Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat 1

NGUYỄN HẢI PHONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Hải Phong

ĐỀ TÀI : TỔNG QUAN THƠNG TIN VỆ TINH VÀ ỨNG
DỤNG PHÂN TÍCH QUỸ ĐẠO ĐỊA TĨNH VÀO
VỆ TINH VINASAT-1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Phạm Ngọc Nam

2010B
Hà Nội – 2012


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................4
MỤC LỤC HÌNH VẼ .................................................................................................7
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................9
CHƯƠNG 1: THƠNG TIN VỆ TINH ..................................................................11

1.1.
Nguyên lý thông tin vệ tinh ....................................................................11
1.2.
Trạm mặt đất ...........................................................................................12
1.2.1.
Cấu trúc trạm mặt đất ..........................................................................13
1.2.2.
Anten trạm mặt đất..............................................................................14
1.2.3.
Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ LNA .........................................................17
1.2.4.
Bộ khuếch đại công suất lớn HPA ......................................................18
1.3.
Vệ tinh thông tin [1] ...............................................................................19
1.3.1.
Phần tải tin ..........................................................................................20
1.3.2.
Phần Bus .............................................................................................22
1.4.
Kết luận chương......................................................................................26
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG PHÂN TÍCH QUỸ ĐẠO VỆ TINH ĐỊA
TĨNH
.........................................................................................................27
2.1.
Vệ tinh địa tĩnh, quỹ đạo địa tĩnh ...........................................................27
2.1.1.
Quỹ đạo đồng bộ, quỹ đạo địa tĩnh .....................................................27
2.1.2.
Vệ tinh địa tĩnh....................................................................................28
2.2.

Các thông số quỹ đạo..............................................................................29
2.2.1.
Hệ tọa độ .............................................................................................29
2.2.2.
Hình dạng và các thơng số xác định quỹ đạo địa tĩnh của vệ tinh ......33
2.3.
Kết luận chương......................................................................................37
CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐẢM BẢO QUỸ ĐẠO CHO VỆ
TINH ĐỊA TĨNH .......................................................................................................38
3.1.
Các lực nhiễu tác động lên vệ tinh địa tĩnh và ảnh hưởng của chúng ....38
3.2.
Nguyên lý điều khiển vệ tinh ..................................................................38
3.2.1.
Các quy ước về lực đẩy và tên gọi các loại tên lửa tương ứng với các
mặt vệ tinh chứa chúng ......................................................................................38
3.2.2.
Các quá trình điều khiển vệ tinh địa tĩnh ............................................41
3.3.
Các hoạt động điều khiển hỗ trợ .............................................................63
3.3.1.
Điều khiển vệ tinh trong box giới hạn ................................................63
3.3.2.
Chương trình máy tính hỗ trợ .............................................................65
3.3.3.
Hiện tượng che khuất ..........................................................................66
3.3.4.
Đặc điểm các vệ tinh địa tĩnh cùng vị trí (Co-located) .......................68
Nguyễn Hải Phong

1

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

3.3.5.
Các phương pháp phân tách điều khiển cho các vệ tinh cùng vị trí
kinh độ (co-located) ...........................................................................................74
3.4.
Kết luận chương......................................................................................83
CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG SỰ THAY ĐỔI CÁC THAM SỐ QUỸ ĐẠO VỆ
TINH VINASAT-1 SAU ĐIỀU KHIỂN ..................................................................84
4.1.
Phần mềm OASYS và các định nghĩa ....................................................84
4.1.1.
Phần mềm OASYS .............................................................................84
4.1.2.
Các định nghĩa ....................................................................................85
4.2.
Các quá trình phân tích quỹ đạo .............................................................88
4.2.1.
Lập kế hoạch cho một q trình điều khiển ........................................88
4.3.
Công cụ mô phỏng di chuyển của vệ tinh trên quỹ đạo: Vinasat_Plots .98
4.3.1.
Cơ sở và mục đích...............................................................................98
4.3.2.
Ứng dụng mô phỏng ...........................................................................98

4.3.3.
Giải thuật mô phỏng: ..........................................................................99
4.3.4.
Kết quả và phân tích ...........................................................................99
4.4.
Kinh nghiệm phân tích .........................................................................103
4.4.1.
Sử dụng dữ liệu đo xa từ trạm dự phịng khi trạm chính khơng làm
việc
...........................................................................................................103
4.4.2.
Thay đổi kế hoạch điều khiển khi có sự cố(bao gồm cả kì nghỉ) .....103
4.4.3.
Xử lí khi quỹ đạo gần rìa và ra ngồi giới hạn quy định ..................104
4.5.
Kết luận chương....................................................................................106
KẾT LUẬN .............................................................................................................107
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................108
PHỤ LỤC: CÁC REPORT CỦA Q TRÌNH PHÂN TÍCH ..............................109

Nguyễn Hải Phong

2

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Nguyễn Hải Phong - học viên lớp Cao học Kỹ thuật điện tử 2 - Khoá
2010-2012 - Khoa Điện tử viễn thông- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin
cam đoan bản luận văn thạc sỹ khoa học này do tôi tự làm, không sao chép nguyên
bản của ai. Các nguồn tài liệu là do tôi thu thập và dịch từ các tài liệu chuẩn nước
ngoài.
Nếu có bất cứ sai phạm nào tơi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt nghiệp và
nhà trường.
Học viên cao học:
Nguyễn Hải Phong

Nguyễn Hải Phong

3

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Xác định tư thế

AD

Attitude Determine

ADJ

Adjust TAC file

AMF

Apogee Motor

ASCII

American Standard Code for
Information Interchange

BM

Backward Maneuver

CM

Center of Mass

Trọng tâm

COB

Center Of Box

Quỹ đạo danh định

D/C

Downconverter

Bộ biến tần xuống

DMD

Demand TAC file

ECC

Ecentricity

ECF

Earth Centered Fixed

ECI

Earth Centered Inertial

EPH

Ephemeris

Bảng trạng thái vệ tinh

EWSK

East West StationKeeping

Điều khiển Đông Tây

G/T

Gain/Temperature

Hệ số phẩm chất anten

GSAM

Geostationary Analysis Module

HPA

High Power Amplifier

Khuếch đại công suất cao

IF

Immediate Frequency

Tần số trung tần

Nguyễn Hải Phong

Dữ liệu sau điều chỉnh
Động cơ bắn tại điểm cực
viễn
Bộ mã tiêu chuẩn Mỹ cho trao
đổi thông tin
Lần điều khiển trước

