Maan ja ulkoavaruuden aluksen välinen radiotietoliikenne
Hahka, Antti (2023)
Hahka, Antti
2023
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-05-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304244285
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304244285
Tiivistelmä
Avaruus on vaativa ympäristö ihmisen luomalle teknologialle. Mitä kauemmas Maasta avaruusalukset kulkevat avaruudessa, sitä vaativammaksi kaksisuuntainen yhteydenpito avaruusaluksen ja Maan välillä käy. Tässä työssä perehdytään siihen, miten ihmisen rakentaman avaruusaluksen ja Maan välillä pidetään pitkienkin matkojen välillä yhteyttä langattomasti radiotekniikan avulla sekä miten avaruusaluksen sijainti määritetään. Työssä käydään lyhyesti läpi tietoliikenne-esimerkki James Webb -avaruusteleskoopin avulla.
Työ on jaettu viiteen osaan, joissa ensiksi perehdytään avaruuteen ympäristönä ja langattomaan tietoliikenteeseen. Tästä siirrytään tutkimaan tietoliikenteen tehtäviä sekä sen mahdollistajaa ulkoavaruusverkko DSN:ää. Sen jälkeen tutustutaan ulkoavaruudesta tulevan signaalin vastaanottamiseen sekä lähettämiseen. Lopuksi käydään läpi tietoliikenne-esimerkki.
Työssä tarkastellaan ulkoavaruuden tietoliikennettä paljon Maan osalta. Tietoliikenteen osalta tutustutaan ensiksi ulkoavaruuden tietoliikenteen käyttökohteisiin, jotka ovat telemetria, ohjaus ja seuranta. Alaluvussa "Seuranta" vastataan tutkimuskysymykseen siitä, miten ulkoavaruuden alus paikannetaan avaruudessa. Tähän liittyy olennaisesti se, että aluksen paikkaa määritetään sen koko elinkaaren ajan, minkä avulla ennakkoon luotua lentoradan mallia voidaan verrata aluksen havaittuun paikkaan. Havannointi tapahtuu ulkoavaruusverkko DSN:n avulla.
DSN on tässä työssä laajemman käsittelyn kohteena. DSN on kolmen antenniaseman muodostama maailmanlaajuinen kokonaisuus. Nämä asemat ovat sijoitettu ympäri Maapalloa siten, että jokaiseen avaruudessa olevaan alukseen voidaan ottaa yhteyttä milloin tahansa Maapallon pyöriessä akselinsa ympäri. Asemilla on eri määrä erilaisia Cassegrain-tyyppisiä antenneja, joiden tehtävänä on vastaanottaa ja lähettää hyötyviestejä eli signaaleita. DSN:n yhteydessä tutustutaan niin sanottuun linkkibudjettiin ja sen muodostaviin parametreihin, joiden avulla kuvataan Maan ja avaruudessa olevan aluksen välisiä signaalin tehohäviöitä ja -vahvistuksia. Signaalit ovat kaukaa avaruudesta tulleessaan hyvin heikkoja ja kohinaisia, mikä vaatii DSN:ltä signaalia vahvistavia laitteita. Vaikka signaalit saadaankin vahvistettua siten, että niitä voidaan tulkita ja käyttää, vaaditaan itse signaaliin liitetyltä datalta varmuutta datan oikeellisuudesta. Tähän varmuuteen pystytään esimerkiksi erilaisten virheenkorjausmenetelmien avulla.
Työ on jaettu viiteen osaan, joissa ensiksi perehdytään avaruuteen ympäristönä ja langattomaan tietoliikenteeseen. Tästä siirrytään tutkimaan tietoliikenteen tehtäviä sekä sen mahdollistajaa ulkoavaruusverkko DSN:ää. Sen jälkeen tutustutaan ulkoavaruudesta tulevan signaalin vastaanottamiseen sekä lähettämiseen. Lopuksi käydään läpi tietoliikenne-esimerkki.
Työssä tarkastellaan ulkoavaruuden tietoliikennettä paljon Maan osalta. Tietoliikenteen osalta tutustutaan ensiksi ulkoavaruuden tietoliikenteen käyttökohteisiin, jotka ovat telemetria, ohjaus ja seuranta. Alaluvussa "Seuranta" vastataan tutkimuskysymykseen siitä, miten ulkoavaruuden alus paikannetaan avaruudessa. Tähän liittyy olennaisesti se, että aluksen paikkaa määritetään sen koko elinkaaren ajan, minkä avulla ennakkoon luotua lentoradan mallia voidaan verrata aluksen havaittuun paikkaan. Havannointi tapahtuu ulkoavaruusverkko DSN:n avulla.
DSN on tässä työssä laajemman käsittelyn kohteena. DSN on kolmen antenniaseman muodostama maailmanlaajuinen kokonaisuus. Nämä asemat ovat sijoitettu ympäri Maapalloa siten, että jokaiseen avaruudessa olevaan alukseen voidaan ottaa yhteyttä milloin tahansa Maapallon pyöriessä akselinsa ympäri. Asemilla on eri määrä erilaisia Cassegrain-tyyppisiä antenneja, joiden tehtävänä on vastaanottaa ja lähettää hyötyviestejä eli signaaleita. DSN:n yhteydessä tutustutaan niin sanottuun linkkibudjettiin ja sen muodostaviin parametreihin, joiden avulla kuvataan Maan ja avaruudessa olevan aluksen välisiä signaalin tehohäviöitä ja -vahvistuksia. Signaalit ovat kaukaa avaruudesta tulleessaan hyvin heikkoja ja kohinaisia, mikä vaatii DSN:ltä signaalia vahvistavia laitteita. Vaikka signaalit saadaankin vahvistettua siten, että niitä voidaan tulkita ja käyttää, vaaditaan itse signaaliin liitetyltä datalta varmuutta datan oikeellisuudesta. Tähän varmuuteen pystytään esimerkiksi erilaisten virheenkorjausmenetelmien avulla.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8798]