衛星は、地球の表面または宇宙で電磁波を交換することによって通信し、極の上にホバリングするか、毎日私たちの周りを回っています。通信は、必ずしも無線スペクトルで発生する必要はありません。テレビのリモコンはセットトップ ボックスと赤外線で通信し、電話はマイクロ波で通信します。
Google Earth を使用すると、地球上のあらゆる場所を訪れることができますが、ほとんどの人は何をしているのでしょうか?自分の家を見てください。実際、Google Earth は高解像度の写真を表示するだけではありません。彼の幽霊の 1 つであるスクルージのように、歩いている歩行者と実際の交通を目撃できるので、実際にそこに放り込まれます!しかし、Google Earth はどのようにしてこの偉業を成し遂げたのでしょうか?
サテライト付き！
衛星とは?
サテライトという言葉は、必ずしも両側にソーラーパネルが取り付けられた宇宙空間に浮かぶ機械的な箱を指すわけではありません。より一般的に言えば、衛星は惑星を周回する宇宙ベースのオブジェクトです。たとえば、月は天然の衛星ですが、通信を広めて航行するために打ち上げられる衛星は人工の人工衛星です。
衛星を地球の周りの安定した軌道に乗せるためには、地球の引力と下層大気の空気抵抗に打ち勝つ必要があります。この引力から逃れる速度が脱出速度で、毎秒約 7 マイルです。地球を脱出した後でも、衛星がその軌道にとどまろうとする傾向は、地球の絶え間ない引力によって争われます。
その線速度は惑星を外側に押し出し、重力は惑星に向かって内側に引き寄せます。これらの力が釣り合ったとき、衛星は最終的に軌道に落ち着きます。
衛星を軌道上に維持する速度ははるかに速く、時速約 17,000 マイルである軌道速度として知られています。
サテライトには 2 つのタイプがあります:
- 極地:これらの衛星は極の上にホバリングし、地球がその下で継続的に回転している間、地球を監視します。そのため、最終的に地球全体が同じ場所にとどまり、精査の対象となります。
- 静止または静止:これらは接続されています それらの回転は地球の回転と同期しているため、特定の場所に移動します。これらは、特定の場所にある受信機を監視または通信するために使用されます。
衛星の構造
姿勢制御
- 人工衛星は軌道上の位置からぐらつくことなく正確な測定を行う必要があります。これが姿勢制御と呼ばれる定期的な安定化の理由です。
- ジャイロ運動を利用して、衛星のカメラの位置と、衛星が周回している物体に対する空間内の向きを安定させます。
- 衛星が安定化されていないと、衛星は軌道から外れて宇宙や地球に向かう可能性があり、結果が不正確になり、信頼性が低下します。
- ジャイロスコープは、3 軸の安定化のために最大 6,000 RPM で回転し、回転安定化された円筒衛星では約 60～70 RPM で回転します。
ボディまたはバス
衛星の本体には、必要な科学機器が搭載されています。それらを安全に宇宙に運ぶために特別に設計されています。エンジニアは、ボディを設計および開発する際に、さまざまな目的を考慮しなければなりません。
- 外層は、宇宙に浮遊する宇宙粒子や微小隕石から保護します。
- 太陽の有害な紫外線から保護する耐放射線素材
- 人工衛星は、適切に機能するために快適な温度を維持し、機器から熱を逃がす必要があります。
- 素材を支えてつなぐ構造
- もう 1 つの主な要因は経済です。その開発は、費用、寿命、重量に関して費用対効果が高く、経済的でなければなりません。
コミュニケーション
通信を担う回路は、衛星のトランスポンダとして知られています。衛星は、信号を送信または受信することによって通信します。
送信機
送信機は、多くの個々の回路の組み合わせです。
- 電源:送信機内のすべての回路が機能するように一定の電力を供給すること。
- 発振器:発振器回路は、一定振幅の正弦波である無線周波数信号を生成します。この波は、後で送信される情報と結合され、文字通りそれ自体を運ぶため、搬送波として知られています。
- 変調器:この回路は、振幅や周波数など、搬送波のパラメータを変化させることによって、搬送波と送信される情報を結合します。
