ระบบขนส่งมวลชน (ระบบนำทางด้วยดาวเทียม)
ระบบTransitหรือที่รู้จักกันในชื่อNAVSATหรือNNSS (ย่อมาจากNavy Navigation Satellite System ) เป็นระบบนำทางด้วยดาวเทียมระบบ แรก ที่ถูกนำมาใช้งานจริง ระบบ นำทางด้วยคลื่นวิทยุ นี้ ถูกใช้โดยกองทัพเรือสหรัฐฯ เป็นหลัก เพื่อให้ข้อมูลตำแหน่งที่แม่นยำแก่เรือดำน้ำขีปนาวุธPolaris และยังถูกใช้เป็นระบบนำทางโดยเรือผิวน้ำ ของกองทัพเรือ รวมถึงการสำรวจทางอุทกศาสตร์และการสำรวจทางธรณีวิทยา ด้วย Transit ให้บริการดาวเทียมนำทางอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 1964 โดยเริ่มแรกใช้กับเรือดำน้ำ Polaris และต่อมาก็ใช้กับพลเรือนด้วย ในโครงการ DAMP เรือติดตามขีปนาวุธUSAS American Marinerก็ใช้ข้อมูลจากดาวเทียมเพื่อให้ได้ข้อมูลตำแหน่งที่แม่นยำของเรือก่อนที่จะวางตำแหน่งเรดาร์ติดตาม
ประวัติศาสตร์
ระบบดาวเทียมทรานซิต ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากกองทัพเรือและพัฒนาร่วมกันโดยหน่วยงานวิจัยโครงการขั้นสูง (ARPA) และห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์จอห์นส์ฮอปกินส์ ภายใต้การนำของดร. ริชาร์ด เคอร์ชเนอร์ ที่จอห์นส์ฮอปกินส์ เป็นระบบระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์โดยใช้ดาวเทียมระบบแรก[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] เพียงไม่กี่วันหลังจากที่สหภาพโซเวียตปล่อยสปุตนิก 1ซึ่งเป็นดาวเทียมโคจรรอบโลกที่มนุษย์สร้างขึ้นดวงแรก เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2490 นักฟิสิกส์สองคนจาก APL คือ วิลเลียม กุยเออร์ และจอร์จ ไวเฟนบัค ได้พูดคุยกันเกี่ยวกับสัญญาณวิทยุที่น่าจะแผ่ออกมาจากดาวเทียม พวกเขาสามารถกำหนดวงโคจรของสปุตนิกได้โดยการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์ของสัญญาณวิทยุระหว่างการโคจรผ่านเพียง ครั้งเดียว [ 4 ]ในการหารือเกี่ยวกับแนวทางในการวิจัยของพวกเขา ผู้อำนวยการแฟรงค์ แมคคลัวร์ ประธานศูนย์วิจัยของ APL ได้เสนอแนะในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2501 ว่าหากทราบตำแหน่งของดาวเทียมและสามารถคาดการณ์ได้ การเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์สามารถนำมาใช้เพื่อระบุตำแหน่งของเครื่องรับบนโลกได้ และเสนอระบบดาวเทียมเพื่อนำหลักการนี้ไปใช้[ 5 ]
การพัฒนาระบบ Transit เริ่มขึ้นในปี 1958 และดาวเทียมต้นแบบTransit 1Aถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในเดือนกันยายนปี 1959 [ 6 ]ดาวเทียมดวงนั้นไม่สามารถโคจรถึงวงโคจรได้[ 7 ]ดาวเทียมดวงที่สองTransit 1Bถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จในวันที่ 13 เมษายน 1960 โดยจรวดThor-Ablestar [ 8 ]การทดสอบระบบครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จเกิดขึ้นในปี 1960 และระบบได้เข้าประจำการในกองทัพเรือในปี 1964 กลุ่มดาวเทียมที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์จำนวน 36 ดวงถูกติดตั้งในปี 1968 [ 9 ]
