Voorwoord:
In dit verslag gaan we het hebben over satellieten. Dit onderwerp heb ik gekozen omdat ik het wel een interessant onderwerp vond, en je kunt ook veel informatie over het onderwerp vinden in boeken, tijdschriften en op het internet.
Het onderwerp heeft eigenlijk niet zoveel meer met mijn stage plaats te maken. Maar ik heb het onderwerp toch gekozen omdat ik een heel interessant onderwerp vind.
Op school hadden we het ook nog even over het eerste verslag gehad, je mocht je een onderwerp kiezen die niet echt met je stage te maken had, dit met het oog op de nog maar beperkte tijd die we hebben stage gelopen.
Ik hoop toch dat dit verslag daarom niet minder wordt beoordeelt.
Ik heb samen met mijn stagebegeleider ook nog een ander onderwerp afgesproken.
Dit onderwerp heeft meer met mijn stage en dus de praktijk die ik daar op doe te maken dan dit verslag.
Dit verslag zal gaan over doorslagbeveiligingen.
Dit onderwerp heb ik niet genomen omdat ik al een beging had gemaakt met dit verslag en ik het dan helemaal voor niks had gedaan, dit vond ik zelf een beetje erg zonde van mijn toch al schaarse vrije tijd.
Met vriendelijke groet,
Martin
Inleiding:
Wat is nou eigenlijk een satelliet?
Om informatie over te brengen maken we in sommige gevallen gebruik van elektromagnetische (radio) golven. Voor deze manier van informatie overbrenging is geen glasvezelkabel of UTP of wat dan ook voor een kabel nodig.
Met deze manier van signaal transport kunnen we enorme afstanden overbruggen.
Er zit wel een nadeel aan, dit is het grillige gedrag van een radiogolf in de ether.
Nog een nadeel is dat we aan veel voorwaarden moeten voldoen voor wij een bruikbaar verbindingskanaal hebben opgebouwd. En dan komt het soms ook nog voor dat we door onvoorziene omstandigheden de verbinding weg valt of verstoort wordt.
Voor het overbruggen van zeer grote afstanden maken we gebruik van frequenties in de korte golf, ook wel KG genoemd. Deze korte golven worden afgebogen, dit noemen we ook wel reflectie, via de ionosfeer en overbruggen we enorme afstanden.
De ionosfeer is weliswaar zeer instabiel daardoor is de verbinding dus ook zeer instabiel en dus onbetrouwbaar.
De teruggebogen elektromagnetische golven komen dan op een hele andere plek op de aarde terug. De plaats waar deze elektromagnetische golven terecht komen kunnen we niet exact bepalen, maar soms is het ook heel handig die instabiele ionosfeer. Als we met een zender een signaal uit zenden en we nemen een ontvanger met een heel grootbereik dan moet het mogelijk zijn dat we het signaal op te vangen zonder dat we gebruik maken van een satelliet en toch een aanmerkelijke afstand overbruggen.
Willen we wel veilig en betrouwbaar en snel een signaal van a naar b sturen dan moeten we dat doen met behulp van een satelliet.
Met een satelliet werken we met een frequentie van enkele honderden megahertz (MHz) tot soms wel in de tientallen gigahertz (GHz), deze elektromagnetische golven planten zich rechtlijnig voort. Met dit principe kunnen we hele grote afstanden overbruggen, dit omdat we precies weten waar de golf terecht komt.
Een satelliet moeten we zien als een object dat om een ander object gaat, met andere woorden een planeer bijvoorbeeld. Er zijn natuurlijk satellieten zoals de maan maar er zweven ook honderden door de mens gemaakte satellieten rond de aarde.
Een vertaling voor het woord satelliet is verzorger.
En een satelliet is ook niet meer dan een verzorger van een dienst.
De eerste satellieten:
In 1957 werd in Rusland de eerste door de mens gemaakte satelliet gelanceerd.
Deze satelliet was de Sputnik I.
De Sputnik I had een doorsnede van 58cm met een gewicht van niet meer dan 83,6 Kg (op aarde gemeten). Helaas voor de Russen viel de Sputnik na 90 dagen al weer uit de atmosfeer.
Maar de Russen lieten zich niet uit het veld slaan en ze lanceerden nog dat zelfde jaar de Sputnik II. Deze satelliet had het eerste levende wezen met zich mee dat de ruimte inging. Het eerste levende wezen dat in de ruimte was, was een hond genaamd Laika.
De Sputnik II was in gewicht aanmerkelijk zwaarder, deze satelliet woog al 503,8 Kg.
Op 14 April verbranden ook de Sputnik II in de atmosfeer, dit gebeurde toen hij weer terug wou keren naar de aarde, het hondje Laika dat in de Sputnik zat verbrande met hem mee.
[plaatje0]
(Figuur1 De Sputnik II)
De Amerikanen waren bang geworden dat ze een te grote technologische achterstand hadden op gelopen op het gebied van de ruimtevaart. Daarom brachten ze in 1962 Alan Shepard met de Mecury capsule de ruimte in.
De ruimterace was begonnen
De Sputnik was een satelliet die niet signalen kon ontvagen en dan weer verzenden. De Sputnik noemen we daarom ook wel een passieve satelliet. De eerste actieve satelliet was gelanceerd op 10 Juli in 1962. Deze satelliet was de Telstar. De Telstar was de eerste satelliet die T.V. beelden over zee transporteerde. Het beeld dat deze satelliet transporteerde was een Amerikaanse vlag met daar voor een beeld van het satelliet ontvangststation in Maine Andover. Dit eerste beeld werd niet meer dan een paar uur later eerst naar Frankrijk gestuurd en toen dat gelukt was werd het ook naar Duitsland gestuurd. Niet veel later daar op zond Europa, Frankrijk en Duitsland, zijn eerste beelden naar de Verenigde Staten terug. Dit waren de eerste Live beelden die via een satelliet de wereld overgingen. Tot en met 21 februari 1963 heeft de Telstar gewerkt. Op die dag viel het signaal wat de Telstar verzond opeens weg. Dit kwam, dat dacht men althans, omdat één van de transistoren door kosmische straling kapot is gegaan. Om dit probleem tegen gegaan heeft men de Telstar II satelliet uitgerust met speciale apparatuur om kosmische straling te onderzoeken. Voor de rest was de Telstar II satelliet precies het zelfde als de Telstar I satelliet. De Telstar I satelliet kon 1 T.V. kanaal of 600 geluidskanalen transporteren. Deze geluidskanalen gebruikte men vaak voor lange afstandstelefoon gesprekken. De Telstar I en II hadden beide een diameter van 88 cm met een gewicht van ongeveer 77 Kg. [plaatje1] (Figuur 2 De Telstar) De Telstar satelliet bestond uit een antenne, een telemetrie module, een traveling wave tube amplifier, een paar zonnecellen, een twee tal rond om antenne’s en een paar nikkel-cadnium batterijen. Satellietbanen: Satellietbanen onderscheiden zich naar de vorm van de baan die ze beschrijven en de hoogte waarop ze zich bevinden. Wat betreft de vorm van de baan kunnen we de volgende onderscheiden: - Cirkelvorm - Ellipsvorm [plaatje2] (Figuur 3 Cirkelvormig satelliet baan) De vorm en de hoogte van de satelliet baan wordt ook wel in de volksmond omloopbaan genoemd. De soort baan die we kiezen voor een satelliet is afhankelijk voor wat voor een doeleinde we hem willen gebruiken. Daarnaast kunnen we nog in geografische zin onderscheid maken tussen polaire en de equatorbaan. De polaire baan loopt over de polen van de aarde, terwijl de equatorbaan zich boven de evenaar bevindt. Een tussenliggende baan is echter ook mogelijk. Hierbij wordt de baan gedefinieerd door de inclinatiehoek. Dit is een hoek die de satellietbaan maakt met de evenaar. Dit kunnen we goed zien in het onderstaande plaatje. [plaatje3] (Figuur 4 Inclinatiehoek van 35 ° met de evenaar) Ook kunnen we satellieten nog onderverdelen in twee soorten. Dat is de asynchrone satellieten en aardsynchrone satellieten. De tijd dat een satelliet nodig heeft voor een aardomloop, hangt af van de hoogte boven de aarde en de snelheid van de satelliet. Asynchrone satellieten maken veelal in ongeveer 90 minuten een omloop rond de aarde. Voor radio en T.V. doeleinden zijn dergelijke satellieten minder geschikt, dit omdat ze maar een beperkte tijd kunnen functioneren en bovenal vaak een nauwkeurig antenne-volgsysteem vereisen. Eén van de eerste Asynchrone satellieten was de Telstar-1. Voor radio en T.V. satellieten maken we meestal gebruik van een cirkelvormige equatorbaan. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van een geostationaire of wel een aardsynchrone satellietbaan. De geostationaire satellietbaan bevind zich ongeveer op een hoogte van 35786 Km boven de evenaar, waarbij we wel een snelheid van circa 1100 Km/uur moeten realiseren. Vanuit deze positie kan de satelliet ongeveer één derde van het aardoppervlak bestrijken
De eerste aardsynchrone satelliet was de Syncom, deze satelliet was gelanceerd in 1964. Satellietbaan hoogte: Naast de vorm van de satelliet onderscheiden we dus ook nog de hoogte van een baan. De baanhoogte bepaald de snelheid van een satelliet en dus eveneens de omlooptijd rond de aarde. Bij de aanduiding baanhoogte bij satellieten onderscheiden we: - Geostationary earth orbit (GEO) - Medium earth orbit (MEO) - Low earth orbit (LEO) GEO
Met GEO bedoelen we de geostationaire baan, dat wil zeggen dat een satelliet in deze baan, op een hoogte van ongeveer 36.000 Km bevind, en een omlooptijd hebben die gelijk is aan de aardrotatie. Hierdoor bewegen deze satellieten zich nauwelijks ten opzichte van de aarde. Communicatiesatellieten (radio/T.V.) maken nagenoeg uitsluitend gebruik van deze baan. Een belangrijk voordeel is dat ontvangstantennes zeer nauwkeurig op deze satellieten kunnen worden afgestemd, men noemt dit ook wel het richten van een antenne. Geostationaire satellieten zijn minder geschikt als het gaat om telefoontoepassingen met mobile telefoontoestellen, Hand-helds. Deze ‘grondstations’ werken met een zeer laag zendvermogen en hebben praktische problemen met de versterking van het zeer hoogfrequent satellietsignaal. De satelliettransponders maken namelijk gebruik van frequenties tussen de 1 GHz en de 12 GHz. MEO en LEO
Om directe satellietcommunicatie met hand-helds (mobile telefoons) mogelijk te maken, zouden we satellieten moeten gaan uitrusten met zeer grote paraboolantennes en zonnepanelen die aanzienlijke elektrische vermogens moeten kunnen leveren. Deze voorzieningen brengen zeer hoge kosten met zich mee. Om deze redenen gaan service-providers van satelliettelefonie over tot het gebruik van satellietsystemen met een omloopbaan op geringe hoogte. Bij deze satellietsystemen maken we onderscheid tussen MEO- (meduim earth orbit) en LEO-satellieten (low earth orbit). Bij communicatie met een MEO- of een LEO-satelliet kunnen we voldoen met een gering zendvermogen en een betrekkelijk simpel en eenvoudig antennevolgsysteem. Bij de keuze van deze satellietbanen moet rekening worden gehouden met de zogenoemde van allan-stralingsgordel. Deze stralingsgordel, ook wel stralingsgebeid genoemd, strekt zich uit van 200 Km hoogte tot wel 20.000 Km, met een minimum op ongeveer 12.000 Km. De straling binnen deze gordel veroorzaakt een verstoring in de satelliet ontvangst. In verband hiermee moet de hoogte van de satellietbaan met zorg worden gekozen. Zowel bij MEO als bij LEO-satellieten bewegen zich ten opzichte van de aarde, omdat hun omlooptijd kleiner is dan die van de aarde, deze is dus kleiner dan 24 uur. Hierdoor zijn deze satellieten een beperkte tijd van horizon tot horizon ín zicht’. Ook telefonietoepassingen hebben echter een real-time karakter nodig. Met real-time wil zeggen dat de verbinding aanwezig moet blijven zolang deze gewenst is. Een communicatiesysteem van MEO en LEO-satellieten bestaat dan ook vaak uit een groep of een cluster. De satellieten binnen een groep of cluster moeten zodanige banen beschrijven dat zij elkaar ononderbroken van horizon tot horizon opvolgen. Een andere belangrijk kenmerk van MEO en LEO-satellieten zijn kortere signaallooptijden ten opzichte van GEO-satellieten. Met name bij telefonie toepassingen is dat een zeer groot voordeel. [plaatje4] (Figuur 5 Cluster van 5 satellieten) MEO
De van Allan-gordel bestaat uit twee stralingsgordels, namelijk één binnen – en een buitengordel. Tussen deze twee gordels bevindt zich op 12.000 Km een gebied met betrekkelijk laag stralingniveau.