Dữ liệu
Độ lệch tâm

4

Hệ tọa độ lấy tâm trái đất cố
định
Hệ tọa độ địa tâm

Hệ thống phân tích địa tĩnh

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

INC

Inclination

Độ nghiêng

ISI

Integral Systems Incorporated

Tên công ty

LM

Lockheed Martin

Tên công ty

LNA

Low Noise Amplifier

NOR/NORAD

North American Aerospace
Defense Command

NSSK

North South StattionKeeping

OASYS

Orbit Analysis SYStem

OD

Orbit Determination

ONT

Ontime TAC file

OPR

Orbit Plane Radial

Mặt phẳng quỹ đạo bán kính

OPS

Orbit Plane Solar

Mặt phẳng quỹ đạo mặt trời

OPT

Orbit Plane Tangenial

PM

Present Maneuver

PVT

Pressure/Volume/Temperature

RA

Right Ascension

RCS

Reaction Control System

Hệ thống điều khiển phản lực

REA

Rocket Engine Assembly

Thiết bị động cơ tên lửa

RF

Radio Frequency

RWA

Reaction Wheel Assembly

SA

Solar Array

SES

Satellite Earth Station

SK

Station Keeping

Nguyễn Hải Phong

Khuếch đại tạp âm thấp
Cơ quan hàng không vũ trụ
Bắc Mỹ
Điều khiển Bắc Nam
Hệ thống phân tích quỹ đạo
Xác định quỹ đạo
Dữ liệu thực tế

Mặt phẳng quỹ đạo tiếp tuyến
Lần điều khiển hiện tại
Áp suất/Thể tích/Nhiệt độ
Góc tăng phải

Tần số cao tần
Thiết bị bánh xe phản lực
Tấm mặt trời

5

Trạm điều khiển mặt đất
Thực hiện điều khiển tại trạm

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

SRP

Solar Radiation Pressure

Áp suất phát xạ mặt trời

TAC

Thruster Attitude Control

Điều khiển tư thế tên lửa

TLE

Two- Line Element

Thành phần hai dòng

TO

Transfer Orbit

Quỹ đạo chuyển tiếp

TT&C

Tracking Telemetry and Control Bám, đo xa và điều khiển

TWTA

Traveling Wave Tube Amplifier Đèn khuếch đại sóng chạy

U/C

Nguyễn Hải Phong

Upconverter

6

Bộ biến tần lên

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Quỹ đạo địa tĩnh ........................................................................................28
Hình 2.2 Hệ tọa độ địa tâm .......................................................................................31
Hình 2.3 Hệ tọa độ tâm vệ tinh .................................................................................31
Hình 2.4 Hệ tọa độ quĩ đạo ......................................................................................32
Hình 2.5 Mối liên hệ giữa hệ tọa độ quĩ đạo và hệ tọa độ qn tính địa tâm ...........32
Hình 2.6 Các thành phần quỹ đạo nằm trong mặt phẳng quỹ đạo eclipse ...............34
Hình 2.7 Hướng của mặt phẳng quỹ đạo, và các thành phần ngồi của nó .............35
Hình 3.1 Quy ước lực đẩy và cách gọi tên các tên lửa trên mặt Bắc, Nam ..............40
Hình 3.2 Quy ước lực đẩy và cách gọi tên các tên lửa trên mặt Đông, Tây ............41
Hình 3.3 Các thành phần véc-tơ ảnh hưởng tới quỹ đạo .........................................43
Hình 3.5 Sự thay đổi mặt phẳng quỹ đạo bởi North Thrust, tạo ∆V >0. .................44
Hình 3.6 Hình chiếu các thành phần véc tơ độ nghiêng lên mặt phẳng quỹ đạo ......45
Hình 3.7 Ảnh hưởng va chạm của lực các lực đẩy lên cánh pin mặt trời tại các thời
điểm trong năm ........................................................................................................47

Hình 3.8 Sự thay đổi của hình chiếu véc tơ i sau 1 năm ........................................48
Hình 3.10 Sự thay đổiđộ nghiêng hàng năm và ∆V yêu cầu ..................................49
Hình 3.11 Hệ tọa độ xác định vị ảnh hưởng của hiện tượng coupling ...................50
Hình 3.12 Ảnh hưởng của cross-coupling tới độ lệch tâm .....................................50
Hình 3.13 Sự thay đổi trọng tâm của vệ tinh ...........................................................51
Hình 3.14 Độ lớn của Cross-Coupling theo trục x ...................................................51
Hình 3.15 Độ lớn của Cross-Coupling theo trục y ..................................................52
Hình 3.16 Sự thay đổi của kinh độ sau các lần điều khiển Đơng-Tây ....................53
Hình 3.17 Sự thay của tốc độ trôi sau các lần điều khiển Đông-Tây .....................53
Hình 3.18 Sự thay của độ lệch tâm sau các lần điều khiển Đơng-Tây ...................54
Hình 3.19 Chu kì điều khiển vệ tinh .........................................................................54
Hình 3.20 Q trình bắn theo hướng Đơng và hướng Tây .....................................55
Hình 3.21 Sự thay đổi của tốc độ trơi trong q trình điều khiển Đơng-Tây 2 phần55
Hình 3.22 Sự thay đổi của kinh độ trong quá trình thực hiện điều khiển Đơng- Tây
2 phần .......................................................................................................................56
Hình 3.23 Lực đẩy theo hướng Đông với ba trục cố định của vệ tinh được nhìn từ
cực Bắc ......................................................................................................................57
Hình 3.24 Lực đẩy theo hướng Đông ở chế độ xung với một trục quay cố định được
nhìn từ cực Bắc .........................................................................................................57
Hình 3.25 Sự mở rộng quỹ đạo khi sử dụng Lực đẩy hướng Đơng .........................57
Hình 3.26 Sự thay đổi độ trơi kinh độ do Lực đẩy hướng Đơng .............................60
Hình 3.27 Sự thay đổi của độ lệch tâm và độ trôi theo thời gian .............................63
Hình 3.28 Mơ tả hệ thống tọa độ trên vệ tinh ...........................................................64
Hình 3.29 Hệ thống điều khiển tư thế của vệ tinh. ...................................................65
Nguyễn Hải Phong

