Bir yapay uydu içine bir insan yapımı nesne gönderileceği ile olan uzay bir kullanarak başlatıcısı ve bir yörüngede gezegen veya bir doğal uydusu gibi Ay . Fırlatıcı tarafından uyduya verilen hız , gök cisminin yörüngesinde dolanarak uzayda pratik olarak süresiz kalmasına izin verir . Uydunun misyonuna göre tanımlanan bu, farklı biçimler alabilir - güneş eşzamanlı , yer sabit , eliptik , dairesel - ve düşük , orta veya yüksek yörünge olarak sınıflandırılan az veya çok yüksek irtifalarda bulunabilir .
İlk yapay uydu olan Sputnik 1 , 1957'de SSCB tarafından fırlatıldı . O zamandan beri, yörüngeye 5.500'den fazla yapay uydu yerleştirildi (2007). Uydular artık hem ekonomik ( telekomünikasyon , konumlandırma , hava tahmini ), askeri ( istihbarat ) hem de bilimsel ( astronomik gözlem , mikro yerçekimi , Dünya gözlemi , oşinografi , altimetri ) önemli bir rol oynamaktadır . Özellikle, fiziksel evreni anlamamız , iklim değişikliğinin modellenmesi ve bilgi toplumunun işleyişi için temel araçlar haline geldiler .
Yapay bir uydu , özellikle yerine getirilecek görev için tanımlanmış bir yükten ve genellikle güç kaynağı, tahrik, termal kontrol , yön ve iletişim gibi destek işlevleri sağlayan standartlaştırılmış bir platformdan oluşur . Uydu, talimatlar gönderen ve bir yer istasyonları ağı aracılığıyla toplanan verileri toplayan bir yer kontrol merkezi tarafından izlenir . Görevini yerine getirmek için uydu, cihazlarını hassas bir şekilde yönlendirerek bir referans yörüngede kalmalıdır: karasal bir uydu durumunda, yörüngedeki doğal bozulmaları düzeltmek için düzenli aralıklarla müdahaleler gereklidir. yerçekimi , Güneş ve Ay'ın etkisi ve düşük yörüngede kalan atmosferin yarattığı sürtünme .
Teknik ilerleme artık daha ağır uyduları (telekomünikasyon uyduları için altı buçuk tona kadar) yörüngeye yerleştirmeyi mümkün kılıyor, büyük bir özerklikle her zamankinden daha karmaşık görevleri (bilimsel uydular) yerine getirebiliyor. Görev türüne göre değişen bir uydunun ömrü on beş yılı bulabilmektedir. Elektronikteki ilerlemeler, karmaşık görevleri yerine getirebilen mikro uydular tasarlamayı da mümkün kılıyor.
Uyduların inşası çok özel bir endüstriye yol açar, ancak en karmaşık enstrümanlar hala genellikle araştırma laboratuvarları tarafından üretilir . Telekomünikasyon uydusu olmadığında çoğaltılması zor olan bir uydunun tasarımı, bilimsel bir uydu durumunda on yıl sürebilen bir süreçtir. Birkaç yüz milyon Euro'yu bulabilen üretim maliyetleri ve başlatma maliyetleri (kilogram başına 10.000 ila 20.000 ABD doları düzeyinde) şu anda, operatörler için çok karlı telekomünikasyon dışında, esas olarak kamu bütçeleri tarafından sübvanse edilen bu faaliyetin gelişimini sınırlandırmaktadır. .
Dünya yüzeyinden fırlatılan bir nesne, yerçekiminin etkisi altında onu yere geri getiren parabolik bir yörüngeyi tanımlar ( şemadaki A durumu ). Cismin ilk hızı ne kadar büyükse, düşme noktası o kadar uzaktır ( B durumu ). Belirli bir hıza ulaşıldığında, nesne düşer, ancak Dünya'nın eğriliği nedeniyle yere hiç ulaşmaz ( C durumu ). Bununla birlikte, cismin hızını süresiz olarak koruyabilmesi için, atmosferin üzerinde , hiçbir sürükleme kuvvetinin (sürtünme) uygulanmadığı bir boşlukta hareket etmesi gerekir : bu yükseklikte, eylemsizlik ilkesinin uygulanmasında, gerçekte hiçbir enerji yoktur. hareketini sürdürmek için gereklidir.
Bir cismin Dünya çevresinde yörüngede olması için, Dünya'nın merkezine göre radyal hızı (enjeksiyon hızı) Dünya'nın 200 km üzerinde dairesel bir yörünge için saniyede 7.700 metre olmalıdır (bu yüksekliğin altında sürükleme çok büyüktür). ). Aynı yükseklikte seyahat eden bir uyduya daha yüksek bir hız iletilirse, yörünge eliptik hale gelir ( şemada D durumu ): elipsin Dünya'ya en yakın noktası yerberi ve en uzak nokta doruk noktasıdır . Hız aşarsa 11 kilometrelik ikinci (başına vaka E ), uydu, karasal cazibe kaçar: öyle salım hızı bir iletişim kurmak için gerekli olduğunu Dünya'nın uzay sondası diğer gönderilebilir böylece gezegenlerin içinde Güneş Sistemi .
Minimum yörüngedeki hızı yerçekimi ile orantılıdır - ve bu nedenle kitle - uydu yörünge gereken yaklaşık gök gövdesinin: ay yerden çıkarır bir amacı, (4 kez daha düşük yörünge için çok daha düşük bir yatay hız ihtiyacı Dünya için: 1,7 km / s ).
Yerberi (km) |
Enjeksiyon hızı (km/s) |
Açıklama | Zirveye ulaşıldı (km) |
yörünge tipi |
---|---|---|---|---|
200 | 7.78 | Minimum yörünge hızı | 200 | Düşük (dairesel yörünge) |
200 | 8 | 1000 | Düşük | |
200 | 9.2 | 10.000 | Orta | |
200 | 10.2 | 36.000 | jeosenkronize | |
200 | 10.8 | 380.000 | Ay | |
200 | 11 | Serbest bırakma hızı | Sonsuz | gezegenler arası |
Yapay veya doğal bir uydunun yörüngesi, bir gök cismi etrafında dönen bir nesnenin yer değiştirmesine uygulanan Kepler tarafından formüle edilen üç yasa tarafından yönetilir :
Kepler yasaları, yörüngesinin özelliklerinden, bir uydunun yörüngesindeki bir noktadan iki ardışık geçişi arasındaki zaman aralığı olan devir periyodunu ve hızına karşılık gelen yörünge hızını hesaplamayı mümkün kılar . uydu, gezegenin merkezine göre (kullanılan referans çerçevesi uzayda sabit bir yönelimi korur):
|
Bir uydunun uzaydaki konumunu ve yörüngesini sağlamak için altı parametre kullanılır:
Yörünge parametreleri, birkaç düzlem ve çizgiden oluşan bir referans çerçevesinde tanımlanır :
Eğim yörünge düzlemi i (derece 0 ile 180), uydunun yörünge düzlemi ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır. Tüm ı 90 = ° uydu yörüngesi direkleri (kutupsal yörünge) üzerinde uçar, Eğer i 0, ekvator düzleminde yörünge yalan düzlemini =. Yörüngenin i 90 ° 'den küçük olduğunda doğrudan olduğu ve aksi takdirde geriye gittiği söylenir .
Artan düğümünün boylam ☊ (veya artan düğüm açılımlarının) yönünde arasındaki açıdır vernal alanına ve ekliptikten düğüm hattı. Yörünge düzlemi ekinoks çizgisiyle çakışıyorsa, yükselen düğümün boylamı sıfırdır.
yörünge düzlemindeki yörüngenin özellikleriÖnceki parametrelerle tanımlanan düzlemde yörünge, üç parametre ile tanımlanır. Uydunun geçtiği elipsin şekli iki parça bilgi ile sağlanır:
Yerberi ω argümanı yörünge düzlemi düğüm hattı ve yerberi (toprak üzerinden hat geçen uydu yörüngesini yerberi) yönünde oluşturduğu açı vardır. Yerberi boylamı artan düğümün boylam ve yerberi argüman toplamıdır.
uydunun yörüngesindeki konumuUydunun yolu üzerindeki konumu iki şekilde sağlanabilir:
Yapay bir uydunun bir gök cismi etrafındaki yörüngesi tamamen sabit değildir. Etkisi gök cismine ve uydunun konumuna göre değişen birkaç doğal fenomen tarafından değiştirilir. Dünya'nın etrafında dönüyorsa, rahatsız edici fenomenler azalan etki düzenindedir:
Dünya mükemmel bir küresel şekle sahip değildir: Ekvator bir şişkinliğe sahipken kutupları hafifçe düzleştirilmiştir. Bu deformasyonlar yörünge düzleminde değişikliklere neden olur. Bu hareket, düğüm hareketi , yörüngenin eğimi 90 ° 'den farklı ve Dünya'ya yakın olduğu için daha da önemlidir.
Uydunun maruz kaldığı en önemli rahatsızlık olan bu bozulma, aynı zamanda yükselen düğümün Ω doğru yükselişini ve perigee ω argümanını değiştirir . Yörüngeyi korumak için çok fazla yakıt tüketmek gerekir. Ayrıca düşük yörüngedeki uydular, onları düzeltmek yerine, ya yörünge kaynaklı değişikliklerden ( güneş eşzamanlı yörüngede uydu ) yararlanır ya da bu bozukluğun sıfır olduğu eğimli yörüngelere ( i = 90° ve 63°26') yerleştirilir. ).
Yerçekimi alanındaki diğer düzensizliklerDünyanın yerçekimi alanı, kutuptaki ve ekvatordaki deformasyonlardan kaynaklanan düzensizlikler dışında başka düzensizlikler de sunar: bunlar yer altının ( kabuk ve manto ) yoğunluğundaki ( tekrarlanma ) değişikliklerle bağlantılıdır . Bunlar özellikle Ay'da çoktur. Karasal uydular için, yerçekimi alanındaki değişiklikler, yörüngeyi, karasal kürenin düzleşmesi nedeniyle olduğundan çok daha az önemli bir büyüklük sırasına göre bozar.
Atmosferin direnciUydunun etrafında döndüğü gök cismi bir atmosfere ( Dünya , Mars , Venüs ) sahipse , uydunun hızının karesi ve atmosferin yoğunluğu ile orantılı bir sürükleme kuvveti uygular : uydunun hızı giderek azalır. Yörünge eliptik ise, atmosferin direncinin ilk etkisi onu dairesel hale getirmektir (apoje değişir ve yerberi değişmez kalır), o zaman dairesel yörüngenin kendisi kademeli olarak alçalır. Uydu, atmosferin en yoğun katmanlarına girerek yok olur. Dairesel bir yörüngede Dünya'nın etrafında dönen bir uydu durumunda, ortalama ömrü eşittir ( aşağıda ayrıntıları verilen ortalama bir güneş rüzgarının etkisi dikkate alınarak ):
Alçak yörüngede dolaşan yapay uyduların yörünge genel olarak 300 üzerinde tutulur km ömürleri değil çok kısa olacak şekilde yerleştirin. Belirli uygulamalar için (istihbarat uydusu, bilimsel uygulama), gözlemin kesinliğini artırmak için geçici veya kalıcı olarak daha düşük bir yörünge seçilebilir: uydu bu yörüngeyi korumak için büyük miktarda yakıt taşımalıdır, aksi takdirde süresi özellikle kısadır. . 1980'lerde inşa edilen Amerikan KH-9 casus uyduları bu sayede 118 km yüksekliğe kadar alçalabiliyor . Düşük irtifada yörüngede dönen uyduların sürüklenmesini , yerçekimi alanı bilgimizi geliştirmek için 250 km'lik dairesel bir yörüngede hareket eden GOCE uydusunda olduğu gibi, onlara aerodinamik bir şekil vererek azaltabiliriz .