De satellietbaan op deze hoogte wordt ook wel MEO genoemd. De omwentelingstijd van een MEO0satelliet bedraagt ongeveer 6 uur.
LEO
LEO-satellieten bevinden zich in een lage baan, deze baan ligt tussen de 500 Km en de 2000 Km. De minimumhoogte die praktisch mogelijk is, wordt bepaald door de atmosferischevrijwing, die satellieten afremt. De luchtvrijwing heet ook wel atmosferischevrijwing. De luchtvrijwing beperkt de levensduur van deze satellieten. LEO-satellieten hebben een omwentelingstijd die, afhankelijk van de hoogte, ligt tussen de 1,5 en de 2 uur. Overzicht
Hieronder staat even een duidelijk en kort overzichtje van de banen met de hoogte en zijn toepassing en de omlooptijd. Type Hoogte Omwentelingstijd Signaalvertraging Aantal toepassing
GEO 36.000 Km 24 uur 0,25 s 3 Radio en T.V. MEO ± 12.000 Km 6 uur ± 0,1 s 12 Mobie telefonie
LEO 500-2000 Km 1,5-2 uur 0,01-0,02 s 24-66 Opbouw satelliet: Inleiding
Een satelliet lijkt op een gigantische Lego-doos, handmatig en zeer zorgvuldig opgebouwd en bestaande uit duizenden onderdelen. Iedere satelliet bestaat uit minstens twee modules: De Payload Module (nuttige lading) met alle instrumenten bestemd voor de "missie", het doel van de satelliet
De Service Module met alle apparatuur die de missie nodig zijn. Ieder van de modules is opzichzelf weer opgebouwd uit zogenaamde subsystemen. Dit zijn bouwstenen die ieder op zich een functie vervullen. Voor de payload module zijn de functionele bouwstenen telkens weer anders. Ze zijn afhankelijk van de missie van de satelliet. De service module bestaat uit een aantal bouwstenen die vrijwel in iedere satelliet weer terugkomen: Ieder van de modules is opzichzelf weer opgebouwd uit zogenaamde subsystemen. Dit zijn bouwstenen die ieder op zich een functie vervullen. - De draagstructuur (het "Chassis" van de satelliet) - De elektrische voeding(zonnepanelen en accu) - De elektrische kabelboom - De baan- en standregeling - De telemetrie- en afstandsbesturing - De boordcomputer( evt. met massageheugen) - Het temperatuurregelsysteem - Het voortstuwingssysteem - Diverse mechanismen [plaatje5] (Figuur 6 Opbouw satelliet) De draagstructuur van de satelliet
De draagstructuur dient, zoals het woord al zegt, als een stabiel platform voor de nuttige lading en de functionele systeemonderdelen van de service module. De structuur moet licht, stijf en stabiel zijn. Ze moet bestand zijn tegen de hoge mechanische/dynamische belastingen die optreden in de diverse stadia van de missie, zoals tijdens de lancering. De structuren worden gefabriceerd van aluminium en composiet materialen. Dit zijn kunststoffen die versterkt zijn met koolstofvezels. De Clustersatelliet die hier is afgebeeld, bestaat uit een cilindervormig platform met een aluminium honingraatstructuur, afgedekt met composiet huidplaten. Op dit cilindervormige platform, zijn de diverse subsystemen gemonteerd. Elektrische voeding
De elektrische voeding bestaat vrijwel altijd (met uitzondering van "deepspace missies"), uit zonnepanelen die hun elektrische energie afgeven van boordaccu’s. De zonnepanelen zitten bij de lancering opgevouwen tegen de satelliet en worden uitgevouwen zodra de satelliet in zijn baan is aangekomen. De panelen worden door een roterend/scharnierend mechanisme voortdurend loodrecht op de zon gericht gehouden.
Tijdens de eclips, wanneer de satelliet zich in de aardschaduw bevindt, komt de voeding uit de boordaccu’s die regelmatig worden bijgeladen door de zonnepanelen.
De elektrische bekabeling verbindt de boordcomputer met alle sensoren en subsystemen. De bekabeling verbindt ook de zonnepanelen via slipringen, met de boordaccu's en met de centrale voedingskabel naar alle subsystemen. Een weldoordachte kabelrouting en adequate afscherming zorgen ervoor dat er geen ongewenste elektromagnetische storingen kunnen ontstaan met o.m. de gevoelige micro elektronica.
Baan- en standregeling
Dit systeemonderdeel zorgt ervoor dat de satelliet in zijn baan blijft of doelbewust in een andere baan gemanoeuvreerd wordt. Bovendien zorgt de standregeling ervoor dat de satelliet de juiste stand blijft innemen t.o.v. de aarde, zon en/of bepaalde sterren. In de regel worden gyroscopen gebruikt in combinatie met een voortstuwing gebruik makend van kleine raketjes die pulserend kunnen werken. Telemetrie en afstandsbesturing
Met behulp van de telemetrie worden allerlei "huishoudelijke" gegevens van satelliet naar de grondstations verzonden waaruit men kan zien of alle systemen aan boord van de satelliet goed functioneren. Bovendien worden via de telemetrie de waarnemingen van de zich aan boord bevindende camera's, telescopen, sensoren etc. naar de aarde gezonden. Via een "up-link" kunnen besturingscommando’s vanaf de grondstations naar de satelliet worden verzonden, bijv. om baancorrecties uit te voeren. De satellietzend- en ontvangapparatuur inclusief antennes maakt ook deel uit van het telemetriesysteem. Boordcomputer
De boordcomputer speelt een centrale rol in de telemetrie en afstandsbesturing. Er wordt gezorgd voor de decodering van de binnengekomen commando’s en codering van alle te verzenden data en tevens voor de synchronisatie signalen naar alle subsystemen. Het massageheugen zorgt voor tijdelijke opslag van gegevens, voor periodes dat de grondstations niet zichtbaar zijn voor de satelliet. Voorts kan de boordcomputer met alle specifieke software,alle satelliet-functies zelfstandig bewaken, waardoor de satelliet autonoom kan opereren tijdens die gedeeltes van zijn baan waarin de aarde langere tijd niet zichtbaar is. Thermische regeling
Dit is een zeer belangrijk subsysteem van iedere satelliet. De thermische regeling zorgt voor een juiste temperatuurbalans aan boord van de satelliet, zodat alle subsystemen goed blijven functioneren. Zonder thermisch regelsysteem, zouden grote temperatuur verschillen optreden tussen de door de zon beschenen delen en de satellietdelen die zich in de schaduw bevinden. Hierdoor zouden grote materiaal spanningen en vervormingen van de structuur het gevolg zijn. Een grote diversiteit aan passieve en actieve hulpmiddelen, zoals warmte absorberende- en reflecterende coatings, radiatoren, louvre-systemen, isolatie-"dekens" en folies, elektrische verwarmings- en koelelementen wordt toegepast om de temperatuur aan boord van de satelliet binnen de toegelaten bereik te houden waaronder de diverse onderdelen nog goed functioneren. Zo is de toegelaten temperatuurrange voor elektronische circuits 0-40C, die van accu's 5-20C en van de structuur van -45tot+65C. In de ontwerpfase wordt een gedetailleerd computermodel samengesteld waarin de temperatuur verdeling en thermische balans van de gehele satelliet in kaart wordt gebracht. Dit model wordt in een latere fase uitgewerkt doormiddel van een test in een vacuümkamer. Voortstuwing t.b.v. baanregeling en baancorrecties. Dit voortstuwingssysteem bestaat meestal uit enkele lichtere raketjes die gebruik maken van koude gassen zoals hydrazine en pulserend aan en uitgeschakeld kunnen worden. Voor kleine baan correcties worden tegenwoordig ook wel Ionenraketmotoren toegepast. Als grotere baanveranderingen nodig zijn ,wordt een "booster" systeem gebruikt met een grotere boostermotor en met 2 verschillende vloeibare brandstoffen. Met de hier afgebeelde Clustersatelliet worden complexe baan manoeuvres uitgevoerd, waarvoor veel brandstof nodig is. Deze is opgeslagen in de bolvormige brandstoftanks. Binnen in de cilinder, bevindt zich de boostermotor en andere delen van het voortstuwingssysteem. [plaatje6] (Figuur 7 Voortstuwing) Mechanismen
Diverse subsystemen zoals uitvouwbare antennes en zonnepanelen, maar ook paaiplaats met uitschuifbare masten met sensoren, maken gebruik van mechanismen voor allerlei soorten bewegingen zoals rotatie, uitvouwen, scharnieren, richten van telescopen etc.. Er worden zware eisen aan deze onderdelen gesteld daar ze betrouwbaar moeten functioneren onder extreme temperaturen. Bovendien bedienen ze vaak systemen die een centrale rol spelen voor het al of niet goed functioneren van de satelliet. Zo leidt bijvoorbeeld een weigerend uitvouwmechanisme voor het uitvouwen van zonnepanelen, tot een volledige mislukking van de gehele satelliet! In de baan brengen van een satelliet: Het in de baan brengen van een satelliet deden we in de jaren 60 nog met een raket, dit was niet erg praktische, want raketten kon men maar één keer gebruiken. NASA heeft een lange termijn plan ontwikkeld het zogenaamde "Advanced Space Transportation Program" (ASTP). Het ASTP plan bestaat uit een gefaseerde ontwikkeling van drie generaties nieuwe ruimtetransport systemen, zogenaamde Reusable Launch Vehicles (RLV's), over een tijdsduur van ongeveer 50 jaar! De Space Shuttle zal dus nog vele jaren operationeel blijven
De Space Shuttle is, hoewel niet helemaal herbruikbaar, in feite een RLV van de 1e generatie. De Space Shuttle vliegt al zo'n 20 jaar en kan beschouwd worden als een hoeksteen van de Amerikaanse ruimtevaart. Er is gevlogen met meer dan 800 "payloads" en 600 astronauten. De 100e vlucht zal dit jaar, in 2001, plaats vinden. Er wordt veel gedaan om de Shuttle nog minstens 10 jaar in bedrijf te houden. Hij is onder meer van vitaal belang voor de opbouw van het International Space Station. Regelmatig worden verbeteringen ontwikkeld: Zo heeft men een nieuwe brandstoftank ontworpen van een aluminiumlithium legering die 3500 kg lichter is en 30 % sterker. Er is ook een verbeterd bewakingssysteem in de motoren gepland dat werkt met optische en vibratie sensoren die microscopische onregelmatigheden onmiddellijk signaleren. Daarnaast worden verbeteringen doorgevoerd in de nog altijd als gevaarlijk beschouwde vaste brandstof boosters. Tenslotte is een sterk geautomatiseerde "slimme" cockpit in ontwikkeling. Een voorloper hiervan is de "glazen" cockpit, volledig uitgerust met videoschermen zoals te zien is op de afbeelding hiernaast. Hiermee zal dit jaar voor het eerst op de shuttle "Atlantis" gevlogen worden. [plaatje7] (Figuur 8 Een Space Shuttle)
Enkele wetenswaardigheden:
- De Space Shuttle is opgebouwd uit meer dan 2,5 miljoen onderdelen en kan als een van de meest complexe machines worden beschouwd, die ooit zijn gebouwd.
- Bij de lancering bereikt de Shuttle in 8,5 minuten een snelheid van 28.000km/uur. Dat is ongeveer even snel als een geweerkogel.
- In deze 8,5 minuut wordt 1,6 miljoen kg brandstof verbruikt. Het totale lanceergewicht inclusief alle brandstof bedraagt ruim 2 miljoen kg.
- Omdat de raket-hoofdmotor vloeibare zuurstof en waterstof als brandstof gebruikt, bestaat het merendeel van de uitlaatgassen uit waterdamp.
- Bij de lancering ontwikkelen de vaste brandstofraketten een vermogen van 44 miljoen pk . De vaste brandstof bestaat o.m. uit aluminiumpoeder.