จรวด Chance Vought/LTV Scoutได้รับเลือกให้เป็นยานปล่อยจรวดหลักสำหรับโครงการนี้ เนื่องจากสามารถส่ง payload ขึ้นสู่วงโคจรได้ด้วยต้นทุนต่อปอนด์ที่ต่ำที่สุด อย่างไรก็ตาม การตัดสินใจเลือกใช้ Scout ทำให้เกิดข้อจำกัดด้านการออกแบบสองประการ ประการแรก น้ำหนักของดาวเทียมรุ่นก่อนๆ อยู่ที่ประมาณ300 ปอนด์ (140 กิโลกรัม)ต่อดวง แต่ความสามารถในการปล่อยจรวด Scout ขึ้นสู่วงโคจร Transit นั้นอยู่ที่ประมาณ120 ปอนด์ (54 กิโลกรัม)ซึ่งต่อมาได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นจึงต้องลดน้ำหนักของดาวเทียมลง แม้ว่าจะมีความต้องการพลังงานมากกว่าที่ APL เคยออกแบบไว้สำหรับดาวเทียมรุ่นก่อนๆ ก็ตาม ปัญหาประการที่สองเกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลกระทบต่อ payload ระหว่างการปล่อย เนื่องจาก Scout ใช้มอเตอร์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ดังนั้นจึงต้องผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กกว่าเดิมและทนทานเพียงพอที่จะทนต่อการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นระหว่างการปล่อย การตอบสนองความต้องการใหม่นั้นยากกว่าที่คาดไว้ แต่ก็ทำได้สำเร็จ ดาวเทียมต้นแบบปฏิบัติการดวงแรก ( Transit 5A-1 ) ถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรขั้วโลกโดยจรวด Scout เมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2505 ดาวเทียมดวงนี้ได้พิสูจน์เทคนิคใหม่สำหรับการกางแผงโซลาร์เซลล์และการแยกตัวออกจากจรวด แต่โดยรวมแล้วไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากปัญหาเกี่ยวกับระบบพลังงานTransit 5A-2ซึ่งปล่อยเมื่อวันที่ 5 เมษายน พ.ศ. 2506 ล้มเหลวในการเข้าสู่วงโคจรTransit 5A-3ซึ่งมีการออกแบบระบบจ่ายพลังงานใหม่ ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 15 มิถุนายน พ.ศ. 2506 เกิดความผิดพลาดของหน่วยความจำระหว่างการบินด้วยพลังงาน ทำให้ไม่สามารถรับและจัดเก็บข้อความนำทางได้ และความเสถียรของออสซิลเลเตอร์ลดลงระหว่างการปล่อย ดังนั้น 5A-3 จึงไม่สามารถใช้สำหรับการนำทางได้ อย่างไรก็ตาม ดาวเทียมดวงนี้เป็นดวงแรกที่ประสบความสำเร็จในการรักษาเสถียรภาพด้วยแรงโน้มถ่วงและระบบย่อยอื่นๆ ก็ทำงานได้ดี[ 10 ]
นักสำรวจใช้ Transit เพื่อระบุตำแหน่งจุดอ้างอิง ระยะไกล โดยการหาค่าเฉลี่ยของการแก้ไข Transit หลายสิบครั้ง ทำให้ได้ความแม่นยำระดับต่ำกว่าเมตร[ 11 ]อันที่จริง ระดับความสูงของยอดเขาเอเวอเรสต์ได้รับการแก้ไขในช่วงปลายทศวรรษ 1980 โดยใช้เครื่องรับ Transit เพื่อสำรวจจุดอ้างอิงใกล้เคียงอีกครั้ง[ 12 ]