Güneş rüzgar bir akış olan, plazma çoğunlukla oluşan iyonları ve elektronları geçici sürükleme artırabilir, güneşin üst atmosfer püskürtülen. Bu akış, güneş aktivitesine bağlı olarak zaman içinde hız ve sıcaklıkta değişir. Bu 11 yıllık bir döngüyü takip eder. Gelen güneş patlamaları , ısınması iyonosfer atmosferin üst katmanları yukarıya doğru genişlemeye neden olur. 300 ile 500 km arasında yoğunluk 10 ile çarpılabilir: sürükleme kuvveti orantılı olarak artar ve bazı uydular birkaç günde 10 km'den fazla kaybedebilir . Bu etkiler, konumu büyük bir hassasiyetle bilinmesi gereken Spot gibi Dünya gözlem uyduları için özellikle zahmetlidir.
Ay ve güneşin çekiciliğiİki yıldızın yapay bir uydunun yörüngesi üzerinde etkisi vardır. Güneş, kütlesine rağmen uzaklığından dolayı Ay'dan daha zayıf bir etkiye sahiptir. Apojenin rakımı ne kadar yüksek olursa, rahatsızlık o kadar büyük olur: düşük yörüngedeki uydular için sıfır ve yer sabit uydular için zayıftır.
radyasyon basıncıFotonlar 10 düzenin - Güneş tarafından yayılan zayıf baskı -5 Pa Dünya etrafında - ama karşılaştıkları nesneleri devam ediyor. Uygulanan kuvvet, maruz kalan yüzeyle orantılıdır (açıkta kalan yüzeyin insidansı ve yansıtıcı karakteri bu kuvveti etkiler).
Karasal uyduların yörüngeleri birçok şekil ve yöne sahip olabilir: bazıları daireseldir veya tam tersine çok uzun bir elips şeklindedir. Onlar sadece Dünya'nın atmosferi (250 Yukarıdaki düşük irtifada bulunabilir km ) ya da 30,000 aşan km . Yapay bir uydunun yörüngesi, görevin ihtiyaçlarını en iyi şekilde karşılayacak şekilde seçilir. Çoğu uydu, aşağıdaki dört yörünge türünden birini kullanır:
Yere parça bir uydunun bu döner gök gövdesi etrafında merkezi içinden geçtiği dikey göre yörüngesinin yere projeksiyonudur. Şekli, uydu cihazları tarafından taranan yüzey kısımlarını ve yer istasyonları tarafından uydu görünürlük yuvalarını belirler.
İzin çizimi hem uydunun yörüngesindeki yer değiştirmesinden hem de Dünya'nın dönüşünden kaynaklanmaktadır. İkincisi, yörüngeye kıyasla pistin batısına doğru bir deformasyona neden olur:
Yeni yapay uydusu bir yüzün ilk söz Tuğla Ay için Edward Everett Hale (1869). Jules Verne de Les 500 Million de la Bégum'da (1879) bu fikri uyandırır . 1903'te Constantine Tsiolkovsky (1857–1935) , roket fırlatma için ilk bilimsel çalışma olan Исследование мировых пространств реактивными приборами ("Jet motorları aracılığıyla uzay keşfi" ) yayınladı . Bu kitapta, bir cismin Dünya yörüngesine yerleşebilmesi için ulaşması gereken minimum hızı ( 8 km/s ) belirtmekte ve sıvı yakıtlı motorlara sahip çok kademeli bir roketin kullanılmasını tavsiye etmektedir.
1928'de Sloven Herman Potočnik (1892–1929), Das Problem der Befahrung des Weltraums ("Uzay Uçuşu Problemi") adlı benzersiz çalışmasında , insanın uzayda kalıcı olarak yerleşmesini sağlamak için uygulanacak araçları açıklar. Yörüngeye yerleştirilen uzay aracının Dünya yüzeyinin barışçıl ve askeri gözlemleri için nasıl kullanılabileceğini anlatıyor; bilimsel deneyler için ağırlıksızlığın ilgisini gösterir. Kitap, (ilk olarak Tsiolkovsky tarafından bahsedilen) yer sabit uyduların işleyişini anlatıyor ve yer ile uydular arasındaki radyo aracılığıyla iletişim sorununu araştırıyor. Ancak kitap, telekomünikasyonu iletmek ve bir yayın sistemi olarak uyduların kullanımından asla bahsetmez.
1945'te bilim kurgu yazarı Arthur C. Clarke (1917-2008), telekomünikasyon uydularının kitle iletişim için kullanımını ayrıntılı olarak anlattı. Clarke, bir uydu fırlatmasının lojistik kısıtlamalarını, olası yörüngeleri ve dünyayı kapsayan bir uydu ağı oluşturmanın diğer yönlerini gözden geçirerek, gezegensel bir telekomünikasyon sistemine sahip olmanın avantajlarını vurguluyor. Ayrıca, tüm gezegeni kaplayacak kadar sabit bir yörüngede üç uydunun kullanılmasını önerir.
İlk yapay uydu olan Sputnik 1 , SSCB tarafından 20. yılda fırlatıldı .4 Ekim 1957ve SSCB ile Amerika Birleşik Devletleri arasındaki uzay yarışının başlangıç noktasıdır . Sputnik 2 fırlatıldı3 Kasım 1957ilk kez canlı bir yaratık olan köpek Laïka'yı yörüngeye yerleştirir . Uzay programı takviminin gerisinde kalan Amerika Birleşik Devletleri, ilk uydusunu ( Explorer 1 ) yörüngeye yerleştirdi.31 Ocak 1958. İçindeHaziran 1961Sputnik 1'den üç buçuk yıl sonra ABD Hava Kuvvetleri , Dünya yörüngesinde dönen yaklaşık 115 uydu tespit etti. İlk uydular bilimsel çalışmalar için kullanılıyor. Sputnik 1'in yörüngesindeki değişiklikler , üst atmosferik katmanların yoğunluğunu daha iyi anlamayı mümkün kılıyor.
Ülke | Lansman yılı |
İlk uydu (adın anlamı) |
---|---|---|
Sovyetler Birliği | 1957 | Sputnik 1 (arkadaş) |
Amerika Birleşik Devletleri | 1958 | Gezgin 1 (kaşif) |
Fransa | 1965 | Asteriks (çizgi film karakteri) |
Japonya | 1970 | Ōsumi (bir Japon eyaletinin adı) |
Çin | 1970 | Dong Fang Hong I (Kızıl Şark) |
Birleşik Krallık | 1971 | Prospero X-3 (Shakespeare karakteri) |
Hindistan | 1980 | Rohini ( Hindu mitolojisinden bir karakter) |
İsrail | 1988 | Ofeq 1 (ufuk) |
Ukrayna | 1992 | Strela (ok) |
İran | 2009 | Omid 1 (umut) |
Kuzey Kore | 2012 | Kwangmyŏngsŏng 3 numara 2 |
Güney Kore | 2013 | STSAT-2C |
Askeri gözlem uyduları, uzayın fethinin başlangıcında ortaya çıktı: bunlar Corona serisinin Amerikan uydularıdır (ilk lansmanHaziran 1959) uçaksavar pillerinin casus uçaklara karşı giderek daha fazla koruduğu Rus askeri tesislerini gözlemlemeyi mümkün kılıyor. Çok karmaşık (çekilen fotoğraflar, uçuşta geri alınması gereken bir kapsül içinde Dünya'ya gönderilir), ilk başarılı uçuşu elde etmek için en az 20 fırlatma alacaktır. Stratejik füze başlatıldığını tespit etmek için tasarlanmış ilk erken uyarı uydusu Amerikan Midas olan ilk başarılı yayın tarihleri için geri,Mayıs 1960.
TIROS-1 fırlatıldı1 st Nisan 1960, meteorolojik gözlem için uyduları açtı. Amerikan Landsat-1 uydusu fırlatıldı23 Temmuz 1972, Dünya gözlemine ve daha özel olarak tahıl mahsullerinin değerlendirilmesine atanan ilk uydudur. GEOS-3 uydusu fırlatıldı9 Nisan 1975, uzaydan radar kullanımını başlattı. lansman tarihi30 Mayıs 1971Mariner 9 uydusu , başka bir gezegenin ( Mars ) yörüngesinde dönen ilk uydudur . Hubble Uzay Teleskobu , 1990 yılında başlatılan, yörüngeye koymak üzere bu boyutun ilk rasathane.
1960 yılında, ilk Echo telekomünikasyon uydusu alçak yörüngeye yerleştirildi. 1962 yörüngesine yerleştirilen ve onları güçlendiren Telstar 1'in aksine, sinyalleri geri döndürmekle yetinen pasif bir uydudur : İkincisinden sinyal almak için hala onlarca metrelik bir antene ihtiyacınız vardır. O zamanlar, yalnızca Amerika Birleşik Devletleri bir uzay telekomünikasyon sistemi oluşturma teknolojisine hakimdi. Intelsat organizasyonu , üyelerine katkıları karşılığında Amerikan hizmeti sağlayarak Amerikan yatırımını karlı hale getirmek için kurulmuştur. Intelsat adına fırlatılan Early Bird uydusu (1965), sabit yörüngeye yerleştirilmiş ilk telekomünikasyon uydusudur. Başlangıçta 300 telefon devreleri sınırlı telekomünikasyon uydularının yeteneği sonunda 200.000 ulaşmak için elektronik devrelerin ilerlemeler yararlanarak artacak XX inci yüzyıl.
Fransız-Alman işbirliğinin meyvesi olan Symphonie uyduları (1974-1975), Avrupa'da üretilen ilk telekomünikasyon uydularıydı. Çeşitli yenilikler getirilmiştir: üç eksenli stabilizasyonu içinde yörüngede ve kullanımını Biergol tahrik sistemi jeosenkron daire şekline manevra ve istasyon kontrolü için.
1970-1980 yıllarında uluslararası operatörler ( deniz haberleşmesine atanan Inmarsat , Doğu ülkeleri için Intersputnik ), bölgesel ( Eutelsat , Avrupalı operatör, Arabsat vb.), ulusal ve özel ( Astra ) kuruluş için gerekli kaynakları bir araya toplamak üzere oluşturulmuştur. Intelsat dünya çapında kapsama alanı sağlarken özel uydu ağları. Hem fırlatma üslerinin enlemi hem de ülkenin büyük bir bölümünün yetersizliği nedeniyle Rusya, yaygınlaşan yerdurağan uydu sistemini benimsememekte, ancak kuvvetli eliptik orta yörüngedeki uydulara dayalı bir sistem kurmaktadır. 1990-2000 yıllarında, çeşitlenen (doğrudan televizyon, İnternet, mesajlaşma) faaliyetin karlılığı keskin bir şekilde arttı: Sonuç olarak, uluslararası (Intelsat) ve bölgesel (Eutelsat) kuruluşlar giderek özelleştirildi ve özel operatörler çoğaldı. Faaliyet, 1990'ların sonundaki İnternet balonundan en çok etkilenen sektörlerden biridir : birkaç operatör, diğer şeylerin yanı sıra uydu fırlatmak için düşük yörüngede ( Iridium , Globalstar, vb.) takımyıldız projeleri (10 ila 70 uydu ) kuruyor . telefon. Ama kârlılık yok ve projeler durduruluyor ya da hedefleri aşağı doğru revize ediliyor. Bugün gelirin dörtte üçü, tüm kıtalarda hızla büyüyen uydu televizyonundan geliyor.
Uydular iki çeşittir. En çok sayıda uygulama uydusu, geniş alanlarda telekomünikasyonu desteklemek ve Dünya'yı gözlemlemek (gözlem, coğrafi konumlandırma, uzaktan algılama, askeri keşif) için kullanılır. Hizmetleri kesintiye uğramamalı, yörüngede fazlalık ve yeni nesiller tarafından değiştirilmeleri gerekiyor. Bilimsel uydular ise uzay ortamının incelenmesinden uzay teleskopları ile derin uzayın incelenmesine kadar çok geniş bir görev yelpazesine sahiptir .
