النظام الفرعي للاتصالات Communications Subsystem في الأقمار الصناعية

 

بعد إطلاق مركبة فضائية (مثل قمر صناعي كما هو في حالتنا تلك) ، تظهر الحاجة إلي التواصل مع القمر الصناعي وتبادل البيانات والأوامر بين القمر ومحطة التحكم الأرضية التابع لها.

 

تتواصل الأقمار الصناعية مع المحطة الأرضية باستخدام موجات الراديو Radio Waves لإرسال إشارات إلى الهوائيات الموجودة على الأرض. تقوم الهوائيات بعد ذلك بالتقاط تلك الإشارات ثم تتم معالجة المعلومات الواردة من تلك الإشارات. يمكن أن تشمل المعلومات ما يلي:

 

• البيانات العلمية Scientific Data (مثل الصور التي التقطها القمر الصناعي)،
• بيانات عن صحة وحالة القمر الصناعي، و
• المكان الذي يتواجد فيه القمر الصناعي حاليا في الفضاء.

.

يعد نظام الاتصالات Communication System جزءًا أساسيًا من المركبة الفضائية. فبالنسبة لمعظم المهام، يتيح نظام الاتصالات للمركبة الفضائية إرسال ونقل البيانات Data ومعلومات القياس عن بعد Telemetry إلى الأرض، إضافة إلي تلقي الأوامر Commands من الأرض، وكذلك يتيح لها نقل المعلومات إلي مركبة فضائية أخرى في الفضاء.

 

يتكون نظام الاتصالات Communication System من:

 

  • الجزء الأرضي Ground Segment : يتكون من محطة أرضية Ground Station واحدة أو أكثر موجودة على الأرض،

 

  • والجزء الفضائي: يتكون من مركبة فضائية Spacecraft واحدة أو أكثر.

 

  • وحمولات الاتصالات Communication Payloads الخاصة بها.

.

تتمثل الوظائف الثلاث لنظام الاتصالات في:

 

  • تلقي الأوامر من الأرض (عبر ما يُسمي بالوصلة الصاعدة Uplink)،

 

  • ونقل البيانات إلى الأرض (عبر ما يُسمي بالوصلة الهابطة Downlink)،

 

  • وإرسال أو استقبال المعلومات من قمر صناعي آخر (عبر ما يُسمي بالوصلة المتقاطعة Crosslink أو وصلة الترابط بين الأقمار الصناعية Inter-Satellite Link).

.

مخطط يوضح أنواع وصلات الإتصال المختلفة : الوصلة الصاعدة Uplink و الوصلة الهابطة Downlink و الوصلة المتقاطعة Crosslink بين الأقمار الصناعية. الصورة ناسا

.

هناك نوعان من أنظمة الاتصالات:

 

  • الإتصالات بالترددات الراديوية Radio Frequency واختصارها RF .

 

  • و الإتصالات البصرية في الفضاء الحر Free Space Optical واختصارها FSO ،

.

الإتصالات بالترددات الراديوية Radio Frequency

 

ويشار إلى الإتصالات البصرية في الفضاء الحر FSO أيضًا باسم اتصالات الليزر Laser Communications واخصارا بـ Lasercom .

 

معظم أنظمة اتصالات المركبات الفضائية تعتمد على الترددات الراديوية Radio Frequency RF . وهي تعمل عادةً ضمن نطاقات راديو Radio Bands محددة بواسطة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) من 300 ميجاهرتز إلى 40 جيجاهرتز. يتواصل نظام الترددات اللاسلكية RF system عن طريق إرسال البيانات باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية Electromagnetic Waves فيما بين الهوائيات Antennas . يتم عمل تضمين Modulation للمعلومات فوق موجات كهرومغناطيسية ذات تردد راديوي ويتم إرسالها عبر قناة Channel ، وتنتشر عبر الغلاف الجوي أو في الفضاء، حتي تصل إلى نظام الاستقبال حيث يتم إزالة التضمين Demodulation .

.

الإتصالات البصرية في الفضاء الحر Free Space Optical

 

على الرغم من أن أنظمة الترددات اللاسلكية RF Systems تستخدم عادةً للاتصالات الفضائية ذات المعدل المنخفض Low-Rate Space Communication في نقل البيانات ، إلا أن التطورات الأخيرة في الإتصالات البصرية في الفضاء الحر FSO جعلتها بديلاً مقنعًا لأنظمة الترددات اللاسلكية، خاصة للاتصالات ذات المعدل العالي High-Rate Communication في نقل البيانات.

.

تتكون أنظمة الإتصالات البصرية في الفضاء الحر FSO Systems من:

 

  • محطة إرسال Transmitting Terminal ،

 

  • ومحطة استقبال Receiving Terminal .

.

مثل نظام الترددات اللاسلكية، يتم عمل تضمين Modulation للمعلومات على موجات كهرومغناطيسية (عند الترددات الضوئية) وإرسالها عبر قناة إلى نظام الاستقبال Receiving System . تعمل وصلات FSO بتردد أعلى بكثير مما تعمل عنده وصلات التردد اللاسلكي RF Links ، وبشكل عام تعمل في النطاقات قريبة من الأشعة تحت الحمراء Near-Infrared Bands (على سبيل المثال، الطول الموجي 1064 نانومتر أو 1550 نانومتر).