- De temperatuur in de hoofdmotor is meer dan 3315ºC. Dit is meer dan het kookpunt van ijzer. In contrast hiermee staat de temperatuur van min 252,8ºC van de vloeibare waterstof, de brandstof van de hoofdmotor.
- De temperaturen die de Shuttle tijdens zijn gehele missie ondervindt lopen van min 156ºC in de ruimte tot +1648ºC tijdens zijn terugkeer in dampkring.
Satellietverbinding:
Een satellietverbinding of ook wel satellietlink genoemd bestaat uit een satelliet en twee grondstations. Bij satellietcommunicatie hebben we dan ook te maken met twee transmissiewegen, namelijk de uplink en de downlink. De uplink (de blauwe lijn) vormt de communicatieweg van het grondstation naar de satelliet. De verbinding van de satelliet naar het andere grondstation noemen we de downlink (de rode lijn).
Daarna wordt het signaal door gestuurd naar een verwerking eenheid, die het signaal vervolgens distribueert naar de providers die het dan aanbieden aan de klanten of wel gebruikers.
[plaatje8]
(Figuur 9 Satellietlink)
1. Grondstation voor de satellietcontrole (programmatie en telegeleide controle van de satellietvlucht)
2. Satelliet
3. Sensor
4. Grondstation voor data-ontvangst
5. Preprocessing van de data
6. Distributie van de data
7. Processing van de data in overeenstemming met de noden van de gebruikers
8. Distributie van de eindproducten (kaarten, GIS toepassingen,...) aan de gebruikers
Voor stap 1 t.e.m. 5 staan de ruimtevaartagentschappen in, ruimtevaartagentschappen en descriptoren zijn verantwoordelijk voor stap 6, terwijl stap 7 en 8 gebeurt bij bedrijven en/of instellingen actief op het gebied van teledetectie. Kenmerken van de satellietlink: Bij een satellietverbinding tussen twee grondstations onderscheiden we een aantal grootheden die een maat zijn voor de kwaliteit van zo’n verbinding: - G/T-kwaliteit - Power Flux Density - Footprint - Popagatiedemping
G/T-Kwalitiet
Een belangrijk nadere specificatie voor een satelliet verbinding is de G/T-kwaliteit. Deze houdt verband met de antenneversterking (G) en de antennetemperatuur (T). De antennetemperatuur bepaalt de ruiseigenschappen van de schotelantenne. De G/T-waarde vertegenwoordigd de microgolftechnische kwaliteit van de outdor-unit. De grootheid bepaalt in hoeverre zwakke satellietsignalen die door een outdoor-units worden geleverd, nog bruikbaar zijn in ontvangststation. De G/T-waarde kunnen outdoor-units onderling worden vergeleken. De G/T-waarde kunnen we bepalen met de volgende formule: [plaatje9] =(dB (1/K) met: - Gi = Antenne gain - A = verlies tot de LNC-uitgang - Ta = ruistemperatuur van de antenne (in kelvin) - Te = ruistemperatuur van de ontvanger (in kelvin) Power Flux Density
Een systeemgrootheid die vaak wordt opgegeven voor een ontvangstlocatie vaan de directe T.V. satellieten is de Power Flux Density (PFD). Het door een satelliet uitgestraalde signaal bereikt de aarde met een trajectdemping van bijvoorbeeld 206 dB bij een frequentie van 12 GHz. De signaalsterkte op de ontvanglocatie wordt door een willekeurig ontvangsysteem uitgedrukt in een aantal dB/m2, wat neerkomt op de signaalsterkte per m2 schoteloppervlakte. De PFD wordt hierbij opgegeven ten opzichte van 1 W/m2. Zo bedraagt bijvoorbeeld voor de Eutelsat 1 de maximaal mogelijke PFD –118 dB/m2. Footprint
Het uitgezonden signaal van een satelliet ondergaat tijdens transmissie een uitwaaiering, of wel de bundel die een satelliet uitstraalt divergeert. Hierdoor ontstaat op de aarde het uiteindelijke verzorgingsgebied, dat de footprint wordt genoemd en meestal een zeer specifiek gebied of land beslaat. [plaatje10] (Figuur 10 Footprint) Het bovenstaande figuur geeft met het donker gekleurde gedeelte aan wat zijn verzorgingsgebied is. Dit is een foorprint van een willekeurige satelliet. De in de footprint vermelde getallen zijn vermeld in een aantal dB/m2 deze zijn weer gelijk aan de power flux density, helaas zijn de getallen in dit plaatje niet leesbaar. Bij satellieten die een groter deel van europa bestrijken, spreken we van de spotbeam. Zo onderscheiden we bijvoorbeeld de west-spot, de east-spot en de euro-spot. ECS-satellieten zijn voorzien van vier antennes, die gericht zijn op verzorgingsgebieden die worden aangegeven met de atlantic spot, spot west en spot east. Tezamen worden deze spots de eurobeam genoemd. [plaatje11] (Figuur 11Euro spot) Propagatie
Een elektromagnetische signaal dat zich door de ruimte voortplant, is onderhevig aan demping. Een signaal afkomstig van een satelliet wordt vrijwel niet beïnvloed door de aarde, en de verzwakking ligt dan ook vast: - elke verdubbeling van de afstand geeft 6 dB demping. - elke verdubbeling van de frequentie geeft 6 dB demping. Soorten satellieten: Satellieten kunnen we voor verschillende doeleinden gebruiken. De door de mens gemaakte satellieten die rond de aarde zweven kunnen we voor de volgende functies gebruiken: - Navigatie - Weersvoorspellingen - Omgevingsbewaking - Bemande platforms - Communicatie - T.V. satellieten
Het bovenstaande lijstje is niet compleet er zijn nog tal van andere doeleinden voor een satelliet bedenkbaar. Navigatie
Volgens het woordenboek is navigatiekennis die nodig is voor het leiden van een vaartuig naar een doel'. Navigeren heeft te maken met het bepalen van positie en koers en het vermijden van moeilijkheden op weg naar een doel. Navigatie is van oudsher iets voor schepen, zowel te water als in de lucht. Ook voor de schepen van de woestijn is navigatie belangrijk. De leiders van karavanen door de Sahara zijn misschien wel de oudste navigators ter wereld. Navigeren heeft dus alles te maken met: - Positie, waar ben ik nu - Doel, waar ga ik naar toe - Koers, hoe kom ik van mijn huidige positie naar mijn doel
Om te kunnen navigeren bestaan verschillende hulpmiddelen. Het Global Positioning System en gebruik van een GPS-Navigator (kort GPS) combineert de mogelijkheden van kaart en kompas op een slimme manier. Met één apparaat kunnen positie, doel en koers worden bepaald. Dank zij de elektronica kunnen snelheid, afstand en afgelegde route worden bijgehouden. In combinatie met een computer kunnen routes worden samengesteld en in het apparaat worden geladen voor later gebruik. Toepassing van GPS heeft ook nadelen. De GPS-Navigator blijft een kwetsbaar stuk elektronica, dat bij continu gebruik zeer veel stroom verbruikt. Met 4 AA alkaline batterijen van goede kwaliteit doe je 4 tot 5 uur. Verder heeft een GPS een verplaatsing nodig om nuttige informatie op te leveren. Op een vaste plaats geeft een GPS-Navigator uitsluitend je positie, de juiste (atoom)tijd en het moment waarop de zon op en onder gaat. Een GPS-Navigator is geen vervanger voor een kompas! Wie goed wil kunnen navigeren moet eigenlijk om kunnen gaan met de eenvoudigste hulpmiddelen voor navigatie: kaart en kompas. Hiermee leer je niet alleen de basis van het navigeren, maar ben je ook het minst kwetsbaar voor weersomstandigheden (wolken die satelliet-ontvangst belemmeren) en lege batterijen. Het beste kan een GPS-Navigator samen met kaart en kompas worden gebruikt. Vooral de combinatie van GPS en kompas is handig omdat dit enorm veel stroom kan besparen: de koers die je volgens je GPS moet volgen om je doel te bereiken, kan net zo gemakkelijk van een eenvoudig peilkompas worden afgelezen! Een goede kaart is verder onmisbaar bij de voorbereiding van een tocht en het uitzetten van routepunten of waypoints. GPS
Het Global Positioning System (GPS) bestaat uit 24 satellieten die rond de aarde draaien. Ieder van deze satellieten draait twee keer per dag in een vaste baan om de aarde en zendt een uniek signaal uit. Met een GPS-Ontvanger kunnen deze unieke signalen worden opgevangen en verwerkt.
De GPS-Ontvanger of -Navigator verwerkt de signalen van de kunstmanen met behulp van de in de ontvanger ingebouwde almanak. Kort gezegd bevat deze almanak een beschrijving van de banen om de aarde van alle satellieten van het GPS. Samen met het unieke signaal van de satellieten en de tijd die het signaal er over doet om de GPS-Ontvanger te bereiken kan de exacte plaats op de aarde worden bepaald. Voor de tijdmeting heeft ieder van de satellieten een zeer nauwkeurige atoomklok aan boord.
De plaatsen op aarde met een zelfde tijdsinterval tussen satelliet en positie liggen in een cirkel. Om één unieke positie op aarde te kunnen bepalen zijn dus minimaal drie satellieten nodig. Op het snijpunt van de drie isochrone cirkels ligt de positie van de Navigator. Om tenslotte de hoogte te kunnen bepalen van het punt waar je je bevindt is de waarneming van een vierde satelliet noodzakelijk.
Het systeem wordt onderhouden door het Amerikaanse Ministerie van Defensie. Om veiligheidsredenen geven de satellieten niet helemaal de juiste gegevens door. Dit wordt selectieve availiability (SA) genoemd. Hierdoor is de positie die de Navigator aangeeft nooit helemaal juist. Soms komt het voor dat de SA wordt uitgezet. Tijdens de Golfoorlog moesten de geallieerde troepen over het GPS kunnen beschikken om niet in de woestijn te verdwalen. Omdat defensie zelf niet over genoeg Navigators beschikte, werd de SA uitgezet en konden commercieel beschikbare Navigators worden gebruikt.
Bovenop de opzettelijke positiefout komt nog een meetfout. Deze wordt op de Garmin-Navigators aangegeven met EPE - Estimated Postion Error. Ondanks alle ruis bij het bepalen van de positie is een handheld GPS-Navigator redelijk nauwkeurig. Onder optimale omstandigheden, maar met SA, kan tot op 15 meter nauwkeurig positie worden bepaald. Grotere nauwkeurigheid kan worden verkregen met behulp van DGPS - Differential Global Positioning System. Hierbij wordt de positie die met behulp van de satellieten wordt bepaald gerefereerd aan een vast baken. Van dit baken is de exacte positie bekend. Met behulp van DGPS kan tot op 5 cm nauwkeurig positie worden bepaald. Voor vrijetijdstoepassing overbodig, maar voor landmeters en in de baggerwereld een groot gemak. Door toepassing van DGPS neemt het belang van de selectieve availiability sterk af, wat hopelijk leidt tot het afschaffen van de SA. Toepassing van GPS is feitelijk een oude navigatievorm in een nieuw elektronisch jasje. Het gebruik van de jakobsladder en later het sextant in combinatie met een almanak en tijdsmeting is al vele honderden jaren oud. Met behulp van de jakobsladder (een lange lat met twee of meer verschuifbare dwarslatten) of het sextant werd de hoogte van een hemellichaam (zon, bepaalde heldere planeten) bepaald ten opzichte van de horizon, in vaktermen de kim. De combinatie van hoogte, datum en tijd is per positie op de aarde verschillend. De combinaties en bijbehorende posities stonden in almanakken beschreven. 'Een zonnetje schieten' was niet zonder risico. Menig zeeman verbrandde een oog omdat 'ie voor een goede meting te lang recht in de zon keek. Een sextant is daarom met verschillende donkere voorzetglazen uitgerust.