เรือรบ เรือบรรทุกสินค้า และเรือส่วนตัวหลายพันลำใช้ Transit ตั้งแต่ปี 1967 จนถึงปี 1991 ในช่วงทศวรรษ 1970 สหภาพโซเวียตเริ่มเปิดตัวระบบนำทางด้วยดาวเทียมของตนเอง ซึ่งรวมถึงParus (ทางทหาร) และTsikada (พลเรือน) ซึ่งในที่สุดก็ถูกแทนที่ด้วยGLONASS รุ่นต่อ ไป[ 13 ]เรือรบโซเวียตบางลำติดตั้งเครื่องรับ NavSat ของ Motorola [ 14 ]
ระบบ Transit ล้าสมัยไปแล้วเนื่องจากระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก (GPS) และยุติการให้บริการนำทางในปี 1996 การพัฒนาด้านอิเล็กทรอนิกส์ทำให้เครื่องรับสัญญาณ GPS สามารถรับสัญญาณได้หลายจุดพร้อมกัน ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการคำนวณตำแหน่งลงอย่างมาก GPS ใช้ดาวเทียมจำนวนมากกว่าที่ใช้ในระบบ Transit ทำให้ระบบสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ Transit ให้สัญญาณเพียงทุกๆ ชั่วโมงหรือมากกว่านั้น
หลังจากปี 1996 ดาวเทียมยังคงถูกใช้งานต่อไปสำหรับระบบตรวจสอบชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ของกองทัพเรือ (NIMS) [ 15 ]
คำอธิบาย
ดาวเทียม
ดาวเทียม (รู้จักกันในชื่อ ดาวเทียม OSCARหรือNOVA ) ที่ใช้ในระบบนี้ถูกวางไว้ในวงโคจรขั้วโลกต่ำ ที่ระดับความสูงประมาณ600 ไมล์ทะเล (690 ไมล์; 1,100 กิโลเมตร)โดยมีคาบการโคจรประมาณ 106 นาที จำเป็นต้องมี กลุ่มดาวเทียมห้าดวงเพื่อให้ครอบคลุมทั่วโลกได้อย่างเหมาะสม ในขณะที่ระบบกำลังทำงานอยู่ โดยปกติแล้วจะมีดาวเทียมอย่างน้อยสิบดวง อยู่ในวงโคจร –หนึ่งดวงสำรองสำหรับแต่ละดาวเทียมในกลุ่มดาวเทียมพื้นฐาน– โปรดทราบว่าดาวเทียม OSCARเหล่านี้ไม่เหมือนกับ ดาวเทียม OSCARซีรีส์ที่ใช้โดย นัก วิทยุสมัครเล่นเพื่อใช้ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม
วงโคจรของดาวเทียมทรานสิตถูกเลือกให้ครอบคลุมทั่วทั้งโลก โดยโคจรผ่านขั้วโลกและกระจายตัวอยู่บริเวณเส้นศูนย์สูตร เนื่องจากโดยปกติแล้วจะมองเห็นดาวเทียมเพียงดวงเดียวในแต่ละครั้ง การกำหนดตำแหน่งจึงทำได้ก็ต่อเมื่อมีดาวเทียมดวงใดดวงหนึ่งอยู่เหนือขอบฟ้าเท่านั้น ที่เส้นศูนย์สูตร ความล่าช้าในการกำหนดตำแหน่งแต่ละครั้งจะนานหลายชั่วโมง ส่วนที่ละติจูดกลาง ความล่าช้าจะลดลงเหลือหนึ่งหรือสองชั่วโมง สำหรับบทบาทที่ตั้งใจไว้ในฐานะระบบอัปเดตสำหรับ การปล่อย ขีปนาวุธ SLBMดาวเทียมทรานสิตก็เพียงพอแล้ว เนื่องจากเรือดำน้ำใช้การกำหนดตำแหน่งเป็นระยะเพื่อรีเซ็ตระบบนำทางเฉื่อยแต่ดาวเทียมทรานสิตขาดความสามารถในการวัดตำแหน่งแบบเรียลไทม์ด้วยความเร็วสูง
ด้วยการปรับปรุงในภายหลัง ระบบนี้ให้ความแม่นยำในการตรวจจับเพียงครั้งเดียวประมาณ200 เมตร (660 ฟุต)และยังให้การซิงโครไนซ์เวลาได้แม่นยำถึงประมาณ 50 ไมโครวินาที ดาวเทียมติดตามยังส่งข้อความเข้ารหัสด้วย แม้ว่านี่จะเป็นหน้าที่รองก็ตาม
ดาวเทียม Transit ใช้หน่วยความจำแกนแม่เหล็กเป็นหน่วยความจำหลักที่มีความจุสูงสุดถึง 32 กิโลไบต์[ 16 ]
การกำหนดตำแหน่งบนพื้นดิน