7

CH2010B

Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

Hình 3.30 Hiện tượng che khuất bởi mặt trăng.........................................................66
Hình 3.31 Ảnh hưởng của các mùa tới hoạt động của vệ tinh ..................................68
Hình 3.32 Hai quỹ đạo có độ nghiêng khác nhau (vecto độ nghiêng _inclination)
giao nhau tại hai điểm ...............................................................................................69
Hình 3.33 SK tương quan giữa hai vệ tinh với một phần deadband longitude chồng
lên nhau trong suốt một chu trình longitude. ............................................................76
Hình 3.34 Hai vệ tinh co-location theo phương pháp 3 với một phần deadband
chồng lên nhau với dao động của longitude bị ảnh hưởng từ ecc. ............................77
Hình 3.35 Hai vệ tinh Co-location theo phương pháp 3 trong 3 ngày, biểu thị hình
chiếu dao động của vệ tinh lên mặt phẳng xích đạo. ................................................77
Hình 3.36 Phân chia mặt phẳng xích đạo theo ecc. .................................................79
Hình 3.37 Sự chuyển động của vệ tinh 1 tương quan với vệ tinh 2 trong hệ thống
chuyển động quanh trái đất .......................................................................................80
Hình 3.38 Hai, ba và bốn vệ tinh co-location được phân chia mặt phẳng quỹ đạo
theo ecc, phương pháp 4 ...........................................................................................81
Hình 4.1 Đồ thị sự thay đổi của kinh độ quỹ đạo ...................................................101
Hình 4.2 Đồ thị sự thay đổi của độ nghiêng quỹ đạo..............................................101
Hình 4.3 Đồ thị sự thay đổi của độ nghiêng quỹ đạo trong cả năm ........................102
Hình 4.4 Đồ thị biểu thị sự thay đổi của kinh độ vệ tinh trong cả năm .................103
Hình 4.5 Trường hợp độ nghiêng ở rìa vịng trịn tới hạn ......................................105
Hình 4.6 Trường hợp độ trơi ở rìa vịng trịn tới hạn .............................................105

Nguyễn Hải Phong

8

CH2010B

Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

LỜI MỞ ĐẦU

Vinasat-1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng vào vũ
trụ lúc 22 giờ 16 phút ngày 18 tháng 4 năm 2008. Vệ tinh Vinasat-1 được đưa vào
hoạt động, không chỉ đảm bảo khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông - thông tin
đến mọi miền Tổ quốc kể cả vùng sâu, vùng xa, hải đảo; mà cịn giúp hồn thiện hạ
tầng viễn thông quốc gia, khẳng định chủ quyền của Việt Nam trong không gian.
Để sử dụng và khai thác được vệ tinh một cách hiệu quả thì quá trình điều khiển vệ
tinh là vô cùng quan trọng, nhằm đảm bảo vệ tinh nằm trong quỹ đạo tối ưu. Quá
trình điều khiển vệ tinh có hai cơng đoạn chính: (1) Dự đốn, xác định quỹ đạo; (2)
Gửi lệnh điều khiển và giám sát trạng thái của vệ tinh; trong đó q trình dự đốn
quỹ đạo bao gồm việc tính tốn và phân tích các dữ liệu thu thập từ hệ thống thời
gian thực và đưa lại hệ thống này những thông số cần thiết cho q trình điều khiển.
Nhằm phục vụ cơng việc thực tế trong việc khai thác và điều khiển quỹ đạo vệ tinh
Vinasat-1, luận văn với đề tài: “Tổng quan thơng tin vệ tinh và ứng dụng phân
tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1” đã được xây dựng và hồn thiện với 4
phần chính:
- Chương 1: Thơng tin vệ tinh
- Chương 2: Lý thuyết chung phân tích quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh
- Chương 3: Quá trình điều khiển đảm bảo quỹ đạo cho vệ tinh địa tĩnh
- Chương 4: Mô phỏng sự thay đổi các tham số quỹ đạo vệ tinh Vinasat-1 sau

điều khiển
Trong đề tài, em cũng đã tập hợp và đúc rút những kinh nghiệm phân tích quỹ đạo
được tích lũy trong suốt quá trình làm việc và học tập tại “ Đài điều khiển vệ tinh
Vinasat-1” . Đề tài này cũng sẽ đóng vai trị là tài liệu tham khảo, góp phần hữu ích

cho việc giải quyết những tình huống cơng việc hàng ngày trong quá trình điều
khiển, giám sát hoạt động vệ tinh.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các chuyên gia phân tích quỹ đạo: Kent
Mitchell, Steve Simpson cũng như lãnh đạo đài điều khiển vệ tinh Vinasat-1; đặc

Nguyễn Hải Phong

9

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat-1

biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Ngọc Nam đã nhiệt tình giúp đỡ
em trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu và hồn thành luận văn này.
Học viên thực hiện : Nguyễn Hải Phong

Nguyễn Hải Phong

10

CH2010B


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

CHƯƠNG 1: THÔNG TIN VỆ TINH
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học-kĩ thuật, thông tin vệ tinh ngày càng
được sử dụng nhiều trong cuộc sống. Chương 1 của đề tài sẽ giới thiệu những lý

thuyết cơ bản về thông tin vệ tinh
1.1. Nguyên lý thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh- TTVT, là hình thức truyền thơng tin giữa các trạm thông tin mặt
đất, gọi tắt là trạm mặt đất –SES bằng cách chuyển tiếp tín hiệu qua vệ tinh thơng
tin như Hình 1.1. Các trạm mặt đất dùng để phát tín hiệu lên vệ tinh va thu nhận tín
hiệu từ vệ tinh phát về. Đường hướng từ trạm mặt đất A1 lên vệ tinh gọi là đường
lên và đường hướng từ vệt tinh về trạm mặt đất A2 gọi là đường xuống
PHẦN KHÔNG GIAN

Đường lên

Đường xuống

(TT&C)
A1

BB

MOD

U/C

A2

LNA

HPA

D/C

DEMOD

BB

PHẦN MẶT ĐẤT

Hình 1.1 Ngun lý hệ thống thơng tin vệ tinh

Một tổ hợp các trạm mặt đất và vệ tinh thông tin cùng làm việc để đảm bảo thông
tin gọi là hệ thống TTVT: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống TTVT như Hình 1.1 và gồm
2 phần chính: Phần mặt đất và phần không gian.