Weersvoorspellingen
De Trinos was de eerste weerssatelliet. Hij werd in 1960 gelanceerd en verschafte ons een beperkte hoeveelheid aan informatie omtrent het weer. Voordat deze satelliet er was moest men het doen met weerballonnen die tot hoog in de atmosfeer werden opgelaten. Tegenwoordig hangt er een groot netwerk van weerssatellieten in onze atmosfeer. Dit netwerk is een netwerk van verschillende weerssatellieten uit verschillende landen, o.a. Rusland, Amerika, Europa en Azië. Dit netwerk stuurt continu live beelden en dus informatie over het weer naar de aarde. Deze gegevens zijn voor bijna iedereen die tenminste een aansluiting tot het internet heeft toegankelijk. Voor het maken van weersvoorspellingen of weersverwachtigingen is een satelliet uitstekend geschikt als hulpmiddel. Met een satelliet kunnen we voortdurend een overzicht krijgen van de weersituatie en dat over een zeer groot gebeid. Er worden voor dit doel twee soorten satellieten gebruikt, dit is de geostationaire en de orbittingsatelliet gebruikt. Een nadeel van een geostationaire satelliet is dat hij slecht een klein gebied kan bekijken. Een orbittingsatelliet draait om een baan de aarde rond. Deze baan loopt van pool naar pool. Door dat de aarde ook rond draait zal na iedere omwenteling van de satelliet hij enkele graden naar het westen gaan. Dit met het gevolg dat hij een hel groot gebied kan bekijken. De satelliet verzameld de gegevens van het weer en stuurt ze dan vervolgens naar het volgstation op aarde. Het volgstation bewerkt dan vervolgens deze gegevens en stuurt ze weer naar de satelliet terug. De satelliet verspreid deze goede en bewerkte gegevens naar de verschillende instanties die deze gegevens gebruiken voor weersvoorpspellingen. De beelden die we op deze manier verkrijgen zijn van een hoge kwaliteit. Onder andere zijn vaak de contouren van een bepaald land duidelijker gemaakt zodat we ook met dikke bewolking toch nog de verschillende landen van elkaar kunnen onderscheiden. De frequentie die men bij dit proces hanteert ligt tussen de 137 en de 138 MHz. Daarom kunnen we voor een volgstation wel volstaan met een simpele dipoolantennesysteem. Door de grote openeningshoek van deze antenne kunnen we zonder al te ver mee te draaien met de satelliet toch elke keer de beelden ontvangen. We moeten wel op letten dat als de satelliet recht boven ons bevind we wel moeten mee draaien. Elke keer dat we een overgang van de satelliet krijgen we een beeld, en als we al deze beelden achter elkaar plakken dan krijgen we een mooi lopend plaatje van het weer. Omgeving bewakingssatelliet
In 1972,1975, 1978 en in 1982 lanceerde men elk jaar een Landsat satelliet. Deze satellieten hadden tot doel het observeren van de aarde. De satellieten lette vooral op de klimaatsveranderingen, temperatuursveranderingen de af en toe name van ijs in de noord en de zuid pool. Tegenwoordig is er één Landsat buiten werking. . Maar NASA is een nieuw project op gestart onder de noemer Mision to Planet Earth (missie naar de aarde). Dit project bestaat uit het lanceren van 17 nieuwe satellieten in de komende 15 jaar. Deze satellieten houden continue de aarde in de gaten. . Deze satellieten hebben als opdracht of ook wel als missie om de dikte van de ozon laag te meten en de warmte stromingen in de oceaan, vulkaanuitbarstingen, hoeveelheid vis in de oceaan, erosie en andere natuurverschijnselen te lokaliseren en te meten. Bemande platformen
In februari 1986 werd er in Rusland de MIR gelanceerd. MIR betekend in het Russisch vrede. Dit platform werd als vervanger gelanceerd voor de neergestorte en oude Salyut 7 ruimte station. De MIR zweefde in een hoge baan over de meest bevolkte gebieden van de aarde. Daardoor zagen veel mensen de MIR als een hele zwakke ster. In de MIR is het record gevestigd voor de langste tijd die een mens in de ruimte doorbracht, dit record staat op 300 dagen. Het internationale space station is het volgende station wat wordt gelanceerd, een gedeelte van het station is al in de ruimte maar de grootste delen worden de komende jaren gelanceerd. Nederland werkt ook mee aan dit project met de levering van een ruimte arm. T.V. satellieten
Het grote verschil tussen een gewone satelliet en een satelliet die geschikt is voor televisie doeleinden is zijn zendvermogen. Een gewone satelliet zend meestal uit met een vermogen tussen de 20 en de 50 Watt. Maar een televisiesatelliet zend uit met een vermogen van soms wel 100 tot 500 Watt. Dit heeft tot gevolg dat je ook veel korte schotelvormige antennes kunt gebruiken, waarvoor je voor een gewone satelliet soms wel een schotel nodig hebt van een doorsnede van 3 tot 15 meter, terwijl die voor de televisie maar 70 tot 90 centimeter hoeft te zijn. Dit betekent dat de ontvangstapparatuur dus niet erg duur is, want het maakt nog al uit of je nu een schotel hebt van een doorsnede van 15 meter of een van 70 cm, zeker voor je mooie uitzicht op de bloeiende roosjes. Hierdoor is het individueel ontvangst een stuk dichter bij gekomen. Een nadeel van kleine schotels is wel dat je meer afhankelijk bent van weersomstandigheden. Telefonie toepassingen
In het mobiele luchtvaart-, scheepvaartverkeer wordt steeds meer gebruik gemaakt van de satellietcommunicatie. Eén van de bekendste organisaties op dit terrein is Inmarsat. Dit is een internationaal instituut voor satellieten voor de scheepsvaart. Deze organisatie huurt satellietkanalen en gebruikt ze voor verschillende doeleinden. Er kunnen bijvoorbeeld telefoon gesprekken over worden gevoerd maar ook is het mogelijk korte tekst berichten zoals faxen te versturen. voor schepen en vrachtwagens heeft Inmersat een systeem ontwikkeld dat hun positie doorgeven. Dit is handig voor verschillende instanties. Deze dienst breid zich zelf nog steeds volop uit. Inmersat heeft een toekomst beeld gecreëerd dat men straks overal op de wereld met een zaktelefoon via de satelliet een verbinding moet kunnen maken om zo gesprekken en berichten of te leveren. Hierbij zal gebruik worden gemaakt van een groot aantal satellieten in een lage baan om de aarde. We kunnen dan een zwakker signaal naar de satelliet sturen, wat weer inhoud dat het toegankelijker is. Nieuwe satelliet projecten
Een van de nieuwste projecten die gebruikmaken van satellieten is het parade paardje van de nieuwe Amerikaanse president, het raket schild. Met de nieuwe Nationale Raket Verdediging systeem (National Missile Defense of NMD) willen de VS zich verdedigen tegen aanvallen met massavernietigingswapens door zogenaamde schurkenstaten als Noord-Korea of Irak. De bedoeling is binnenkomende vijandelijke raketten met satellieten en radars op te sporen, en hun oorlogskoppen met een raket hoog in de ruimte uit te schakelen vooraleer ze hun doel bereiken. NMD is een light-versie van het Strategisch Defensie Initiatief (SDI), in de jaren '80 het troetelkind van president Reagan. De kern van het afweersysteem is een 140 cm lange raket, de zogenaamde exoatmospheric kill vehicle (EKV), die zich met een explosieve lading op de vijandelijke oorlogskop stort. De Amerikaanse tests van de voorbije jaren kenden een wisselend succes: het onderscheppen van oorlogskoppen die aan een snelheid van 27.500 km per uur aan komen vliegen, blijkt niet zo makkelijk. Over de effectiviteit van een ruimteschild bestaat geen enkele bewijs. Bovendien zijn de proeven allesbehalve goedkoop. De eerste test in oktober 1999 kostte 5 miljoen Euro. De kostenberekeningen voor een volledig raketschild variëren van 6 tot 50 miljard Euro. Het afweersysteem is bedoeld tegen 'schurkenstaten' (rogue states) als Irak of Noord-Korea die intercontinentale raketten met een nucleaire, chemische of biologische lading zouden kunnen afvuren. In augustus 1998 lanceerde Noord-Korea de Taepo Dong 1-raket. Het tuig belandde met een boogje over Japan in zee. Voor Washington bewees deze test dat Noord-Korea in staat is met een raket Hawaï of Alaska te bereiken. De eerste fase van de NMD, die gepland is voor 2005, wordt dan ook boven de Stille Oceaan ontplooid - op voorwaarde natuurlijk dat alle technische problemen tegen die tijd zijn opgelost. Volgens het Massachusetts Institute of Technology kunnen alle defensiesystemen met vrij eenvoudige middelen misleid worden. Zo kan men de oorlogslading in vloeibaar stikstof hullen. De sensoren van het defensiesysteem, die onder meer de uitstraling van warmte opsporen, raken dan het spoor bijster. Een andere mogelijkheid is de oorlogskop van de raket uit te rusten met kleinere containers die munitie bevatten. Deze submunitie wordt dan gelost vooraleer de raket door de radars en satellieten van het defensiesysteem is onderschept. De containers gaan dan in een ballistisch traject naar hun doel. Het is een mythe dat het schild bestand is tegen alle vijandelijke aanvallen. Het systeem is machteloos tegen korte afstandsraketten die van schepen of onderzeeërs afgevuurd worden. Het schild biedt ook geen antwoord op het gevaar dat uitgaat van terroristische bewegingen die al dan niet in opdracht van schurkenstaten massavernietigingswapens het land binnensmokkelen. Een flesje anthrax (miltvuur) is zó het land binnengesmokkeld en heeft verwoestende gevolgen. Selecteren van het gewenste kanaal: De indoor-unit zet het signaal om naar de draagggolffrequentie van 480 MHz, soms wel een waarde van 610 MHz. We noemen die het basisband signaal, ook wel BB-signaal genoemd. Als dit signaal een FM-video signaal is, is het niet geschikt om naar een gewone (AM-video) T.V. – ontvanger te sturen. Het signaal moet eerst gemoduleerd worden. Ook het audiokanaal moet gekozen en gemoduleerd worden. Het dan ontstaande signaal kan rechtstreeks naar de scart-ingang van de T.V. – ontvanger of monitor worden gestuurd. Als dit niet kan, moet het signaal weer gemoduleerd worden maar dan volgens het AM-video principe. Het video en audiokanal worden op een draaggolf geplaatst op de aardse manier en vervolgens door de normale T.V.-ontvanger geselecteerd en verwerkt worden. Het BB-signaal wordt gescheiden in een video-signaal en in een audio-signaal. Het video-signaal noemen we ook wel het Low Pass Filter, en het audio kanaal heet ook wel Band Pass Filter. Het vidoe-signaal wordt gedetecteerd met de de-emphasis-netwerk. Het audio-signaal wordt geselecteerd in een FM-modulator. Ui de video-detector komt dan het vidoe-signaal zonder het trigger-signaal. In de clamp-schakeling wordt er een trigger-signaal toegevoerd. Het versterkte audio-signaal en het video-signaal met het trigger-signaal worden vervolgens weer gemoduleerd in ene modulator naar een instelbaar kanaal tussen de 30 en de 39 MHz in de band 4. Bij gebruik van de scart kunnen we het gemoduleerde video en audio-signaal rechtstreeks aan de clamp-schakeling respectievelijk de audioversterker worden afgetakt. De unclamped video-uitgang wordt gebruikt voor decoderschakelingen als er en codering is toegepast. Stereo en Multichannel: Er zijn zenders die de extra geluidskanalen gebruiken om meertalige uitzendingen te verzorgen. Ook stereo-, data- en (de)codeersignalen komen op deze kanalen voor. Met behulp van de processoren kunnen de signalen teruggewonnen worden. Ze kunnen de Engelse stations van het Sky-channel-bedrijf uit drie modules kiezen voor de audio-signalen elk kanaal is dan 180 KHz breed. Hulpdraaggolf Mode 1 Mode 2 Mode 3
7,02 MHz Taal 1 (L) Taal 1 (L) Taal 1 (M)
7,20 MHz Taal 2 (L) Taal 2 (L) Taal 2 (M)
7,02 MHz Taal 2 (L) Taal 2 (L) Taal 3 (M)
7,02 MHz Taal 2 (L) Taal 3 (L) Taal 4 (M)
Satellietfrequentie en –positie:
Voor zowel de terrestrial (aardse) T.V. als satellieten-T.V. worden de frequentiebanden gebruikt zoals die zijn aangegeven in de onderstaande tabel.
De frequentie indeling werd opgesteld en afgesproken op de WARC. WARC staat voor World Administrative Radio Conferene. De frequentietoewijzing per land geschiedt door de ITU (international Telecommunication Union).