 

غالبًا ما لا يتم استخدام الضوء المرئي Visible Light بسبب مخاوف تتعلق بسلامة أعين الفنيين في محطات الاستقبال والإرسال Terminals . استخدام الترددات الأعلى وعروض النطاق Bandwidths الأوسع يمكنه أن يدعم معدلات أعلى في نقل بيانات Data Rates ، ولكن الأطوال الموجية الأقصر تؤدي أيضًا إلى عروض شعاع أضيق Narrower Beamwidths مما يتطلب توجيه محطة الاتصال Communication Terminal الخاصة بك بشكل أكثر دقة وأكثر إحكامًا.

.

بنية منظومة الإتصالات System Architecture

 

يتكون نظام اتصالات الترددات اللاسلكية RF Communications System المستخدم في الأقمار الصناعية الصغيرة من جهاز إرسال واستقبال Transceiver يتكون من وحدة راديو Radio ومكبر إشارة Amplifier وهوائي Antenna . تتلقى أجهزة الراديو رسالة من النظام الفرعي للأوامر ومعالجة البيانات Command and Data Handling (CDH) Subsystem ، ثم تنتج موجة كهرومغناطيسية وتقوم بعمل تعديل Modulte لها لإنشاء إشارة Signal . وحدة الراديو مسؤولة عن توليد الإشارة وتعديلها Modulation أو إزالة التعديل De-modulation .

.

وحدة الراديو Radio هي أيضًا المكان الذي يمكن فيه إضافة ترميز/تشفير Coding إلى الإشارة. تتم إضافة مرحلة تشفير القناة Channel Coding لتوفير إمكانيات لاكتشاف أخطاء البيانات Data Error وتصحيحها، مما يضمن اتصالاً موثوقًا بها في ظل الظروف التي يتعرض لها مسار الإرسال عبر القمر الصناعي Satellite Transmission Path . من معادلة شانون Shannon’s Equation ، من المعروف أن سعة المعلومات Information Capacity للقناة يرتبط بعرض النطاق الترددي Bandwidth الخاص بها ونسبة الإشارة إلى الضوضاء Signal-to-Noise Ratio (SNR) . يمكن زيادة سعة القناة Channel Capacity (حجم تدفق المعلومات) عن طريق زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) أو زيادة عرض النطاق الترددي، والعديد من مخططات التضمين Modulation والتشفير Coding تستفيد بشكل فعال من هذه المقايضة.

 

وحدات الراديو Radios توفر بعض التكبير لقدرة الإشارة Power Amplification ، ولكن غالبًا ما تتطلب الإشارات الصادرة عن الأقمار الصناعية الصغيرة تقوية بشكل أكبر. وحدة التكبير Power Amplifier ستأخذ الإشارة من وحدة الراديو ويزيد من قدرة التردد اللاسلكي الخارج RF Output Power قبل إرساله إلى هوائي الإرسال Transmit Antenna .

 

في جهة الاستقبال، سيقوم مضخم/مكبر منخفض الضوضاء Low Noise Amplifier LNA بأخذ الإشارة الضعيفة من هوائي الاستقبال ويضخمها مع تقليل الضوضاء الحرارية Thermal Noise . يمكن استخدام مرشح تمرير النطاق Bandpass Filter قبل المكبر منخفض الضوضاء LNA لرفض الترددات غير المرغوب فيها. بعد هذه المراحل ستتمكن وحدة الراديو Radio بعد ذلك من معالجة الإشارة الأقوى بدقة أعلى.

 

في الاتصالات الراديوية RF Communications ، يتمثل دور الهوائي Antenna في زيادة قوة الإشارة وتركيزها في اتجاه معين. سيتم إرسال الرسالة الرقمية Digital Message المشفرة على إشارة راديوية حاملة RF Carrier Signal من وإلى هوائيات كل نظام.

 

في الأقمار الصناعية، يتكون النظام الفرعي للاتصالات Communications Subsystem (حمولة الإتصالات)، بشكل أساسي من وحدة الإرسال والاستقبال Transponder وهوائيات Antennas الإرسال والاستقبال. من المهم ملاحظة أن الاتصالات Communications يمكن أن تكون هي نفسها مهمة المركبة الفضائية ، إضافة إلى حاجتها لتلقي الأوامر Commands وإرسال بيانات القياس عن بعد Telemetry الخاصة بالمركبة.

.

الهوائيات Antennas

 

كما ذكرنا من قبل، ففي الاتصالات الراديوية RF Communications ، يتمثل دور الهوائي Antenna في زيادة قوة الإشارة وتركيزها في اتجاه معين.
.

مراجع

 

1- How do satellites communicate? – NASA

2- 9.0 Communications – NASA – Web

3- 9.0 Communications – NASA – PDF

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو

*******************************

مقالات جديدة

 

.

.

مواضيع ذات صلة

 

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

**************************************

ملاحظة

  • إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
  • أو راسلنا علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sm.coim

مكتبة محاكاة الأجهزة

أترك تعليق