11


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

Phần mặt đất: Thực chất là các trạm thu, phát tín hiệu trên mặt đất gồm: Anten thu,
phát và các thiết bị điều khiển bám vệ tinh, ống dẫn sóng, các bộ chia và ghép công
suất, máy thu tạp âm thấp, các bộ điều chế, giải điều chế, các bộ biến đổi tần tuyến
lên và bộ đổi tần tuyến xuống, bộ khuếch đại cơng suất lớn.
Phần khơng gian: Gồm có vệ tinh thông tin, hệ thống TT&C đảm bảo các chức
năng đo xa, bám, điều khiển nhằm duy trì hoạt động bình thường cho vệ tinh. Trong
hệ thống TTVT thì vệ tinh thực chất là một trạm lặp tín hiệu của tuyến thơng tin
siêu cao tần.
Hoạt động của sơ đồ Hình 1.1 như sau:
Đường lên: Tín hiệu băng tần cơ sở- BB như: Thoại, Fax, Video… qua bộ điều chế
MOD được điều chế lên thành tín hiệu trung tần IF, sau đó qua bộ đổi tần lên U/C
trở thành tín hiệu cao tần RF và được khuếch đại công suất nhờ bộ khuếch đại công
suất lớn HPA rồi được phát lên vệ tinh thông qua Anten phát của trạm mặt đất.

Tại vệ tinh: Tín hiệu của trạm mặt đất được Anten thu của vệ tinh thu nhận và được
khuếch đại bởi bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA. Tín hiệu RF sau bộ khuếch đại này
được biến đổi tần số thành tần số RF tuyến xuống, sau đó lại được khuếch đại công
suất lớn để phát xuống mặt đất thông qua Anten phát của vệ tinh.
Đường xuống: Tín hiệu từ vệ tinh phát vệ được Anten thu trạm mặt đất thu nhận,
sau khi qua bộ khuếch đại tạp âm thấp tín hiệu được được đưa tới bộ đổi tần xuống.
Tín hiệu đầu ra bộ đổi tần xuống là tín hiệu trung tần. Tín hiệu IF sau đó được giải
điều chế thành tín hiệu băng tần cơ sở nhờ bộ giải điều chế DEM.
1.2. Trạm mặt đất
Trạm mặt đất- SES ( Satellite Earth Station) trong hệ thống TTVT có chức năng
phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh phát về. Tín hiệu sau khi vượt qua
đường truyền dài cỡ 36.768 km đến anten thu của trạm mặt đất đã rất yếu.
Theo qui định của Intelsat, trạm mặt đất thường được phân thành các loại A, B,
C…tùy theo hệ số phẩm chất G/T và đường kính anten trạm mặt đất. Ngồi ra, có
12


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

thể phân loại trạm mặt đất tùy theo dịch vụ liên lạc qua vệ tinh. Thí dụ, với dịch vụ
cố định thì có trạm mặt đất cố định, cịn với các dịch vụ di động thì có trạm mặt đất
di động.
1.2.1. Cấu trúc trạm mặt đất
Trạm mặt đất TTVT có cấu trúc cơ bản như Hình 1.2 bao gồm các hệ thống sau: Hệ
thống anten, hệ thống phát, hệ thống điều khiển và giám sát CMA, hệ thống cung
cấp nguồn và điều hịa…
HPA

Cộng

U/C

Mode

Diplexer

Điều khiển Anten

LNA

Chia

CMA

D/C

Băng
Tần
cơ
bản

DEM

Nguồn

Hình 1.2 Cấu trúc trạm mặt đất

Ngun lý thu phát tín hiệu đã được mơ tả trong mục 1, ở đây ta điểm qua chức
năng các hệ thống chưa đề cập và một vài lưu ý với hệ thống thu, phát tín hiệu.
Hệ thống anten : Bao gồm anten thu phát chung có đường kính từ 0,6m đến 30m

tùy theo từng loại trạm ứng với tiêu chuẩn qui định của Intelsat; thiết bị bám vệ tinh
để điều khiển anten trạm mặt đất bao giờ cũng hướng đúng vào vệ tinh. Bộ lọc thu
phát siêu cao tần Duplexer, dùng để ngăn cách ảnh hưởng lẫn nhau giữa tín hiệu
phát và thu do dùng chung anten. Ở đây cần lưu ý là khi thiết kế trạm, người ta cố ý
bố trí các ống dẫn sóng nối thiết bị thu phát đến anten là gần nhất để giảm tổn hao
do ống dẫn sóng gây ra. Anten trạm mặt đất được một hệ thống cơ khí vững chắc
đảm bảo đỡ anten trong điều kiện mưa gió to, kể cả động đất.
Hệ thống thu tín hiệu: Do tín hiệu thu về rất yếu nên bộ khuếch đại tạp âm nhỏ LNA
được đặt ngay đầu thu của anten để tránh suy hao do phide. Nhằm giảm nhiệt độ tạp
âm hệ thống, cố gắng chọn LNA có nhiệt tạp âm càng nhỏ càng tốt.

13


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

Hệ thống phát tín hiệu: Cơng suất phát trạm mặt đất thường cỡ vài W đến vài KW
tùy theo dung lượng thơng tin của trạm: Dung lượng càng lớn thì cơng suất phát
càng lớn kể cả phải dự trữ vài dbw công suất cho trường hợp mưa lớn để dự trữ cho
đường lên.
Hệ thống điều khiển và giám sát: Để điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động trạm
mặt đất, người ta dùng hệ thống CMA ( Control Monotoring and Alarm system)
được điều khiển bằng hệ thống máy tính tính năng cao có các phần mềm ứng dụng
chuyên dụng để kiểm soát hệ thống giúp người khai thác hệ thống nắm vững tình
trạng tức thời của trạm mặt đất. Các chức năng của CMA gồm:
+ Theo dõi và điều khiển công suất phát theo tiêu chuẩn.
+ Theo dõi công suất tín hiệu thu, tức tỷ số C/N.
+ Theo dõi và điều khiển hệ thống tự động bám vệ tinh.
+ Theo dõi các thiết bị xử lý tín hiệu như MODERM IDR, thiết bị đổi tần lên,
xuống.