Band Code Frequentiebereik
VHF L2 48-88 MHz
VHF H1 144-174 MHz
VHF H2 175-300 MHz
UHF U 300 MHz – 1 GHz
L 1 1-1,17 GHz
L 2 1,17-1,575 GHz
S - 1,7-3 GHz
C 1 3,4-3,95 GHz
C 2 3,7-4,2 GHz
C 3 4,2-6,5 GHz
X 6,5-10,7 GHz
Ku 10,7-15 GHz
Ku 1A 10,95-11,2 GHz
Ku 1B 11,2-11,45 GHz
Ku 1C 11,45-11,7 GHz
Ku 2 11,7-12,2 GHz
Ku 3 11,7-12,5 GHz
Ku 4 12,2-12,7 GHz
Ku 5 12,5-12,75 GHz
Ka E1 18-20 GHz
E E2 28-30 GHz
E E3 30-60 GHz
Telecommunicatiesatellieten maken gebruik van de frequentiebanden tussen de 1 GHz en de 60 GHz. De c-band wordt het meest gebruikt. Narmate de toegepaste frequenties hoger zijn, is er meer energie nodig voor de signaalversterking. Voor de downlink wordt dan ook steeds een lagere frequentie gebruikt dan voor de uplink. Maakt een grondstation van een frequentie van 6 GHz voor de uplink, dan wordt dit signaal door de satelliet voor de downlink in een frequentieopzetter getransformeerd naar een frequentie van 4 GHz. Een eveneens vaak toegepaste band is de Ku-band, deze band loopt van de 10 GHz tot de 15 GHz. Andere veel voorkomende up/downlink-combinaties zijn 14 GHz/12 GHz en 30/20 GHz. Naarmate frequentietoewijzigingen zijn er in de EBU (European Broadcasting Union) afspraken gemaakt omtrent de positie van satellieten in de geostationaire baan. Hiertoe is de aarde verdeeld in drie regio’s, waarbij Europa en Afrika zich bevinden in ITU regio 1. satellieten die uitzending doen ten behoeve van deze regio bevinden zich tussen de lengtegraden 35 oost en 58 west. Schotelantenne: Bij de overdracht van informatiesignalen met een zeer hoge frequentie (GHz-gebied) dan wordt er meestal gebruik gemaakt van antennes met een paraboolvormige reflector. We noemen dergelijke antennes in het algemeen ook wel schotelantennes. Een schotelantenne gedraagt zich over een groot frequentiegebied als een holleparabolische spiegel. Deze parabolische spiegel fungeert als een reflector van de hierop invallende elektromagnetische stralingsenergie, en reflecteert deze energie naar één punt, het brand punt. In dit brandpunt bevindt zich de eigenlijke antenne, bijvoord een dipool. [plaatje12] (Figuur 12 Schotelantenne) De reflector wordt gemaakt van geleidend materiaal, bijvoorbeeld aluminium. De schotelantenne met betrekkelijk grote middellijn worden ook wel, in verband met de windlast, gemaakt van polyester versterkt met glasvezel, en voorzien van een aluminiumlaag of bedekt met een metaalhoudende verf. De afmetingen van de parabolische spiegel moeten groot zijn ten opzichte van de golflengte van het signaal. Om de antenneafmetingen aanvaardbaar te houden, worden deze antennes alleen toegepast bij frequenties vanaf 1 GHz.
Soorten schotelantennes:
Schotelantennes met de daarbij behorende hulpmiddelen wormen tezamen de out-door-unit. Momenteel worden de volgende typen schotelantennes het meest toegepast:
- Parabolische schotel
- Cassegrain schotel
- Off-set schotel
Parabolische Schotel
Voor het ontvangst van satellietsignalen zijn zeer richtingsgevoelige antennes noodzakelijk. De van de satellieten afkomstige signalen zijn in het algemeen zeer zwak. En kunnen met antennes zoals een dipool meestal niet naar behoren worden ontvangen. Bij de parabolische schotel wordt de ontvangen signaal energie door een groot antenneoppervlak gebundeld, gefocusseerd, in het brandpunt. In dit brandpunt bevindt zich de eigenlijke antenne. De gevoeligheid van de parabolische antenne is groter naarmate het schoteloppervlak grote is. Casse-Grain-schotel
Bij een parabolische schotel antenne die berust op het Casse-Grain-principe wordt voor het brandpunt een hyperbolischereflector geplaatst, waardoor de bundeling van de ontvangen energie plaats vindt achter het hart van de parabool. Off-set-schotel
Een schotelantenne die afwijkt van de paraboolvorm is de off-set-schotel. De schotel heeft een vorm die neigt naar een elliptische vorm. Hierdoor wordt het brandpunt verplaatst naar de onderzijde van de schotel. Een belangrijk voordeel hiervan si dat in het brandpunt te plaatsen antenne geen schaduw vormt op de reflector, waardoor het ontvangen signaal sterker is. Nawoord: Ik vond het wel leerzaam en interessant om dit verslag, wat over satellieten ging, te maken en te schrijven. Tijdens dit verslag ben ik tegen leuke en wetenswaardigheden over satellieten tegen aan gelopen, dit kwam door de informatie die beschreven stond in de boeken, internet pagina’s en tijdschriften. Zo ben uk er ook achter gekomen dat er zeer veel bij komt voor een satelliet goed en wel signalen kan ontvangen en weer terug kan sturen. Dit komt omdat er zoveel andere aspecten nog bijkomen kijken waarvan ik het bestaan nog niet echt wist. En er zijn ook zeer veel aspecten die nog van belang zijn maar die ik niet in dit verslag heb vermeld, dit heb ik gedaan met het oog om het verslag een beetje overzichtelijk en toegankelijk voor iedereen te maken, en daarom heb ik me dus alleen bezig gehouden met de echt belangrijke aspecten. Hierbij denk ik dan aan de opbouw, functie, soorten en baan hoogte, etc. Verder ben ik er nog achter gekomen dat er over satellieten een groot stuk aan informatie niet voor iedereen toegankelijk is en dus niet verkrijgbaar is. Veel algemene informatie is wel beschikbaar in boeken en in data banken op het internet, maar de meeste sites en boeken vermelden niet naar de werking echt van het deel of apparaat, dit gedeelte van een satelliet is dus nog steeds een beetje geheim, en ik denk ook moeilijk te vatten. Maar toch hoop ik met de beperkte hoeveelheid aan informatie er toch ene goed en duidelijk verslag van hebben gemaakt. Bijlage: De volgende twee plaatjes kunnen we een bouwtekening zien van een Chinese satelliet met de maten en afmetingen erbij. [plaatje13] (Figuur 13 Bouwtekening deel 1) [plaatje14] (Figuur 14 Bouwtekening deel 2) [plaatje15] (Figuur 15 Satelliet tekening met namen)
De Sputnik was een satelliet die niet signalen kon ontvagen en dan weer verzenden. De Sputnik noemen we daarom ook wel een passieve satelliet. De eerste actieve satelliet was gelanceerd op 10 Juli in 1962. Deze satelliet was de Telstar. De Telstar was de eerste satelliet die T.V. beelden over zee transporteerde. Het beeld dat deze satelliet transporteerde was een Amerikaanse vlag met daar voor een beeld van het satelliet ontvangststation in Maine Andover. Dit eerste beeld werd niet meer dan een paar uur later eerst naar Frankrijk gestuurd en toen dat gelukt was werd het ook naar Duitsland gestuurd. Niet veel later daar op zond Europa, Frankrijk en Duitsland, zijn eerste beelden naar de Verenigde Staten terug. Dit waren de eerste Live beelden die via een satelliet de wereld overgingen. Tot en met 21 februari 1963 heeft de Telstar gewerkt. Op die dag viel het signaal wat de Telstar verzond opeens weg. Dit kwam, dat dacht men althans, omdat één van de transistoren door kosmische straling kapot is gegaan. Om dit probleem tegen gegaan heeft men de Telstar II satelliet uitgerust met speciale apparatuur om kosmische straling te onderzoeken. Voor de rest was de Telstar II satelliet precies het zelfde als de Telstar I satelliet. De Telstar I satelliet kon 1 T.V. kanaal of 600 geluidskanalen transporteren. Deze geluidskanalen gebruikte men vaak voor lange afstandstelefoon gesprekken. De Telstar I en II hadden beide een diameter van 88 cm met een gewicht van ongeveer 77 Kg. [plaatje1] (Figuur 2 De Telstar) De Telstar satelliet bestond uit een antenne, een telemetrie module, een traveling wave tube amplifier, een paar zonnecellen, een twee tal rond om antenne’s en een paar nikkel-cadnium batterijen. Satellietbanen: Satellietbanen onderscheiden zich naar de vorm van de baan die ze beschrijven en de hoogte waarop ze zich bevinden. Wat betreft de vorm van de baan kunnen we de volgende onderscheiden: - Cirkelvorm - Ellipsvorm [plaatje2] (Figuur 3 Cirkelvormig satelliet baan) De vorm en de hoogte van de satelliet baan wordt ook wel in de volksmond omloopbaan genoemd. De soort baan die we kiezen voor een satelliet is afhankelijk voor wat voor een doeleinde we hem willen gebruiken. Daarnaast kunnen we nog in geografische zin onderscheid maken tussen polaire en de equatorbaan. De polaire baan loopt over de polen van de aarde, terwijl de equatorbaan zich boven de evenaar bevindt. Een tussenliggende baan is echter ook mogelijk. Hierbij wordt de baan gedefinieerd door de inclinatiehoek. Dit is een hoek die de satellietbaan maakt met de evenaar. Dit kunnen we goed zien in het onderstaande plaatje. [plaatje3] (Figuur 4 Inclinatiehoek van 35 ° met de evenaar) Ook kunnen we satellieten nog onderverdelen in twee soorten. Dat is de asynchrone satellieten en aardsynchrone satellieten. De tijd dat een satelliet nodig heeft voor een aardomloop, hangt af van de hoogte boven de aarde en de snelheid van de satelliet. Asynchrone satellieten maken veelal in ongeveer 90 minuten een omloop rond de aarde. Voor radio en T.V. doeleinden zijn dergelijke satellieten minder geschikt, dit omdat ze maar een beperkte tijd kunnen functioneren en bovenal vaak een nauwkeurig antenne-volgsysteem vereisen. Eén van de eerste Asynchrone satellieten was de Telstar-1. Voor radio en T.V. satellieten maken we meestal gebruik van een cirkelvormige equatorbaan. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van een geostationaire of wel een aardsynchrone satellietbaan. De geostationaire satellietbaan bevind zich ongeveer op een hoogte van 35786 Km boven de evenaar, waarbij we wel een snelheid van circa 1100 Km/uur moeten realiseren. Vanuit deze positie kan de satelliet ongeveer één derde van het aardoppervlak bestrijken
De eerste aardsynchrone satelliet was de Syncom, deze satelliet was gelanceerd in 1964. Satellietbaan hoogte: Naast de vorm van de satelliet onderscheiden we dus ook nog de hoogte van een baan. De baanhoogte bepaald de snelheid van een satelliet en dus eveneens de omlooptijd rond de aarde. Bij de aanduiding baanhoogte bij satellieten onderscheiden we: - Geostationary earth orbit (GEO) - Medium earth orbit (MEO) - Low earth orbit (LEO) GEO
Met GEO bedoelen we de geostationaire baan, dat wil zeggen dat een satelliet in deze baan, op een hoogte van ongeveer 36.000 Km bevind, en een omlooptijd hebben die gelijk is aan de aardrotatie. Hierdoor bewegen deze satellieten zich nauwelijks ten opzichte van de aarde. Communicatiesatellieten (radio/T.V.) maken nagenoeg uitsluitend gebruik van deze baan. Een belangrijk voordeel is dat ontvangstantennes zeer nauwkeurig op deze satellieten kunnen worden afgestemd, men noemt dit ook wel het richten van een antenne. Geostationaire satellieten zijn minder geschikt als het gaat om telefoontoepassingen met mobile telefoontoestellen, Hand-helds. Deze ‘grondstations’ werken met een zeer laag zendvermogen en hebben praktische problemen met de versterking van het zeer hoogfrequent satellietsignaal. De satelliettransponders maken namelijk gebruik van frequenties tussen de 1 GHz en de 12 GHz. MEO en LEO
