Galileo: Fortsat mystik om kuk i satellituret

Illustration: ESA

Det er stadig lidt at et mysterium, hvorfor flere af atomurene på Galileo-satellitterne ikke virker, som de skal, kunne vi i går fortælle.

Læs også: Sløj start for europæisk navigation: Galileos ure går i stykker

ESA’s chef for Galileo-programmet Javier Benedicto oplyser dog til SpaceIntel Report, at fejlen sandsynligvis ikke har forbindelse til kerneteknologien, som er leveret af det schweiziske firma SpectraTime.

Han beretter, at fejlen sandsynligvis er forbundet med et ydre kredsløb eller komponent, som under uregelmæssig operation kan lede til en fejl i selve uret.

»Vi har 72 ure i kredsløb i dag, og der har været fejl på seks af disse. Vi har ikke været i stand til at genskabe samme fejl på Jorden,« forklarer Javier Benedicto.

Fejlene er foreløbig opstået på fire forskellige satellitter.

Javier Benedicto formoder, at en mulig måde til at løse problemet på, kan være at modificere driftsprocedurerne. Men da man endnu ikke har helt styr på, hvordan fejlen opstår, har ESA for en sikkerheds skyld besluttet at udskyde den næste opsendelse af fire Galileo-satellitter fra august-september til november-december. Opsendelsen skal ske med en Ariane 5-raket.

Fire ure på hver satellit - et er nok

Alle satellitter i navigationssystemer er forsynet med meget nøjagtige atomure, for at man kan bestemme en position på Jorden med stor nøjagtighed.

Hver Galileo-satellit er forsynet med fire meget præcise ure. Det er tilstrækkeligt, at blot et enkelt ur fungerer korrekt. De andre fungerer som backup.

Der er to ure baseret på en passiv hydrogen-maser og to ure baseret på rubidium.

Det russiske system Glonass bruger udelukkende cæsium-ure. GPS-satellitter har for de fleste s vedkommende både har cæsium-ure og rubidium-ure - visse GPS-satellitter har dog udelukkende rubidium-ure, som anses for være det bedste kompromis mellem pris, størrelse og specifikation.

Galileo-satellitternes to rubidium-ure vejer hver 3,3 kg og har en stabilitet bedre end 1 sekund pr. en million år.

Galileo-satellitternes ure er baseret på en passiv hydrogen-maser og er tre gange mere stabil. Såfremt de fungerer korrekt, kan de derfor give den mest nøjagtige positionsbestemmelse for de enheder, der har kontakt med satellitten.

Galileo er det eneste satellitnavigationssystem, der benytter hydrogen masere, men de har været anvendt i mange andre satellitter uden problemer. SpecraTime har leveret disse til både ESA og rumagenturerne i Indien samt Kina.

Maser kom før laser

Maser er en forkortelse for 'microwave amplification by stimulated emission of radiation'. Den første maser blev bygget i 1953 ved Columbia University i USA, og da man syv år senere lavede de første optiske maser, som udsendte lys i stedet for mikrobølger, skiftede man m med l og kaldte dem for lasere.

Det teoretiske grundlag for både masere og lasere blev formuleret af Albert Einstein allerede i 1917.

Læs også: Einsteins dristige hypoteser banede vejen for laseren

Virkemåden for masere (og lasere) er baseret på, at et kvantesystem kan findes i to energitilstande. Det er henfaldet fra den ene energitilstand til den anden, der bestemmer frekvensen eller bølgelængden af den udsendte elektromagnetiske stråling.

I en hydrogen-maser er der tale om hydrogenatomer, der giver anledning til en meget præcis frekvens på 1420.4057517 MHz.

Det er det italienske firma Selex ES, der lever det samlede hydrogen-maser ur til ESA baseret på SpectraTimes kerneteknologi.