การกำหนดตำแหน่ง หรือที่เรียกว่า "การหาพิกัด" โดยปกติแล้วต้องใช้การวัดสองครั้งขึ้นไปเพื่อให้ได้ตำแหน่ง 2 มิติ ในกรณีของระบบ GPS สมัยใหม่ อาจมีการวัดหลายสิบครั้งขึ้นอยู่กับว่ามองเห็นดาวเทียมดวงใดบ้างในขณะนั้น ซึ่งแต่ละครั้งจะช่วยเพิ่มความแม่นยำ ในกรณีของระบบ Transit มีดาวเทียมโคจรอยู่เพียงไม่กี่ดวงและกระจายตัวอยู่ทั่วไป ซึ่งโดยทั่วไปหมายความว่าจะมีดาวเทียมเพียงดวงเดียวที่มองเห็นได้ในแต่ละครั้ง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้วิธีอื่นในการกำหนดค่าการวัดครั้งที่สอง
ยานอวกาศทรานสิตทำการวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์ของสัญญาณ โดยยานอวกาศเดินทางด้วยความเร็วประมาณ17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (27,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)ซึ่งอาจทำให้ความถี่ของสัญญาณพาหะที่ได้รับเพิ่มขึ้นหรือลดลงได้มากถึง 10 กิโลเฮิร์ตซ์ เมื่อวัดจากสถานีภาคพื้นดิน ขณะที่ดาวเทียมกำลังเข้าใกล้สถานีภาคพื้นดิน สัญญาณของดาวเทียมจะมีความถี่สูงขึ้น และเมื่อดาวเทียมเคลื่อนห่างออกไป สัญญาณก็จะเปลี่ยนความถี่ลงอีกครั้ง ช่วงเวลาที่ความถี่เท่ากับความถี่ที่ออกอากาศอย่างแม่นยำคือช่วงที่เส้นทางโคจร ของดาวเทียม ผ่านตำแหน่งของสถานีภาคพื้นดิน (โดยมีการปรับแก้เล็กน้อย) ซึ่งจะได้ค่าการวัดหนึ่งในสองค่าที่จำเป็น
สำหรับการวัดครั้งที่สอง เราต้องพิจารณารูปแบบของการเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์ หากดาวเทียมโคจรผ่านเหนือศีรษะโดยตรง ความเร็วเชิงมุมของดาวเทียมขณะโคจรผ่านจะมากกว่าหากโคจรผ่านด้านข้าง ในกรณีสุดขั้ว คือเมื่อดาวเทียมอยู่ใกล้เส้นขอบฟ้า การเปลี่ยนแปลงความเร็วสัมพัทธ์จะน้อยที่สุด ดังนั้น ความรวดเร็วของการเปลี่ยนแปลงความถี่จึงเป็นตัวบ่งชี้ลองจิจูดสัมพัทธ์ระหว่างสถานีและดาวเทียม นอกจากนี้ การหมุนของโลกยังให้การแก้ไขความถี่แบบดอปเปลอร์อีกแบบหนึ่ง ซึ่งสามารถใช้เพื่อกำหนดได้ว่าดาวเทียมอยู่ทางทิศตะวันออกหรือทิศตะวันตกของสถานีภาคพื้นดิน
การวัดเหล่านี้ทำให้ได้ตำแหน่งสัมพัทธ์เมื่อเทียบกับดาวเทียม ในการกำหนดตำแหน่งที่แท้จริง จะนำค่าการวัดสัมพัทธ์นั้นไปใช้กับตำแหน่งของดาวเทียม ข้อมูลนี้ได้มาจากการส่งสัญญาณเวลาที่แม่นยำเป็นระยะ (ทุกสองนาที) รวมถึงองค์ประกอบวงโคจร ทั้งหกของดาวเทียม และ ตัวแปร การรบกวน วงโคจร เครื่องรับสัญญาณภาคพื้นดินจะดาวน์โหลดสัญญาณเหล่านี้และคำนวณตำแหน่งของดาวเทียมในขณะที่กำลังวัดการเปลี่ยนแปลงข้อมูล วงโคจร และค่าแก้ไขนาฬิกาจะถูกอัปโหลดไปยังดาวเทียมแต่ละดวงวันละสองครั้งจากสถานีติดตามและส่งข้อมูลของกองทัพเรือหนึ่งในสี่แห่ง
ดาวเทียมทรานสิตส่งสัญญาณที่ความถี่ 150 และ 400 เมกะเฮิร์ตซ์ ความถี่ทั้งสองนี้ถูกใช้เพื่อหักล้างการหักล้างของสัญญาณวิทยุจากดาวเทียมโดยชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง ระบบทรานสิตยังเป็นระบบบอกเวลาทั่วโลกระบบแรกที่ช่วยให้สามารถซิงโครไนซ์นาฬิกาทุกแห่งด้วยความแม่นยำ 50 ไมโครวินาที
