النظام الفرعي للقياس عن بعد والتتبع والقيادة والمراقبة “TTCM” موجود في كل من القمر الصناعي والمحطة الأرضية، وبشكل عام يحصل القمر الصناعي على البيانات من خلال أجهزة الاستشعار، لذلك يرسل النظام الفرعي للقياس عن بُعد الموجود في القمر الصناعي هذه البيانات إلى المحطة الأرضية ولذلك يُعد النظام الفرعي “TTCM” ضرورياً جداً لأي قمر صناعي للاتصالات من أجل تشغيله بنجاح.
أجزاء النظام الفرعي TTCM
تقع على عاتق مشغل الأقمار الصناعية مسؤولية التحكم في القمر الصناعي في عمره الافتراضي وبعد وضعه في المدار المناسب، كما يمكن القيام بذلك بمساعدة النظام الفرعي “TTCM” ويمكن تحويل النظام الفرعي “TTCM” هذا إلى الأجزاء الثلاثة التالية:
1- النظام الفرعي للقياس عن بعد والمراقبة
النظام الفرعي للقياس عن بعد: هو نظام يتم التحكم فيه عن بعد، ويرسل بيانات المراقبة من القمر الصناعي إلى المحطة الأرضية، وبشكل عام تحمل إشارات القياس عن بُعد المعلومات المتعلقة بالارتفاع والبيئة والقمر الصناعي.
كلمة “القياس عن بعد” تعني القياس عن بعد مسافة محددة ولكن غير مقصورة، وبشكل أساسي تتم العمليات التالية في “القياس عن بعد”:
- توليد إشارة كهربائية تتناسب مع الكمية المراد قياسها.
- ترميز الإشارة الكهربائية.
- نقل هذا الرمز إلى مسافة بعيدة.
ملاحظة:“TTCM” هي اختصار “Telemetry, Tracking, Commanding and Monitoring”.
أولاً: وظائف النظام الفرعي للقياس عن بُعد
يؤدي النظام الفرعي للقياس عن بُعد الموجود في القمر الصناعي وظيفتين أساسيتين هما:
- تلقي البيانات من أجهزة الاستشعار.
- نقل تلك البيانات إلى محطة أرضية.
ثانياً: أساسيات النظام الفرعي للقياس عن بُعد
تحتوي الأقمار الصناعية على عدد غير قليل من أجهزة الاستشعار لرصد المعلمات المختلفة مثل الضغط ودرجة الحرارة والحالة وما إلى ذلك للأنظمة الفرعية المختلفة، وبشكل عام يتم إرسال بيانات القياس عن بعد على شكل “FSK” أو “PSK“.
- “FSK” هي اختصار “Frequency-shift keying”.
- “PSK” هي اختصار “Phase-shift keying”.
2- نظام التتبع الفرعي
يُعد نظام التتبع الفرعي مفيداً في معرفة موقع القمر الصناعي ومداره الحالي، كما يراقب مركز التحكم في القمر الصناعي “SCC” عمل وحالة الأنظمة الفرعية للجزء الفضائي، وبمساعدة القياس عن بُعد للوصلة الهابطة ويتحكم في تلك الأنظمة الفرعية باستخدام الوصلة الصاعدة للأوامر.
كما أنّ نظام التتبع الفرعي موجود أيضاً في محطة أرضية، حيث إنّه يركز بشكل أساسي على زوايا المدى والمظهر للقمر الصناعي وعدد التقنيات التي يتم استخدامها لتتبع القمر الصناعي، وعلى سبيل المثال يمكن تحديد التغيير في الموقع المداري للقمر الصناعي باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها من مستشعرات السرعة والتسارع الموجودة على القمر الصناعي.
يحتفظ نظام التتبع الفرعي الموجود في محطة أرضية بتتبع القمر الصناعي وعند إطلاقه من المرحلة الأخيرة من مركبة الإطلاق، كما يؤدي وظائف مثل تحديد موقع القمر الصناعي في المدار الأولي ومدار النقل.
- “SCC” هي اختصار “Satellite Control Center”.
3- قيادة النظام الفرعي
نظام فرعي أمر ضروري لإطلاق القمر الصناعي في مدار وعمله في ذلك المدار، كما يقوم هذا النظام الفرعي بضبط ارتفاع ومدار القمر الصناعي كلما كان هناك انحراف في هذه القيم، وكما يتحكم في النظام الفرعي للاتصالات وهذا النظام الفرعي المسؤول عن تشغيل أو إيقاف تشغيل الأنظمة الفرعية الأخرى والموجودة في القمر الصناعي بناءً على البيانات، والتي يتم الحصول عليها من أنظمة القياس عن بُعد وأنظمة التتبع الفرعية.
بشكل عام يتم تحويل رموز التحكم إلى كلمات أوامر، كما تُستخدم كلمات الأمر هذه للإرسال في شكل إطارات “TDM“، وفي البداية يتم التحقق من صحة كلمات الأمر في القمر الصناعي وبعد ذلك يمكن إرسال كلمات الأوامر هذه إلى المحطة الأرضية، كما يتم فحص كلمات الأمر هذه مرة أخرى، حيث إذا تلقت المحطة الأرضية أيضاً نفس كلمة الأمر أي الصحيحة، فإنّها ترسل تعليمات التنفيذ إلى القمر الصناعي لذلك فإنّه ينفذ هذا الأمر.