+ Theo dõi chất lượng tín hiệu hình…
Hệ thống nguồn và điều hịa: Để đảm bảo thông tin liên lạc trạm mặt đất được cung
cấp nguồn bằng nguồn điện không bị ngắt UPS ( Uninterapted Power Supply). UPS
phải có dự phịng và cung cấp nguồn ổn định cho phép đủ cơng suất cho tồn bộ
thiết bị trong trạm mặt đất.
Tất cả các thiết bị trong trạm mặt đất đều bắt buộc làm việc trong điều kiện môi
trường tốt: nhiệt độ 200C và độ ẩm 45%, để đảm bảo an tồn, duy trì tuổi thọ và
chất lượng thông tin.
1.2.2. Anten trạm mặt đất
Anten là thiết bị quan trọng nhất trong TTVT, đặc biệt là với trạm mặt đất, nó
chiếm tới 50% giá thành trạm và thậm chí cịn hơn thế. Bản thân anten quyết định
cấu hình và hoạt động khai thác của trạm mặt đất cũng như của vệ tinh thơng tin. Vì
thế, để đảm bảo chất lượng thông tin anten trong TTVT phải đáp ứng các yêu cầu
sau:

14


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

• Hệ số định hướng và hiệu suất cao:
Hệ số định hướng: Hệ số định hướng của anten được tính theo cơng thức sau:
G=

4π

λ2

A.η

(1-1)

Trong đó:
A- Diện tích hiệu dụng của anten (m)
λ - Bước sóng cơng tác (m)
η - Hiệu suất anten.

Đối với anten gương trịn với đường kính D(m) thì (1-1) trở thành:
πD
G=   .η
 λ 
2

(1-2)

Tính theo dB: G= 20log( πD / λ ).η
Hiệu suất anten: Với công nghệ chế tạo hiện nay, hiệu suất anten Parabol có
thể đạt 50%- 70%. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất anten Parabol như sau:
+ Tổn hao mặt phản xạ chính do mất mát cơng suất ra mép ngồi mặt phản
xạ chính làm hiệu suất anten giảm.
+ Tổn hao mặt phản xạ phụ gây ra cho bức xạ sơ cấp từ Feedhorn bị mất mát
một phần công suất ra mép ngoài mặt phản xạ phụ làm giảm hiệu suất anten.
+ Tổn hao mặt phản xạ phụ gây ra bởi mặt phản xạ phụ và các thanh đỡ mặt
phản xạ phụ.
+ Tổn hao gây ra do sự không bằng phẳng của bề mặt phản xạ chính, phụ.
• Tính định hướng cao và búp sóng phụ nhỏ
Tính định hướng của anten được đặc trưng bởi độ rộng búp sóng 3 dB của
búp sóng chính. Với anten Parabol nó được tính theo cơng thức sau với D(m) là
đường kính anten, là λ bước sóng cơng tác hoặc f(Ghz) tần số cơng tác:
Φ 1 = 70.

2

λ
D

=

21
f .D

15

( Độ )

(1-3)


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

Các búp sóng phụ, đặc biệt là búp sóng phụ phía sau, cách 1800 so với búp
sóng chính, búp sóng này làm tăng nhiệt tạp âm anten và giảm tính định hướng của
anten nên phải giảm búp sóng phụ càng nhỏ càng tốt.
• Tạp âm nhỏ: Tạp âm anten được đánh giá qua nhiệt tạp âm anten. Nhiệt tạp
âm nhỏ sẽ góp phần đảm bảo tỷ số G/T theo u cầu.
• Đặc tính phân cực tốt: Anten cần có tính phân cực tốt để việc sử dụng lại tần
số một cách hiệu quả bằng cách ghép các sóng phân cực ngang và đứng thành phân
cực vng góc hoặc thành các sóng phân cực trịn trái và trịn phải.
• Góc quay và độ chính xác cơ khí cao: Intelsat qui định anten trạm mặt đất
phải có khả năng quay tối thiểu 100 cho cả góc phương vị và góc ngẩng xung quanh
đường thẳng tưởng tượng nối từ trạm mặt đất tới vệ tinh thơng tin. Ngày nay, các

anten có thể quay 3600 – tức là quan sát toàn bộ bầu trời, với các cơ cấu cơ khí gọn
nhẹ nhưng chắc chắn. Ngồi ra, để đạt tính định hướng và hiệu suất cao thì các mặt
phản xạ chính, phụ phải có độ chính xác bề mặt cao đồng thời anten phải có độ chắc
chắn cơ học cao để tránh các tác động bên ngồi như gió, bão, động đất…
Mặc dù vệ tinh được đặt trên quĩ đạo địa tĩnh, coi như đứng yên so với trái đất
nhưng trên thực tế do sức hút trái đất, mặt trăng, mặt trời nên vị trí và độ nghiêng
của nó trên quĩ đạo bị thay đổi. Để đảm bảo chất lượng TTVT, anten trạm mặt đất
phải hướng đúng vào vệ tinh. Hiện nay có 4 phương pháp bám vệ tinh được dùng
như sau:
Phương pháp bám theo kiểu xung đơn: Phương pháp này dựa trên cơ sở thu và quan
sát các kiểu sóng đứng làm việc trong các feedhorn phụ đặt xung quanh feedhorn
chính. Tách các kiểu sóng đang làm việc dựa vào thiết bị phân tích để xác định mức
độ lệch hướng của anten trạm mặt đất với vệ tinh. Phương pháp này có độ chính xác
cao nhưng hệ thống bám phải làm việc liên tục làm cho kết cấu cơ khí của anten
chóng bị mài mịn và vì thế ít được dùng trong thơng tin vệ tinh thương mại.
Phương pháp bám theo kiểu từng nấc: Theo nguyên lý bám này thì vệ tinh phát
xuống mặt đất tín hiệu dẫn đường (Beacon) có các tần số thường dùng: 3947,5;
3948; 3952; 3953,5 ( MHz). Trong đó 2 tần số thường dùng trong hoạt động thông
thường là 3947,5 và 3953,5 (MHz), cịn 2 tần số khác dùng khi phóng vệ tinh hoặc