Om directe satellietcommunicatie met hand-helds (mobile telefoons) mogelijk te maken, zouden we satellieten moeten gaan uitrusten met zeer grote paraboolantennes en zonnepanelen die aanzienlijke elektrische vermogens moeten kunnen leveren. Deze voorzieningen brengen zeer hoge kosten met zich mee. Om deze redenen gaan service-providers van satelliettelefonie over tot het gebruik van satellietsystemen met een omloopbaan op geringe hoogte. Bij deze satellietsystemen maken we onderscheid tussen MEO- (meduim earth orbit) en LEO-satellieten (low earth orbit). Bij communicatie met een MEO- of een LEO-satelliet kunnen we voldoen met een gering zendvermogen en een betrekkelijk simpel en eenvoudig antennevolgsysteem. Bij de keuze van deze satellietbanen moet rekening worden gehouden met de zogenoemde van allan-stralingsgordel. Deze stralingsgordel, ook wel stralingsgebeid genoemd, strekt zich uit van 200 Km hoogte tot wel 20.000 Km, met een minimum op ongeveer 12.000 Km. De straling binnen deze gordel veroorzaakt een verstoring in de satelliet ontvangst. In verband hiermee moet de hoogte van de satellietbaan met zorg worden gekozen. Zowel bij MEO als bij LEO-satellieten bewegen zich ten opzichte van de aarde, omdat hun omlooptijd kleiner is dan die van de aarde, deze is dus kleiner dan 24 uur. Hierdoor zijn deze satellieten een beperkte tijd van horizon tot horizon ín zicht’. Ook telefonietoepassingen hebben echter een real-time karakter nodig. Met real-time wil zeggen dat de verbinding aanwezig moet blijven zolang deze gewenst is. Een communicatiesysteem van MEO en LEO-satellieten bestaat dan ook vaak uit een groep of een cluster. De satellieten binnen een groep of cluster moeten zodanige banen beschrijven dat zij elkaar ononderbroken van horizon tot horizon opvolgen. Een andere belangrijk kenmerk van MEO en LEO-satellieten zijn kortere signaallooptijden ten opzichte van GEO-satellieten. Met name bij telefonie toepassingen is dat een zeer groot voordeel. [plaatje4] (Figuur 5 Cluster van 5 satellieten) MEO
LEO-satellieten bevinden zich in een lage baan, deze baan ligt tussen de 500 Km en de 2000 Km. De minimumhoogte die praktisch mogelijk is, wordt bepaald door de atmosferischevrijwing, die satellieten afremt. De luchtvrijwing heet ook wel atmosferischevrijwing. De luchtvrijwing beperkt de levensduur van deze satellieten. LEO-satellieten hebben een omwentelingstijd die, afhankelijk van de hoogte, ligt tussen de 1,5 en de 2 uur. Overzicht
Hieronder staat even een duidelijk en kort overzichtje van de banen met de hoogte en zijn toepassing en de omlooptijd. Type Hoogte Omwentelingstijd Signaalvertraging Aantal toepassing
GEO 36.000 Km 24 uur 0,25 s 3 Radio en T.V. MEO ± 12.000 Km 6 uur ± 0,1 s 12 Mobie telefonie
LEO 500-2000 Km 1,5-2 uur 0,01-0,02 s 24-66 Opbouw satelliet: Inleiding
Een satelliet lijkt op een gigantische Lego-doos, handmatig en zeer zorgvuldig opgebouwd en bestaande uit duizenden onderdelen. Iedere satelliet bestaat uit minstens twee modules: De Payload Module (nuttige lading) met alle instrumenten bestemd voor de "missie", het doel van de satelliet
De Service Module met alle apparatuur die de missie nodig zijn. Ieder van de modules is opzichzelf weer opgebouwd uit zogenaamde subsystemen. Dit zijn bouwstenen die ieder op zich een functie vervullen. Voor de payload module zijn de functionele bouwstenen telkens weer anders. Ze zijn afhankelijk van de missie van de satelliet. De service module bestaat uit een aantal bouwstenen die vrijwel in iedere satelliet weer terugkomen: Ieder van de modules is opzichzelf weer opgebouwd uit zogenaamde subsystemen. Dit zijn bouwstenen die ieder op zich een functie vervullen. - De draagstructuur (het "Chassis" van de satelliet) - De elektrische voeding(zonnepanelen en accu) - De elektrische kabelboom - De baan- en standregeling - De telemetrie- en afstandsbesturing - De boordcomputer( evt. met massageheugen) - Het temperatuurregelsysteem - Het voortstuwingssysteem - Diverse mechanismen [plaatje5] (Figuur 6 Opbouw satelliet) De draagstructuur van de satelliet
De draagstructuur dient, zoals het woord al zegt, als een stabiel platform voor de nuttige lading en de functionele systeemonderdelen van de service module. De structuur moet licht, stijf en stabiel zijn. Ze moet bestand zijn tegen de hoge mechanische/dynamische belastingen die optreden in de diverse stadia van de missie, zoals tijdens de lancering. De structuren worden gefabriceerd van aluminium en composiet materialen. Dit zijn kunststoffen die versterkt zijn met koolstofvezels. De Clustersatelliet die hier is afgebeeld, bestaat uit een cilindervormig platform met een aluminium honingraatstructuur, afgedekt met composiet huidplaten. Op dit cilindervormige platform, zijn de diverse subsystemen gemonteerd. Elektrische voeding
Dit systeemonderdeel zorgt ervoor dat de satelliet in zijn baan blijft of doelbewust in een andere baan gemanoeuvreerd wordt. Bovendien zorgt de standregeling ervoor dat de satelliet de juiste stand blijft innemen t.o.v. de aarde, zon en/of bepaalde sterren. In de regel worden gyroscopen gebruikt in combinatie met een voortstuwing gebruik makend van kleine raketjes die pulserend kunnen werken. Telemetrie en afstandsbesturing
Met behulp van de telemetrie worden allerlei "huishoudelijke" gegevens van satelliet naar de grondstations verzonden waaruit men kan zien of alle systemen aan boord van de satelliet goed functioneren. Bovendien worden via de telemetrie de waarnemingen van de zich aan boord bevindende camera's, telescopen, sensoren etc. naar de aarde gezonden. Via een "up-link" kunnen besturingscommando’s vanaf de grondstations naar de satelliet worden verzonden, bijv. om baancorrecties uit te voeren. De satellietzend- en ontvangapparatuur inclusief antennes maakt ook deel uit van het telemetriesysteem. Boordcomputer
De boordcomputer speelt een centrale rol in de telemetrie en afstandsbesturing. Er wordt gezorgd voor de decodering van de binnengekomen commando’s en codering van alle te verzenden data en tevens voor de synchronisatie signalen naar alle subsystemen. Het massageheugen zorgt voor tijdelijke opslag van gegevens, voor periodes dat de grondstations niet zichtbaar zijn voor de satelliet. Voorts kan de boordcomputer met alle specifieke software,alle satelliet-functies zelfstandig bewaken, waardoor de satelliet autonoom kan opereren tijdens die gedeeltes van zijn baan waarin de aarde langere tijd niet zichtbaar is. Thermische regeling
Dit is een zeer belangrijk subsysteem van iedere satelliet. De thermische regeling zorgt voor een juiste temperatuurbalans aan boord van de satelliet, zodat alle subsystemen goed blijven functioneren. Zonder thermisch regelsysteem, zouden grote temperatuur verschillen optreden tussen de door de zon beschenen delen en de satellietdelen die zich in de schaduw bevinden. Hierdoor zouden grote materiaal spanningen en vervormingen van de structuur het gevolg zijn. Een grote diversiteit aan passieve en actieve hulpmiddelen, zoals warmte absorberende- en reflecterende coatings, radiatoren, louvre-systemen, isolatie-"dekens" en folies, elektrische verwarmings- en koelelementen wordt toegepast om de temperatuur aan boord van de satelliet binnen de toegelaten bereik te houden waaronder de diverse onderdelen nog goed functioneren. Zo is de toegelaten temperatuurrange voor elektronische circuits 0-40C, die van accu's 5-20C en van de structuur van -45tot+65C. In de ontwerpfase wordt een gedetailleerd computermodel samengesteld waarin de temperatuur verdeling en thermische balans van de gehele satelliet in kaart wordt gebracht. Dit model wordt in een latere fase uitgewerkt doormiddel van een test in een vacuümkamer. Voortstuwing t.b.v. baanregeling en baancorrecties. Dit voortstuwingssysteem bestaat meestal uit enkele lichtere raketjes die gebruik maken van koude gassen zoals hydrazine en pulserend aan en uitgeschakeld kunnen worden. Voor kleine baan correcties worden tegenwoordig ook wel Ionenraketmotoren toegepast. Als grotere baanveranderingen nodig zijn ,wordt een "booster" systeem gebruikt met een grotere boostermotor en met 2 verschillende vloeibare brandstoffen. Met de hier afgebeelde Clustersatelliet worden complexe baan manoeuvres uitgevoerd, waarvoor veel brandstof nodig is. Deze is opgeslagen in de bolvormige brandstoftanks. Binnen in de cilinder, bevindt zich de boostermotor en andere delen van het voortstuwingssysteem. [plaatje6] (Figuur 7 Voortstuwing) Mechanismen
Diverse subsystemen zoals uitvouwbare antennes en zonnepanelen, maar ook paaiplaats met uitschuifbare masten met sensoren, maken gebruik van mechanismen voor allerlei soorten bewegingen zoals rotatie, uitvouwen, scharnieren, richten van telescopen etc.. Er worden zware eisen aan deze onderdelen gesteld daar ze betrouwbaar moeten functioneren onder extreme temperaturen. Bovendien bedienen ze vaak systemen die een centrale rol spelen voor het al of niet goed functioneren van de satelliet. Zo leidt bijvoorbeeld een weigerend uitvouwmechanisme voor het uitvouwen van zonnepanelen, tot een volledige mislukking van de gehele satelliet! In de baan brengen van een satelliet: Het in de baan brengen van een satelliet deden we in de jaren 60 nog met een raket, dit was niet erg praktische, want raketten kon men maar één keer gebruiken. NASA heeft een lange termijn plan ontwikkeld het zogenaamde "Advanced Space Transportation Program" (ASTP). Het ASTP plan bestaat uit een gefaseerde ontwikkeling van drie generaties nieuwe ruimtetransport systemen, zogenaamde Reusable Launch Vehicles (RLV's), over een tijdsduur van ongeveer 50 jaar! De Space Shuttle zal dus nog vele jaren operationeel blijven
De Space Shuttle is, hoewel niet helemaal herbruikbaar, in feite een RLV van de 1e generatie. De Space Shuttle vliegt al zo'n 20 jaar en kan beschouwd worden als een hoeksteen van de Amerikaanse ruimtevaart. Er is gevlogen met meer dan 800 "payloads" en 600 astronauten. De 100e vlucht zal dit jaar, in 2001, plaats vinden. Er wordt veel gedaan om de Shuttle nog minstens 10 jaar in bedrijf te houden. Hij is onder meer van vitaal belang voor de opbouw van het International Space Station. Regelmatig worden verbeteringen ontwikkeld: Zo heeft men een nieuwe brandstoftank ontworpen van een aluminiumlithium legering die 3500 kg lichter is en 30 % sterker. Er is ook een verbeterd bewakingssysteem in de motoren gepland dat werkt met optische en vibratie sensoren die microscopische onregelmatigheden onmiddellijk signaleren. Daarnaast worden verbeteringen doorgevoerd in de nog altijd als gevaarlijk beschouwde vaste brandstof boosters. Tenslotte is een sterk geautomatiseerde "slimme" cockpit in ontwikkeling. Een voorloper hiervan is de "glazen" cockpit, volledig uitgerust met videoschermen zoals te zien is op de afbeelding hiernaast. Hiermee zal dit jaar voor het eerst op de shuttle "Atlantis" gevlogen worden. [plaatje7] (Figuur 8 Een Space Shuttle)
3. Sensor
4. Grondstation voor data-ontvangst
5. Preprocessing van de data
6. Distributie van de data
7. Processing van de data in overeenstemming met de noden van de gebruikers
8. Distributie van de eindproducten (kaarten, GIS toepassingen,...) aan de gebruikers
Voor stap 1 t.e.m. 5 staan de ruimtevaartagentschappen in, ruimtevaartagentschappen en descriptoren zijn verantwoordelijk voor stap 6, terwijl stap 7 en 8 gebeurt bij bedrijven en/of instellingen actief op het gebied van teledetectie. Kenmerken van de satellietlink: Bij een satellietverbinding tussen twee grondstations onderscheiden we een aantal grootheden die een maat zijn voor de kwaliteit van zo’n verbinding: - G/T-kwaliteit - Power Flux Density - Footprint - Popagatiedemping