Elektromanyetik spektrumun çoğu, dünyanın atmosferi tarafından filtrelenir ve yere ulaşmaz; sadece uydulara monte edilen teleskoplar , kozmolojik bilgi açısından zengin ancak iyonosfer tarafından tamamen emilen gama ve X ışınlarının incelenmesini mümkün kılar . Bazı ultraviyole radyasyon ozon tarafından yakalanırken , kızılötesi radyasyon atmosferdeki su buharı ve karbondioksit tarafından emilir. Görünür radyasyon alanında, uzay teleskopu, karasal teleskopların karşılaştığı atmosferik rahatsızlıklardan ve ışık kirliliğinden arındırılmıştır .
Uydu, Dünya'yı gözlemlemek için ideal bir konumdadır. Uygun bir yörüngeye yerleştirildiğinde, tüm karasal yarım küreyi kapsayabilecek bir gözlem alanına sahiptir; aynı zamanda, en son cihazlarla, birkaç desimetrelik bir çözünürlüğe kadar inebilir. Aynı güneş zamanında, metronom düzenliliği ile dünya yüzeyinin bir alanını periyodik olarak fotoğraflayabilir ve meydana gelen değişiklikleri hızlı bir şekilde vurgulamayı mümkün kılar.
Telekomünikasyon alanında, tek bir uydu, tüm kıtaya dağılmış istasyonlar arasında geçiş yapabilir veya tek antenli TV veya radyo yayınlarını birkaç ülkedeki tüm bireysel alıcılara iletebilir: çok pahalı bir ağır karasal altyapının yerini alır ve hızlı olmaya karşı hassastır. teknik eskime çarptı. GSM'in gelişmesiyle birlikte uydu telefonlarının finansal başarısızlığı, bu avantajın her zaman belirleyici olmadığını göstermektedir.
Son olarak, bir uydu, uzayda hüküm süren koşulları incelemenin en iyi yoludur: parçacık akışı, elektrik ve manyetik alanlar.
Bilimsel uydular için kullanılan uydular bilimsel çalışmalardan elde alanı . Bu kategoride, radyo emisyonları üst atmosferik katmanları incelemeyi mümkün kılan Sputnik 1 gibi ilk uyduları buluyoruz . Uzay Avrupa'sının ilk tuğlaları, ELDO ve ESRO'nun Avrupa örgütlerinin kökeninde bulunan bilim adamlarının isteği üzerine atıldı .
Dünya ve yakın uzayın incelenmesiBu kategori, misyonları jeodezi (okyanus seviyesi, TOPEX / Poseidon tarafından ), jeodinamik ( levha tektoniği çalışması ), biyosferin işleyişinin modellenmesi ( küresel ısınma teorisi çerçevesinde hayati bir konu haline gelen ) ile ilgili uyduları içerir . ).
Temel fizik araştırmasıUzay aynı zamanda yerçekiminin dahil olduğu belirli fiziksel teorileri doğrulamak için de ideal bir yerdir.Eşdeğerlik ilkesinin Mikroskop ve STEP uyduları tarafından doğrulanmasını veya yerçekimi dalgalarının aranmasını ( Lisa ) gösterebiliriz .
Astronomik uydularAstronomik uydular vardır, teleskoplar yörüngede, en güçlü yer tabanlı gözlem evlerinin (o aşkın çözünürlüğü ile derin boşluk gözlemleyebilirsiniz Hubble ). Tüm elektromanyetik spektrum bugün uzay teleskopları tarafından incelenmektedir: X radyasyonu ( XMM-Newton ), gama ( INTEGRAL ), kızılötesi ( ISO teleskopu ). 2000'li yılların sonu yeni enstrümanlar açısından verimli geçti (Avrupa için Herschel , Planck ). Bir atmosferin yokluğu, dış yıldız sistemlerinde ( CoRoT ) bulunan ötegezegenlerin tespitine izin verir .
Telekomünikasyon uyduları, telefon iletişimi, veri iletimi (örneğin Thuraya ), uydu iletişimi ve televizyon programları dahil olmak üzere, Dünya üzerinde bir noktadan diğerine bilgi iletmek için kullanılır . Giderlerden çok daha fazla gelir getiren tek alandır. Müşteriler, genellikle yörüngede uydu filosu olan özel şirketler veya eski özelleştirilmiş uluslararası kuruluşlardır. Etki alanı, coğrafi yörüngenin en büyük kullanıcısıdır.
Telekomünikasyon uydularının ana filoları şunlardır:
Sözde direkt yayın uyduları son on yılda artış olmuştur: Onlar ücret paketlerini ve şifreli kanalları yanı sıra bir alınabilir şifresiz ve ücretsiz TV ve Radyo kanalları yüzlerce, yayın anteni gibi bir uydu çanağı. , yerel küçük boyutlu (<60 cm ) ve yayın uydularının yüksek iletim gücü sayesinde ucuzdur.
Uzaktan algılama uyduları Dünya'yı bilimsel (deniz sıcaklığı, kar yağışı, kuraklık vb.), ekonomik (doğal kaynaklar, tarım vb.) casus uydular). Gözlem spektrumu çok geniştir: optik, radar, kızılötesi, ultraviyole, radyo sinyallerini dinleme. Çözünürlük şu anda bazı frekans aralıkları için bir metreden azdır. Bu, kullanılan teknolojiye ve aynı zamanda uydunun irtifasına da bağlıdır: iyi çözünürlük, örneğin SPOT ailesinin Dünya gözlem uyduları tarafından kullanılan, genellikle güneşle uyumlu, düşük bir yörünge gerektirir . Dünya hava durumu izleme programı ve Avrupa METEOSAT dahil meteorolojik uydu ailelerinde olduğu gibi, sabit coğrafi sabit yörünge, kalıcı gerçek zamanlı izleme için tercih edilir .
Radar uyduları , belirli yapılardaki birkaç milimetrelik değişimleri interferometrik tekniklerle analiz edebilir . Özellikle bir depremden önce veya sonra kıtasal levhaların hareketlerini veya deniz buzu kalınlığındaki değişiklikleri incelemek için kullanışlıdırlar .
Bu uydular, nesnelerin Dünya yüzeyindeki, havadaki (uçaklar, füzeler) ve uzaydaki konumlarını bilmeyi mümkün kılar. Örnekler: DORIS , Amerikan GPS sistemi , geleceğin Avrupa Galileo sistemi, Rus GLONASS sistemi veya Çin PUSULA .
Bu kategoride ayrıca 1978'den kalma ve Amerikan meteoroloji uyduları ve Avrupa MetOp tarafından taşınan Argos mobil nesne konumlandırma sistemi bulunmaktadır .
Ordunun ihtiyaçları ilk gözlem uydularının kökenindedir: 1959 gibi erken bir tarihte, Soğuk Savaş bağlamında ABD ve SSCB, yaygın olarak ve yanlış bir şekilde " casus uydular " olarak adlandırılan askeri gözlem uyduları geliştirdiler ( Bunlardan ilki Discoverer serisiydi). Erişilemeyen alanlarda düşmanın askeri kaynaklarını gözlemlemeyi mümkün kıldı. Bugün modern çatışmalar onu geniş ölçüde kullanıyor ve kesinlikle farklı türde askeri uydular kullanarak onsuz yapamazdı:
En gelişmiş uzay ajansları uzay çağı uzay aracı erken başlattı keşfetmek için güneş sistemini bilimsel aletler kullanılarak. İlk başta, bu uzay sondaları , incelenen gezegenler üzerinde yalnızca basit bir uçuş yapabildiler, çünkü uzak bir gök cismi etrafında yörünge, büyük bir hassasiyette navigasyon ve az çok önemli bir itici kütle gerektirir . Uzay teknolojisindeki ilerleme ve fırlatıcıların artan gücü, bu cihazlardan bazılarını önce Ay ve yakın gezegenler ( Mars , Venüs ), ardından daha uzak gök cisimleri ( Jüpiter , Satürn , Vesta , Ceres ) veya yörüngeye yerleştirmeyi mümkün kılmıştır. Güneş'in yerçekimi kuyusuna derinden gömülü Merkür veya düzensiz yerçekimi alanlarına sahip kuyruklu yıldızlar ve asteroitler gibi erişilmesi zor . Uzay sondası , kendisini çoğunlukla kutupsal bir yörüngeye yerleştirerek , tüm gök cismi üzerinde uzun süreli bir çalışma yürütebilir. Bu araştırmayı, yerinde bir çalışma için gök cismi yüzeyine bir iniş takımı tipi (statik) veya gezici (mobil) bırakma görevi takip edebilir .
Bir uydu iki alt gruptan oluşur:
Bir uydunun temel özellikleri, yükü, kütlesi, operasyonel ömrü, yörüngesi ve platformudur.
Yük misyonunu yürüten sorumlu uydunun alt kümesidir. Uydu türüne göre değişir ve özellikle şunları içerir:
Bir uydunun kütlesi ana maliyet faktörlerinden biridir: bir kilogramı düşük yörüngeye fırlatmanın maliyeti, kullanılan fırlatıcıya bağlı olarak kilogram başına 10.000 ila 30.000 ABD Doları arasındadır (2004). Ancak telekomünikasyon alanında, ağır bir uydu daha büyük kapasitelere sahiptir - bir telekomünikasyon uydusu için eşzamanlı iletişim sayısı, bilimsel bir uydu için yerleşik enstrüman sayısı - ve daha fazla yakıt taşıması sayesinde daha uzun bir kullanım ömrüne sahiptir. En büyük uydular , 20 tona ulaşabilen alçak yörüngedeki uzaktan algılama uydularıdır : askeri ( KH-11 , 19,6 ton ) veya sivil ( ENVISAT , 8 ton ) keşif uyduları .
Maksimum uydu kütlesi (özellikle sabit yörünge için) uzun bir süre fırlatıcıların kapasitesi ile sınırlıydı ve 1990'lara kadar telekomünikasyon ihtiyaçları için kademeli olarak arttı.
Görevin türüne bağlı olarak, kütlenin dağılımı çok farklı olabilir.
Spot 4 gözlem uydusu |
Geostationary uydu ömrü 15 yıl |
|
---|---|---|
platformu | 1.100 kg | 1.620 kg |
yük | 1.060 kg | 660 kg |
Toplam kuru kütle | 2 160 kg | 2.280 kg |
Ergöller | 160 kg | 2.780 kg |
Lansman sırasında kitle | 2320 kg | 5.060 kg |
Elektroniğin minyatürleştirilmesi artık birkaç on kilogram ağırlığında gelişmiş işlevlerle donatılmış eksiksiz uydular tasarlamayı mümkün kılıyor. Işık uyduları arasında şunları ayırt ediyoruz:
Bir uydunun ömrü, görevin türüyle bağlantılıdır. Yakın tarihli bir telekomünikasyon uydusu (örneğin 2009 başlarında yörüngeye oturtulmuş Hotbird 10) yaklaşık on beş yıl çalışacak şekilde inşa edilirken, Spot serisindekiler gibi bir gözlem uydusu 5 yıllık bir ömre sahip olacak şekilde inşa edilmiştir. Bir uydunun ömrünün sona ermesi, genellikle, yörüngesini nominal bir yörüngede tutmasına ve araçlarını yönlendirmesine izin veren itici gazların tükenmesiyle bağlantılıdır. Diğer hassas ekipman, belirli görev türlerinde tekrarlanan şarj/deşarj döngüleri ve elektronik cihazlarla tükenebilen pillerdir. Bazı bilimsel uyduların çalışması (kızılötesi teleskop, vb.), soğutma için yerleşik sıvı helyum kullanır ve bu, tükendiğinde cihazı durdurur.