16


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

là đưa vệ tinh vào đúng vị trí quĩ đạo, thiết bị bám vệ tinh sẽ giám sát tín hiệu
beacon của vệ tinh tại những khoảng thời gian nhất định, thiết bị sẽ lấy mẫu ở một
số thời điểm trong cửa sổ. Mức điện của các mẫu sẽ được đem so sánh để xác định
xem vệ tinh có đúng trọng tâm cửa sổ không. Bộ điều khiển sẽ ra lệnh cho anten
quay đúng về hướng có mức beacon lớn nhất và trong trường hợp tín hiệu beacon

bất ngờ tụt xuống dưới mức chuẩn đã định thì thiết bị bám sẽ được khởi động lại
ngay lập tức. Theo phương pháp này, anten trạm mặt đất không phải liên tục được
điều khiển để bám theo vệ tinh như kiểu bám xung đơn nên đỡ tốn năng lượng và ít
làm mịn các kết cấu cơ khí nhưng ít chính xác hơn, phương pháp bám vệ tinh này
đang được sử dụng phổ biến trong TTVT thương mại.
Phương pháp bám vệ tinh theo chương trình: Phương pháp này dựa trên số liệu
thiên văn của các vị trí quĩ đạo vệ tinh được đốn trước do Intelsat cung cấp cho các
trạm mặt đất. Các số liệu này thường được thơng báo trước 2 tuần. Nó được phần
mềm xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển anten bám vệ tinh. Phương pháp này
thích hợp và khơng cần có các thiết bị xử lý tín hiệu beacon và khơng cần có các
thiết bị xử lý tín hiệu kèm theo nên kinh tế hơn các phương pháp khác.
Phương pháp bám vệ tinh kiểu nhân công: Phương pháp này chỉ thực hiện ở các
trạm mặt đất nhỏ vì anten ở đấy có búp sóng lớn nên anten chỉ cần điều chỉnh hàng
tuần hàng tháng theo kiểu bật điện cho các mô tơ chạy hoặc chỉnh bằng tay trong
các lần bảo dưỡng định kỳ.

1.2.3. Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ LNA
LNA

Khuếch đại tham số

Điều kiện làm
việc

Làm
lạnh khí
Heli

Làm lạnh Khơng làm lạnh
nhiệt

nhiệt độ trong
điện
phòng

Làm lạnh
nhiệt điện

Làm lạnh nhiệt điện

Băng

Xấp xỉ
15K

Xấp xỉ
32K

Xấp xỉ
45K

Xấp xỉ 52K

Băng
4GHz

GaAs FET

Xấp xỉ 55K

17

HEMT


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

tần

Băng
12GHz

---

90K
hoặc
thấp hơn

180K hoặc thấp
hơn

Xấp xỉ
120K

Xấp xỉ 120K

Băng
20GHz

---

220K
hoặc
thấp hơn

300K hoặc thấp
hơn

200K hoặc
thấp hơn

Xấp xỉ 160K

Bảo dưỡng

Khó

Vừa

Dễ

Vừa

Dễ

Tính năng

Tạp âm thấp, băng
tần rộng

Chất lượng gần bằng khuếch

đại tham số, kích thước nhỏ,
trọng lượng nhẹ, giá thành
thấp.

Tạp âm thấp, kích
thước vơ cùng nhỏ,
giá thành thấp.

Hình 1.3 Các loại LNA

Tính hiệu thu về từ vệ tinh rất yếu. Vì thế chất lượng tín hiệu rất kém, quá thấp về
mức tín hiệu và lớn về tạp âm. Để đảm bảo chất lượng thông tin, cần phải giảm tạp
âm trong tầng khuếch đại. Vì vậy, các bộ khuếch đại dải rộng (500MHz) phải được
chế tạo sao cho tạp âm nội thấp và không làm tăng nhiệt tạp âm hệ thống, đảm bảo
tỉ số tín/tạp. Bộ khuếch đại đó là gọi là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ - LNA. Hiện nay
có 3 loại bộ khuếch đại tạp âm nhỏ được dùng là: Bộ khuếch đại tham số, bộ
khuếch đại dùng GaAs FET và bộ khuếch đại dùng HEMT. Trong đó phổ biến nhất
là các bộ khuếch đại tham số.
1.2.4. Bộ khuếch đại công suất lớn HPA
Để khuếch đại tín hiệu đủ mức cơng suất để đưa ra anten phát lên vệ tinh các trạm
mặt đất thường sử dụng các bộ khuếch đại cơng suất lớn HPA có cơng suất từ vài
chục W đến vài KW tùy theo dung lượng thông tin của trạm mặt đất.
Loại HPA

Loại Klistron

Loại TWT

Loại FET

Thiết bị sử dụng
để khuếch đại

Klistron

TWT

FET

Công suất ra

Lớn

Lớn

Nhỏ

Tham số

18


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

Kích thước

Lớn

Trung bình

Nhỏ

Băng tần

Vài chục MHz

Vài trăm MHz

Vài trăm MHz

Trọng lượng

Lớn

Trung bình

Nhỏ

Làm lạnh

Làm lạnh bằng khơng khí
khi cơng suất tới vài KW

Làm lạnh khơng khí khi
cơng suất lên đến vài KW

Làm lạnh bằng nước khi
công suất ra khoảng 10KW.

Làm lạnh bằng nước khi

cơng suất ra khoảng
10KW.

Làm lạnh bằng
khơng khí tự
nhiên

Trung bình

Cao

Điện áp cung cấp

Thấp

Hình 1.4 So sánh các bộ khuếch đại công suất lớn

Phụ thuộc vào công suất ra và băng tần sử dụng, các bộ khuếch đại công suấtthường
dùng hiện nay là: Đèn sóng chạy TWTA; đèn Klistron; tranzitor trường FET
1.3. Vệ tinh thông tin [1]
Vệ tinh thông tin là thiết bị quan trong và đắt tiền nhất trong hệ thống TTVT, nó
thực chất là một trạm chuyển tiếp tích cực của tuyến thông tin siêu cao tần mặt đất –
vệ tinh – mặt đất. Vệ tinh thông tin là một hệ thống được thiết kế, lắp đặt và phóng
bằng các cơng nghệ tiên tiến, do vậy có nhiều chức năng thỏa mãn các yêu cầu để
tồn tại trên quĩ đạo và nối thông tin liên lạc giữa các trạm mặt đất khác nhau.
Cấu trúc của vệ tinh thông tin rất phức tạp, bao gồm nhiều phân hệ: Phân hệ tải tin
(Payload), phân hệ điều khiển tư thế, phân hệ điều khiển nhiệt, phân hệ nguồn, phân
hệ lệnh và đo xa, phân hệ phần mềm điều khiển. Các phân hệ này được điều khiển
và giám sát bởi một máy tính được cài phần mềm điều khiển trên vệ tinh. Theo chức
năng phục vụ thì vệ tinh thơng tin có thể được chia làm hai phần chính: Phần tải tin

và phần bus. Trong đó phần bus là tất cả các phân hệ còn lại trừ phân hệ tải tin.

19


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

Hệ thống điều khiển quĩ đạo
và độ cao

Hệ thống truyền lệnh và đo xa

Hệ thống thông tin

Giải mã lệnh
Ổn định
quay
Chuyển đổi tần số

Nhiên
liệu

Bộ
thu

Mã
hóa
đo xa

Dao động nội

Điều khiển và đo xa
Máy
phát

Máy thu

Máy
phát

Máy thu

Điều khiển Anten

Điều khiển quĩ đạo

Bộ phối hợp

Bộ phối hợp

Anten truyền lệnh và đo xa

Anten truyền lệnh
và đo xa

Hình 1.5 Cấu trúc vệ tinh thông tin

1.3.1. Phần tải tin
Phân hệ tải tin có chức năng như một bộ chuyển tiếp các tín hiệu của các trạm phát
mặt đất đến các trạm thu mặt đất. Để thực hiện được chức năng đó thì phân hệ tải

chứa các thành phần sau:
a) Bộ phát đáp: Bộ phát đáp là thiết bị trực tiếp phục vụ cho nhu cầu truyền tin
của vệ tinh, nó được cấu tạo từ các phần tử tích cực và hoạt động như các bộ khuếch
đại lặp tín hiệu. Bộ phát đáp thu tín hiệu từ tuyến lên, tín hiệu này rất yếu cần được
khuếch đại bởi LNA, và được đổi tần xuống tần số sóng mang tuyến xuống rồi lại
được khuếch đại công suất để đưa ra anten phát trở lại trạm mặt đất thu. Khi truyền
qua bộ phát đáp tín hiệu tin tức có thể bị ảnh hưởng do các nguyên nhân sau:
-

Bộ khuếch đại có đặc tuyến biên độ - tần số khơng tuyến tính do vậy sẽ gây ra

hiện tượng xuyên điều chế khi nó khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang.
-

Can nhiễu do các sóng mang trong các băng tần con của bộ phát đáp

-

Tín hiệu vào ra bị xuyên nhiễu do ghép nhiều sóng mang
20


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

-

Pha và biên độ của tín hiệu bị biến đổi khi đi qua các bộ lọc.

Về nguyên lý thì khi bộ phát đáp vệ tinh được ghép chặt các sóng mang thì khơng
có bộ khuếch đại nào có khả năng cung cấp đủ cơng suất cho tất cả các sóng mang.

Hơn nữa, do tính phi tuyến của các bộ khuếch đại để tránh hiện tượng xuyên điều
chế khi có nhiều sóng mang đồng thời được khuếch đại người ta sử dụng phương
pháp lùi công

HPA

Bộ thu băng rộng
Bộ
cupler
Bộ lọc

Bộ
tách
kênh

Bộ
ghép
kênh

Bộ thu băng rộng

6 Ghz

4 Ghz

Hình 1.6 Sơ đồ bộ phát đáp

Tuy nhiên, lúc đó cơng suất đầu ra sẽ giảm, và số sóng mang làm việc cũng phải
giảm, hiệu suất làm việc của bộ khuếch đại cũng giảm. Để khắc phục hiện tượng
này người ta thực hiện phương pháp khuếch đại tín hiệu 2 lần:

-

Đưa tất cả các sóng mang thu được từ anten vào khuếch đại ở thiết bị thu băng

rộng, thực chất đây là một bộ tiền khuếch đại có băng tần rộng 500Mhz.
-

Sau đó tín hiệu được chia ra thành các băng tần nhỏ hơn 36, 54, 72 HHz và được

khuếch đại riêng rẽ bởi các bộ khuếch đại công suất.

21


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

b) Các anten phân hệ tải tin: Các anten này là các anten thuộc băng C, băng K
được sử dụng để thu nhận tín hiệu tin tức tuyến lên và để phát tín hiệu tin tức tuyến
xuống. Nó cũng được sử dụng để thu các tín hiệu lệnh điều khiển được phát lên từ
các trạm điều khiển mặt đất
1.3.2. Phần Bus
Phần này bao gồm tất cả các phân hệ khác có nhiệm vụ hỗ trợ các yêu cầu về nhiệt
độ, nguồn điện, tư thế… cho phân hệ tải tin thực hiện chức năng của nó. Phần bus
bao gồm các phân hệ:
a) Phân hệ giám sát, đo xa và điều khiển: Phân hệ này thực hiện các chức năng
bảo đảm việc liên lạc giữa vệ tinh và trạm mặt đất điều khiển. Nó có các khối chức
năng để tiếp nhận và thực hiện lệnh đồng thời cũng có các khối chức năng để gửi dữ
liệu Telemetry về trạm điều khiển mặt đất. Anten được sử dụng cho phân hệ này là
anten vô hướng hoặc anten râu. Trong hoạt động thơng thường thì phân hệ này sẽ
nhận lệnh từ các Anten băng C của phân hệ payload, nhằm tận dụng hệ số khuếch

đại cao. Trong các tình huống khẩn cấp các anten vơ hướng và anten râu sẽ được sử
dụng vì nó có vùng phủ tần nhìn rộng hơn.
b) Phân hệ điều khiển tư thế: Nhiệm vụ của hệ thống này là duy trì tư thế của vệ
tinh và vị trí của nó trên quỹ đạo. Hệ thống này phải liên tục điều khiển tư thế của
vệ tinh trong suốt quá trình vệ tinh làm việc trên quỹ đạo, để đảm bảo độ tin cậy thì
người ta lắp thêm các thiết bị dự phịng các bộ xử lí điều khiển và chuyển mạch tự
động.
Trạng thái của vệ tinh được duy trì theo một hệ thống tọa độ gồm 3 trục đều xuất
phát từ trọng tâm của vệ tinh: trục YAW hướng vào tâm của trái đất, trục PITCH
vng góc với trục YAW và hướng về phía nam, trục ROLL vương góc với mặt
phẳng của 2 trục kia và hướng dọc theo vectơ tốc độ chuyển động của vệ tinh.
Khi vệ tinh thông tin ở trên quỹ đạo địa tĩnh, nó chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố
gây nhiễu có thể làm thay đổi tư thế và vị trí của vệ tinh. Đó là lực hút của mặt
trăng, mặt trời, tính khơng cầu hoàn toàn của trái đất, áp suất bức xạ mặt trời...Để
phát hiện tư thế vệ tinh thì các bộ cảm biến mặt trời và bộ cảm biến trái đất được sử
22


