ח.ל.ל
תרשים 20: תיאור סכמתי של משימת הכנסת הלוויין ל-GEO
קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/amos2p4.html
לווייני תקשורת, המשמשים להעברת שידורי טלוויזיה, טלפוניה, אינטרנט ונתונים, מוצבים ופועלים במסלול הגיאוסינכרוני – GEOSYNCHRONOUS ORBIT (GEO). מסלול זה הוא מסלול מעגלי סביב כדור הארץ במישור המשווה, והוא מרוחק כ-36,000 ק”מ מפני הארץ.
התכונה העיקרית של ה-GEO היא כי כל נקודה עליו משלימה הקפה כל 24 שעות, כדוגמת נקודה על פני הארץ, ולכן הנקודה על המסלול נראית כ”עומדת” כלפי נקודה על פני הארץ. תכונה זו מאפשרת להעביר שירותי תקשורת לאזורים מוגדרים על פני הארץ. תרשים מספר 8 מתאר סכמתית את ה-GEO.
לאור העובדה כי קיים רק מסלול גיאוסינכרוני אחד בלבד הסובב את כדור הארץ, הוא מנוהל על-ידי ארגון התקשורת הבינלאומי – (ITU) INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, אשר יוצר מסגרת לביצוע תהליכי תיאום תדרי הלוויינים בין רשתות לווייניות שונות במטרה למנוע הפרעות הדדיות.
כל מערכת תקשורת לוויינית GEO מורכבת משלושה מקטעים עיקריים:
מקטע חלל: הלוויין (או הלוויינים) הנעים ב-GEO ומפעילים את מטעד התקשורת לצורך אספקת שירותי התקשורת.
מקטע קרקעי: מרכז בקרה קרקעי המפעיל את הלוויין, או הלוויינים, במהלך תקופת חייהם במסלול.
מקטעי המשתמשים: רשתות ספקי שירותי התקשורת הלוויינים המפעילים את רשתות התקשורת לשימוש לקוחותיהם.
בנוסף לשלושת מקטעים אלו, יש לכלול את האלמנטים הבאים הנדרשים להפעלת המערכת:
– שיגור הלוויין מפני הארץ והצבתו במסלול הגיאוסינכרוני בנקודה (“תחנה”) המאושרת.
– ביטוח המערכת למשך כל תקופת המשימה לצורך אבטחת מימוש התכנית העסקית.
– תיאום תדרי הלוויין, במסגרת תהליכי התיאום של ITU לצורך רישומו ואישור הפעלתו ב”תחנה”.
הרשת הלוויינית, המוגדרת על-ידי הלוויין המופעל ב-GEO ומקטע המשתמשים הקרקעי, היא זו המאפשרת אספקת שירותי תקשורת. הרשת כוללת שלשה אלמנטים עיקריים:
– תחנת “הערוץ העולה” ללוויין (UP-LINK STATION), כגון תחנת שידור של ערוץ טלוויזיה, המשדרת את האותות ללוויין. תחנות אלו ממוקמות בשטחי השירות (SERVICE AREAS) שיוצר הלוויין.
– הלוויין עצמו, הנמצא ב-GEO, והקולט את האותות העולים באמצעות מטעד התקשורת שלו, המורכב מאנטנת קליטה, מערכת המשיבים (TRANSPONDERS), ואנטנת שידור. האותות הנקלטים מוגברים על-ידי המשיב, משנים את התדר, מוגברים, ומשודרים חזרה לפני הארץ באמצעות אנטנת השידור של הלוויין, לאזורי השירות המוגדרים.
– תחנת הקליטה או תחנת “הערוץ היורד” (DOWN-LINK STATION), הממוקמות בשטחי השירות של הלוויין, קולטת את האותות המשודרים מהלוויין, מפענחת אותם ומציגה אותם על מסך הטלוויזיה הביתי של המשתמש. דוגמה לתחנת קליטה היא אנטנת YES + הממיר של YES.
תרשים 10 מתאר סכמתית את הרשת הלוויינית, ותרשים 11 מתאר סכמתית את שטחי השירות של הלוויין.
מערכת תקשורת לוויינית GEO מאפשרת לספק שירותי תקשורת מנקודה אחת למספר רב של נקודות הנכללות בתוך אזורי השירות של הלוויין (POINT TO MULTI-POINTS COMMUNICATION SYSTEM), כאשר כל הנקודות מקבלות שירותים תקשורת באיכויות מינימליות מובטחות.
השירותים העיקריים של מערכת תקשורת לוויינית GEO הם שידורי טלוויזיה ונתונים. שידורי הטלוויזיה, רובם ככולם, הם שידורים ספרתיים דחוסים (DIGITAL COMPRESSED BROADCASTING) , המאפשרים קליטה ישירה בבתי הצופים (DIRECT TO HOME – DTH). רוב הערוצים הלווייניים משודרים היום כ-DBS (DIRECT BROADCASTING SERVICES).