การคำนวณตำแหน่งรับสัญญาณที่มีความเป็นไปได้มากที่สุดนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ซอฟต์แวร์นำทางใช้การเคลื่อนที่ของดาวเทียมในการคำนวณเส้นโค้งดอปเปลอร์ "ทดลอง" โดยอิงจากตำแหน่ง "ทดลอง" เริ่มต้นของเครื่องรับสัญญาณ จากนั้นซอฟต์แวร์จะทำการ ปรับเส้นโค้ง แบบกำลังสองน้อยที่สุดสำหรับแต่ละส่วนสองนาทีของเส้นโค้งดอปเปลอร์ โดยเลื่อนตำแหน่งทดลองไปเรื่อยๆ จนกว่าเส้นโค้งดอปเปลอร์ทดลองจะ "ใกล้เคียงที่สุด" กับค่าดอปเปลอร์จริงที่ได้รับจากดาวเทียมสำหรับทุกส่วนสองนาทีของเส้นโค้ง
หากตัวรับสัญญาณเคลื่อนที่สัมพันธ์กับโลกด้วย เช่น บนเรือหรือเครื่องบิน จะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนกับเส้นโค้งดอปเปลอร์ในอุดมคติ และลดความแม่นยำของตำแหน่ง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วสามารถคำนวณความแม่นยำของตำแหน่งได้ภายใน 100 เมตร สำหรับเรือที่เคลื่อนที่ช้า แม้จะรับสัญญาณดอปเปลอร์เพียงสองนาทีก็ตาม นี่คือเกณฑ์การนำทางที่กองทัพเรือสหรัฐฯ ต้องการ เนื่องจากเรือดำน้ำของอเมริกาโดยปกติจะเปิดเสาอากาศ UHF เพียง 2 นาทีเพื่อให้ได้ข้อมูล Transit ที่ใช้งานได้ ระบบ Transit เวอร์ชันเรือดำน้ำของสหรัฐฯ ยังรวมถึงข้อมูลวงโคจรของดาวเทียมที่เข้ารหัสพิเศษและแม่นยำกว่า ซึ่งข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุงนี้ช่วยเพิ่มความแม่นยำของระบบได้อย่างมาก [ไม่ต่างจากSelective Availability (SA) ภายใต้ GPS] เมื่อใช้โหมดที่ได้รับการปรับปรุงนี้ ความแม่นยำโดยทั่วไปจะน้อยกว่า 20 เมตร (กล่าวคือ ความแม่นยำอยู่ระหว่างLORAN Cและ GPS) สำหรับการผ่านของดาวเทียมที่ระดับความสูงสูงโดยทั่วไป 12-15 นาที ความแม่นยำจะต่ำกว่าสิบเมตร แน่นอนว่า Transit เป็นระบบนำทางที่แม่นยำที่สุดในยุคนั้น
หลักการทำงานพื้นฐานของ Transit คล้ายกับระบบที่ใช้โดยเครื่องส่งสัญญาณระบุตำแหน่งฉุกเฉิน (ELT) ยกเว้นว่าในกรณีหลัง เครื่องส่งสัญญาณจะอยู่บนพื้นดินและเครื่องรับสัญญาณจะอยู่ในวงโคจร ELT จะวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์ของเครื่องส่งสัญญาณบนเรือหรือเครื่องบินขณะที่บินผ่าน และส่งข้อมูลนั้นไปยังภาคพื้นดินเพื่อระบุตำแหน่งของยานพาหนะ
การกำหนดวงโคจรของดาวเทียม
เครือข่ายสถานีภาคพื้นดินซึ่งทราบตำแหน่งอย่างแม่นยำได้ติดตามดาวเทียมทรานซิตอย่างต่อเนื่อง สถานีเหล่านี้วัดการเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์และถ่ายโอนข้อมูลไปยังเทปกระดาษ 5 รู ข้อมูลนี้ถูกส่งไปยังศูนย์ควบคุมดาวเทียมที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ในเมืองลอเรล รัฐแมริแลนด์ โดยใช้เครือข่ายโทรพิมพ์เชิงพาณิชย์และทางทหาร ข้อมูลจากสถานีภาคพื้นดินคงที่ให้ข้อมูลตำแหน่งวงโคจรของดาวเทียมทรานซิต การระบุตำแหน่งดาวเทียมทรานซิตในวงโคจรของโลกจากสถานีภาคพื้นดินที่ทราบตำแหน่งโดยใช้การเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์นั้นเป็นเพียงการย้อนกลับของการใช้ตำแหน่งที่ทราบของดาวเทียมในวงโคจรเพื่อระบุตำแหน่งที่ไม่ทราบบนโลก โดยใช้การเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์เช่นกัน
