X-Band-Bereich und Daten

Zusammenfassend arbeite ich an einem Netzwerk bestehend aus 8 Cubesat 1U, das sich auf einer Umlaufbahnhöhe von 850 km befinden wird. Die Frage ist, dass ich an Kommunikation arbeite, die Idee ist, dass dieses Netzwerk von CubeSats mit UHF-Band zur Erde sendet und empfängt, aber dass sie auch einen Empfänger und Sender für X-Band haben, um in der Lage zu sein, in den Weltraum zu empfangen und zu senden .Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sorry für das Grundbild ist, dass ich mich besser erklären wollte.

Meine Frage ist, welche Leistung muss die Antenne haben, um Titan zu erreichen? Benötigen Sie eine gerade oder eine Parabolantenne? Ich verlasse mich auf die Cubesat MarCO, aber ich glaube nicht, dass es die gleiche Antenne ist, um den Mars zu erreichen, wie sie es ist, den Saturn zu erreichen.

Um eine Kommunikationsreichweite abzuschätzen, benötigen wir: 1) die Entfernung in Wellenlängen, 2) die Größe der Antennen an jedem Ende in Wellenlängen und 3) die effektive Temperatur des Eingangsverstärkers des Empfängers. Wir können 20 C für die Temperatur verwenden und wir wissen, wie weit es im Durchschnitt von der Erde bis zum Titan ist, also ist es auf die Größe von zwei Antennen geteilt durch die typische X-Band-Wellenlänge zurückzuführen. Sind die Sende- und Empfangsantennen gleich groß?

Antworten (2)

Sie möchten eine X-Band-Kommunikationsverbindung von einem CubeSat im Erdorbit zu einem anderen CubeSat im Orbit um Titan nutzen?

Ich glaube nicht, dass es möglich ist, zumindest bei einer akzeptablen Datenrate.

Vergleichen wir diese Verbindung mit einer Weltraumsonde bis hinunter zu den DSN-Antennen in Goldstone, in der Nähe von Madrid und Canberra.

  • Weltraumsonden verwenden einen Sender mit etwa 10 bis 20 W Leistung, ein Cubesat kann etwa 1 W oder nur 100 mW verbrauchen.
  • Die Antennenschüssel von Deep-Space-Sonden hat einen Durchmesser von etwa 3 m, ein Cubesat kann weniger als etwa 1 m verwenden.
  • Das DSN verwendet ziemlich große Antennen auf der Erde, 34 und 70 m Durchmesser.
  • Das DSN hat sehr starke Sender, bis zu 20 kW und sogar 400 kW.
  • Die Vorverstärker der DSN-Antennen werden rauscharm mit flüssigem Helium gekühlt.

Wenn wir eine 1-m-Antennenschüssel mit einer großen mit 34 m vergleichen, erhalten wir -30 dB und -37 dB für die 70-m-Schüssel.

Vergleicht man 20 kW mit nur 0,1 W, sind es -53 dB, 400 kW mit 0,1 W sind -66 dB.

Wenn Sie jedoch sehr schwache Signale von etwa -100 bis -120 dBm empfangen möchten, können Sie sich keine Verluste von -30 dB leisten.

Die Entfernung von der Erde zum Saturn beträgt etwa 8 bis 11 AE (astronomische Einheiten) oder etwa 1,2E9 bis 1,6E9 km. Wenn wir zum Vergleich eine 1200 km Entfernung eines CubeSats zur Bodenstation auf der Erde annehmen, ist das eine Freiraumdämpfung von -120 dB.

Gute Antwort! Wenn Sie einen Fall finden, in dem DSN tatsächlich jemals etwas wie 400 kW verwendet hat , schreiben Sie bitte eine Antwort auf Wurde DSS-43 jemals im Hochleistungsmodus (>> 20 kW) für eine Notfallsituation verwendet?
Energie spielt keine Rolle, angenommen, ich löse das. Die Kommunikation vom Cubesat (um die Erde kreisend) zur Erdoberfläche erfolgt über UHF, sodass Sie mit einem SDR und einer gut ausgerichteten Rundstrahlantenne fast eine Vollzeitkommunikation haben würden. Die Umlaufbahnhöhe des Cubesat auf der Erde beträgt 850 km. Kann die Antenne faltbar sein? wie MarCO's, aber auf andere Weise, wie ein Regenschirm oder so etwas. (Ich bekomme die Energie von diesen Solaranlagen: cubesatshop.com/product/solar-panels )
und verwenden Sie eine Version dieser Antenne: jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA22457
@ValentinoZaffrani Eine faltbare Antenne kann verwendet werden, wenn sie groß genug ist, nicht weniger als 1 m, aber mehr als 3 m Durchmesser. Aber Energie ist ein Faktor, ich bezweifle, dass Sie einen Sender mit 1 kW oder sogar 10 kW auf einem Cubesat verwenden können. Kilowatt nicht nur für einige Millisekunden, sondern für einige Sekunden bis hin zu Minuten. Aber wie baut man in einem Cubesat einen rauscharmen Vorverstärker, der mit flüssigem Helium gekühlt wird? Sie brauchen alles, eine große Antenne, einen leistungsstarken Sender und einen sehr rauscharmen Empfänger. Eine etwas größere Antenne allein würde nicht helfen.
@Uwe Okay, da der einzige Zweck des Cubesat darin besteht, ein XBand-UHF- und UHF-XBand-Datenrelais zu sein, benötigen Sie keinen elektronischen Müll, sondern nur einen SBC, Höhensensoren, 3D-Position und Bewegung, um die Antenne zu fokussieren und zu empfangen. der Rest des ernsthaften Platzes für die Antenne und ihre Ausrüstung. Mit 4 Solaranlagen, die ich im vorherigen Kommentar erwähnt habe, kann ich auf 470 W zugreifen. Angenommen, ich sende 465 W an alles, was die Antennenausrüstung ist. Welchen Durchmesser muss sie haben, um die Umlaufbahn des Titans zu erreichen? (Vielen Dank für die Hilfe)
@ValentinoZaffrani Wenn Sie 470 W von den Solarzellen in der Erdumlaufbahn erhalten, erhalten Sie in einer Umlaufbahn um Titan nur etwa 4,7 bis 5,8 W. Der Abstand des Saturn zur Sonne beträgt etwa 9 bis 10 AE. Sie erhalten also nur 1/91 bis 1/100 der Sonnenintensität auf der Erde. Sie sollten gigantische Sonnenkollektoren mit mehr als dem 100-fachen der auf der Erde verwendeten Fläche haben.
Wenn Sie einen Nuklearreaktor in Würfelsat-Größe entwickelt haben und auf uns warten, wird jeder Benutzer dieser Seite ziemlich verärgert sein.
Gute Antwort - FWIW, es gibt eine große Konstellation von CubeSats, die mit 6-W-X-Band-Sendern in Betrieb sind, die Wendelantennen mit ~ 15 dBi speisen. Es funktioniert hervorragend für den Daten-Downlink zu ~5 m Erdstationen, aber es würde den Senf für Gespräche mit Titan nicht schneiden.