Arızalar ayrıca bir uydunun çalışmasının tamamen veya kısmen kapatılmasının nedeni olabilir. 1965-1990 dönemi için durağan uydular üzerinde yapılan bir çalışma, 13 yerdurağan uydunun toplam arızasını ve 355 kısmi arızayı tespit etmektedir. Bu arızalar, vakaların %39'unda faydalı yükü , % 20'sinde yönlendirme ve yörünge kontrol sistemini, %9,6'sını tahriki, %9,3'ünü güç kaynağını ve %9,2'sini mekanik olarak etkiler . Bu arızalar tasarımdan (%25), ortamdan (%22) ve hatta bileşenlerden (%16) kaynaklanmaktadır.
Platform ( otobüs İngilizce) veya servis modülü birlikte gruplar bunun çalışmasına izin tüm uydu bileşenler. Platformun nispeten değişmeyen yapısı, ana uydu üreticilerinin en sık görevlere karşılık gelen standart modeller sunmasına olanak tanır:
inşaatçı | İsim | Yük kütlesi | Toplam kütle | Elektrik gücü | yörünge tipi | Ömür | Özel özellikler / açıklamalar |
---|---|---|---|---|---|---|---|
boeing | Boeing 601 | 48 veya 60 transponder |
2,5−4,5 ton | 4,8 kW 10 kW (HP) |
sabit / ortalama |
İyon motoru (seçenek) | |
boeing | Boeing 702 | 4.5-6.5 ton | 7-18 kW | sabit | 7 yıl | iyonik motor | |
Astrium | Eurostar E2000 + | 550 kg | 3.4 ton | 4−7 kW | sabit | 12 yıl | |
Astrium | Eurostar E3000 | 1000 kg | 4,8–6,4 ton | > 16 kW (4 ila 14 kW arası CU ) | sabit | 15 yaşında | Elektrikli tahrik (isteğe bağlı) |
OHB | Küçük Coğrafi | 300 kg | 3 kW | sabit | 15 yaşında | Elektrikli tahrik | |
Thales Alenia Uzay (TAS) | Uzay Otobüsü 3000 | 2,5-5,2 ton | sabit | 15 yaşında | |||
Thales Alenia Uzay | uzay otobüsü 4000 | 4.0–5.9 ton | 15,8 kW'a kadar (CU, 11,6 kW'a kadar ) |
sabit | 15 yaşında | ||
Astrium & TAŞ | Alfabüs | 1.300 kg | 6,5 ton | 13 ila 18 kW arası CU | sabit | 15 yaşında | Elektrikli tahrik |
Astrium | AstroSat-1000 | 900 kg | 1,4 kW | düşük | 7 yıl | Ülker | |
CNES / TAŞ | protein | 500 kg | 0,5 kW | düşük | 5 yıl | Jason , CALİPSO , SMOS | |
CNES / Astrium-TAS | Sayısız | 80 kg | 0,06 kW | düşük | 2 yıl | SARMAL |
Bir platformun birkaç alt montajı vardır:
Uyduların tasarımı, uzay ortamının son derece düşmanca doğasını hesaba katmalıdır. Uydular neredeyse mutlak bir boşlukta ( 10-9 Pa ) kesişirler . Bu basınçta, katıların yüzey atomları süblimleşme eğilimi gösterir ve mekanizmalar bloke olur. Of kayganlaştırıcı vakum çalışmak üzere geliştirilen kullanılmalıdır. Bir vakumda, uyduların elektroniği tarafından bol miktarda üretilen termal enerji yalnızca radyasyonla tahliye edilebilir. Güneş patlamaları ve kozmik ışınlar, uydunun elektroniği tarafından verilerin işlenmesinde hatalar üretir. Uydunun yörüngesi, Van Allen kuşaklarından geçmesine neden oluyorsa (geostatik uydular veya orta ve yüksek yörüngede olması durumunda), bu, elektronik bileşenlerin, malzemelerin ve optik aletlerin bozulmasına yol açabilir. Parçacık plazması, arızaya neden olan bir elektrostatik boşalma riski oluşturur. Güneş radyasyonu, verimliliğini azaltarak güneş panellerindeki silikonu kademeli olarak bozar.
uydunun yapısıUydunun mekanik mukavemeti yapısı ile sağlanmaktadır. Bu, uydunun ana işlevsel alt gruplarını destekler. Ayrıca başlatıcı ile mekanik arayüz sağlar.
Yapı, motorlu uçuş sırasında maruz kalınan mekanik streslerle başa çıkmak için boyutlandırılmıştır. Taşıyıcı roketin fırlatılması, esas olarak roket gövdesi tarafından uyduya iletilen ve 0 ile 2000 hertz arasındaki frekans bantlarında değişen motorlardan ve turbo pompalardan gelen önemli titreşimler üretir . Kalkışta, uyduyu barındıran kaportanın altındaki gürültü 150 desibele ulaştı . İkincisi ayrıca, aşamaların ayrılması sırasında, kaporta serbest bırakıldığında ve piroteknik yüklerin kullanılması nedeniyle fırlatıcı ve uydunun ayrılması sırasında özellikle güçlü olabilen hızlanma ve yavaşlamalara maruz kalır. Bu ara sıra meydana gelen şokların dışında, en güçlü hızlanma genellikle motorlu uçuşun son aşamasında (4 veya 5 g'a kadar ) gerçekleşir. Yapı, hafif kalırken tüm bu çabalara dayanacak şekilde tasarlanmalıdır.
Yapı, yörüngeye yerleştirildikten sonra uydunun farklı kısımları arasındaki büyük sıcaklık farklarından kaynaklanan deformasyonları sınırlayacak şekilde tasarlanmalıdır: sensörlerin, antenlerin ve aletlerin görüş eksenleri pratik olarak değişmez kalmalıdır. uydunun görevini nominal olarak yerine getirebilmesi. Bu gereklilik özellikle uzay teleskopları için önemlidir (aynaların göreli konumu). Bu kısıtlamayı karşılamak için yapı, karbon kompozitler gibi düşük genleşme katsayısına sahip malzemelerle yapılır .
Enerji üretimiUydu, faydalı yükün ve platformun çalışması için elektrik gücüne sahip olmalıdır . Elektrik gücü gereksinimleri, uyduların boyutuna ve uygulama türüne göre değişir. En talepkar olanı, alınan sinyalleri yükselterek büyük miktarda enerji tüketen telekomünikasyon uydularıdır. Radar kullanan gözlem uyduları da çok fazla enerji gerektirir, ancak düzensizdir. Pasif gözlem aletleri (uzay teleskopları vb.) kullanan uydular en az talepkar olanlardır, gereken güç 1 ila 15 kW (2009'da) arasındadır, gelişmiş düşük güçlü elektroniklerin kullanımı sayesinde nispeten düşük bir değerdir.
Elektrik enerjisi genellikle güneş enerjisi kullanılarak güneş panelleri ile sağlanır. Dünya yörüngesinde dönen bir uydu için, 10 kW sağlamak için ortalama 40 m 2 güneş paneli gerekir (toplam açıklık 40 metreye ulaşabilir ). Uydunun Güneş'e göre yönü, yörüngesi nedeniyle sürekli olarak değiştirilir: bu nedenle güneş panelleri, Güneş ışınlarının onlara dik olarak çarpması için sürekli olarak yeniden yönlendirilmelidir. Uydu, durağan veya güneş eşzamanlı yörüngedeyken, panellerin yalnızca tek bir eksende dönebilmesi gerekir, ancak diğer Dünya yörüngeleri için iki serbestlik derecesi gerekir.
Dünya yörüngesinde dönen uydu, Dünya'nın gölge konisinde yolda olabilir. Jeo-durağan uydular için nadir görülen bir fenomen (yılda iki kez ekinokslarda ), güneş-eşzamanlı bir uydunun seyahat süresinin üçte birini temsil eder. Karanlık dönemlerde uydu, enerjisini aydınlatma evresinde beslenen pillerden alır. Düşük yörüngedeki uyduların pillerinin sık sık boşalması, kullanım ömrünü sınırlamakta ve bu tür uyduların (genellikle 5 yıldan az) ömrünün ana sınırlamalarından birini oluşturmaktadır.
Güneşten uzak bir gezegenin yörüngesinde dönen uydular için fotovoltaik hücrelerin kullanımı imkansız hale geliyor. Radyoizotop termoelektrik jeneratörler (RTG) gibi nükleer jeneratörler tarafından üretilen elektrik genellikle kullanılır . Bu böyledir Cassini uzay sondası gezegen yapay uydu haline gelmiştir, Satürn ,1 st Temmuz 200411 yıllık görevden sonra en az 628 W üretmek için elektrik üç RTG tarafından sağlanıyor .
termal kontrol sistemiTermal kontrol sistemi, uydu bileşenlerinin sıcaklığını, genellikle yeryüzünde karşılaşılana yakın bir değer aralığında (yaklaşık 20 °C ) tutmalıdır . Uydu, Güneş'in aydınlattığı yüz ile uzaya dönük yüzler arasında 200 °C'ye ulaşabilen sıcaklık farkları ile güçlü termal streslere maruz kalmaktadır . Araç üstü ekipman ve aletler, kullandıkları elektrik enerjisini tahliye edilmesi gereken termal enerjiye dönüştürür. Bununla birlikte, bir vakum bu enerjiyi havanın konveksiyonu ile dağıtamaz ve bu nedenle enerjinin daha az verimli bir soğutma işlemi olan radyasyonla boşaltılması gerekir.
Genellikle uydu, ipek , nomex veya dakron gibi malzemelerle değişen bir alüminyum arkalık üzerinde kapton veya mylar'dan oluşan birkaç yalıtım katmanına sarılır . Bu battaniye kızılötesi radyasyonu yansıtır ve düşük termal iletkenliğe sahiptir . Kızılötesinde yüksek emisyon değerleri sayesinde ısıyı yayan radyatörler, mümkün olduğunca uzağa bakan, en fazla ısı üreten ekipman monte edilir. Uydu içerisinde bulunan ekipmanların ürettiği ısı, ısı boruları ile uydunun dış duvarlarına monte edilen radyatörlere tahliye edilir . Antenler ve güneş panelleri, yalıtım malzemeleri ve boyalar kullanılarak termal olarak korunur.
Aletler ve ekipman çalışmadığında, ısıtma rezistörleri, sıcaklığı belirtilen aralıklarda tutmayı mümkün kılar. Bazı aletleri çok düşük bir sıcaklıkta tutmak gerekebilir: örneğin, Planck uzay teleskobundaki bolometreler 0,1 kelvin sıcaklıkta tutulmalıdır .
Kenar yönetimiYerleşik yönetim, uydunun çalışmasını kontrol eder. Aşağıdaki alt sistemleri bir araya getirir:
Uzaktan kumanda ve telemetri sistemi, yerle olan diyaloğu halleder. Uzaktan kumanda işlevleri (yer ⇒ uydu), kontrol merkezi tarafından gönderilen talimatları veya verileri alıp kodunu çözerek diğer alt sistemlere dağıtımını sağlar. Telemetri işlevleri (uydu ⇒ yer) uydunun çalışmasıyla ilgili uydu verilerini, cihazlardan gelen verileri toplar ve sıkıştırmadan sonra, istasyonlar görünür durumdayken bunları kontrol merkezine iletir.
Uçuş kontrol sistemi, uydunun yörüngesini ve yönünü korur. Bu sistem, sapmaları belirlemek için farklı tip sensörler tarafından sağlanan verileri kullanan ve aktüatörler (yönlendirme) ve genellikle kimyasal motorlar (yörünge) kullanarak düzeltmeler yapan bir yazılıma dayanmaktadır. Yerleşik yönetim tarafından desteklenen diğer işlevler arasında:
Bu işlevlerden bazıları ya yer istasyonlarından gerçekleştirilebilir ya da uydu otomasyonuna emanet edilebilir.