สถานีภาคพื้นดินทั่วไปมักตั้งอยู่ในกระท่อมควอนเซ็ต ขนาดเล็ก ความแม่นยำของการวัดจากสถานีภาคพื้นดินขึ้นอยู่กับความแม่นยำของนาฬิกาหลักของสถานีภาคพื้นดิน ในช่วงแรกใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณควอตซ์ในเตาอบ ควบคุมอุณหภูมิ เป็นนาฬิกาหลัก นาฬิกาหลักจะถูกตรวจสอบการเบี่ยงเบนทุกวันโดยใช้เครื่องรับสัญญาณ VLF ที่ปรับจูนไปยังสถานี VLF ของกองทัพเรือสหรัฐฯ สัญญาณ VLF มีคุณสมบัติที่ว่าเฟสของสัญญาณ VLF ไม่เปลี่ยนแปลงจากวันต่อวันในเวลาเที่ยงตามเส้นทางระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ ดังนั้นจึงสามารถใช้ในการวัดการเบี่ยงเบนของเครื่องกำเนิดสัญญาณได้ ต่อมา มีการใช้เครื่องวัดเฟสแบบลำแสง รูบิเดียมและซีเซียมสถานีภาคพื้นดินมีชื่อเป็นตัวเลข ตัวอย่างเช่น สถานี 019 คือสถานีแมคมูร์โด แอนตาร์กติกา เป็นเวลาหลายปีในช่วงทศวรรษ 1970 สถานีนี้มีนักศึกษาปริญญาโทและนักศึกษาปริญญาตรีประจำการ โดยส่วนใหญ่เป็นสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน สถานีอื่นๆ ตั้งอยู่ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนิวเม็กซิโก มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน ซิซิลี ญี่ปุ่น เกาะเซเชลส์ ธูล กรีนแลนด์ และสถานที่อื่นๆ อีกหลายแห่ง สถานีกรีนแลนด์และแอนตาร์กติกา สามารถติดตามการโคจรของดาวเทียมทรานสิตได้ทุกครั้ง เนื่องจากตั้งอยู่ใกล้ขั้วโลก ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ดาวเทียมเหล่านี้โคจรอยู่เหนือขั้วโลกใต้
เครื่องรับสัญญาณทางภูมิศาสตร์แบบพกพา
อุปกรณ์รับสัญญาณภาคพื้นดินแบบพกพาเรียกว่า Geoceiver ซึ่งใช้ในการวัดภาคสนาม ตัวรับสัญญาณ แหล่งจ่ายไฟ หน่วยเทปเจาะรู และเสาอากาศ สามารถบรรจุลงในกล่องอะลูมิเนียมบุฟองน้ำได้หลายกล่อง และสามารถขนส่งเป็นสินค้าเพิ่มเติมทางเครื่องบินได้ ข้อมูลจะถูกเก็บรวบรวมในช่วงระยะเวลาหนึ่ง โดยทั่วไปคือหนึ่งสัปดาห์ และส่งกลับไปยังศูนย์ควบคุมดาวเทียมเพื่อประมวลผล ดังนั้น ต่างจาก GPS ตรงที่ไม่มีการระบุตำแหน่งที่แม่นยำของ Geoceiver ได้ทันที Geoceiver ตัวหนึ่งถูกติดตั้งถาวรที่สถานีขั้วโลกใต้และดำเนินการโดยเจ้าหน้าที่สำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา เนื่องจากตั้งอยู่บนพื้นผิวของแผ่นน้ำแข็งที่กำลังเคลื่อนที่ ข้อมูลของมันจึงถูกนำมาใช้ในการวัดการเคลื่อนที่ของแผ่นน้ำแข็ง Geoceiver อื่นๆ ถูกนำออกไปใช้งานภาคสนามในทวีปแอนตาร์กติกาในช่วงฤดูร้อน และใช้ในการวัดตำแหน่งต่างๆ เช่น การเคลื่อนที่ของชั้นน้ำแข็งรอสส์