Emner : Satellitter
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er så vidt jeg ved ikke rigtigt: Der skal være mindst to ure der virker,

Hvordan forstår du så denne kommentar, PHK

One satellite has suffered two outages, meaning it still has a backup capacity in the event of a third failure, European Space Agency Director-General Jan Woerner said Jan. 18.

fra SpaceIntel Reports

og begrebet 'quadruple redundancy'

som ESA selv skriver om her http://www.esa.int/Our_Activities/Navigati...

  • 7
  • 0

Hvordan forstår du så denne kommentar, PHK

One satellite has suffered two outages, meaning it still has a backup capacity in the event of a third failure, European Space Agency Director-General Jan Woerner said Jan. 18.

Uden at vide en dyt om detaljerne....

Der er flere måde et ur kan fejle på. Det kan enten være dødt og ikke give noget signal overhovedet, eller det kan løbe forkert. Det første er nemt at detektere, det andet ikke. PHK mener vel at hvis man skal opdage det løber forkert, skal man have to, der sammenlignes med hinanden.

Det er velsagtens arrangeret som 2+2 redundans hvor urene er arrangeret i to uafhængige par; Urene i hvert par skal så være enige om hvad klokken er inden for en given tolerance, eller blive dømt defekt, hvorefter der skiftes til det andet par. Det var det princip der anvendtes på rumfærgen, hvor man havde fire primære computere, der var arrangeret i to par af to. Hvis et par svigtede skiftede man til det andet, hvis dette også svigtede skiftede man til en femte computer, der kørte et stærkt simplificeret nødprogram.

Det ville være naturligt at man anvender de mere stabile hydrogen maserne som primært par, og rubidium urene som sekundært par.

  • 0
  • 0

Det er så vidt jeg ved ikke rigtigt: Der skal være mindst to ure der virker, for ellers er der ikke noget den autonome fejl-detektering kan sammenligne den operationelle frekvensstandard imod.

For at kunne lave en afstemning må man have tre ure, der virker.

Er der kun to, kan man autonomt ikke vide hvilket, der går rigtigt.

Men en jordstation, der ikke flytter sig, må vel kunne fortælle satellitten at uret går forkert, når der kommer et signal, der påstår at jordstationen ligger et andet sted.

  • 6
  • 0

Det er jo gætværk, Martin Kristiansen. Jeg synes ikke, jeg kunne skrive anderledes end jeg gjorde, når jeg kan læse i SpaceIntel Reports.

"The fact that each satellite has four clocks and needs only one .."

og forfatteren til den artikel er sandsynligvis den mest vidende space-journalist i Europa.

  • 9
  • 0

Det er velsagtens arrangeret som 2+2 redundans hvor urene er arrangeret i to uafhængige par;

Nej, det er fire uafhængige ure der kan bruges i vilkårlige konfigurationer.

Selvfølgelig kan man godt køre satelitten med bare en atomfrekvensnormal, man bliver bare nødt til at sette flaget i nav-msg der siger at den ikke selv kan se hvis den er syg.

Netop dette "integrity" check er en af de ting Galileo er blevet blæst op på.

Så ja, de kan køre vingeskudt med blot en atomfrekvensnormal, men hvis de skal leve op til deres egen PR skal der være mindst to der virker.

  • 4
  • 0

For at kunne lave en afstemning må man have tre ure, der virker.

Det bliver der under ingen omstændigheder tale om med Galileo.

GPS kan vist nok, når de kører i "hvor blev jorden af?" mode, men det er ikke noget der nogensinde er fremkommet detaljer om.

For Galileo er det et "go/nogo" check: De atomfrekvensnormaler der er sat operative af jorden skal være enige, ellers flag'es signalet som "ikke troværdigt".

  • 1
  • 0
  • men hold lige fast ved, at urets (urenes) formål er, at sikre synkron udsendelse af signalerne fra alle satellitter. Modtagerne, kan så - fordi det er simpelt - måle faseforskellen mellem de samtidigt afsendte signaler og derved beregne en tidsforskel som omsættes til afstandsforskelle. Og dermed et "usikkerhedsområde" for position på geoiden. Også tiden findes på samme måde. Og er der mindst 4 satellitter også højden.