Cihazlar tarafından toplanan veriler, alıcı bir anten üzerinden uçarken istasyonlara aktarılmalarını beklerken toplu belleklerde saklanır. Dahili uydu iletişimi bir veri yolu üzerinden gerçekleştirilir. İletilen veri akışı, uyduyu bombalayan yüklü parçacıkların neden olabileceği hatalardan korunmalıdır.
tahrik sistemi
|
Uydu tahrik sistemi birkaç görevi yerine getirir:
Uydu yerleştirildikten sonra:
Tahrik tarafından gerçekleştirilen rollerin çeşitliliği göz önüne alındığında, bir uyduda genellikle iki tür roket motoru vardır: biri, daha güçlü, en önemli manevralarla ilgilenir, diğeri ise daha hassas ancak daha düşük itiş gücüyle ince düzeltmeler için müdahale eder. Ayrıca, telekomünikasyon uyduları genel olarak, tek görevi , yerleştirme sırasında 36.000 km yükseklikte yörüngeyi dairesel hale getirmek için 1.500 m / s hız sağlamak olan bir apogee motoru içerir .
Sevk sisteminin kütlesi (itici gazlar, iticiler, tanklar vb.) uydu tipine bağlı olarak büyük ölçüde değişir. 15 yıllık bir ömre sahip bir coğrafi telekomünikasyon uydusunda, itici gazların ağırlığı (tahrik sisteminin kendisi olmadan) uydunun kütlesinin %50'sinden fazlasını temsil edebilirken, Spot 4 gibi bir gözlem uydusunda bu aynı iticiler yaklaşık 7'yi temsil eder. kütlenin %'si.
Gerekli bindirmeler birkaç yüz için birkaç milinewton (düzeltici önlemler) arasında değişmektedir newton (Kayıt için, 1 N / 1 m'lik bir ivme sağlar s 2 için iletilen 1 değerinde bir kütle haline kg ) ise son yörünge transfer alınır. uydu tarafından desteklenir. Spesifik darbeler (özgül darbe bir roket motorunun verimliliğini ölçer: saniyeler içinde bir kilogram iticinin bir kilogram kuvvette bir itme ürettiği süreyi sağlar) ve önemli ölçüde farklı itkilerle karakterize edilen dört tür tahrik vardır . Tüm bu teknolojiler, yüksek hızlı malzeme atımına dayanmaktadır:
Uydu cihazlarının düzgün çalışabilmesi için sürekli olarak iyi bir hassasiyetle işaret edilmesi gerekir: telekomünikasyon uyduları verici antenlerini karasal zeminin çok hassas bir bölümüne yönlendirmeli, gözlem uydularının kameraları ise alanları çerçevelemelidir. onların talimatlarına görünen fotoğraflandı: 1'den az bir doğrulukla işaret edilmelidir Nokta serisinin bir gözlem uydusunun enstrümanlar için km 500 ve 1.000 arasında ve dikkate yüksekliğini alarak km , uydu yönü hatası az olmalıdır 0.1 ° 'den fazla. Ayrıca elde edilen görüntünün bozulmaması için uydunun açısal hızının 0,005 °/s'den az olması gerekir .
Bununla birlikte, uydu, yönünü değiştiren torklara maruz kalır: doğal olaylar (güneş radyasyonunun basıncı, aerodinamik basınç, manyetik alan veya karasal yerçekimi alanı tarafından oluşturulan torklar, vb.) veya uydu mekanizmalarının yer değiştirmesinden kaynaklanan ( alet işaret ediyor). Oryantasyondaki (veya tutumdaki) değişikliklere karşı koymak için birkaç yöntem vardır:
Bu manevralar, kontrol merkezi tarafından ayarlanan değerlerden daha büyük yön değişiklikleri tespit edildiğinde tetiklenir. Uydunun oryantasyonu, son doğru oryantasyonun kaydedilmesinden bu yana üç eksene yerleştirilen jirometreler tarafından ölçülen tüm açısal yer değiştirmelerin toplanmasıyla belirlenir . Jirometreler ve ivmeölçerler zamanla hatalar biriktirir (sapma) ve uydunun konumunu ve yönünü (duruma bağlı olarak her birkaç yüz saniyede bir, yörünge başına bir kez) yeniden hesaplamak gerekir. Bu hesaplama, uyduya, Dünya'nın merkezine, Güneş'e veya en parlak yıldızlara bağlı olarak bir kıyaslama noktası olarak kullanılan sensörler tarafından sağlanan veriler kullanılarak yapılır.
Uydu, bir müşterinin isteği üzerine üretilir. Çoğu zaman büyük bir projede olduğu gibi, bir müşteriye tasarım aşamasında, uydunun uygulanması ve kalifikasyonunda görevlerini uzmanlaştırıyor. Uygulama, endüstrinin ve katılımcı laboratuvarların çalışmalarını koordine edecek bir proje yöneticisi tarafından desteklenir ; sayıları, birkaç ülkenin işbirliğiyle geliştirilen bir bilimsel uydu söz konusu olduğunda özellikle önemli olabilir (Dünya gözlem uydusu ERS1 için 14 ülkeden 60 üretici ).
Bir uydunun geliştirilmesi, özellikle misyonu bilimsel olduğunda, uzun vadeli bir proje olabilir. Bu nedenle, 2020'de Merkür çevresinde yörüngeye yerleştirilecek olan iki Avrupa sondası BepiColombo'nun tasarımının başlangıcı, 2014'te planlanan bir fırlatma ile 2004'e kadar uzanıyor. Bununla birlikte, özellikle geliştirme aşamalarını kısaltma eğilimi var. standart bileşenleri kullanan ticari uydular.
ÖzelliklerGörevi tanımlamak, bir uydu tasarlamanın ilk adımıdır. Görev gereksinimleri müşteri tarafından tanımlanır: faydalı yükün özellikleri , kullanım ömrü, kullanılabilirlik/güvenilirlik, yerle bağlantıların hızı ve hatta mevcut sistemlerle uyumluluk. Projenin düşmesi gereken kısıtlamalar da belirtilmiştir: maliyet, tamamlanma süreleri, önceden seçilmişse fırlatıcının kapasiteleri (kabul edilebilir kütle, boyut, yörüngedeki hizmet seviyesi), vb.
Spesifikasyon aşaması, uzay aracı tasarımı için Avrupa standardı ECSS'de kodlanmış birkaç adımı içerir: kavramları araştıran ve ihtiyacı iyileştiren fizibilite çalışması, mimariyi sabitleyen ön tanım ve son olarak yöntemi belirleyen ayrıntılı tanım, nitelik ve üretilen uçuş modelini üretmeye başlamak için ayrıntılı özellikler. Spesifikasyonlar sadece uydunun özellikleriyle değil, aynı zamanda uydunun istasyonda takibini sağlamak ve verileri toplamak için gerekli yer ekipmanının özellikleri ile bu değilse fırlatıcının özellikleriyle de ilgili olmalıdır. dayatıldı. Yer kurulumlarının maliyeti ihmal edilebilir düzeyde değildir: telekomünikasyon uyduları alanında 1997 yılında maliyetler şu şekilde bölünmüştür: uydular (%26), fırlatma (%21), yer kurulumları (%15) ve hizmetler (%38) (kanal kiralama ve veri aktarımı).
Bilimsel bir uydu söz konusu olduğunda, bu adımlardan önce genellikle çeşitli teklifler, proje veya projeler arasından bir seçim komitesi tarafından tanımlanan kriterleri ve kısıtlamaları en iyi karşılayanı seçmeyi amaçlayan bir seçim yapılır: bilimsel katkı, maliyet, fizibilite, risk , vb. Planlama açısından, en büyük kısıtlama, genellikle, özellikle bilimsel uydular için, faydalı yükün tasarımından kaynaklanmaktadır. Öte yandan, uydu bir serinin parçası olduğunda (örneğin Spot) süreç basitleşir.
başarıNihai modele az çok yakın değişken sayıda model, spesifikasyonları doğrulamak için operasyonel uydudan (MV uçuş modeli) önce üretilir: yapısal ve termal model (MSTH), mühendislik ve yeterlilik modeli (MIQ)… uçuş modelinin gerçek bir kopyasıdır, uydu arızası durumunda yedek model (MR) görevi görebilir veya uçuş modelinin ömrünün sonunda görevin devamını sağlamak için fırlatılabilir. Ara modellerin üretimi nedeniyle, spesifikasyon ve üretim aşamaları kısmen örtüşmektedir.
Montaj, Entegrasyon ve Test (AIT)Genellikle, yük ve platform iki farklı yerde gerçekleştirilir. Bu nedenle bir uydu, temel bir teknik aktiviteyi içerir: bir dizi montaj , entegrasyon ve test (AIT) operasyonu içinde iki modülün ( İngilizce eşleşmesi ) buluşması .
Bu disiplinde bir endüstri uzmanında bir uydu inşa etmek, çok karmaşık, pahalı ve çoğu zaman gösterişli araçlar gerektirir: temiz odalar geniş, uygun temizlik koşullarına uygun kaldırma araçları, uyduyu besleyen elektronik kontrol rafları ve uygulanması imkansız olan simülasyon araçları ( güneş simülasyonu, uydu konum bozuklukları, radyoelektrik alanlar, vb.).
Spesifik testler esas olarak aşağıdakilerle ilgilidir:
Hem finansal hem de teknik nedenlerle yörüngede bakım mümkün olmadığı için testler daha kapsamlıdır. Ayrıca, bir yedek uydu çok pahalıdır ve fırlatılması hemen gerçekleşmez. Testler, ara modeller ve muhtemelen farklı seviyelerde uçuş modeli üzerinde gerçekleştirilir: bileşen (ör. teleskop), alt sistem (ör. yörünge ve konum kontrol sistemi) ve uydu.
Başlatıcı seçimi genellikle uydunun sahibi tarafından yapılır.
Piyasada, çeşitli fırlatma kapasitelerine ve değişen derecelerde güvenilirliğe sahip çok çeşitli ticari fırlatıcılar mevcuttur. Bir uydunun çeşitli fırlatıcılara uyum sağlayabilmesi gerektiğinden, ticari rekabet gücü gerektirdiğinden, standart uydu / fırlatıcı arayüzleri tanımlanmıştır. Bu nedenle, piyasadaki en büyüğü temsil eden telekomünikasyon uyduları, genellikle Avrupa Ariadne , Amerikan Deltası , Rus Protonu ve Soyuz , Çin Uzun Yürüyüşü , Ukrayna Zirvesi ile uyumludur .
Fırlatma operatörleri arasında, bazen kayda değer farklılıklara yol açan fiyat savaşları da mevcuttur. Örneğin, uydu (lar) ın coğrafi transfer yörüngesine fırlatılması için, bu fiyatlar 13 ila 18 k € / kg uydu arasında değişebilir .
lansman kampanyasıUydu fırlatma kampanyası şunları içerir:
Uydunun kalifikasyonu üretici tarafından tamamlandığında, uydu fırlatıcıya kurulumu için fırlatma sahasına taşınır. Transfer, tüm hazırlık görevlerinin gerçekleştirilebilmesi için planlanan lansman tarihinden en az bir ay önce gerçekleşir:
Enlem ve fırlatma üssü uydusu ile ulaşılabilir yörüngede üzerinde önemli bir etkisi vardır:
Bu iki nedenden dolayı, ekvatorun yakınında bulunan fırlatma üsleri bir avantaja sahiptir: bunlar, jeo-durağan uydu fırlatmalarında sanal bir tekele sahiptirler ve daha yüksek enlemlerde bulunan uzay üslerinden fırlatma ile karşılaştırıldığında roketlere daha fazla güç sağlarlar. Kourou uzay üssünden Soyuz roketlerini fırlatma kararı ).
Başlatıcı, uyduyu birkaç parametreye bağlı olan bir başlangıç yörüngesine yerleştirir:
Bu nedenle fırlatma zamanı genellikle önemli bir faktördür. Bazı güneş uyumlu uydular için, fırlatma penceresi günde birkaç dakikaya düşürülür. Diğer kriterler, özellikle uydu yörüngesine başladığında güneşin konumu dikkate alınabilir: bu, yön kontrolünü kontrol eden sensörler ve güneş panellerinin aydınlatması üzerinde bir etkiye sahiptir.