- 増幅器:衛星は増幅器を使用して弱められた信号を増幅し、他の衛星に再送信します。
- アンテナ:最後に、この増幅された信号はアンテナに渡されます。アンテナは反射板を使用して信号を放射し、電波として受信機に向けて放射します。
レシーバー
受信機は、送信された電磁波を傍受し、その中の情報を抽出して使用します。受信機は、送信機の個々の回路を反映した回路で構成されています。
- アンテナ:アンテナは反射板を通して電波を収束させます。波は焦点によってさらに収束し、紆余曲折を経て最終的に処理される回路に到達します。
- 増幅器:信号が媒体を通過すると、そのエネルギーの一部が減衰します。これが、受信側で再び増幅される理由です。
- チューナー:受信機は、さまざまな送信機からさまざまな周波数で複数の信号を受信します。チューナーは、聞きたい特定の信号を聞くために使用されます。
- 検出:受信機は復調します。 信号を受信するか、キャリア信号から必要な情報を抽出します。
- アンプ:情報は最後に再び増幅されて強化され、十分なパワーで配信されます。
電源
人工衛星は、年中無休で 24 時間 365 日稼働し、回転してデータを収集する必要があります。最も容易に利用できる電力源は太陽ですが、日食の間は太陽でさえも地球に遮られます。これが、太陽電池に高性能バッテリーが付随する理由です。
指揮統制システム
これは衛星の頭脳であり、衛星のすべてのパラメータを監視および制御し、すべてのデータを保存および分析し、1 つ以上の衛星との通信を管理する追跡、遠隔測定および制御 (TT&C) システムを含みます。
データは、科学情報または電気通信信号、および衛星の位置と健康情報で構成されています。
衛星はどのように通信しますか?
通信は、必ずしも無線スペクトルで発生する必要はありません。テレビのリモコンはセットトップ ボックスと赤外線で通信し、電話はマイクロ波で通信します。電磁スペクトルの特定の部分の選択は、アンテナのサイズ、2 つの参加デバイス間の距離、それらの間の障害物など、多くの要因に依存します。
波は回折と呼ばれる現象を受け、障害物を迂回して偏向します。回折は、波の波長が障害物のサイズに匹敵する場合にのみ発生します。電波は波長が長いため、建物や山の周囲で容易に回折されます。
人工衛星から発信される電波も、電離層の荷電粒子によって反射されます。これは、地球上の 2 つの衛星が通信する必要があるが、地球の曲率のために直接並んでいない場合に非常に便利です。送信アンテナは、受信機の方向に電離層によって反射されるように、特定の入射角で波を投影します。
衛星は、人工衛星の助けを借りて通信することもできます。宇宙にぶら下がっている衛星は鏡のように振る舞い、信号を受信する衛星の方向に信号を偏向させます。人工衛星は、信号を反射するだけでなく、信号を増幅して再送信します。これは、媒体内での絶え間ない散逸と大気による吸収によって弱体化するためです。
帯域幅と伝送
無線スペクトルは、情報が移動できる周波数の範囲で構成されます。ただし、通信は、スイスのジュネーブに本拠を置く国際電気通信連合によって設定された特定の周波数でのみ行われます。周波数はグループ化されて帯域幅を形成します。それらは、ページングや低データ通信などの限られたサービスに使用される狭帯域信号 (kHz)、またはビデオ伝送などの高度な通信に使用される広帯域信号 (MHz) のいずれかです。
地球上のステーションから宇宙の衛星への送信は、アップリンクと呼ばれます。衛星はそれを増幅し、この信号を再ルーティングします - 別の周波数で - 地球に戻り、1 つまたは複数の受信機に送信します。これをダウンリンクと呼びます。地球上の放射線で覆われた領域は、フットプリントと呼ばれます。
衛星は、私たちの惑星の理解できない地理を理解するのに役立つ非常に便利なデバイスです。人工衛星は最近悪名を馳せていますが、サイテーなハイテク巨大広告会社やセキュリティ組織が私たちを絶えず監視し、プライバシーを軽視することを許しているため、衛星は依然として電話やコンピューターの画面を通じて世界中の人々とつながり、助けを求めています。一度に 1 ターンずつナビゲートすることで、それらの人々にリーチします。