התרשים מראה את הלוויין ב-GEO הקולט את חבילות הערוצים המשודרים אליו מתחנת השידור (UPLINK STATION). השידורים משודרים מהלוויין ונקלטים בבתי הצרכנים באמצעות אנטנות קליטה ביתיות קטנות (קוטר של 60 ס”מ עד 1 מטר). הסיגנלים נקלטים בממיר (IRD) הכולל גם “כרטיס חכם” המאפשר לזהות את המנוי, לפרום את האותות הדחוסים ולהציגם במכשיר הטלוויזיה, או במחשב הביתי, ואם האותות הם אותות אודיו – לשדרם באמצעות מערכות אודיו ביתיות. הכרטיס החכם מאפשר לבצע את החיובים החודשיים של המנוי, לאפשר לו להזמין ערוצים נוספים, סרטים בתשלום וכדומה.
רוב תקשורת הנתונים מבוצעת באמצעות רשתות VSAT (VERY SMALL APERTURE TERMINALS). רשתות אלו מאפשרות לקשר בין סניפים של אותו עסק (לדוגמה: סניפים של בנק, מרכולים של רשת מסוימת, בתי מרקחת וכדומה). המערכת בנויה מתחנה מרכזת (HUB STATION) המקשרת בין הלוויין לבין תחנות הקצה של המערכת. באמצעות הרשת ניתן לקשור בין כל שתי תחנות קצה ישירות או דרך ה-HUB. תרשים 13 מתאר סכמתית רשת VSAT, ותרשים 14 מתאר את ציוד ה-VSAT בתחנת קצה.
באמצעות רשתות VSAT ניתן לקשר אזורים מרוחקים (REMOTE AREAS), שאינם מחוברים לקויי התקשורת הקרקעיים, למרכזיות טלפונים ראשיות באמצעות לוויין. כמו כן ניתן לפרוש רשתות SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) לניטור וקליטת נתונים שונים, וכן קישוריות לאינטרנט. תרשימים 15, 16, ו-17 מתארים את השימושים האלה.
לוויין תקשורת גיאוסטציונרי, באמצעותו מופעלות רשתות התקשורת השונות שנסקרו קודם, מורכב מפלטפורמה לוויינית (“BUS”) וממטעד תקשורת (COMMUNICATION PAYLOAD).
מטעד התקשורת הוא ה”מטען המועיל” של הלוויין, ובאמצעותו מסופקים שירותי התקשורת הלווייניים. הוא מורכב מאנטנות קליטה ושידור ומערכת המשיבים. על-פי-רוב כולל המטעד גם את מרכיבי השידור והקליטה של מערכת הפיקוד והטלמטריה של הלוויין.
הפלטפורמה הלוויינית מטרתה ל”החזיק” את מטעד התקשורת במסלול, לספק לו את ההספק החשמלי הנדרש, לשמור על הכוון האנטנות לאזורי השירות המוגדרים, ולהגן על המערכת בפני התנאים הסביבתיים בזמן השיגור ובמסלול. הפלטפורמה הלוויינית מורכבת משש תת המערכות כמתואר בתרשים.
עם סיום תהליך פיתוח הלוויין מיוצרות כל היחידות המוטסות. היחידות מורכבות על מבנה הלוויין (STRUCTURE), עוברות תהליכי בדיקות ושילוב. עם השלמת הרכבת הלוויין הוא עובר תהליכי שילוב, בדיקות, ניסויי סביבה (דימוי תנאי השיגור ותנאי המסלול), ובסופן מתקיים סקר קבלה ראשוני של הלוויין, המאפשר לשנע אותו לאתר השיגור. באתר השיגור מבוצעות פעילויות הכנת הלוויין לשיגור, כולל התקנתו במשגר. הלוויין משולב במשגר בתצורת שיגור: המשטחים הסולריים מקופלים, אנטנות התקשורת מקופלות, אספקת החשמל מבוצעת באמצעות המצבר ורק ליחידות שפעולתן נדרשת במהלך השיגור (זאת במטרה לחסוך בהספק חשמלי המוגבל על-ידי המצבר).
שיגור הלוויין מבוצע מאתר שיגור ייעודי של המשגר שנבחר. המשגרים הזמינים כיום בשוק הם מסוג המשגרים המתכלים (EXTENDABLE LAUNCH VEHICLE), המבוססים על טכנולוגיות הטילים הבליסטיים הבין-יבשתיים אשר פותחו בשנות 1960', והוסבו לשיגור לוויינים.