Bir uydunun başka bir gezegenin yörüngesine yerleştirilmesi gerektiğinde, Dünya'nın ve hedef gezegenin göreli konumlarını hesaba katmak gerekir: maliyet nedenlerinden dolayı, bu uydular genellikle, Dünya'ya tekabül eden miktarda yakıt taşımak üzere tasarlanmıştır. en uygun konfigürasyonlar. Bunlar yalnızca uzak zaman aralıklarında görünebilir ( Mart için her iki yılda bir yaklaşık sekiz ay ). Uydunun üretim programı açıkça ateşleme aralığını hesaba katıyor, ancak geliştirmedeki gecikmeler veya fırlatıcıyla ilgili sorunların ardından, ateşleme aralığının kaçırılması nedeniyle fırlatma birkaç yıl olmasa da birkaç ay ertelendi.
yörüngeye yerleştirmeYörüngenin türüne bağlı olarak, fırlatıcı uyduyu hemen son yörüngesine (alçak yörüngedeki uydular) veya bir bekleme veya aktarma yörüngesine (yer sabit uydu vb.) yerleştirir. Kalkıştan sonra fırlatıcı bir azimut alır, böylece fırlatıcının motorları kapatıldığında hız vektörü hedef yörünge düzlemine mümkün olduğunca yaklaşır. Aerodinamik basınç, faydalı yük tarafından desteklenebildiği anda (100 ile 150 km irtifa arasında) kaporta serbest bırakılır . Başlatıcı motoru kapandığında, uydu ilk yörüngesine başlar: burası enjeksiyon noktasıdır. Fırlatıcının kısmen arızalanmasının ardından yörünge hızına ulaşılmazsa, uydu balistik bir uçuş gerçekleştirir ve yere geri düşer. Yere göre hızının dikey bileşeni enjeksiyon noktasında sıfır ise, ikincisi yörüngenin yerberisiyle birleşir, aksi takdirde yerberi daha düşük bir irtifadadır. Son ayar sırasında düzeltilen hedef yörüngeden (dağılımlar) her zaman küçük sapmalar vardır.
Yayınlanmadan önce fırlatıcı, yönünü uydunun ihtiyaçlarına göre değiştirir. Başlatıcı, uyduya belirli bir kararlılık kazandırmak için az çok önemli bir dönüş hızı verir. Uydu daha sonra fırlatıcıdan ayrılır. Başlatıcı, çoklu başlatma ise bu işlemi birkaç kez tekrarlayabilir. Serbest kalan uydu, gerektiğinde konuşlandırarak güneş panellerini hizmete sokar (manevra bazen bir arıza kaynağı). Uzayda yönünü belirlemek için sensörlerini kullanır ve güneş panellerini ve cihazlarını doğru yöne yönlendirmek için tutum motorları yardımıyla bunu düzeltir.
Uydu yörünge uçuşuna başladıktan sonra uyduyu son yörüngesine oturtmak için çeşitli manevralar yapmak gerekebilir. Bunlar başlıca şunlardır:
Yörünge şeklindeki değişiklikler, uydu en yüksek noktasındayken mümkün olduğunca gerçekleştirilir: yörüngenin hızın en düşük olduğu ve dolayısıyla bu hızda yapılacak değişikliklerin en düşük olduğu noktadır. ve en az yakıt tüketin. Jeo-durağan yörünge durumunda, uydu, modern fırlatıcılar tarafından, apojesi (36.000 km ) hedef irtifasında bulunan güçlü bir eliptik yörüngeye enjekte edilir : uydu, apojesine ulaştığında, yaklaşık 1,5 km / ' lik bir hıza sahiptir. s . Daha sonra uydunun apoje motoru sayesinde hedef yörüngeye teğet bir doğrultuda 1500 m/s hız verilerek yörünge dairesel hale getirilir . Uydunun alçak bir yörüngede konumlandırılması gerektiğinde, fırlatıcı genellikle uyduyu doğrudan hedef yörüngeye enjekte eder ve ikincisinin sadece motorları ile ince ayar yapması yeterlidir.
Gönderirken kontrol etmeSabit bir yörünge için, yerleştirme işlemleri uzun ve karmaşıktır. Fırlatıcı, dünyadaki konumu ne olursa olsun, çeşitli kıtalara yayılmış büyük antenlerden ve bu manevralar için özel yazılımlardan oluşan bir izleme ağından ayrılır ayrılmaz, uydu hakkında bilgiler içeren özel bir kontrol merkezi tarafından gerçekleştirilir .
Bu manevraları yapabilen az sayıda merkez vardır. Genellikle Avrupa için de dahil olmak üzere, uzay ajansları aittir: ESA , onun gelen Avrupa Uzay Operasyonları Merkezi'nin de (ESOC) Darmstadt ; ve CNES (kontrol merkezi Toulouse Uzay Merkezi'nde (CST); aynı zamanda Eutelsat da dahil olmak üzere birkaç büyük telekomünikasyon uydu operatörüne . Bazı telekomünikasyon uyduları üreticileri - özellikle Thales Alenia Space için böyle bir Cannes'daki merkez - kendi merkezlerine sahipler ve uydu ve kendi kontrol istasyonu tarafından ele geçirilene kadar müşterileri adına bu istasyonla ilgileniyorlar.
Uyduların çalışması büyük ölçüde otomatiktir, ancak belirli bakım veya görevle ilgili görevler, yerde (yer segmenti) bulunan araçlarla gerçekleştirilmelidir. Yerden gerçekleştirilen ana görevler şunlardır:
Yer kaynakları arasında kontrol merkezi, yer istasyonları ağı ve belirli görevler için (Spot, Hava Durumu, vb.), uydu yükü tarafından toplanan verilerin toplanması ve işlenmesi için merkezler bulunur. Kontrol merkezi genellikle birkaç uydunun izlenmesini ve kontrolünü sağlar: Darmstadt'ta ( Almanya ) bulunan Avrupa Uzay Ajansı'nın kontrol merkezi , bu nedenle Ajans tarafından başlatılan faaliyetteki tüm uydulardan ve uzay sondalarından sorumludur (2006'da yaklaşık 20). Uydularla iletişim kurmak için, kontrol merkezi büyük ölçekli parabolik antenlerden oluşan bir ağ kullanır: ESA böylece en sık yörüngeler için iyi bir kapsama alanı sağlayan yaklaşık on alana yayılmış kendi yer istasyonları ağı olan ESTRACK'e ( European Space Tracking ) sahiptir. belirli görevler için diğer kuruluşlara ait antenler tarafından desteklenir. Bu istasyonlar, çalışma parametrelerinin alınmasını, veri ve talimatların gönderilmesini, faydalı yük tarafından iletilen verileri (gözlem uydularından fotoğraflar, bilimsel uydulardan ölçümler) almayı ve yörüngeyi hassas bir şekilde kontrol etmeyi mümkün kılar.
Telekomünikasyon uydu operatörlerinin uydularını izlemek için kendi kontrol merkezleri vardır. Bu merkezler bazen uydu üreticisi tarafından “anahtar teslimi” teslimatların bir parçası olarak inşa edilir.
Çalışma parametrelerinin izlenmesi ve anormalliklerin düzeltilmesiUydu, birçok parametreyi (elektrik voltajı, sıcaklık, tanklardaki basınç, vb.) otomatik olarak ölçerek yer kontrolünün doğru şekilde çalıştığından emin olmasını sağlar. Bu telemetrilerden birinin değeri ( uzaktan ölçüm) önceden tanımlanan aralıkların dışına çıkarsa kontrolör uyarılır. Etki analizinden ve çözümlerin incelenmesinden sonra, gerekirse ve teknik olarak mümkünse, arızalı bileşenin işleyişini normale döndürmek veya arızasını gidermek için talimatlar gönderir: bu amaçla, uydulardaki çok sayıda cihaz iki katına çıkar veya Onarım için sahada müdahale edilememesini telafi etmek için üç katına çıktı. Yine de bazı arızalar durdurulamaz (panel yerleştirme mekanizmalarının bloke edilmesi, tepe motoruyla ilgili sorun vb.). Kesintisiz bir hizmet sağlaması gereken uyduları uygulayan kuruluşlar - telekomünikasyon uyduları, ticari kısıtlamaları olan gözlem uyduları (Spot, Ikonos), askeri uydular (GPS), hava durumu uyduları ... - genellikle yörüngede en az bir acil durum uydusu vardır ve bu uydular operasyonel aracın arızalanması durumunda devreye girer ve konumlandırılır.
Yörünge parametrelerinin kontrolü ve düzeltilmesiGörevini yerine getirmek için uydu bir yörüngeyi takip etmeli ve sapmaları görev için tanımlananlardan daha düşük değerlerle sınırlayarak yönünü korumalıdır. Genellikle kontrol merkezinden yönlendirilen uyduyu sabit tutmak, sapmalar çok büyük olduğunda kontrol etmek ve düzeltmekten ibarettir.
Uydu sürekli olarak yörüngesini referans yörüngesinden uzaklaştıran bozulmalara maruz kalıyor. Jeostatik yörüngedeki bir uydu durumunda, normal olarak sıfır enlemi Ay ve Güneş'in (kuzey-güney karışıklığı) etkisi altında değiştirilir. Dünya'nın gravite alanındaki düzensizlikler, nominal yörüngede (doğu-batı karışıklığı) bir gecikmeye veya ilerlemeye neden olur. Yörüngenin benzer bir deformasyonu, güneş radyasyonunun basıncından kaynaklanmaktadır. Referans yörüngeden sapmalar, enlem ve boylam olarak bir derecenin onda birinden daha az olduğu sürece kabul edilir. Sapma daha büyükse, yörünge uydu tahriki kullanılarak düzeltilmelidir.
Uydu kontrol merkezi, yer istasyonları sayesinde sapmaları hassas bir şekilde ölçtükten ve yapılacak düzeltmeleri çıkardıktan sonra bu düzeltmeleri yapar. Operatör daha sonra telekomünikasyon uplink (uzaktan kumanda bağlantısı) aracılığıyla uyduya talimatlar gönderir: bunlar, yakıt tüketimini optimize etmek için yörüngedeki belirli konumlarda dikkatlice hesaplanan bir itme ve motorları bir süre tetikler. Bir yüzünde sabit uydu üzerinde büyük düzeltmeler kuzey-güney sürüklenme ilgilendiren: o da 40 ila kümülatif hızını sağlamak için gerekli olan 50 m / s , bu sapmayı düzeltmek için yılda (özgül dürtüye karşılaştırılacak 1500 m / s gerekli sabit yörüngeye transfer için).
Cihazlarının düzgün çalışması için uydunun yönü de uydunun ömrü boyunca büyük bir hassasiyetle korunmalıdır. Özellikle, gözlem uyduları, 0,005 ° / s'den daha büyük (mekanik parçaların hareketi ile indüklenebilir) dönme hareketlerini sınırlayarak optiklerinin yaklaşık 0,1 ° doğrulukla hedeflenmesini sağlamalıdır, aksi takdirde bulanık veya bozuk görüntüler alır. Uydunun yerleşik bilgisayarı, uydunun yönünü periyodik olarak belirlemek için sensörlerini kullanır. Jirometreler, her eksen etrafındaki açısal hızları ölçer. Tolerans eşikleri aşıldığında, bilgisayar daha sonra uydu tahrik sistemini kullanır veya volanlara etki ederek bu düzeltmeleri gerçekleştirir.
Talimat gönderme yükUydu, görevini yerine getirmede belirli bir özerkliğe sahiptir. Ancak bazı parametreler ve operasyonların tetiklenmesi yer kontrolü tarafından sağlanır veya onaylanır: örneğin, ticari bir gözlem uydusu durumunda, hassas tetikleme ve izleme dizileriyle sonuçlanan çekim programı. son müşteriler tarafından ifade edilen ihtiyaçlara göre misyon sırasında tanımlanır. Karşılık gelen talimat dizileri, uydu yer istasyonlarından birinin görüş alanında olduğunda periyodik olarak uyduya iletilir.
