Teklif Edilmiş Sudan Yüksek Çözünürlüklü Yer Gözlem Uydusu İçin Uydu Yönetim Sistemi Ön Tasarımı

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2015-07-07
Yazarlar
Abbas, Yasir Mohamed Osman
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science And Technology
Özet
Astronomi 19. ve özellikle 20. yüzyılda baş döndürücü bir hızla ilerlemiştir. Teleskopların geliştirilmiş olması, spektroskopinin getirdiği imkanlar, evrenin genişleme içinde olduğunun farkına varılması, büyük patlama kuramı yoluyla kozmolojide meydana gelen gelişmeler ve diğer bilim dallarındaki gelişmelerin astronomiye katkıları bu bilimin ilerlemesine büyük katkılar sağlamıştır. Bu gelişmelerin ardından devam eden süreçte, I. ve II. Dünya savaşını geride bırakıp 20.yy’ın üçüncü çeyreğinde soğuk savaş dönemine giren dünya aynı zamanda “uzay yarışı” diyebileceğimiz bir mücadeleye başlamıştır. Amerika Birleşik Devletleri ve Sovyet Sosyalist Cumhuriyetler Birliği arasında geçen bu mücadelenin astronomiye olan katkıları büyüktür. Uzaya uydu ve sonda yollayarak uzayı keşfetmek, insan göndermek, Ay’a insan indirmek gibi önemli olaylar bu dönemde gerçekleşmiştir. Bu mücadeleden sonra uzayı keşfetme yarışı biraz olsun hızını kaybetsede, günümüzde insanoğlunu heyecanlandıran çalışmalar devam etmektedir. Avrupa Uzay Ajansı’nın en geç 2030 yılına kadar Mars’a insan göndermeyi amaçlayan Aurora programı bunlardan biri ve yarışı tekrar ateşleyebilir. Uzay bilimleri, uzay teknolojileri ve uydu mühendislikleri alanında oldukça yeni bir ülke olan Sudan için bir uzaktan algılama uydusunun öntasarımının yapılması gereklidir. Uzaktan algılama, yeryüzünün ve yer kaynaklarının incelenmesinde onlarla fiziksel bağlantı kurmadan kaydetme ve inceleme tekniğidir. Yer ile herhangi bir temas olmaksızın yerin çeşitli özelliklerinin tespiti işidir. Uzaktan algılama kısa bir tanım yapılacak olursa, fiziksel temas olmadan cisimler hakkında bilgi almaktır. Bu tez de bahsedilen uydunun altsistemleri yönetimi ve görev tasarımına odaklanmıştır. Başlangıç aşamasında tasarıma örnek olması için bu alandaki geçmiş çalışmalar incelenmiştir, Ardından konsept araştırması yapılmıştır. Ayrıca uzaktan algılamanın temelleri ve görüntü işleme, yörünge dinamikleri ve bileşen yönetimi üzerinde çalışılmıştır. Görevin tüm isterlerini ve destekleyici altsistem gereksinimleri karşılayan bir uydu platformu seçilmiştir. Genel bir revizyon ile uydunun temel tasarımı belirlenmiştir. Çin ile birlikte çalışma olasığının yüksekliği ve uydunun tamamlanması halinde  xxii fırlatmanın büyük ihtimalle Çin’li bir sağlayıcı tarafından gerçekleştirileceği göz önüne alınarak Çin’li bir platformda karar kılınmıştır. Uzay geçmişi bulunan ve uzaktan algılama projeleri için üretilmiş bir platformdur. Görev tasarımı amaç ve gerekliliklerin tanımlanmasının ardından, yörünge parametrelerinin belirlenmesi ile başlamıştır. Gerekli çözünürlükte görüntü alabilecek algılayıcının özellikleri ve altsistem yönetim hesaplamalarının yapılabilmesi için çalışma modları belirlenmiştir. Uydu 650 kilometre irtifada kutupsal güneş-senkronize yörüngeye sahiptir. Uydu bir yörünge dolanım süresi boyunca 2 görüntü alabilmelidir. Görüntüler dar bir alanı kapsayan yüksek çözünürlükte ya da on kat daha az çözünürlükte ancak daha geniş bir alanı kapsayacak şekilde olacaktır. Altsistem yönetim mimarisi, görev ve geçmiş tecrübelere dayanarak tanımlanmıştır. Temel olarak merkezileştirilmiş tasarım kullanılmıştır. Uydu tümleşik bilgisayarı belirlenerek, yazılım gereksinimleri ortaya konulmuştur. Tasarımı basitleştimek adına yönelim belirleme ve kontrol altsistemi için ek bir tümleşik bilgisayar tasarlanmıştır. Telekomut türleri öncelikli olarak belirlenmiştir. Veri yönetimi, veri türleri ve veri büyüklükleri belirlenerek aydınlığa kavuşturulmuştur. Böylelikle minimum bellek büyüklüğü de ortaya çıkmıştır. Ayrıca bu doğrultuda tüm görüntü verileri sıkıştırılırken, istenildiği takdir de olarak şifreleme işlemi de gerçekleştirilebilmektedir. İç veri yolu olarak SpaceWire seçilmiştir. Bu seçimde yüksek hızlı-hareketli kamera ile alınan yüksek çözünürlüklü görüntülerin yüksek veri iletim hızı gerektirmesidir. SpaceWire standart bir uzay aracı ağıdır. Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından yönetilen uluslararası bir projedir. SpaceWire elektrik akımı ile tahrikli sinyal veren iki çift kablodan oluşur, ayrıca bu kablolar arızaya ve gürültü sinyallerine karşı dirençlidir. Bu teknoloji komut ve kontrol fonksiyonları verilerini kombine eden masif veri transferi teknolojisi kullanmaktadır. Tasarım, paranormik olarak 1m yer örnekleme yüksekliği (YÖY) çözünürlüğüne ve çokluspektral kanallar için 4m YÖY çözünürlüğüne sahip 650 km’de kutupsal güneş- senkronize yörüngedeki bir uydu olacak şekilde tamamlanmıştır. Tümleşik bilgisayar 2 GHz saat ve 128 Gbyte’ a sahiptir. Uydunun yer istasyonu üzerinden her geçişi sırasında 60 Gbyte very indirilebilmektedir. Geri kalan bellek ise yedek amaçlı ve yer istasyonuna indirilmek üzere olan görüntü verisinin kayıt yeri olarak kullanılacaktır. Uydunun temel çalışma modları veri alma modu, batarya şarj modu, geri kazanma modu, atıl mod ve telekomut modu olarak belirlenmiştir Veri alım modu, 2 alt modda değerlendirilebilir; yüksek çözünürlüklü şerit modu ve geniş alan modu. Yüksek çözünürlüklü şerit modu, 8 km’lik alan genişliğine, PAN kanalında 1x1’lik alansal çözünürlüğüne sahiptir. Geniş alan modu ise 300 km alan genişliği ve 10x10’luk alansal çözünürlüğüne sahiptir. Batarya şarj modu, uydunun yer istasyonu ile iletişim kurabilecek ve/veya görüntü dosyası için yeteli belleğin olmadığı ya da görüntünün zaman toleransına sahip olduğu durumlarda etkinleşerek düşük öncelikli sistemleri kapatır, güneş panellerini Güneş’e yönlendirecek komutu yönelim belirleme ve kontrol sistemine göndererek, maksimum enerji elde edilrek ve minimum enerji harcamanın yapılmasını amaçlar. xxiii Geri kazanma modu, uydunun ciddi problemlerle karşılaştığı durumda sistemin kendini korumaya alarak kapattığı moddur. Atıl modda sistem yer ile uydu arasında herhangi bir iletişimin kurulmadığı ve görüntü alımının olmadığı ancak termal kontrolün tek etkin görevin olduğu durumdadır. TC çalışma modu (veri alma modu) ise TC modulü yüksek öncelikli komutu alarak onu Komut Atım Dağıtımı Birimi’ne işlem görmesi için gönderir. Bu işlemin komutu görüntü alımını durdurarak, verinin yer istasyonuna gönderilmesini sağlar
For Sudan as a country newly started its local researches in the field of space science, aerospace and satellite engineering, a preliminary design of a remote sensing satellite is to be made. This thesis is focusing in the satellite management subsystem and the mission design. In the beginning a review was done to the previous experiences in the field as a guide for the design, then the concept was surveyed, also the Remote Sensing basics and imaging process, the orbital dynamics and the management components and elements. A satellite platform was chosen to serve the mission, all supporting subsystems’ requirements are agreed to be satisfied. A general revision for the baseline design was done. This platform is considered to be a Chinese one because the opportunity to start this project with china is relatively high, and if the project is implemented, it is most likely to be launched by a Chinese satellite launch provider. The platform is mainly made for Remote Sensing projects and it has a heritage in space. Then the mission design was started with naming the objectives and requirements for the satellite as all, from it the orbit parameters have been decided. Sensor specifications those can take the required high resolution images were selected. The operation modes have been determined to allow the calculations for the management subsystem. The satellite will be orbiting at an altitude of 650 kilometers in a polar sun-synchronous orbit. The satellite has to have the capability of taking two images per orbit. The images can be high resolution with narrow swath width or ten times low resolution with wider swath width. The architecture of the management subsystem was defined based on the mission and previous experiences. Mainly the centralized design is used. The OBC specification was set and the onboard computer software’s requirements were cleared. For simplifying the design a separate computer is dedicated for the attitude determination and control operations. Telecommand types are differentiated with the priority. The data management processes were unclouded, a calculations for the data size and type was done. This allowed the minimum storage size to be known. The compression is done for all images while the encryption is an optional process.  xx SpaceWire was picked out to be the internal bus because the high data rate needed when dealing with high resolution images taken by a high speed moving camera. The final design conclude a satellite with 1m GSD (ground sample distance) resolution for panoramic and a 4m GSD resolution for multispectral channels which is orbiting 650 km polar sun-synchronized orbit. The onboard computer has 2 GHz clock with storage can save up to 128 Gbytes. 60 Gbytes can be downloaded every pass over the main ground station. The rest of memory will be used as a redundancy storage and as a storage for images those will be downloaded to other ground stations. The main operation modes of the satellite are the acquisition mode, the battery charging mode, the recovery mode, the idle mode and the execution of a telecommand mode.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015
Anahtar kelimeler
uydu, management, satellite, management
Alıntı