Een belangrijk nadere specificatie voor een satelliet verbinding is de G/T-kwaliteit. Deze houdt verband met de antenneversterking (G) en de antennetemperatuur (T). De antennetemperatuur bepaalt de ruiseigenschappen van de schotelantenne. De G/T-waarde vertegenwoordigd de microgolftechnische kwaliteit van de outdor-unit. De grootheid bepaalt in hoeverre zwakke satellietsignalen die door een outdoor-units worden geleverd, nog bruikbaar zijn in ontvangststation. De G/T-waarde kunnen outdoor-units onderling worden vergeleken. De G/T-waarde kunnen we bepalen met de volgende formule: [plaatje9] =(dB (1/K) met: - Gi = Antenne gain - A = verlies tot de LNC-uitgang - Ta = ruistemperatuur van de antenne (in kelvin) - Te = ruistemperatuur van de ontvanger (in kelvin) Power Flux Density
Een systeemgrootheid die vaak wordt opgegeven voor een ontvangstlocatie vaan de directe T.V. satellieten is de Power Flux Density (PFD). Het door een satelliet uitgestraalde signaal bereikt de aarde met een trajectdemping van bijvoorbeeld 206 dB bij een frequentie van 12 GHz. De signaalsterkte op de ontvanglocatie wordt door een willekeurig ontvangsysteem uitgedrukt in een aantal dB/m2, wat neerkomt op de signaalsterkte per m2 schoteloppervlakte. De PFD wordt hierbij opgegeven ten opzichte van 1 W/m2. Zo bedraagt bijvoorbeeld voor de Eutelsat 1 de maximaal mogelijke PFD –118 dB/m2. Footprint
Het uitgezonden signaal van een satelliet ondergaat tijdens transmissie een uitwaaiering, of wel de bundel die een satelliet uitstraalt divergeert. Hierdoor ontstaat op de aarde het uiteindelijke verzorgingsgebied, dat de footprint wordt genoemd en meestal een zeer specifiek gebied of land beslaat. [plaatje10] (Figuur 10 Footprint) Het bovenstaande figuur geeft met het donker gekleurde gedeelte aan wat zijn verzorgingsgebied is. Dit is een foorprint van een willekeurige satelliet. De in de footprint vermelde getallen zijn vermeld in een aantal dB/m2 deze zijn weer gelijk aan de power flux density, helaas zijn de getallen in dit plaatje niet leesbaar. Bij satellieten die een groter deel van europa bestrijken, spreken we van de spotbeam. Zo onderscheiden we bijvoorbeeld de west-spot, de east-spot en de euro-spot. ECS-satellieten zijn voorzien van vier antennes, die gericht zijn op verzorgingsgebieden die worden aangegeven met de atlantic spot, spot west en spot east. Tezamen worden deze spots de eurobeam genoemd. [plaatje11] (Figuur 11Euro spot) Propagatie
Een elektromagnetische signaal dat zich door de ruimte voortplant, is onderhevig aan demping. Een signaal afkomstig van een satelliet wordt vrijwel niet beïnvloed door de aarde, en de verzwakking ligt dan ook vast: - elke verdubbeling van de afstand geeft 6 dB demping. - elke verdubbeling van de frequentie geeft 6 dB demping. Soorten satellieten: Satellieten kunnen we voor verschillende doeleinden gebruiken. De door de mens gemaakte satellieten die rond de aarde zweven kunnen we voor de volgende functies gebruiken: - Navigatie - Weersvoorspellingen - Omgevingsbewaking - Bemande platforms - Communicatie - T.V. satellieten
Het bovenstaande lijstje is niet compleet er zijn nog tal van andere doeleinden voor een satelliet bedenkbaar. Navigatie
Volgens het woordenboek is navigatiekennis die nodig is voor het leiden van een vaartuig naar een doel'. Navigeren heeft te maken met het bepalen van positie en koers en het vermijden van moeilijkheden op weg naar een doel. Navigatie is van oudsher iets voor schepen, zowel te water als in de lucht. Ook voor de schepen van de woestijn is navigatie belangrijk. De leiders van karavanen door de Sahara zijn misschien wel de oudste navigators ter wereld. Navigeren heeft dus alles te maken met: - Positie, waar ben ik nu - Doel, waar ga ik naar toe - Koers, hoe kom ik van mijn huidige positie naar mijn doel
Om te kunnen navigeren bestaan verschillende hulpmiddelen. Het Global Positioning System en gebruik van een GPS-Navigator (kort GPS) combineert de mogelijkheden van kaart en kompas op een slimme manier. Met één apparaat kunnen positie, doel en koers worden bepaald. Dank zij de elektronica kunnen snelheid, afstand en afgelegde route worden bijgehouden. In combinatie met een computer kunnen routes worden samengesteld en in het apparaat worden geladen voor later gebruik. Toepassing van GPS heeft ook nadelen. De GPS-Navigator blijft een kwetsbaar stuk elektronica, dat bij continu gebruik zeer veel stroom verbruikt. Met 4 AA alkaline batterijen van goede kwaliteit doe je 4 tot 5 uur. Verder heeft een GPS een verplaatsing nodig om nuttige informatie op te leveren. Op een vaste plaats geeft een GPS-Navigator uitsluitend je positie, de juiste (atoom)tijd en het moment waarop de zon op en onder gaat. Een GPS-Navigator is geen vervanger voor een kompas! Wie goed wil kunnen navigeren moet eigenlijk om kunnen gaan met de eenvoudigste hulpmiddelen voor navigatie: kaart en kompas. Hiermee leer je niet alleen de basis van het navigeren, maar ben je ook het minst kwetsbaar voor weersomstandigheden (wolken die satelliet-ontvangst belemmeren) en lege batterijen. Het beste kan een GPS-Navigator samen met kaart en kompas worden gebruikt. Vooral de combinatie van GPS en kompas is handig omdat dit enorm veel stroom kan besparen: de koers die je volgens je GPS moet volgen om je doel te bereiken, kan net zo gemakkelijk van een eenvoudig peilkompas worden afgelezen! Een goede kaart is verder onmisbaar bij de voorbereiding van een tocht en het uitzetten van routepunten of waypoints. GPS
De Trinos was de eerste weerssatelliet. Hij werd in 1960 gelanceerd en verschafte ons een beperkte hoeveelheid aan informatie omtrent het weer. Voordat deze satelliet er was moest men het doen met weerballonnen die tot hoog in de atmosfeer werden opgelaten. Tegenwoordig hangt er een groot netwerk van weerssatellieten in onze atmosfeer. Dit netwerk is een netwerk van verschillende weerssatellieten uit verschillende landen, o.a. Rusland, Amerika, Europa en Azië. Dit netwerk stuurt continu live beelden en dus informatie over het weer naar de aarde. Deze gegevens zijn voor bijna iedereen die tenminste een aansluiting tot het internet heeft toegankelijk. Voor het maken van weersvoorspellingen of weersverwachtigingen is een satelliet uitstekend geschikt als hulpmiddel. Met een satelliet kunnen we voortdurend een overzicht krijgen van de weersituatie en dat over een zeer groot gebeid. Er worden voor dit doel twee soorten satellieten gebruikt, dit is de geostationaire en de orbittingsatelliet gebruikt. Een nadeel van een geostationaire satelliet is dat hij slecht een klein gebied kan bekijken. Een orbittingsatelliet draait om een baan de aarde rond. Deze baan loopt van pool naar pool. Door dat de aarde ook rond draait zal na iedere omwenteling van de satelliet hij enkele graden naar het westen gaan. Dit met het gevolg dat hij een hel groot gebied kan bekijken. De satelliet verzameld de gegevens van het weer en stuurt ze dan vervolgens naar het volgstation op aarde. Het volgstation bewerkt dan vervolgens deze gegevens en stuurt ze weer naar de satelliet terug. De satelliet verspreid deze goede en bewerkte gegevens naar de verschillende instanties die deze gegevens gebruiken voor weersvoorpspellingen. De beelden die we op deze manier verkrijgen zijn van een hoge kwaliteit. Onder andere zijn vaak de contouren van een bepaald land duidelijker gemaakt zodat we ook met dikke bewolking toch nog de verschillende landen van elkaar kunnen onderscheiden. De frequentie die men bij dit proces hanteert ligt tussen de 137 en de 138 MHz. Daarom kunnen we voor een volgstation wel volstaan met een simpele dipoolantennesysteem. Door de grote openeningshoek van deze antenne kunnen we zonder al te ver mee te draaien met de satelliet toch elke keer de beelden ontvangen. We moeten wel op letten dat als de satelliet recht boven ons bevind we wel moeten mee draaien. Elke keer dat we een overgang van de satelliet krijgen we een beeld, en als we al deze beelden achter elkaar plakken dan krijgen we een mooi lopend plaatje van het weer. Omgeving bewakingssatelliet
In 1972,1975, 1978 en in 1982 lanceerde men elk jaar een Landsat satelliet. Deze satellieten hadden tot doel het observeren van de aarde. De satellieten lette vooral op de klimaatsveranderingen, temperatuursveranderingen de af en toe name van ijs in de noord en de zuid pool. Tegenwoordig is er één Landsat buiten werking. . Maar NASA is een nieuw project op gestart onder de noemer Mision to Planet Earth (missie naar de aarde). Dit project bestaat uit het lanceren van 17 nieuwe satellieten in de komende 15 jaar. Deze satellieten houden continue de aarde in de gaten. . Deze satellieten hebben als opdracht of ook wel als missie om de dikte van de ozon laag te meten en de warmte stromingen in de oceaan, vulkaanuitbarstingen, hoeveelheid vis in de oceaan, erosie en andere natuurverschijnselen te lokaliseren en te meten. Bemande platformen
In februari 1986 werd er in Rusland de MIR gelanceerd. MIR betekend in het Russisch vrede. Dit platform werd als vervanger gelanceerd voor de neergestorte en oude Salyut 7 ruimte station. De MIR zweefde in een hoge baan over de meest bevolkte gebieden van de aarde. Daardoor zagen veel mensen de MIR als een hele zwakke ster. In de MIR is het record gevestigd voor de langste tijd die een mens in de ruimte doorbracht, dit record staat op 300 dagen. Het internationale space station is het volgende station wat wordt gelanceerd, een gedeelte van het station is al in de ruimte maar de grootste delen worden de komende jaren gelanceerd. Nederland werkt ook mee aan dit project met de levering van een ruimte arm. T.V. satellieten
Het grote verschil tussen een gewone satelliet en een satelliet die geschikt is voor televisie doeleinden is zijn zendvermogen. Een gewone satelliet zend meestal uit met een vermogen tussen de 20 en de 50 Watt. Maar een televisiesatelliet zend uit met een vermogen van soms wel 100 tot 500 Watt. Dit heeft tot gevolg dat je ook veel korte schotelvormige antennes kunt gebruiken, waarvoor je voor een gewone satelliet soms wel een schotel nodig hebt van een doorsnede van 3 tot 15 meter, terwijl die voor de televisie maar 70 tot 90 centimeter hoeft te zijn. Dit betekent dat de ontvangstapparatuur dus niet erg duur is, want het maakt nog al uit of je nu een schotel hebt van een doorsnede van 15 meter of een van 70 cm, zeker voor je mooie uitzicht op de bloeiende roosjes. Hierdoor is het individueel ontvangst een stuk dichter bij gekomen. Een nadeel van kleine schotels is wel dat je meer afhankelijk bent van weersomstandigheden. Telefonie toepassingen
In het mobiele luchtvaart-, scheepvaartverkeer wordt steeds meer gebruik gemaakt van de satellietcommunicatie. Eén van de bekendste organisaties op dit terrein is Inmarsat. Dit is een internationaal instituut voor satellieten voor de scheepsvaart. Deze organisatie huurt satellietkanalen en gebruikt ze voor verschillende doeleinden. Er kunnen bijvoorbeeld telefoon gesprekken over worden gevoerd maar ook is het mogelijk korte tekst berichten zoals faxen te versturen. voor schepen en vrachtwagens heeft Inmersat een systeem ontwikkeld dat hun positie doorgeven. Dit is handig voor verschillende instanties. Deze dienst breid zich zelf nog steeds volop uit. Inmersat heeft een toekomst beeld gecreëerd dat men straks overal op de wereld met een zaktelefoon via de satelliet een verbinding moet kunnen maken om zo gesprekken en berichten of te leveren. Hierbij zal gebruik worden gemaakt van een groot aantal satellieten in een lage baan om de aarde. We kunnen dan een zwakker signaal naar de satelliet sturen, wat weer inhoud dat het toegankelijker is. Nieuwe satelliet projecten