Yük verilerinin toplanması ve işlenmesiUydu yükü, onları kullanabilen özel işlem merkezlerine yere iletilmesi gereken verileri toplar (bu, görevi bir röle rolü sağlamak veya işaretlenmemiş terminallere veri iletmekle sınırlı olan telekomünikasyon ve konumlandırma uyduları ile ilgili değildir). Veriler, görevin türüne bağlı olarak, uyduyu sipariş eden şirket veya kuruluş (örneğin Spot Image veya ESA) veya son müşteri (örneğin, görüntüleri satın alan şirket veya kuruluş) olabilecek müşteriye yöneliktir . Spot Görüntü). Eğer ikincisi bu verileri kendi anten ağı üzerinden alıyorsa, uydu tarafından iletilen bilgileri kullanmasını sağlayan bir kod çözücüye sahip olması gerekir. Veriler yalnızca yer istasyonları görünür durumdayken iletilebilir, bu da uyduda önemli bir depolama kapasitesi gerektirir. Veri toplama ve işleme tesislerinin mimarisi, meteorolojik verilerde olduğu gibi, veriler birkaç ulusal uydu ağından geldiğinde karmaşık olabilir.
Bir uydunun çalışma ömrünün sona ermesi, genellikle iticilerin (iticilerin) güç kaynağının bitmesi ve makinenin artık oryantasyonunu ve yörüngesini misyonuyla uyumlu değer aralıkları içinde koruyamaması durumunda ortaya çıkar. Bazı bilimsel uydular (kızılötesi teleskoplar) için, gözlem aletlerini soğutmak için kullanılan sıvıların tükenmesi, ömrünün sona ermesine neden olabilir. Nispeten uzun süre karanlıkta kalan uydular için kapanma, şarj/deşarj döngüleri nedeniyle pillerin tükenmesinden kaynaklanabilir.
Hala sık sık, bir bileşen arızasının ardından uydu çalışmayı durdurur. Havacılık faaliyetleri (diğer uydular, roket kalıntıları) veya asteroitler tarafından üretilen enkaz ile çarpışmalar da erken kapanma kaynağıdır. Son olarak, güneş patlamaları uydulara zarar verebilir.
Uyduların faaliyet gösterdiği bölgeler, artık kullanılmayan uyduların ve uzay enkazının birikmesi nedeniyle nispeten sıkışık durumda. Sorun, ömrünü tamamlamış uydularla ilgili olarak yavaş yavaş iyi davranış kurallarının ortaya çıkması için yeterince endişe verici hale geldi. Ana uzay ajanslarını bir araya getiren IADC (Ajanslar Arası Uzay Enkazı Koordinasyon Komitesi ), bu nedenle 2002'de uzayın en sıkışık iki alanıyla ilgili kurallar önerdi:
Bu önlemler, uygulandıkları takdirde, uyduların maliyeti üzerinde önemsiz olmayan bir etkiye sahiptir, çünkü ömürlerinin sonunda yörünge değişikliğine ayrılan yakıt, en olumsuz durumda uydu kütlesinin %10'undan fazlasını temsil edebilir. dava.
Amerika Birleşik Devletleri | Rusya | Avrupa | Japonya | Çin | Hindistan | Diğer ülkeler | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bilimsel uydular | ||||||||
jeodezi | 1 | 4 | 3 | |||||
altimetri | 1.5 | 1.5 | ||||||
Dünya manyetizması | 1 | |||||||
Üst atmosferin gözlemlenmesi | 6 | 4 | ||||||
göktaşı gözlemi | 1 | |||||||
iyonosferin gözlemlenmesi | 4 | 1 | 1 | |||||
Manyetosferin gözlemlenmesi | 4 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | ||
Güneşin incelenmesi (yer merkezli uydular) | 3.5 | 1 | 0,5 | 1 | ||||
gama astronomi | 1 | 1 | ||||||
astronomi X | 2.5 | 1 | 2.5 | 1 | ||||
UV astronomi | 2 | 2 | ||||||
Kızılötesi astronomi | 1 | 1 | ||||||
Milimetre altı astronomi | 1 | 1 | ||||||
radyo astronomi | 1 | 1 | ||||||
Çok bantlı astronomi ve astrometri | 1 | |||||||
Yerçekimi ve Malzeme Bilimi Araştırması |
3 | 9 | 3 | 1 | 3 | |||
Dünya gözlemi | ||||||||
Meteoroloji (jeostatik sat.) | 3 | 3 | 3 | 1 | 1 | 6 | ||
Meteoroloji (kaydırma sat.) | 5.5 | 5 | 0,5 | 2 | ||||
Arazi kaynaklarının uzaktan algılanması | 6.5 | 8 | 5.5 | 2 | 0,5 | 1 | ||
Telekomünikasyon uyduları | ||||||||
Telekomünikasyon (jeostatik sat.) | 45 | 30 | 35 | 12 | 11 | 5 | - | |
Telekomünikasyon (kaydırma sat.) | 1 | 18 | 9 | 1 | 1 | |||
Telekomünikasyon (takımyıldızlar) | 192 | 9 | ||||||
Navigasyon ve yerelleştirme uyduları | 26 | 47 | ||||||
Askeri uydular | ||||||||
teşekkür | 7 | 67 | 2 | 2 | ||||
Erken uyarı | 5 | 28 | ||||||
Elektronik dinleme ve okyanus gözetimi | 13 | 34 | ||||||
Askeri telekomünikasyon | 36 | 44 | 3 | |||||
Askeri kuvvetler için hava durumu | 6 | |||||||
Kaynak: F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 155-343 |
Uzay çağının başlangıcından bu yana, yörüngeye 5.500'den fazla yapay uydu yerleştirildi (sonuçlar 2007'de). 2008'de 42'si ticari faaliyetler (esas olarak telekomünikasyon) için olmak üzere yaklaşık 100 uydu fırlatıldı: 66 uydu 500 kg'dan daha ağır ve 10'u 20 kg'dan az . Ticari uydular, 18 coğrafi uydu ve düşük yörüngeye yönelik 23 uydudan oluşuyordu.
1990'ların sonunda, düşük yörüngede telekomünikasyon uydularından oluşan takımyıldızların (Iridium, vb.) kurulması ve coğrafi yörüngede 33 uydunun fırlatılmasıyla (2000) İnternet balonuyla bağlantılı olarak ticari faaliyet zirveye ulaştı . Sonraki yıllarda büyük bir düşüş yaşadı ve yenileme talepleri ve tüm kıtalarda büyüyen uydu TV pazarı sayesinde bugün toparlanıyor.
Alt yörüngeye yönelik mini ve mikro uydular segmenti, bileşenlerin minyatürleştirilmesi sayesinde üst segment aleyhine belirli bir gelişme yaşıyor. Nanouydular 2006'da popülerdi (bu sınıfın 24 uydusu) ve bugün geriye düştü. Fırlatılan ticari coğrafi uyduların sayısı nispeten sabittir ancak kapasiteleri sürekli artmaktadır. Dört sınıfa ayrılırlar: 5,4 tondan fazla (2007'de fırlatılan 5 uydu), 4,2 ila 5,4 ton (yedi uydu), 2,5 ila 4,2 ton (beş uydu), 2,5 tondan az (iki uydu). Amerikan makamları 2007'de önümüzdeki on yıl için ticari uyduların sayısında önemli bir değişiklik öngörmediler.
Uydular 2008 yılında 26 Rus (43 uydu), 15 Amerikan (8 uydu), 11 Çin (12 uydu), 6 Avrupa (11 uydu) olmak üzere yaklaşık altmış roket tarafından yörüngeye oturtuldu . Sekizi Rus olmak üzere yaklaşık 20 çeşit fırlatıcı kullanıldı. Bu fırlatıcıların kapasiteleri çok değişkendir ( alçak yörüngede bir tondan 20 tona kadar ); bunlar uzmanlaşmıştır: bazıları Soyuz gibi düşük yörünge için optimize edilmiştir, diğerleri Ariane gibi sabit yörünge için. Fırlatıcıların bugün hala güvenilirlik sorunları var: 2008'de iki başarısızlık ve 2007 ve 2006'da sırasıyla dört başarısızlık.
Bir uydunun maliyeti yüksektir: 2008'de sabit bir uydu için 100 ila 400 milyon dolar saymak gerekiyordu. 1990'ların sonunda, düşük yörüngede konuşlandırılan telekomünikasyon takımyıldızlarındaki her bir uydunun birim maliyeti yaklaşık 100 milyon dolar (700 kg ağırlığındaki Iridium 66 uyduları ) ile 10 milyon dolar (45 kg ağırlığındaki Orbcomm 28 uyduları ) arasında değişiyordu . Geoeye gibi 2 ton ağırlığındaki bir Dünya gözlem uydusu 200 milyon dolara mal olurken, 150 kg'lık beş Rapideye mini uydusu birlikte aynı hizmeti gerçekleştiriyor ve her birinin maliyeti 30 milyon dolar civarında . Askeri ( Fransız gözlem uydusu Helios için 750 M € / adet) ve bilimsel uydular ( gelecekteki James Webb uzay teleskobu için 4,5 milyar $ ) daha da pahalı olabilir. Bu fiyata, düşük yörünge için 10.000 $ / kg ve sabit yörünge için 20.000 $ / kg arasında olan fırlatma maliyetinin yanı sıra kurulum ve yer desteği eklenmelidir .
Uzayın (esas olarak telekomünikasyon uyduları tarafından oluşturulan) ticari faaliyeti 2008'de 114 milyar doları temsil ederken, kamu bütçesi tarafından desteklenen kurumsal alanın aynı yıl 71 G $ olduğu tahmin ediliyor . 2007'de ABD uzay bütçesi (ticari olmayan askeri ve sivil uydular + fırlatıcılar + insanlı uçuşlar + uzay sondaları) 54 milyar doları (% 0,39 GSYİH ) veya küresel harcamaların % 75'ini temsil ediyordu .
Amerika Birleşik Devletleri dışında, çok az eyalet önemli uzay faaliyetleri yürütmek için hem teknolojik araçlara hem de siyasi iradeye sahiptir. Uzayda adamış bütçeleri olanlar azalan sırayla şunlardır Fransa'da ( $ 2.9b'de bu fark azalmaktadır, 0.14% GSYİH), Japonya ( $ 2.2B,% 0.05), Çin (2.1 G $ ,% 0,06), arasında Rusya (1.8 G $ , 0.11 %), Hindistan (1 milyar $ , %0.09), Almanya (1, 6 G $ , %0.05), İtalya (1,3 $ G , %0,06). Ana uzay ajansları , azalan bütçe sırasına göre, DOD ( Amerikan askeri uydularından sorumlu Savunma Bakanlığı ) 27 milyar dolar , NASA 16 milyar dolar , Ulusal Keşif Ofisi (NRO) keşif uydularından sorumlu Amerikan organizasyonu ve d. 9 milyar dolar , Avrupa Uzay Ajansı (ESA) 4 milyar dolar , NGA ( ABD savunması adına uydu görüntülerini toplamaktan sorumlu Ulusal Jeo-uzamsal-İstihbarat Ajansı ) 2 milyar dolar , Fransız uzay ajansı ( CNES ) yaklaşık 2,9 milyar dolar , Japon ajansı ( JAXA ), Rus ajansı Roskosmos ve Amerikan meteoroloji ajansı ( NOAA ).
Askeri alana, kendisine 36 milyar dolar ayıran ve eksiksiz ve kalıcı bir cihaza (askeri telekomünikasyon, erken uyarı, keşif, telefon dinleme, okyanus gözetimi, uydularla konumlandırma sistemi) sahip tek ulus olan ABD hakimdir . Rusya, GLONASS uydu konumlandırma sistemini daha güvenilir hale getirmeye çalışıyor ve Soğuk Savaş dönemine kıyasla daha az kapsama alanı sağlayan bir keşif ve dinleme uyduları filosuna sahip . Çin üçüncü sırada yer alıyor: Ulusal bir uydu konumlandırma sistemi kuruyor, keşif uydularına sahip ve 2007'de uydularından birini imha ederek askeri uzay kapasitesini kanıtladı. Avrupa'nın askeri uzay politikası yok. . Dört Avrupa ülkesi, birkaç yıldır optik tanıma uydularına (Helios) ve askeri telekomünikasyona (Syracuse) sahip olan Fransa başta olmak üzere, askeri uzaya önemli yatırımlar yaptı. Telefon dinleme ve erken uyarı için şimdiye kadar sadece göstericiler başlatıldı. İngiltere, çabalarını askeri telekomünikasyona odaklarken, İtalya ve Almanya'nın radar keşif uyduları var.
Uzay faaliyeti , 2007'de 50 milyar Euro'luk bir faaliyet hacmini temsil ediyordu . Bu meblağın büyük bir kısmı uzay ajanslarında harcanıyor veya hükümet organlarının (Amerika Birleşik Devletleri'ndeki askeri uzay sektörü) tutsak sözleşmelerine tekabül ediyor. Rekabete tabi uydular ve ilgili hizmetler pazarı 2007'de yaklaşık 12,3 milyar Euro'yu temsil etmekte olup , bu pazar , ticari uydular alanı için %34, Avrupalı siviller için %27, Avrupa askeri uyduları için %9, sivil uydular için %25 olarak ayrılmıştır. Avrupa dışında ve Avrupa dışındaki askeri uydular için %4. Cironun uygulamaya göre dağılımı şu şekildedir: telekomünikasyon için %45, yer gözlemi için %16, navigasyon ve yerelleştirme için %5, bilim ve teknoloji için %10, altyapı ve ulaşım için %8 ve diğer uygulamalar için %16.
Gelişmiş beceriler ve ağır test kaynakları gerektiren bu dar pazar, 2006 yılında üç Amerikan şirketi ve iki Avrupa şirketi dahil olmak üzere 5 büyük oyuncu tarafından domine edildi: Lockheed Martin ( bu sektörde 4 milyar € ), Northrop Grumman (2,6 milyar $ ), Boeing ( $ 2.1 B ), Thales Alenia Space ( $ 1.6 B ) ve EADS Astrium Uydular ( $ 1.3 B ). Gelir artışı görünümü, ticari uygulamalar için istikrarlı ve uzay ajansları (Dünya gözlemi, bilim, vb.) ve savunma tarafından finanse edilen uygulamalar için güçlü bir büyüme.
Gelişmeler birkaç amacı karşılamaktadır:
Ana değişiklikler aşağıdaki gibidir:
Uydu üretme ve fırlatma maliyetleri, kullanımlarının geliştirilmesinin önündeki en büyük engeldir. Her yıl üretilen az sayıda ve makinelerdeki büyük çeşitlilik göz önüne alındığında, yapımı hala zanaatkarlık alanı olmaya devam ediyor. Ayrıca, yerleşik enstrümanlar hala üniversiteler veya araştırma laboratuvarları tarafından üretilmektedir. Lansman maliyeti ( kilogram başına 10.000 ABD Dolarından 20.000 ABD Dolarına kadar ) engelleyici olmaya devam ediyor: şimdiye kadar hiçbir teknik çözüm bu maliyeti düşürmeyi mümkün kılmadı. Uzay mekiği, yeniden kullanılabilir bir fırlatıcı tarafından sağlanan tasarrufun teorik kaldığını göstermiştir. İki Amerikalı üretici, kısmen sübvanse edilen SpaceX ve Orbital Science, yörüngeye yerleştirilen kilogramın fiyatını önemli ölçüde düşürmek amacıyla yeni fırlatıcıların üretimine başladı. Uydunun ağırlığını azaltmak için başka çözümler de uygulanmaktadır: itici yakıtlarda çok daha az açgözlü olan yukarıda bahsedilen bileşenlerin minyatürleştirilmesi ve elektrikli tahrikin geliştirilmesi.
İklim değişikliği insan faaliyetinin neden olduğu resmen beri önemli bir mesele haline geldi Kyoto Protokolü (1997). Okyanuslar, kıtalar ve atmosfer arasındaki çok karmaşık etkileşimlerin modellenmesini gerektirdiğinden, olgunun kapsamı tam olarak anlaşılamamıştır. Gözlem uyduları, bu modelleme çalışması tarafından kullanılan verilerin toplanmasında ve ayrıca değişim belirtilerinin araştırılmasında kilit bir rol oynamaktadır. 2005 yılında aktif bir aşamaya giren GEOSS projesi (Global System of Earth Observation Systems), uydu ve karasal araçlardan sağlanan verilerin toplanmasını ve dünya ölçeğinde kullanılabilirliğini koordine etmeyi amaçlamaktadır.
İklim değişikliğinin etkisinin modellenmesi ve incelenmesi, 2001 yılında Avrupa Uzay Ajansı tarafından başlatılan ve dolayısıyla GEOSS projesinin Avrupa bileşeni olan GMES (Çevre ve Güvenlik için Küresel İzleme) programının ana hedefleri arasındadır . GMES, hem karadan hem de uzaydan dünyanın mevcut tüm gözlem araçlarının Avrupa düzeyinde birleştirilmesini mümkün kılmalıdır: ulusal ve Avrupa gözlem uyduları, meteorolojik uydular (Eumetsat). Program, veri toplamanın sürekliliğini, standardizasyonunu garanti etmeli ve kullanılabilirliğini kolaylaştırmalıdır. ESA, 2011'den itibaren GMES'in bir parçası olarak, her biri belirli araçlarla (radar, optik vb.) donatılmış beş gözlem uydusu (Sentinel 1 ila 5) fırlatmayı planlıyor.
2002 ve 2008 yılları arasında birkaç dakika arayla güneşe eş zamanlı yörüngede fırlatılan altı uyduyu içeren Fransız-Amerikan A-Tren projesi bu sorunun bir parçası. 15 yerleşik araç, hem iklim işleyişine ilişkin anlayışımızı geliştirmemize hem de sayısal tahmin modellerini iyileştirmemize olanak tanıyan çok sayıda veriyi koordineli bir şekilde toplamayı mümkün kılmalıdır.
Yapay uyduların ortaya çıkışı, başlangıçta sabit telekomünikasyona odaklanan ve birkaç teknolojik ilerleme sayesinde önemli ölçüde gelişen bir ticari sektör doğurdu: transistörlerin genelleştirilmesi, ardından elektroniğin minyatürleştirilmesi (1960'lar), küçük boyutlu alıma izin veren Ku bandının kullanılması. uydu antenleri (1980'ler), televizyonun sayısallaştırılması, kanal demetlerinin yayınlanmasına izin verir (1990'lar). Yıllık satışlar böylece 2007'de 114 milyar dolara ulaştı. Astronotik sektörü bu rakamın sadece küçük bir kısmını (%5) temsil ediyor, yani uydu üreticileri için 3,8 milyar dolar ve fırlatıcılar için 1,54 milyar dolar . Faaliyetlerin çoğu, hizmet şirketleri (televizyon paketleri vb.) ve son müşteriler tarafından kullanılan ekipmanların (antenler, kod çözücüler , GPS ) distribütörleri tarafından gerçekleştirilir . Telekomünikasyon uydu operatörleri ( 2007'de 14,3 milyar dolarlık ciro), transponderlerini sabit hat telekomünikasyon şirketlerine, işletmelere (kurumsal ağ), uydu televizyon operatörlerine kiraladıkları uyduları imal ettirir (faaliyetin dörtte üçünü temsil eder). Ayrıca katma değerli hizmetler yaratabilirler. Ana operatörlerin uluslararası bir kapsamı vardır: SES (2,4 milyar dolar ), Intelsat (2.2) ve Eutelsat (1.3).
Yeni kullanımlar önemli ticari satış noktaları bulmaya başlıyor:
Uzay fethinin başlamasından bu yana yörüngeye yerleştirilen yapay nesnelerin sayısı giderek arttı. Fiili işleyen uyduların yanı sıra, fırlatıcılardan (tüm aşamalar veya bileşenler), kullanılmayan uydulardan (yüzyılın başında 2.000 civarında) veya uydu kalıntılarından kalıntılar buluyoruz. Bugün var:
Bu enkazın çoğu, alçak yörüngeye yerleştirilmiş uydulardan daha yüksek bir irtifada bulunur (daha düşük bir irtifada bulunan enkaz, birkaç yıl sonra Dünya atmosferine girer ve yok edilir). Kullanışlı irtifalardan geçenler uydular için bir tehdit oluşturur, çünkü kendilerine göre göreceli hareket hızları ( 20 km/s'ye kadar ), birkaç cm'lik enkazın bir uyduyu devre dışı bırakabileceği şekilde kinetik enerji üretir. Böylece 1996'da, on yıl önce uçuşta patlayan Ariane fırlatıcısının üçüncü aşamasının bir parçası , Fransız mikro uydusu Cerise'ye çarptı . Daha yakın zamanlarda, hizmette olan bir Iridium uydusu ile hizmet dışı bir Cosmos uydusu arasındaki muhteşem çarpışma .10 Şubat 2009uzay enkazı sorununun ciddiye alınması gerektiğini göstermektedir.
Uzay ajansları , yörüngesi genel olarak bilinen 10 cm'den büyük enkaz ile çarpışma riski tespit ettiğinde , yörüngesinde bulunan uydunun yörüngesi, kontrol merkezi tarafından tehditten sapacak şekilde değiştirilir. Böylece CNES, 2007 yılında uydularında üç kaçınma manevrası gerçekleştirdi. Ancak en büyük tehdidi, yörüngesi genellikle bilinmeyen 1 cm ile 10 cm arasında değişen enkaz oluşturuyor . Koruyucu kullanımı ( Uluslararası Uzay İstasyonu için benimsenen çözüm ) uzay aracını tamamen korumaz ve son derece pahalıdır (Uzay İstasyonunun ağırlığının %10'u). Üretilen yeni enkaz sayısının azaltılmasına yönelik öneriler IADC tarafından tanımlanmıştır: Ömürlerinin sonunda uyduların yörüngeden çıkarılması, uydu fırlatıcılarının aşamalarının pasifleştirilmesi (patlamalarını önlemek için, ayrılma veya ayrılma yoluyla üretilen enkaz sayısının azaltılması). konuşlandırma mekanizmaları Ancak, maliyetleri nedeniyle, şu anda yalnızca CNES dahil olmak üzere belirli uzay ajansları tarafından gönüllü olarak uygulanmaktadır.
1967 uzay antlaşma nükleer silah veya kitle imha yörüngeye göndermeyi yasaklar. Ancak, karadaki askeri güçleri destekleme veya yardım etme amaçlı uyduların kullanılmasını engellemez. Bugün silahlar, en modern orduların birlikleri gibi, kısmen bir dizi askeri uyduya, özellikle de keşif, iletişim ve konumlandırma uydularına bağımlı hale geldi. Ancak şimdiye kadar hiçbir uyduya saldırı kabiliyeti verilmedi. Kendini herhangi bir nükleer saldırıya karşı savunmak ve uzayı kutsallaştırmak isteyen ABD'nin aldığı pozisyonları takip eden uzmanlar, uzayın cephaneleştirilmesi (bu kutsanmış terimdir) senaryosunu akla getiriyorlar . diğer uyduları veya yerdeki hedefleri uzaydan yok edebilir veya uyduları yerden yok edebilir. Ulusal kapasiteleri aşan bütçeler gerektiren, özellikle askeri uzay alanında koordineli bir Avrupa savunma politikasının olmaması, bu senaryonun gerçekleşmesi halinde Avrupa'yı çok kötü bir duruma sokmaktadır. Uzayı tamamen silahsızlandırmayı amaçlayan bir anlaşma şu ana kadar imza almadı.
Kaynaklar
Diğer işler