คอมพิวเตอร์ AN/UYK-1 (TRW-130)
เนื่องจากไม่มีคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กพอที่จะผ่านช่องเปิดของเรือดำน้ำได้ (ในปี 1958) จึงได้มีการออกแบบคอมพิวเตอร์ใหม่ขึ้นมา โดยตั้งชื่อว่า AN/UYK-1 (TRW-130) [ 17 ]คอมพิวเตอร์นี้ถูกสร้างขึ้นโดยมีมุมโค้งมนเพื่อให้พอดีกับช่องเปิด มีความสูงประมาณห้าฟุต และปิดผนึกเพื่อกันน้ำ วิศวกรออกแบบหลักคือ Lowell Amdahl ซึ่งเป็นอาจารย์ประจำ UCLA ในขณะนั้น และเป็นพี่ชายของGene Amdahl AN/UYK-1 ถูกสร้างขึ้นโดยRamo-Wooldridge Corporation [ 18 ] (ต่อมาคือ TRW) สำหรับเรือ ดำน้ำ SSBN ชั้นLafayette มันติดตั้ง หน่วยความจำหลัก 15 บิต จำนวน 8,192 คำพร้อมบิตพาริตีซึ่งร้อยเรียงด้วยมือที่โรงงาน Canoga Park เวลาในการทำงานต่อรอบประมาณหนึ่งไมโครวินาที AN/UYK-1 มีน้ำหนักประมาณ550 ปอนด์ (250 กิโลกรัม ) [ 19 ]
AN/UYK-1 เป็น เครื่องคอมพิวเตอร์ แบบไมโครโปรแกรมที่มีความยาวคำ 15 บิต ซึ่งไม่มีคำสั่งฮาร์ดแวร์สำหรับการลบ การคูณ หรือการหาร แต่สามารถบวก เลื่อนบิต สร้างส่วนเติมเต็มหนึ่งและตรวจสอบบิตทดได้ คำสั่งในการดำเนินการทางคณิตศาสตร์แบบจุดคงที่และจุดลอยตัวมาตรฐานเป็นซับรูทีนซอฟต์แวร์ และโปรแกรมเป็นรายการของลิงก์และตัวดำเนินการไปยังซับรูทีนเหล่านั้น ตัวอย่างเช่น ซับรูทีน "การลบ" ต้องสร้างส่วนเติมเต็มหนึ่งของตัวลบและบวกเข้าด้วยกัน การคูณต้องใช้การเลื่อนบิตต่อเนื่องและการบวกแบบมีเงื่อนไข
ในชุดคำสั่ง AN/UYK-1 คำสั่งภาษาเครื่องมีตัวดำเนินการสองตัวที่สามารถจัดการกับรีจิสเตอร์ทางคณิตศาสตร์ได้พร้อมกันเช่นการกลับค่าในรีจิสเตอร์หนึ่งในขณะที่โหลดหรือจัดเก็บค่าในอีกรีจิสเตอร์หนึ่ง นี่อาจเป็นคอมพิวเตอร์เครื่องแรกที่ใช้ความสามารถในการกำหนดแอดเดรสทางอ้อมในรอบการทำงานเดียว
ระหว่างการโคจรผ่านของดาวเทียม เครื่องรับสัญญาณ GE จะรับพารามิเตอร์วงโคจรและข้อความที่เข้ารหัสจากดาวเทียม รวมถึงวัดความถี่ที่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์เป็นระยะๆ และส่งข้อมูลนี้ไปยังคอมพิวเตอร์ AN/UYK-1 นอกจากนี้ คอมพิวเตอร์ยังจะได้รับค่าละติจูดและลองจิจูดจากระบบนำทางเฉื่อย (SINS) ของเรือด้วย โดยใช้ข้อมูลนี้ คอมพิวเตอร์ AN/UYK-1 จะประมวลผลอัลกอริทึมที่ให้ค่าตำแหน่งที่ตั้งภายในเวลาประมาณสิบห้านาที
ดาวเทียมดวงอื่น
มีดาวเทียม 41 ดวงในซีรีส์ Transit ที่ได้รับ ชื่อ Transitจาก NASA [ 20 ]
ยานทรานสิต 3Bได้สาธิตการอัปโหลดโปรแกรมเข้าสู่หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์บนยานขณะอยู่ในวงโคจร
