ trụ Plesetsk.

GLONASS-M là thế hệ vệ tinh GLONASS cuối cùng với khoang tải được đặt trong hộp kín hoàn toàn. Hộp kín này đảm bảo duy trì nhiệt độ ổn định ở mức tốt nhất cho các đồng hồ độ chính xác siêu cao. Hệ thống cung cấp điện của vệ tinh GLONASS-M được cấu thành bởi các ắc quy nicken-hydrogen và các tấm pin mặt trời silicon có diện tích khoảng 30 m², đảm bảo cung cấp khoảng 1.400 W cho toàn bộ các thiết bị vận hành.

GLONASS-K

Hiện tại đã có một vệ tinh GLONASS-K thế hệ mới, đang tiến hành các bước bay kiểm tra trên quỹ đạo. Đây là vệ tinh đầu tiên trong dòng vệ tinh GLONASS-K, vệ tinh có khoang tải với không gian mở và thời gian hoạt động dự kiến trong 10 năm. Các chức năng tạo và truyền phát tín hiệu dẫn đường, cũng như tín hiệu liên lạc giữa các vệ tinh được thống nhất trong một module duy nhất để đảm bảo và tăng cường độ chính xác khi đồng bộ thông tin. Bên cạnh việc phát tín hiệu dẫn đường vô tuyến trên cả 3 dải tần, vệ tinh này còn mang theo thiết bị phát đáp đặc biệt, đó là hợp phần của hệ thống tìm kiếm cứu nạn COSPAS/SARSAT (Search-and-Rescue System). Trọng lượng toàn bộ của vệ tinh GLONASS-K ước khoảng 1.000 Kg, trong đó hợp phần thiết bị chiếm tỷ trọng khoảng 30%. Hợp phần tạo điện năng của vệ tinh thế hệ mới có thể tạo ra nguồn điện cao gấp hai lần so với hệ thống tạo điện năng có trên vệ tinh GLONASS-M.

Cùng thời điểm này, hạ tầng điều khiển mặt đất cũng được điều chỉnh và hiện đại hoá trang thiết bị, để có thể thực hiện được các kỹ thuật đo mới giữa các vệ tinh, cho phép người điều hành tăng cường một cách hiệu quả độ chính xác trong việc phát truyền lịch cũng như đồng hồ thời gian của vệ tinh. Hiện tại khoảng sai số tín hiệu trong không gian SISRE (Signal-in-Space Range Error) bằng 1,37 m. Trong tương lai gần, độ chính xác này cũng sẽ được cải thiện hơn nữa, thông qua việc hiện đại hoá các kỹ thuật và công nghệ kiểm soát vệ tinh kết hợp với việc phát triển mạng lưới trên toàn cầu các công cụ đo giám sát khác.

CÁC TÍN HIỆU DẪN ĐƯỜNG

Kể từ tháng 2/2011, vệ tinh GLONASS-K đã bắt đầu phát truyền những tín hiệu dẫn đường CDMA đầu tiên trên dải tần L3, kết hợp chặt chẽ với các tín hiệu hiện có trên dải tần L1 và L2. Đây là bước đi đầu tiên trong chiến lược phát triển tín hiệu dẫn đường mới. Những bước đi tiếp theo trong quá trình phát triển tín hiệu dẫn đường GLONASS CDMA, sẽ tập trung vào dải tần L1 và L2. Để có thể thiết kế được các tín hiệu dẫn đường thân thiện với người sử dụng, những đặc điểm quan trọng dưới đây đang được xem xét một cách nghiêm túc và thấu đáo:

GLONASS sẽ kết hợp chặt chẽ tập hợp tín hiệu dẫn đường chuẩn FDMA và CDMA để đáp ứng hầu hết những yêu cầu từ phía người sử dụng, từ dẫn đường đơn thuần cho tới các ứng dụng chuyên nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao.
Các tín hiệu mới cần được thiết kế nằm trong các giới hạn dải tần đã được tổ chức Liên minh Viễn thông Quốc tế ITU (International Telecommunication Union) xác định cho GLONASS.
Công suất tín hiệu với quang phổ mật độ thấp trong giải tần vô tuyến thiên văn 1610.6 – 1613.8 MHz.
Tương thích với các hệ thống GNSS khác trên thế giới;
Có khả năng kết hợp hoạt động với các hệ thống GNSS khác.
Kế hoạch phát triển tín hiệu mới cho các vệ tinh GLONASS phân chia theo mã được thể hiện rõ hơn trong BẢNG 1.

Từ HÌNH 3 đến HÌNH 8 thể hiện cấu trúc đề xuất của các tín hiệu GLONASS CDMA cũng như phổ của các tín hiệu này trong phạm vi phổ của các tín hiệu GNSS khác.

Do nhu cầu sử dụng các tín hiệu GNSS trên dải tần L3/L5 đang tăng, tương lai của các vệ tinh thuộc dòng GLONASS sẽ bao gồm cả hai tín hiệu này trong mỗi dải tần. BẢNG 2 bao gồm các tham số của các tín hiệu mới nằm trong dải tần này.