¿Las antenas de la ISS tienen que moverse constantemente para mantener los enlaces de datos?

En este par de preguntas y respuestas , veo que la ISS puede mantener enlaces de datos a la tierra a través del acceso directo a las estaciones terrestres, así como a través de la red de satélites geoestacionarios TDRSS .

¿Qué tipo de antenas se utilizan en la ISS para estos enlaces? son direccionales? ¿Tienen que moverse continuamente para mantener un enlace en vivo, por ejemplo, en el caso de las vistas HDEV de transmisión en vivo ? Me pregunto si son conjuntos en fase que se pueden dirigir (potencialmente muy rápido) electrónicamente, o un plato cardán más convencional, un poco como la imagen a continuación.

Me emocioné cuando encontré esta imagen a través de una búsqueda en Google de GIF de antenas espaciales, pero resulta ser algo completamente diferente . (también aquí )

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Respuestas (2)

El lado estadounidense de la ISS tiene una serie de antenas para respaldar su sistema de comunicaciones bastante complicado. Las más visibles son las dos antenas de alta ganancia de banda Ku, que son antenas parabólicas cardán de azimut/elevación de 6 pies de diámetro montadas en el segmento del armazón Z1 (cerca del centro del armazón de la ISS). Estas antenas a veces se denominan SGANT (ANTENAS de espacio a tierra).

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Durante la mayor parte de su vida, la ISS solo tuvo un SGANT. Un segundo fue transportado en una de las últimas misiones del transbordador . Este sistema lleva el video y los datos del experimento al suelo y normalmente se balancearía continuamente para apuntar al comsat geosíncrono seleccionado (es decir, TDRS).

Puede ver uno rastreando un satélite TDRS en este video (¡ignore la ventilación de amoníaco!)

El sistema de banda S utiliza conjuntos de soporte de antena de banda S (SASA) que contienen una antena cónica de alta ganancia y una antena omnidireccional. Los SASA también pueden moverse en elevación y azimut para apuntar al TDRS en uso. Están ubicados en las secciones de truss S1 y P1, cerca del centro del truss. La banda S se utiliza para comunicaciones de voz y datos.

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(Foto de la NASA ISS021E033057, no parece estar en línea en este momento)

También hay dos antenas de ultra alta frecuencia en la ISS, que se utilizan principalmente para comunicarse con los miembros de la tripulación de actividad extravehicular, que anteriormente se usaban para comunicarse con el transbordador espacial. Son antenas omnidireccionales sin cardán.

Mi información sobre el sistema de comunicaciones de la ISS rusa es muy limitada y posiblemente desactualizada, pero tienen (o tenían) un sistema análogo al sistema de banda S llamado Regul que se comunica con las estaciones terrestres rusas y el antiguo sistema de satélite Luch. También hay un sistema UHF ruso que se utiliza para comunicaciones espacio-espacio.

¡Muy agradable! Con una longitud de onda de banda Ku del orden de 2 cm, esos SGANT necesitan rastrear mejor que 0,5 grados. Si apuntan al suelo, tienen que girar hasta 1,3 grados por segundo, pero hacia TDRS, unas 100 veces más lento. ¿Sabes si lo hacen, o incluso si pueden acceder a las estaciones terrestres? Lo mencionaste en tu respuesta anterior , pero no sé si te referías a que la transmisión en vivo a veces era directa a tierra, o a TDRS y luego a tierra.
Estoy lejos de ser un experto en comunicaciones de la ISS, pero estoy razonablemente seguro de que los SGANT nunca se han utilizado para comunicarse directamente con las estaciones terrestres, tanto por el motivo de la velocidad de respuesta que menciona, como porque el sistema TDRSS es anterior a la ISS, por lo que no habría habido una razón para hacerlo. ¿Es posible? No sé.
Ok lo tengo. Entonces, en general, la transmisión de datos probablemente siempre (¿puedo decir eso?) a través de TDRS. Muy linda foto!! El PDF es realmente útil (me gusta la imagen en la página 41, no estoy seguro si es una foto real o solo una ilustración), ¡gracias!
Creo que eso es exacto. Puede ser posible enviar video en el sistema de banda s, pero eso no es una operación normal. La intención era video y datos de carga útil en Ku, voz y datos de limpieza en banda s, pero es posible que no siempre se use estrictamente así.
Si ambos están activos, uno podría adquirir el próximo satélite TDRS y establecer un enlace antes de que el otro pierda el contacto con el TDRS actual y, por lo tanto, la transmisión continua podría ser posible sin interrupciones. Pero supongo que preferirían dejar uno como unidad de reserva y no "desgastarlo".
Creo que alternan entre los 2 sistemas de banda Ku en intervalos de seis meses o algo así. También es un comentario aleatorio: solo hay 2 terminales terrestres TDRSS, y ambos están en White Sands, Nuevo México.
Veo estaciones terrestres enumeradas Guam y Goddard también en https://en.wikipedia.org/wiki/Tracking_and_Data_Relay_Satellite_System#Ground_segment pero no sé la precisión de ese artículo. Miré los satélites individuales en Wikipedia pero me di por vencido, casi todos se han movido mucho. Mañana revisaré los TLE, pero parece que algunas de esas ubicaciones para satélites activos ni siquiera son accesibles desde White Sands.
No sabía sobre Guam, interesante.
Espero que no te moleste; ¡Acabo de encontrar este video y me emocioné y quería ponerlo en alguna parte!
¡Gran vídeo! Acabo de moverlo hacia arriba en la respuesta fuera de la sección rusa.
Llamativa animación en este video que se encuentra en su pregunta reciente (baje el volumen antes de reproducir) youtu.be/d6lBmmxScsI?t=166
@uhoh, sí, muy bueno. Poner 'obispo' en el POA.
Mi sigla es DOA; ¿Qué es POA?
@uhoh es un acrónimo de segundo nivel. Adaptador ORU de carga útil, ORU = unidad de reemplazo orbital. Es básicamente una de las "pinzas" del brazo de la estación montada en el "vagón de ferrocarril" para que un componente pueda colocarse allí temporalmente. El brazo coloca el segundo dispositivo de agarre en la carga útil en el POA, el POA lo sujeta y luego el brazo lo suelta.
Avistamiento de alfiles en 3D: geekandsundry.com/a-history-of-three-dimensional-chess (pero no puedo decir qué pieza está moviendo allí)

Mi pequeño equipo en Dynacon en Toronto diseñó el software utilizado por los gimbals para apuntar los SGANT (Space to Ground ANTennas); La planta de Montreal de SPAR Aerospace desarrolló los SGANT para GE (contratista del subsistema de comunicaciones de la ISS), que a su vez eran subcontratistas de McDonnell Douglas (contratista del Paquete de Trabajo 3, IIRC, que reporta al Centro Espacial Johnson de la NASA). Esto fue en el período 1989-1993.

El controlador SGANT tiene 3 modos de funcionamiento: giro, búsqueda y seguimiento. El primero es de circuito abierto: gira lo más rápido posible de una dirección a otra (básicamente como se establece un TDRS (satélite de seguimiento y retransmisión de datos), gira hacia donde está ascendiendo el siguiente). La búsqueda es un patrón de búsqueda en espiral de bucle abierto, que busca la señal más fuerte (es decir, el TDRS de destino), lo que lleva uno o dos minutos, después de lo cual se ordena un giro hacia donde se encontró esa señal. Track es un modo de bucle cerrado que utiliza señales de sensores de seguimiento monopulso integrados en la bocina SGANT para medir el error de puntería con TDRS, que impulsa un controlador de retroalimentación para minimizar ese error de puntería. Todo bastante simple en principio, complicado por la propia dinámica interna del cardán (incluida la fricción),

Solo se usa para rastrear satélites TDRS, no tiene la capacidad de velocidad de giro para rastrear objetivos en la Tierra.

¡Excelente información, bienvenido al espacio!
Empecé a tratar de entender qué es el seguimiento monopulso en las respuestas a ¿Cómo se procesaron exactamente las señales de los platos cuádruples de la antena de alta ganancia Apollo Deep Space o el B-529 ruso para el control local del seguimiento? Descubrí cómo funciona el escaneo cónico clásico en las respuestas a ¿Por qué gira el reflector en esta antena de ondas milimétricas? y mirar las diferencias de potencia desde cuatro direcciones ligeramente diferentes puede hacer algo similar.
¿Pero el monopulso no implica que está sucediendo algo más, tal vez algo útil codificado en la transmisión misma?
Hay una descripción general decente de monopulse trackign en esta página wiki: en.wikipedia.org/wiki/Monopulse_radar . Básicamente, implica apuntar dos antenas en direcciones ligeramente diferentes y comparar las señales de las dos. Cuando las dos señales tienen la misma amplitud, el objetivo está exactamente a mitad de camino entre las dos (diferencias de módulo en la calibración entre las dos antenas).
El diseño monopulso de SPAR era bastante sofisticado, en el sentido de un diseño inteligente que realiza la función de seguimiento, así como la función principal de enlace de comunicaciones, ambas utilizando el mismo hardware. El plano focal de la antena parabólica tiene cuatro bocinas dispuestas en un patrón cuadrado, llámelas A y B en la fila superior y C y D en la fila inferior.
La red de alimentación detrás de las bocinas está configurada para combinar las señales de las cuatro bocinas para producir una señal de "suma" (A+B+C+D), así como dos señales de "diferencia" ((A+B)- (C+D)) y ((A+C)-(B+D)) --- la forma en que se hace automáticamente minimiza las diferencias de calibración entre las bocinas.
La señal que se utiliza para el seguimiento son las dos señales de "diferencia dividida por la suma", que (resulta) dependen bastante linealmente del error de puntería en las dos direcciones, hasta el ángulo del primer nulo de la principal lóbulo. Entonces, una señal perfecta para controlar un controlador de retroalimentación (debido a la linealidad), siempre que el objetivo esté en algún lugar dentro del lóbulo principal, por supuesto. Si está demasiado desviado, la señal de seguimiento tenderá a alejar el controlador del objetivo, en lugar de acercarlo.
Es por eso que SPAR diseñó el sistema para tener un modo de "búsqueda", de modo que pudieran apuntar la mira lo suficientemente cerca del objetivo antes de activar el modo de seguimiento, de modo que la señal de seguimiento estuviera dentro de su rango lineal.
(Por cierto, el paquete de trabajo de MD era en realidad WP2, no WP3).
¿Las antenas de la ISS tienen que moverse constantemente para mantener los enlaces de datos?
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