@Uwe hat am Beispiel des DSN deutlich gemacht, warum dies möglicherweise nicht machbar ist. Ich möchte hinzufügen, dass einige der Annahmen, die Sie in den Kommentaren auflisten, nicht korrekt sind. Ich bin mir nicht sicher, wie Sie aus den von Ihnen verlinkten Solarmodulen ( cubesatshop.com/product/solar-panels ) auf eine 470-W-Generation kommen, aber die auf ihrer Website aufgeführten Zahlen sind mit Sicherheit für LEO oder etwa 1 AU von der Sonne bewertet wo wir im Durchschnitt etwa 1350 W/m2 Sonneneinstrahlung erhalten. Saturn ist etwa 9 AE von der Sonne entfernt und die Sonneneinstrahlung beträgt etwa 1 % der Erde oder 14,82 W/m² . Auf keinen Fall wird Ihr Link-Budget mit 1 % der Nennstromerzeugungskapazität Ihrer Panels zu Ende gehen.

Angenommen, Sie können immer noch die gewünschte Leistung abrufen, sind Sie durch die Lautstärke Ihres 1U-Cubesat begrenzt. Es wird Ihnen schwer fallen, Reaktionsräder, einen Computer, Sternentracker (oder andere Sensoren) und ein Radio zu finden, die alle in das Volumen Ihres 1U passen; Jedes Funkgerät, mit dem Sie Ihr Link-Budget mit beliebiger Leistung schließen können, wird viel größer sein als ein 1U.

Ich glaube nicht, dass mit einem 1U-Setup alles verloren ist. Sie könnten mehrere 1Us zeitlich versetzt in der Größenordnung von Tagen oder Wochen starten, um ein Daisy-Chain-Netzwerk zu erstellen, das ein Signal von Ihrem Titan-CubeSat an dazwischen liegende CubeSats weiterleiten könnte. Diese würden das Signal zum nächsten in der Reihe und so weiter zurück zur Erde verstärken. Ihre Mission wäre praktisch erst dann beendet, wenn Ihr letzter CubeSat außerhalb der Reichweite der Erde ist.

Das Daisy-Chain-Relay-Netzwerk von Cubesats würde nicht funktionieren, Sie brauchen viel zu viele davon. Benötigt man mehrere hundert oder sogar tausend davon, ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein einziger Fehler die Kette unterbricht, viel zu hoch.
Ich bin nicht überrascht, dass es bei einem Schnüffeltest nicht funktionieren würde. Ich nehme an, Sie könnten etwas Spielraum einbauen, damit ein oder zwei Fehler in Ordnung sind, aber Sie benötigen wahrscheinlich eine nahezu durchgehende Reihe von CubeSats bis hin zum Titan!
@Uwe ok, ein Problem nach dem anderen, zuerst die Frage der Sonnenkollektoren, fangen wir an, das Netzwerk zu entwerfen, das sich in der Erdumlaufbahn befinden wird. Und zweitens, welche Größe brauche ich? ein 2HE? Ich muss den Durchmesser der Antenne kennen, um zu berechnen, wie viel sie vertikal gefaltet messen würde, und die Elektronik und den Grundrahmen hinzufügen. Ich habe immer noch 465 W, denk daran
Funktioniert die Daisy Chain bei mehreren entfernten Ausfällen noch, fällt sie bei zwei oder drei Ausfällen in direkter Nachbarschaft aus.
Die Frage gibt nicht die Art des Datenstroms an. Mit Batterien kann Energie über einen langen Zeitraum gespeichert und dann in kurzen Intervallen zum Senden verwendet werden. Der Cubesat auf Titan muss möglicherweise keinen Livestream über FB senden, er sendet möglicherweise viel kompaktere Datensätze, Spektroskopie aus der Atmosphäre, Radioaufzeichnungen, elektromagnetische Karten, Spektren geladener Teilchen usw. und dann ab und zu ein Bild.
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