Космический аппарат становится частью миссии только тогда, когда с ним можно связаться с Земли: принять телеметрию, получить данные полезной нагрузки, передать команды и понять, что происходит на борту. В этой секции фокус будет на аппаратах низкой околоземной орбиты: метеоспутниках, малых космических аппаратах, кубсатах, МКС и учебных радиолюбительских миссиях. За их работой стоит наземный сегмент — станции связи, антенны, приёмное и передающее оборудование, расписание сеансов, программное обеспечение, операторы и Центр управления полётом. Секция «Наземный сегмент космической связи» ориентирована на прикладные задачи: как сделать антенну для приёма спутникового сигнала, подключить её к приёмнику, выбрать программное обеспечение и вспомогательное оборудование, подготовить компьютер к записи данных и провести настоящий сеанс связи. Участники будут много работать руками и проведут серию сеансов связи с космическими аппаратами: метеоспутниками, малыми космическими аппаратами и доступными учебными или радиолюбительскими аппаратами. Они разберутся, как узнать время пролёта спутника, навести и сопровождать антенну, записать сигнал, сохранить данные, обработать их после приёма, получить изображения, в том числе в формате SSTV, и передать результат дальше. Отдельно будут рассмотрены системы, которые помогают координировать работу многих станций приёма и превращают отдельные учебные сеансы в полноценную наземную сеть.
Длительность программы: 20 часов занятий в секции (лекции и практика)
Программа секции: ориентирована на участников, которые хотят понять практическую сторону космической связи на низкой околоземной орбите: как подготовить сеанс, настроить станцию, принять сигнал, оценить качество данных и передать результат в ЦУП или другим секциям миссии. В программе соединяются основы радиолинии, работа с антеннами и SDR, планирование пролётов низкоорбитальных аппаратов, многократный приём открытых спутниковых сигналов, получение изображений с метеоспутников и SSTV-передач, разбор телеметрии и проектирование сети приёма для низкоорбитальных аппаратов.
Приглашенные лекторы: к занятиям будут привлекаться специалисты по космической связи, радиотехнике, наземным измерительным пунктам, спутниковым данным, радиолюбительской спутниковой связи и эксплуатации наземной инфраструктуры космических миссий.
Практические занятия: участники будут планировать сеансы связи по орбитальным данным, собирать или настраивать учебные антенны, подключать их к приёмникам RTL-SDR, работать с программами для сопровождения пролётов и компенсации доплеровского сдвига, принимать открытые сигналы с низкоорбитальных аппаратов, метеоспутников и малых космических аппаратов, вести журнал станции, декодировать принятые данные, получать изображения в форматах спутниковой передачи, включая SSTV, и проектировать схему наземной сети для работы с группировкой низкоорбитальных аппаратов.
Особенность секции — работа с реальными радиосигналами и операционным контекстом космической миссии. Участники не только разберут устройство наземной станции, но и сами пройдут весь путь данных: от сборки и настройки приёмного тракта до пролёта спутника над горизонтом, принятого файла, изображения, записи в журнале сеанса и передачи результата в общую работу ЦУПа.
В ходе симуляции лунной экспедиции участники секции будут отвечать за околоземный контур наземной инфраструктуры: планирование расписания сеансов с низкоорбитальными аппаратами, настройку наземных станций, приём телеметрии и полезных данных, контроль качества связи и передачу результатов секциям баллистики, ДЗЗ, приборостроения, космической физики и научной журналистики.
Что узнают и чему научатся участники
- Узнают, из каких частей состоит наземный сегмент космической связи: наземные станции, антенны, приёмно-передающее оборудование, серверы обработки данных, каналы связи и ЦУП;
- Разберутся, почему для разных низкоорбитальных аппаратов и задач нужны разные станции: от простой УКВ-антенны для кубсата до более сложных приёмных комплексов для метеоспутников и малых космических аппаратов;
- Научатся рассчитывать и планировать окна связи с низкоорбитальными аппаратами по орбитальным данным и наземной трассе;
- Поймут, как частота, поляризация, усиление антенны, шумы, рельеф, погода и доплеровский сдвиг влияют на качество приёма;
- Освоят базовую работу с SDR и программами для наблюдения, записи и обработки спутниковых сигналов;
- Познакомятся с основными типами антенн наземных станций и их применением для разных задач связи;
- Проведут сеансы приёма спутниковых данных с метеоспутников, малых космических аппаратов и доступных учебных или радиолюбительских аппаратов;
- Разберутся, как строится расписание сеансов для низкоорбитальных спутников;
- Познакомятся с системами, которые облегчают координацию многих станций приёма и сбор данных с малых космических аппаратов;
- Узнают базовые правила безопасной и корректной работы с радиочастотным оборудованием.