Så uden samtidig udsendelse, ingen position og tid hos hodtagerne.

  • 2
  • 1

Men en jordstation, der ikke flytter sig, må vel kunne fortælle satellitten at uret går forkert, når der kommer et signal, der påstår at jordstationen ligger et andet sted.

En satellit vil altid flytte sig, i forhold til en jordstation - og en jordstation altid i forhold til satellitten. Dertil kan atmosfæren sandsynligvis også introducere småfejl. Så en måling, af en så lille fejl, som det her er tale om, tror jeg ikke kan gøres ved en enkelt måling.

Satellitten drejer omkring jorden, og når samme sted efter 12 timer. En periode, vil sandsynligvis kunne bruges til at bestemme urets præcision. Og ikke mindst, vil man kunne finjustere urets hastighed for hver passage. Derved kompenseres også for, hvis satellitten ikke er placeret helt præcist. Atomurets klokfrekvens går faktisk ud, og bruges ikke til noget. Den eneste årsag til der bruges atomur, er at opnå en god nøjagtighed i den efterfølgende periode på 12 timer, inden den finjusteres næste gang, samt hvis infrastrukturen bombes, så det ikke er muligt at udføre finjustering.

Ved differentiel GPS er også muligt at kompensere for GPS urenes frekvens. Det betyder, at hvis den bare kører med nogenlunde konstant hastighed, mellem jordstationerne, så betyder en absolut fejl intet. Det kan jordstationerne nemt kompensere for, ved at positionen af dem kendes, og ved de taler sammen. Desto flere jordstationer der er, og desto tættere de ligger, desto mindre betyder en langsom vandring af frekvensen noget, da hver enkelt reelt kan bestemme frekvensen, sammen med de andre jordstationer, der er tæt på.

Jeg tror, at motivationen for atomuret alene ligger i GPS's militære anvendelser - fordi at det så kan fungere uafhængigt af jorden, og over fjendtligt område, hvor der ikke er mulighed for jordstationer.

De eneste, der har udviklet et GPS uden mulighed for militært brug er japanerne. De har udviklet et system uden atom ur, der er mere præcist, men kun vil kunne fungere over Japan.

  • 1
  • 0

Jeg tror, at motivationen for atomuret alene ligger i GPS's militære anvendelser

Nej, det følger direkte af den præcision man ønsker som det færdige resultat.

Hvis man "nøjes" med kvartskrystaller i ovne, vil det kræve konstant (= en gang hver 3 time) opdatering af "navdata" fra jorden og usikkerheden (DOP) i modtagerne vil stige med ca. en faktor 10.

Det betyder at i stedet for at kende din position med 4-10m usikkerhed, vil du kun kende den med 40-100m usikkerhed (i åbent land! - glem alt om inde i byerne)

  • 1
  • 0

Jeg beklager, men det meste af det du skriver er faktuelt forkert.

Jeg har i mit tidligere indlæg meget kort forklaret urenes formål - nemlig samtidig udsendelse af signal fra alle satellitter. Det gælder ALLE systemer. Det er korrekt, at satellitterne "ikke står fast på himlen". Denne variation er nedlagt i en tabel som alle e.g. GPS-modtagere downloader og benytter til korrektionsberegning - altså et udtryk for satellitbanernes ændring over tid. Satellitternes omløbstid er iøvrigt omkring 100 minutter. De atmosfæriske forstyrrelse (forsinkelse af transmissionerne) kompenseres blandt andet ved brug af to frekenser, som har forskellig forsinkelse (ligesom difraktion af lys i et prisme). Differential-GPS er et korrektionssignal til den beregnede position. Dvs. position og tid beregnes ved at løse 3-4 ligninger, hvorefter differential-korrektionen anvendes.

  • 2
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten