Wie ist das Phased Array von GAIA mechanisch und elektrisch konfiguriert?

GAIA ist ein erstaunliches Paar von Weltraumteleskopen , die sich ein einziges Gigapixel-CCD-Array mit einem komplexen optischen System teilen, das in der Lage ist, wiederholt, extrem präzise Position, Helligkeit, Parallaxe, Eigenbewegung und andere Messungen von Millionen von Objekten durchzuführen. Es funktioniert durch kontinuierliches Scannen über eine sehr gleichmäßige, gleichmäßige Rotation des gesamten Raumfahrzeugs.

GAIA befindet sich in der Nähe der Position Sonne-Erde L2, etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Es erzeugt eine riesige Datenmenge, selbst nach umfangreicher Verarbeitung durch das Raumfahrzeug. Daraus ergibt sich ein Datenstrom zwischen mehreren und 8 MB/s für 8 Stunden jeden Tag - ein Zeitraum, der für den besten ununterbrochenen Empfang durch eine einzelne DSN-Station gewählt wurde, nehme ich an.

Um ein ausreichend starkes Signal auf der Erde zu erzeugen, verwendet GAIA eine Antenne mit "mittlerer Verstärkung", was bedeutet, dass sie eine signifikante Richtwirkung ( Richtwirkung ) aufweist. Die Antenne muss dynamisch auf die Erde zeigen, während sich das Raumfahrzeug weiter dreht, um die Qualität und Quantität der Datenerfassung zu erhalten. Da jedoch das erforderliche Maß an Präzision und die Minimierung von Vibrationen und Mikrophonie einen mechanischen Drehmechanismus für die Antenne ausschließen, verwendet GAIA eine komplexe Phased-Array-Antenne, um den Strahl elektronisch kontinuierlich in die allgemeine Richtung der Erde zu "richten".

Bisher konnte ich keine Details darüber finden, wie das Phased Array mechanisch oder elektronisch konfiguriert ist. Daher:

Frage: "Wie ist der Phased Array von GAIA aufgebaut, mechanisch und elektrisch?"

Im GAIA Update #04: Gaia Phased Array Antenna Delivered and Integrated der ESA heißt es:

Der strahlende Kegel ist ein 14-seitiger Pyramidenstumpf; Seine Primärstruktur ist aus einer massiven Aluminiumlegierung gefertigt. Jede Facette hat zwei Subarrays, die jeweils aus sechs strahlenden Elementen bestehen; Jedes Sub-Array verfügt über eine Reihe von HF-Kopplern, die das eingehende Signal teilen, um die Amplitudengewichtung bereitzustellen, die das Strahlungsmuster des Sub-Arrays bestimmt. Das Gesamtantennenstrahlungsmuster wird durch Kombinieren der Strahlungsmuster von den 14 Teilfeldern auf der zur Erde weisenden Seite des Strahlungskegels erhalten.

Die 28 Antennen-Sub-Arrays werden von sieben 'Quadri-Modulen' gespeist, die eine Low-Level-Verstärkung, Phasen- und Amplitudensteuerung, Leistungsverstärkung und Signalführung zu den entsprechenden Sub-Arrays bieten. Die Quadri-Module werden wiederum von einem 2:7-Wege-Splitter gespeist, der es dem nominellen oder kaltredundanten Transponder des Raumfahrzeugs ermöglicht, den PAA zu speisen.

Ich denke, das bezieht sich auf den Pyramidenstumpf hier in der Mitte, der kleiner ist, als ich erwartet hatte. Auch wenn es schwer zu sagen ist, sieht es so aus, als wäre die Pyramide ziemlich steil.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: GAIA-Antennenhalterung am Bodenabfertigungswagen . „Die Gaia-Antennen-Stützplatte auf ihrem Bodenabfertigungswagen, die die zur Sonne gerichtete Seite zeigt; der strahlende Kegel hat zwei Unteranordnungen von sechs strahlenden Elementen auf jeder seiner 14 Facetten.“

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Rückseite der GAIA-Antennenhalterung . „Das Gaia-Antennenträgerpanel auf seinem Bodenabfertigungswagen, das die Rückseite und die Elektronikmodule zeigt. Von den Kästen, die kreisförmig um die Rückseite des Strahlungskegels (Mitte des Panels) angeordnet sind, befindet sich der Electronic Power and Interface Controller (EPIC). Die restlichen Boxen sind die sieben "Quadri-Module", die Low-Level-Gain, Phasen- und Amplitudensteuerung, Leistungsverstärkung und Signalführung zu den entsprechenden Sub-Arrays bieten -Wege-Splitter, der es dem nominellen oder kaltredundanten Transponder des Raumfahrzeugs ermöglicht, die Quadri-Module zu speisen, befindet sich oben rechts.

Es gab einen "Ausschnitt des Gaia-Weltraumobservatoriums, der seine Instrumente zeigt" i.stack.imgur.com/KBGl7.jpg unter space.stackexchange.com/questions/4075/…
@osgx Der Teil, den ich sehen möchte, ist das kleine orangefarbene Dreieck mit der Oberseite nach unten, das zehn Pixel breit ist .

Antworten (1)

Es gibt einige Artikel über das Antennendesign auf Gaia, und dieser von EADS CASA Espacio enthält viele Details zur GAIA-Antenne:

http://ieeexplore.ieee.org/document/5505027/ Allica, JC, Alonso, E., Amado, M., Bazán, A., Casares, F., de Witte, E., ... & Serrano, JL (2010, April). "Architecture of GAIA satellite phased array antenna" - 2010 Proceedings of the Fourth European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 12.-16. April 2010, Seiten 4056-4059 ( https://scholar.google.com/scholar?cluster= 4948320994472611099 )

Es ist hinter der IEEE - Paywall , und ich habe nur die Vorschau der ersten Seite . Aber es gibt ein sehr ähnliches Papier "GAIA SATELLITE PHASE ARRAY ANTENNA" von denselben Autoren, das wahrscheinlich später im Jahr 2010 auf einer ESA-Konferenz vorgestellt wurde.

Hauptanforderungen an das Antennendesign: 8465 MHz Mittenfrequenz, 10 MHz Bandbreite, EIRP ( äquivalente isotrope Strahlungsleistung ) von +34 dBW, Leistung am Antenneneingang: +33 dBm. Erforderliche Abdeckung: 360 Grad Azimut und 45 +- 15 Grad Elevation mit einer Antennenabtastgeschwindigkeit von „1 Grad/min im Azimut und 1,5 Grad/Tag in Elevation“. Das PAA-Subsystem hat zwei HF-Eingänge (einen pro Transponder) und 7 Ausgänge ("2:7 Input Splitter" aus Mikrostreifen). 7 Signale werden mit Koaxialkabeln an 7 Verstärker/Beamformer angeschlossen:Blockschema des GAIA PAA-Subsystems von EADS CASA Espacio, 2010

Jeder Verstärker/Beamformer hat 4 Einheiten „QUAM SSPA“ (The Quadrimodule) mit insgesamt 4 Ausgängen (28 Signale von 7 Verstärkern/Beamformern). Ihre Ausgänge sind mit Subarrays von Antennen verbunden, die zu zweit in Facetten gruppiert sind, wobei jede Facette zwei "Arrays von sechs kreisförmigen Scheibenpatchantennen" aufweist. Mit 14 Facetten ist der PAA Radiating Core aufgebaut (4 echte Facetten sind sichtbar, andere sind Masseattrappen):Abbildung 2: EM PAA-Strahlkegel von EADS CASA Espacio, 2010

Mit der Anforderung von 45 +- 15 Grad Elevation und diesem Foto der Testkappeninstallation https://i.stack.imgur.com/Ek1zw.png aus dem Papier können wir davon ausgehen, dass die Facetten in einem Winkel von 45 Grad zur Wabenplatte befestigt sind auf deinen Fotos sichtbar.

Antennengrößen sind in http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF „ X Band Phased Array Antenna – PAA- Requirements Specification “ aufgeführt GAIA.ASU.SP.ESM.00002 ", EADS Astrium 2006 ..für externe Einheiten der PAA-Montage:

muss in einem Zylinder mit 0,40 m Durchmesser (TBC) und 0,45 m Höhe [TBC] enthalten sein, dessen LGA mit 0,20 m (TBC) angenommen wird, zentriert auf der Achse der PAA-Platte. ... Externe PAA-Einheiten müssen mit der Installation einer Antenne mit geringer Verstärkung (Masse = 0,5 kg) und zugehörigem HF-Kabelbaum und/oder Wellenleitern kompatibel sein, die durch das PAA-Panel führen, mit einem Sichtfeld von mehr als 2*Pi Steradiant

Es gibt auch die Zeichnungen - "Abbildung 1.4-1: Seitenansicht des Gaia-Servicemoduls (SVM) mit PAA-Panel" und "Abbildung 1.4-2: Mögliche Konfiguration der PAA-Baugruppe auf dem Antennenpanel (Seitenansicht)" auf Seite 8 und 9 von http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF

Unter http://data.cedupoint.cz/oppa_Minerva/Roederer_A0M17NKA_prezentace.pdf können Sie auch einige Informationen zu „ Semi-active Conformal Arrays“ („Konzept wird für ESA-Wissenschaftssatellit GAIA übernommen“; ESA-Patent?) einsehen Konstruktion von Antennen“ von Dr. Antoine Roederer, Deft TU (die einen großartigen Überblick über Strahlantennen für Satelliten bietet) Seite 33 und unten; und GAIA-Antenne auf Seite 38:

  • 28 lineare Sub-Arrays mit 6 strahlenden Elementen
  • 14 Hybridkoppler
  • Phasenschieber auf niedrigem Pegel lenken die Leistung um das Array herum

Mehrere andere Artikel erwähnen auch die Hauptparameter des Antennenarrays:

http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF "X Band Phased Array Antenna - PAA- Requirements Specification" 2006

Das PAA ermöglicht eine Strahlausrichtung von 360° im Azimut und 45°±15° in der Höhe

Die Antenne muss eine Reichweite von mindestens

  • • 45°± 15° in der Höhe
  • • 360° im Azimut.

Alle Winkel sind auf das Antennenkoordinatensystem (Xa,Ya,Za) zu beziehen

https://arxiv.org/pdf/1609.04153.pdf „Die Gaia-Mission“ 2016

diese Zahlen garantieren, dass die Erde maximal 15◦ von der Ziellinie der Phased-Array-Antenne entfernt ist, die für die wissenschaftliche Datenübertragung verwendet wird (Abschn. 3.2.2)

Zwei Übersichten zu GAIA: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/gaia-satellite-mission http://spaceflight101.com/gaia/gaia-spacecraft-overview/

Vielen Dank für die sehr ausführliche Antwort! Das Phased Array von GAIA ist ein erstaunliches Beispiel für Instrumentierung und Design. Es ist großartig, dass Sie sich die Zeit genommen haben, so viel Dokumentation zu suchen und zu organisieren. Ich habe die Frage ein wenig angepasst - lass es mich wissen, wenn es in Ordnung aussieht.
Wie ist das Phased Array von GAIA mechanisch und elektrisch konfiguriert?
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