Основные темы
- Архитектура наземного сегмента космической миссии;
- Радиолиния «космос — Земля»: частоты, модуляция, кодирование, помехи и энергетика канала;
- Антенны, приёмный тракт и SDR;
- Планирование сеансов связи и сопровождение космических аппаратов;
- Телеметрия, протоколы и первичная обработка данных;
- Сети наземных станций, наземные измерительные пункты и ЦУП;
- Координация сети станций приёма для низкоорбитальных аппаратов;
- Регламент работы станции, журналирование, надёжность и информационная безопасность.
Программа секции:
-
Архитектура наземного сегмента космической связи
Теория: место наземного сегмента в космической миссии, отличие наземного измерительного пункта, станции приёма данных, станции управления, ЦУПа и пользовательского терминала; примеры для кубсатов, метеоспутников, аппаратов ДЗЗ, МКС и учебных радиолюбительских миссий на низкой околоземной орбите.
-
Основы радиолинии «космос — Земля»
Теория: частотные диапазоны VHF, UHF, S, X и Ka, длина волны, поляризация, модуляция, кодирование, шумы, отношение сигнал/шум, доплеровский сдвиг и базовый бюджет радиолинии.
Практика: наблюдение сигнала в SDR, настройка частоты и полосы приёма, оценка уровня сигнала и шумовой обстановки.
-
Орбиты, радиовидимость и планирование сеанса
Теория: наземная трасса, горизонт станции, маска местности, начало и конец радиовидимости, максимальная высота пролёта, длительность окна связи, орбитальные данные TLE и прогнозирование пролётов.
Практика: составление расписания сеансов на день для нескольких низкоорбитальных аппаратов, выбор лучшего пролёта и подготовка плана приёма.
-
Антенны наземных станций
Теория: штыревые, рамочные, Yagi, QFH, спиральные и параболические антенны, фазированные решётки, диаграмма направленности, усиление, поляризация, наведение и сопровождение.
Практика: сборка или настройка учебной антенны, проверка направленности и сравнение качества приёма разных конфигураций.
-
Приёмный тракт и программно-определяемое радио
Теория: путь сигнала от антенны до файла: фидер, фильтры, малошумящий усилитель, SDR-приёмник, синхронизация времени, запись IQ и программное декодирование.
Практика: настройка рабочей станции приёма, запись сигнала, сохранение исходных данных и подготовка их к декодированию.
-
Приём сигналов с низкоорбитальных аппаратов
Теория: особенности связи с низкой околоземной орбиты: короткие окна связи, быстрый доплеровский сдвиг, необходимость точного расписания, работа с кубсатами, метеоспутниками и радиолюбительскими аппаратами.
Практика: многократный приём открытых сигналов NOAA, Meteor, МКС, малых космических аппаратов или доступных учебных аппаратов, фиксация параметров сеанса в журнале станции.
-
Декодирование и первичная обработка данных
Теория: телеметрический пакет, кадр, контроль ошибок, простые протоколы, отличие телеметрии, командной радиолинии и канала полезной нагрузки.
Практика: декодирование принятого сигнала, получение изображения или набора пакетов, приём и обработка изображений в формате SSTV, оценка качества данных и разбор ошибок приёма.
-
Наземная сеть и управление расписанием
Теория: зачем миссии нужна сеть станций, как распределяются сеансы между пунктами приёма, как работает передача обслуживания между станциями, какие наземные сервисы используются для кубсатов и крупных группировок.
Практика: составление расписания работы сети из нескольких условных станций для группировки низкоорбитальных спутников.
-
Системы координации наземных станций
Теория: платформы и сервисы, которые помогают планировать наблюдения, распределять сеансы между станциями, собирать результаты приёма, хранить записи сигналов и телеметрию, а также отслеживать состояние сети.
Практика: разбор сценария, в котором несколько станций принимают данные с одного малого космического аппарата и передают результаты в общий архив.
-
Работа станции как части ЦУПа
Теория: регламент сеанса, роли операторов, журналирование, чек-листы, обработка нештатных ситуаций, передача данных другим секциям, основы информационной безопасности.
Практика: учебная смена наземной станции: подготовка, приём, контроль качества, отчёт и передача данных участникам симуляции.
-
Наземный сегмент для группировки низкоорбитальных аппаратов
Теория: особенности работы с несколькими аппаратами на низкой околоземной орбите: пересекающиеся окна связи, приоритеты сеансов, повторный приём данных, распределение задач между станциями и хранение результатов.
Практика: проектирование минимальной архитектуры сети приёма для учебной группировки низкоорбитальных аппаратов: какие станции нужны, какие данные они принимают и как результаты попадают в общий контур обработки.