Transit 4Aซึ่งปล่อยเมื่อวันที่ 29 มิถุนายน พ.ศ. 2504 เป็นดาวเทียมดวงแรกที่ใช้แหล่งพลังงานกัมมันตรังสี (RTG) ( SNAP-3 ) [ 21 ] Transit 4B (พ.ศ. 2504) ก็มี RTG SNAP-3 เช่นกัน Transit 4B เป็นหนึ่งในดาวเทียมหลายดวงที่ได้รับความเสียหายหรือถูกทำลายโดยไม่ได้ตั้งใจจากการระเบิดนิวเคลียร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การทดสอบนิวเคลียร์ระดับสูงStarfish Prime ของสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ 9 กรกฎาคม พ.ศ. 2505 และแถบรังสีที่เกิด ขึ้นตามมา [ 22 ]
Transit 5A3ใช้แบตเตอรี่ที่ขับเคลื่อนด้วยแผงโซลาร์เซลล์ และTransit 5BN-1 (1963) มีSNAP -9A RTG [ 23 ] [ 24 ]
Transit 5B-2 (1963) มีSNAP-9A RTG [ 25 ]
ในปี พ.ศ. 2507 จรวดไม่สามารถส่งTransit 5BN-3ที่มี SNAP-9A RTG ขึ้นสู่วงโคจรได้ มัน "ไหม้หมดระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและสลายตัวเป็นอนุภาคเล็กๆ" พร้อมกับพลูโทเนียม-238 ประมาณ 1 กิโลกรัม[ 26 ]
ดาวเทียม Transit 5B-5กลับมาสื่อสารอีกครั้งหลังจากหยุดทำงานเป็นเวลานาน ( ดาวเทียมซอมบี้ ) [ 27 ]
ยานอวกาศ Transit-9และ5B4 (ปี 1964) และTransit-5B7และ5B6 (ปี 1965) แต่ละลำมี "แหล่งพลังงานนิวเคลียร์"
กองทัพอากาศสหรัฐฯยังได้ปล่อยดาวเทียมที่มีอายุการใช้งานสั้น ติดตั้งสัญญาณวิทยุความถี่ 162 เมกะเฮิร์ตซ์ และ 324 เมกะเฮิร์ตซ์ ขึ้นสู่วงโคจรที่ต่ำกว่ามากเป็นระยะๆ เพื่อศึกษาแรงต้านวงโคจร สถานีติดตามภาคพื้นดินทรานสิตก็ติดตามดาวเทียมเหล่านี้เช่นกัน โดยใช้หลักการเดียวกัน ใน การระบุตำแหน่งของดาวเทียมภายในวงโคจร ข้อมูลตำแหน่งของดาวเทียมถูกนำมาใช้ในการรวบรวมข้อมูลแรงต้านวงโคจร รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในชั้นบรรยากาศเบื้องบนและสนามโน้มถ่วงของโลก
Beacon Explorer-AและBeacon Explorer-Bยังติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณที่ใช้งานร่วมกับ Transit ได้อีกด้วย
ดาวเทียมติดตาม
รายชื่อดาวเทียมทรานสิต: [ 28 ]
- ทรานสิต 1A (17.09.1959, การปล่อยล้มเหลว) [ 29 ]
- การขนส่ง 1B (13.04.1960) [ 29 ]
- ขนส่ง 2A (22.06.1960) [ 30 ]
- Transit 2B (ไม่ได้เปิดตัว) [ 30 ]
- การขนส่ง 3A (30.11.1960 การปล่อยล้มเหลว) [ 31 ]
- การขนส่ง 3B (22.02.1961) [ 31 ]
- การขนส่ง 4A (29.06.1961) [ 32 ]
- ทรานสิท 4B (15.11.1961) [ 32 ]
- การขนส่ง 5A 1 (19.12.1962) [ 33 ]
- Transit 5A 2 (05.04.1963, การปล่อยล้มเหลว) [ 33 ]
- การขนส่ง 5A 3 (16.06.1963) [ 33 ]
- การขนส่ง 5BN 1 และการขนส่ง 5E-1 (28.09.1963) [ 34 ] [ 35 ]
- การขนส่ง 5BN 2 และการขนส่ง 5E-3 (05.12.1963) [ 34 ] [ 36 ]
- Transit 5BN 3 และ Transit 5E-2 (21.04.1964 การปล่อยล้มเหลว) [ 34 ] [ 37 ]
- การขนส่ง 5C 1 (04.06.1964) [ 38 ]
- Transit 5C 2 (ไม่ได้เปิดตัว) [ 38 ]
- การขนส่ง 5E-4 (ยกเลิก) [ 39 ]
- Transit 5E-5 และ Transit-O 1 ถึง 32 (พ.ศ. 2507 ถึง พ.ศ. 2531) [ 40 ] [ 41 ]
ดาวเทียมนำทาง Transit อื่นๆ: [ 28 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- สารานุกรมอวกาศ