שיגור לוויינים למסלול גיאוסטציונרי מבוצע בשני שלבים:
o הראשון, באמצעות המשגר, הוא הזרקת הלוויין למסלול מעבר גיאוסטציונרי (GEOSTATIONARY TRANSFER ORBIT – GTO).
o השני, על-ידי הלוויין עצמו, מעבר למסלול הגיאוסציונרי (GEO) והצבתו ב”תחנה” המאושרת.
ה-GTO הוא מסלול אליפטי (תרשים 19), בעל אפוגיאה (קודקוד האליפסה המרוחק מכדור הארץ) של GEO (כלומר, 36,000 ק”מ), וופריגיאה (קודקוד האליפסה הקרוב לכדור הארץ) של 300-4,000 ק”מ, ואינקלינציה (הזווית שבין מישור ה-GTO למישור המשווה של כדור הארץ) של 7-25°. פרמטרים אלה מותנים במיקום אתר השיגור (מעלת הרוחב של מיקומו).
תכונות ה-GTO מאופיינות על-ידי המשגר: יכולת ההרמה שלו, מיקום אתר השיגור, ועוד. ככל שאינקלינציה של מישור ה-GTO קטנה יותר, וככל שהפריגיאה של ה-GTO גבוהה יותר, כך נדרשת כמות קטנה יותר של דלק לתמרוני ה-GTO. ככל שכמות הדלק קטנה יותר, כך ניתן להאריך את אורך חיי משימת הלוויין, ו/או להגדיל את מספר המשיבים הפעילים שהוא נושא.
אתרי השיגור הקרובים יותר לקו המשווה אטרקטיביים יותר לשיגורי GEO מהאתרים המרוחקים ממנו (האינקלינציה של מישור ה-GTO קטנה יותר). לכן, חברות שירותי השיגור המספקות שיגורים באמצעות משגרים המשוגרים מאתרים צפוניים (כדוגמת BAIKONUR) נדרשות להזריק את הלוויין המשוגר ל-GTO כזה אשר מאפשר ללוויין לבצע תמרונים (ירי ABM) לצורך כניסה ל-GEO באותה תוספת מהירות (DV) הנדרשת מ-GTO של משגרים (כדוגמת משגרי (ARIANE) המשוגרים מאתר השיגור שב-KOUROU, FRENCH GUIANA, הממוקמת בקו רוחב 7° צפונה לקו המשווה.
כאמור, הלוויין מוזרק על-ידי המשגר ל-GTO, ולאחר ההפרדה בין הלוויין למשגר מבוצע תהליך ההכנסה למסלול הגיאוסטציונרי, הנמשך כעשרה ימים ומורכב משלושת השלבים הבאים:
א. שלב ראשון: ביצוע פעולות ראשונות המאפשרות ללוויין לתפקד כמערכת: רכישת ארץ, פריסת משטחי שמש וניתוק המצבר ממערכת אספקת החשמל, פריסת אנטנות תקשורת, הפעלת כל מערכות הלוויין, המשך שיוט ב-GTO.
ב. שלב שני: הכנסה ל-GEO. התהליך דורש ל”עגל” את ה-GTO (מסלול אליפטי) למעגל ברדיוס 42,000 ק”מ ממרכז הארץ (36,000 ק”מ מפני הארץ), תוך ביטול האינקלינציה של מישור ה-GTO, כלומר: השגת אינקלינציה של .0° פעולות אלו מושגות על-ידי הקניית תוספת מהירות ללוויין כאשר הוא נמצא באפוגיאה של המסלול. תוספת המהירות הכוללת הנדרשת היא DV 1,500 M/SEC. תוספת המהירות מוקנית ללוויין על-ידי הפעלת המנוע הגדול של הלוויין (APOGEE BOOST MOTOR – ABM) בשלוש הפעלות למשך זמן מצטבר של כשעה אחת. וקטור הדחף של המנוע מתוכנן כך שתוך כדי הקניית תוספת המהירות ללוויין הוא גם יגרום להקטנת האינקלינציה עד ל-.0°
ג. שלב שלישי: עם הכנסת הלוויין ל-GEO הוא מוצב ב”תחנה” במאושרת תוך כדי סחיפתו במסלול, מהנקודה אליה הוכנס עד ל”תחנה”. תרשים 20 בראש המאמר מתאר סכמתית את שלבי התהליך.
השלב האחרון לפני מסירת הלוויין ללקוח הוא שלב בדיקות הקבלה הסופיות במסלול (IOT), במסגרתן מוכיח יצרן הלוויין ללקוח כי כל הביצועים המובטחים של המערכת הלוויינית מושגים במסלול.
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~719242585~~~151&SiteName=hayadan