Een van de nieuwste projecten die gebruikmaken van satellieten is het parade paardje van de nieuwe Amerikaanse president, het raket schild. Met de nieuwe Nationale Raket Verdediging systeem (National Missile Defense of NMD) willen de VS zich verdedigen tegen aanvallen met massavernietigingswapens door zogenaamde schurkenstaten als Noord-Korea of Irak. De bedoeling is binnenkomende vijandelijke raketten met satellieten en radars op te sporen, en hun oorlogskoppen met een raket hoog in de ruimte uit te schakelen vooraleer ze hun doel bereiken. NMD is een light-versie van het Strategisch Defensie Initiatief (SDI), in de jaren '80 het troetelkind van president Reagan. De kern van het afweersysteem is een 140 cm lange raket, de zogenaamde exoatmospheric kill vehicle (EKV), die zich met een explosieve lading op de vijandelijke oorlogskop stort. De Amerikaanse tests van de voorbije jaren kenden een wisselend succes: het onderscheppen van oorlogskoppen die aan een snelheid van 27.500 km per uur aan komen vliegen, blijkt niet zo makkelijk. Over de effectiviteit van een ruimteschild bestaat geen enkele bewijs. Bovendien zijn de proeven allesbehalve goedkoop. De eerste test in oktober 1999 kostte 5 miljoen Euro. De kostenberekeningen voor een volledig raketschild variëren van 6 tot 50 miljard Euro. Het afweersysteem is bedoeld tegen 'schurkenstaten' (rogue states) als Irak of Noord-Korea die intercontinentale raketten met een nucleaire, chemische of biologische lading zouden kunnen afvuren. In augustus 1998 lanceerde Noord-Korea de Taepo Dong 1-raket. Het tuig belandde met een boogje over Japan in zee. Voor Washington bewees deze test dat Noord-Korea in staat is met een raket Hawaï of Alaska te bereiken. De eerste fase van de NMD, die gepland is voor 2005, wordt dan ook boven de Stille Oceaan ontplooid - op voorwaarde natuurlijk dat alle technische problemen tegen die tijd zijn opgelost. Volgens het Massachusetts Institute of Technology kunnen alle defensiesystemen met vrij eenvoudige middelen misleid worden. Zo kan men de oorlogslading in vloeibaar stikstof hullen. De sensoren van het defensiesysteem, die onder meer de uitstraling van warmte opsporen, raken dan het spoor bijster. Een andere mogelijkheid is de oorlogskop van de raket uit te rusten met kleinere containers die munitie bevatten. Deze submunitie wordt dan gelost vooraleer de raket door de radars en satellieten van het defensiesysteem is onderschept. De containers gaan dan in een ballistisch traject naar hun doel. Het is een mythe dat het schild bestand is tegen alle vijandelijke aanvallen. Het systeem is machteloos tegen korte afstandsraketten die van schepen of onderzeeërs afgevuurd worden. Het schild biedt ook geen antwoord op het gevaar dat uitgaat van terroristische bewegingen die al dan niet in opdracht van schurkenstaten massavernietigingswapens het land binnensmokkelen. Een flesje anthrax (miltvuur) is zó het land binnengesmokkeld en heeft verwoestende gevolgen. Selecteren van het gewenste kanaal: De indoor-unit zet het signaal om naar de draagggolffrequentie van 480 MHz, soms wel een waarde van 610 MHz. We noemen die het basisband signaal, ook wel BB-signaal genoemd. Als dit signaal een FM-video signaal is, is het niet geschikt om naar een gewone (AM-video) T.V. – ontvanger te sturen. Het signaal moet eerst gemoduleerd worden. Ook het audiokanaal moet gekozen en gemoduleerd worden. Het dan ontstaande signaal kan rechtstreeks naar de scart-ingang van de T.V. – ontvanger of monitor worden gestuurd. Als dit niet kan, moet het signaal weer gemoduleerd worden maar dan volgens het AM-video principe. Het video en audiokanal worden op een draaggolf geplaatst op de aardse manier en vervolgens door de normale T.V.-ontvanger geselecteerd en verwerkt worden. Het BB-signaal wordt gescheiden in een video-signaal en in een audio-signaal. Het video-signaal noemen we ook wel het Low Pass Filter, en het audio kanaal heet ook wel Band Pass Filter. Het vidoe-signaal wordt gedetecteerd met de de-emphasis-netwerk. Het audio-signaal wordt geselecteerd in een FM-modulator. Ui de video-detector komt dan het vidoe-signaal zonder het trigger-signaal. In de clamp-schakeling wordt er een trigger-signaal toegevoerd. Het versterkte audio-signaal en het video-signaal met het trigger-signaal worden vervolgens weer gemoduleerd in ene modulator naar een instelbaar kanaal tussen de 30 en de 39 MHz in de band 4. Bij gebruik van de scart kunnen we het gemoduleerde video en audio-signaal rechtstreeks aan de clamp-schakeling respectievelijk de audioversterker worden afgetakt. De unclamped video-uitgang wordt gebruikt voor decoderschakelingen als er en codering is toegepast. Stereo en Multichannel: Er zijn zenders die de extra geluidskanalen gebruiken om meertalige uitzendingen te verzorgen. Ook stereo-, data- en (de)codeersignalen komen op deze kanalen voor. Met behulp van de processoren kunnen de signalen teruggewonnen worden. Ze kunnen de Engelse stations van het Sky-channel-bedrijf uit drie modules kiezen voor de audio-signalen elk kanaal is dan 180 KHz breed. Hulpdraaggolf Mode 1 Mode 2 Mode 3
VHF L2 48-88 MHz
VHF H1 144-174 MHz
VHF H2 175-300 MHz
UHF U 300 MHz – 1 GHz
L 1 1-1,17 GHz
L 2 1,17-1,575 GHz
S - 1,7-3 GHz
C 1 3,4-3,95 GHz
C 2 3,7-4,2 GHz
C 3 4,2-6,5 GHz
X 6,5-10,7 GHz
Ku 10,7-15 GHz
Ku 1A 10,95-11,2 GHz
Ku 1B 11,2-11,45 GHz
Ku 1C 11,45-11,7 GHz
Ku 2 11,7-12,2 GHz
Ku 3 11,7-12,5 GHz
Ku 4 12,2-12,7 GHz
Ku 5 12,5-12,75 GHz
Ka E1 18-20 GHz
E E2 28-30 GHz
E E3 30-60 GHz
Telecommunicatiesatellieten maken gebruik van de frequentiebanden tussen de 1 GHz en de 60 GHz. De c-band wordt het meest gebruikt. Narmate de toegepaste frequenties hoger zijn, is er meer energie nodig voor de signaalversterking. Voor de downlink wordt dan ook steeds een lagere frequentie gebruikt dan voor de uplink. Maakt een grondstation van een frequentie van 6 GHz voor de uplink, dan wordt dit signaal door de satelliet voor de downlink in een frequentieopzetter getransformeerd naar een frequentie van 4 GHz. Een eveneens vaak toegepaste band is de Ku-band, deze band loopt van de 10 GHz tot de 15 GHz. Andere veel voorkomende up/downlink-combinaties zijn 14 GHz/12 GHz en 30/20 GHz. Naarmate frequentietoewijzigingen zijn er in de EBU (European Broadcasting Union) afspraken gemaakt omtrent de positie van satellieten in de geostationaire baan. Hiertoe is de aarde verdeeld in drie regio’s, waarbij Europa en Afrika zich bevinden in ITU regio 1. satellieten die uitzending doen ten behoeve van deze regio bevinden zich tussen de lengtegraden 35 oost en 58 west. Schotelantenne: Bij de overdracht van informatiesignalen met een zeer hoge frequentie (GHz-gebied) dan wordt er meestal gebruik gemaakt van antennes met een paraboolvormige reflector. We noemen dergelijke antennes in het algemeen ook wel schotelantennes. Een schotelantenne gedraagt zich over een groot frequentiegebied als een holleparabolische spiegel. Deze parabolische spiegel fungeert als een reflector van de hierop invallende elektromagnetische stralingsenergie, en reflecteert deze energie naar één punt, het brand punt. In dit brandpunt bevindt zich de eigenlijke antenne, bijvoord een dipool. [plaatje12] (Figuur 12 Schotelantenne) De reflector wordt gemaakt van geleidend materiaal, bijvoorbeeld aluminium. De schotelantenne met betrekkelijk grote middellijn worden ook wel, in verband met de windlast, gemaakt van polyester versterkt met glasvezel, en voorzien van een aluminiumlaag of bedekt met een metaalhoudende verf. De afmetingen van de parabolische spiegel moeten groot zijn ten opzichte van de golflengte van het signaal. Om de antenneafmetingen aanvaardbaar te houden, worden deze antennes alleen toegepast bij frequenties vanaf 1 GHz.
Parabolische Schotel
Voor het ontvangst van satellietsignalen zijn zeer richtingsgevoelige antennes noodzakelijk. De van de satellieten afkomstige signalen zijn in het algemeen zeer zwak. En kunnen met antennes zoals een dipool meestal niet naar behoren worden ontvangen. Bij de parabolische schotel wordt de ontvangen signaal energie door een groot antenneoppervlak gebundeld, gefocusseerd, in het brandpunt. In dit brandpunt bevindt zich de eigenlijke antenne. De gevoeligheid van de parabolische antenne is groter naarmate het schoteloppervlak grote is. Casse-Grain-schotel
Bij een parabolische schotel antenne die berust op het Casse-Grain-principe wordt voor het brandpunt een hyperbolischereflector geplaatst, waardoor de bundeling van de ontvangen energie plaats vindt achter het hart van de parabool. Off-set-schotel
Een schotelantenne die afwijkt van de paraboolvorm is de off-set-schotel. De schotel heeft een vorm die neigt naar een elliptische vorm. Hierdoor wordt het brandpunt verplaatst naar de onderzijde van de schotel. Een belangrijk voordeel hiervan si dat in het brandpunt te plaatsen antenne geen schaduw vormt op de reflector, waardoor het ontvangen signaal sterker is. Nawoord: Ik vond het wel leerzaam en interessant om dit verslag, wat over satellieten ging, te maken en te schrijven. Tijdens dit verslag ben ik tegen leuke en wetenswaardigheden over satellieten tegen aan gelopen, dit kwam door de informatie die beschreven stond in de boeken, internet pagina’s en tijdschriften. Zo ben uk er ook achter gekomen dat er zeer veel bij komt voor een satelliet goed en wel signalen kan ontvangen en weer terug kan sturen. Dit komt omdat er zoveel andere aspecten nog bijkomen kijken waarvan ik het bestaan nog niet echt wist. En er zijn ook zeer veel aspecten die nog van belang zijn maar die ik niet in dit verslag heb vermeld, dit heb ik gedaan met het oog om het verslag een beetje overzichtelijk en toegankelijk voor iedereen te maken, en daarom heb ik me dus alleen bezig gehouden met de echt belangrijke aspecten. Hierbij denk ik dan aan de opbouw, functie, soorten en baan hoogte, etc. Verder ben ik er nog achter gekomen dat er over satellieten een groot stuk aan informatie niet voor iedereen toegankelijk is en dus niet verkrijgbaar is. Veel algemene informatie is wel beschikbaar in boeken en in data banken op het internet, maar de meeste sites en boeken vermelden niet naar de werking echt van het deel of apparaat, dit gedeelte van een satelliet is dus nog steeds een beetje geheim, en ik denk ook moeilijk te vatten. Maar toch hoop ik met de beperkte hoeveelheid aan informatie er toch ene goed en duidelijk verslag van hebben gemaakt. Bijlage: De volgende twee plaatjes kunnen we een bouwtekening zien van een Chinese satelliet met de maten en afmetingen erbij. [plaatje13] (Figuur 13 Bouwtekening deel 1) [plaatje14] (Figuur 14 Bouwtekening deel 2) [plaatje15] (Figuur 15 Satelliet tekening met namen)
REACTIES
:name
:name
:comment
1 seconde geleden
S.
S.
ik vond het een heel goed werkstuk
ik heb hem goed gebruikt!!!
bedankt
Spawn
20 jaar geleden
AntwoordenJ.
J.
echt super cool
6 jaar geleden
AntwoordenH.
H.
ik vont het echt heel mooi
6 jaar geleden
Antwoorden