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

dụng trên vệ tinh. Một sai lệch nhỏ bất kỳ về tư thế bay của vệ tinh đều được hệ
thống sensor này phát hiện. Nằm trong hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ
tinh cịn có con quay hồi chuyển có chức năng nhận biết những thay đổi qn tính
trong hướng mặt phẳng của trục quay, hướng của trục quay của các con quay này
ln duy trì ổn định, nó được sử dụng để duy trì tư thế qn tính cho vệ tinh. Sau
khi các sensor phát hiện sai lệch vị trí, bộ xử lí trên vệ tinh (hoặc trung tâm điều
khiển mặt đất) sẽ đưa ra các lệnh điều khiển tới hệ thống điều khiển bay gồm: Các
bánh xe momen, các bánh xe phản hồi, cuộn momen từ, các động cơ phản lực để tạo
ra các lực thích hợp nhằm cân bằng trạng thái bay và cố định hướng anten của vệ
tinh.

Yêu cầu chung với hệ thống điều khiển tư thế và vị trí của vệ tinh là phải đảm bảo
độ chính xác cao, điều khiển linh hoạt, tốn ít nhiên liệu. Nói chung, yêu cầu tối
thiểu về ổn định vệ tinh là ≤ 0,10 hướng Bắc-Nam và ≤0.050 hướng Đơng- Tây.
c) Phân hệ nguồn điện: Chức năng chính của hệ thống này là cung cấp nguồn
năng lượng điện cho các thiết bị trên vệ tinh hoạt động trong thời gian vệ tinh làm
việc.

Hình 1.7 Hệ thống cung cấp nguồn điện

Hệ thống cung cấp nguồn bao gồm:
Nguồn sơ cấp: Ta đã biết nguồn năng lượng bên ngoài duy nhất trên vệ tinh là
nguồn năng lượng bức xạ từ ánh sáng mặt trời, vì thế trên tất cả các loại vệ tinh đều
sử dụng các tấm pin mặt trời lớn để nhận và chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt
trời thành năng lượng điện cung cấp cho các thiết bị của vệ tinh. Hai loại vật liệu
chủ yếu được sử dụng để chế tạo Pin mặt trời là: GaAs và Si. Việc triển khai các tế

23


Tổng quan thông tin vệ tinh và ứng dụng phân tích quỹ đạo địa tĩnh vào vệ tinh Vinasat -1

bào pin mặt trời cũng khác nhau tùy thuộc vào loại vệ tinh địa tĩnh. Với Vinasat-1 là
vệ tinh ổn định 3 trục, có nhiều kiểu tấm pin mặt trời được sử dụng trên vệ tinh này.
Những tấm pin mặt trời có độ dẻo cao thì được cuộn lại và nếu hơi cứng thì gấp lại
bằng các bản lề và đặt trong tên lửa đẩy trong thời gian phóng. Khi lên tới quỹ đạo
địa tĩnh chúng sẽ được trải ra như thiết kế. Những tấm pin mặt trời cứng, rộng(phải
thích hợp với tên lửa đẩy)được ghép nối thành từng nhóm 3 hoặc 4, tạo thành 1
“cánh” của vệ tinh (tấm pin mặt trời. Việc triển khai 2 “cánh” pin mặt trời của vệ
tinh trên quỹ đạo nhờ sự hoạt động của các nhíp, các trục, tời và các bộ hiệu chỉnh
cường độ để đảm bảo tốc độ và hướng quay. Đối với vệ tinh ổn định thân 2 “cánh”

pin mặt trời thẳng hàng với nhau và với trục PITCH.
Nguồn thứ cấp: Vệ tinh thơng tin trên quỹ đạo có thời gian che khuất xảy ra khoảng
90 ngày trong 1 năm. Vì thế cần phải duy trì một hệ thống nguồn thứ cấp tích trữ
năng lượng để dành cho vệ tinh làm việc trong thời gian này, cũng như cung cấp
cho hoạt động của các tên lửa đẩy trong khi làm maneuver giữ trạm theo hướng
Nam- Bắc. Hệ thống nguồn thứ cấp lấy năng lượng từ nguồn sơ cấp khi nguồn này
đang làm việc(nạp năng lượng) và phát năng lượng khi nguồn sơ cấp yếu hoặc làm
việc không liên tục. Các nguồn thứ cấp này là Ắc quy Nikel-Cadimium(Nicd) hoặc
ắc quy Nikel- Hydrozen(NiH2). Ngày nay, với các vệ tinh thông tin dùng Ắc quy
NiH2 thay thế cho Nicd hay dùng trước đây vì nó có đặc tính năng lượng cao và
thời gian làm việc dài hơn, vì thế làm tăng thời gian sống của vệ tinh. Các Ắc quy
thường có hình trụ và được nối song song với nhau. Bình thường, khi các tấm pin
mặt trời hoạt động thì một phần năng lượng được nạp cho các ắc quy..
Các mạch bảo vệ và điều khiển: Trong thời gian che khuất, năng lượng của Pin
cung cấp nguồn cho vệ tinh hoạt động. Ngay sau thời gian che khuất, nguồn điện từ
các tấm pin mặt trời sẽ nạp cho các Pin. Điều này được thực hiện nhờ các mạch điều
khiển nạp. Bên cạnh các mạch điều khiển nạp thì trong phân hệ nguồn điện cũng có
các mạch điều khiển xả của Pin để cung cấp năng lượng cho các hoạt động của vệ
tinh khi cần thiết. Việc điều khiển nạp, xả của Pin được thực hiện thông qua việc
giám sát các tham số của Pin như: Nhiệt độ Pin, Dung lượng Pin, Áp suất Pin, điện

24