من ناحية الوظائف يكون النظام الفرعي للقياس عن بُعد والنظام الفرعي القائد معاكسين لبعضهما البعض، ومنذ ذلك الحين ينقل الأول معلومات القمر الصناعي إلى المحطة الأرضية ويستقبل الثاني إشارات الأوامر من المحطة الأرضية.
- “TDM” هي اختصار “Time-division multiplexing”.
الفرق بين نظام القياس عن بعد ونظام التتبع ونظام القيادة
1- مبدأ عمل نظام القياس عن بعد
- تقع الأنظمة الفرعية “TTCM” جزئيًا على القمر الصناعي وجزئياً على المحطة الأرضية.
- يرسل رابط القياس عن بُعد بيانات حول صحة القمر الصناعي إلى المحطة الأرضية.
- يوفر نظام التتبع في المحطة الأرضية معلومات عن مدى الساتل وزوايا ارتفاعه والسمت.
- من خلال القياس المتكرر لهذه البيانات، يمكن تحسين التغييرات في المدار.
- تُستخدم بيانات القياس عن بُعد من البيانات الساتلية والبيانات المدارية من المحطة الأرضية لتصحيح موقع وموقف القمر الصناعي، وأيضاً للتحكم في توجيه الهوائي وتكوين نظام الاتصالات.
- كبير من حيث أجهزة الاستشعار الموجودة داخل القمر الصناعي، وترسل البيانات إلى الكمبيوتر المتحكم فيه في المحطة الأرضية المستخدمة لمراقبة بيانات القياس عن بُعد وتخزينها وفك تشفيرها.
- عادةً ما تراقب المستشعرات الضغط في خزانات الوقود والجهد والتيار في وحدة تكييف الطاقة والتيار المرسوم بواسطة كل نظام فرعي والجهد الحرج والتيارات في دوائر الاتصالات، وارتفاع درجة الحرارة في الأنظمة الفرعية المختلفة.
- نظام القياس عن بعد المستخدم أثناء الإطلاق وأيضاً عندما يكون الساتل في مدار “GEO”، ويتم إرسال هوائي عالي التوجيه وبيانات رقمية معدلة الإرسال “PSK” وبيانات رقمية متعددة الإرسال “TDM” إلى المحطة الأرضية.
- يتم استخدام معدل بيانات منخفض بحيث يكون عرض نطاق المستقبِل عبارة عن عرض نطاق ضيق وموجة حاملة عالية لنسبة الضوضاء.
ملاحظة:“GEO” هي اختصار “Geosynchronous Equatorial Orbit”.
2- نظام التتبع
- يستخدم نظام التتبع في النظام الفرعي “TTCM” لتحديد مدار القمر الصناعي أثناء الإطلاق ثم تتبع القمر الصناعي، ويحدد المدار الحالي للقمر الصناعي.
- يعتمد تقنيات مختلفة لتتبع القمر الصناعي، حيث يمكن استخدام مستشعرات السرعة والتسارع على الأقمار الصناعية لتحديد التغيير في المدار، كما يمكن قياس انزياح دوبلر للموجة الحاملة للقياس عن بعد من المحطة الأرضية أو مرسل المنارة لتحديد المعدل الذي يتغير به النطاق، ويمكن استخدام نغمات النطاق للقياس.
- يمكن تحقيق التحديد النشط عن طريق إرسال نبضة أو سلسلة من النبضات وقياس تأخيرها في المحطة الأرضية.
- يمكن تطبيق الطرق المثلثية عندما لا تراقب أي محطة أرضية كافية، والتي يمكن أن تحدد الموقع بدقة حتى في حدود “10 أمتار”.
3- نظام القيادة
- يستخدم نظام القيادة لإجراء تغييرات في الموقف والتصحيحات في المدار والتحكم في نظام الاتصال.
- كما يتم استخدامه في دوران الأقمار الصناعية المستقرة وأيضاً لتمديد الأشرعة والهوائيات الشمسية لقمر صناعي ثلاثي المحاور.
- أوامر واستجابات مشفرة تستخدم لتوفير الأمن يرسل من الكمبيوتر المتحكم فيه لنظام “TTCM”.
- عادةً ما تُستخدم هوائيات البوق ذات التغطية الأرضية كهوائي “TTCM” في نظام “6/4 جيجاهرتز”.
- يتم استخدام نظام “TTCM” احتياطي أثناء الإطلاق والحقن في المدار الجغرافي الثابت للقمر الصناعي، والذي يتحكم في محرك الدفع الأوج ونظام التحكم في الموقف ودوافع التحكم في المدار وآلية نشر الشراع الشمسي ووحدة تكييف الطاقة.
- يستخدم نظام النسخ الاحتياطي لإبقاء القمر الصناعي في المحطة في حالة فشل نظام “TTCM” الرئيسي.
- كما أنّه يستخدم لإخراج القمر الصناعي من مدار جيو وإيقاف تشغيل جميع أجهزة الإرسال عندما يصل القمر الصناعي إلى نهاية عمره.
