Orbitaaldünaamika teegi OREKIT kasutamine satelliitside kontaktide optimaalseks planeerimiseks

Abstract

Alates 7. maist on Eesti kosmoseriik ja meie kosmosemissiooni edukaks opereerimiseks kasutame satelliitsidejaamu, mille juhtimiseks on kasutusel vabavaralisel raamistikul Hummingbird põhinev missioonijuhtimistarkvara (MCS – ingl k. Mission Control Software). Raamistik Hummingbird on laialdase kasutusalaga tarkvaraplatvorm seadmete töö jälgimiseks ja juhtimiseks. Paraku on raamistikust puudu satelliitside jaoks oluline komponent, mis võimaldaks ette planeerida sidekontakte satelliitide ja maajaamade vahel. Minu bakalaureusetöö eesmärgiks on luua komponent, mis suudaks ette planeerida sidekontakte satelliitide ja maajaamade vahel. Komponendi eesmärk on arvutada satelliidi operaatori poolt ette antud ajavahemikul kõik kontaktid ja kontakte iseloomustavad parameetrid. Kontakte iseloomustavate parameetrite abil valmistatakse maajaamad ülelennuks valmis – pööratakse paika antennid ja seadistatakse raadiosagedused. Arvutuste tegemiseks kasutan Java teeki OREKIT. OREKIT meetodite abil saab arvutada kontaktide toimumise alguse ning lõpu ajad ja parameetrid. Parameetriteks on näiteks asimuut, elevatsioon, Doppleri nihe, signaali sumbuvus, maajaama ja satelliidi vaheline kaugus ning signaali viivitus. Lisaks kontaktide arvutamisele on operaatorite igapäevaseks väljakutseks piiratud maajaamade ressursside optimaalne kasutamine mitmete satelliitide missioonide läbiviimiseks. Optimeerimist vajavad juhud võib jaotada kolmeks: kui kasutada on üks satelliit ja mitu maajaama, üks maajaam ja mitu satelliiti või mitu maajaama ja mitu satelliiti. Antud töös keskendutakse ühe satelliidi ja mitme maajaama sidekontaktide optimeerimisele, käsitledes teoreetilisi lahendusi, mis võtavad arvesse sideoperaatorite vajadusi.

Since 7th of May Estonia is space-country and for successful operating of our space-mission we use satellite ground stations. For operating ground stations we use Mission Control Software MCS, which is based on open-source framework Hummingbird. Hummingbird is infrastructure for building monitoring and control systems for remote assets. Unfortunately framework is missing component, that has the capability to plan contacts between satellites and ground stations. Aim of this thesis is to design and program software, which is able to calculate contact times between satellites and ground stations. Software component has to calculate all possible contacts and parameters for characterizing contact in given time period. Parameters are for ground stations to pre-set antennas and radio frequencies. For calculations is used free Java library OREKIT. Using specific methods from OREKIT it is possible to calculate contact start and end time and parameters. For example parameters are azimuth, elevation, Doppler shift, signal loss, signal delay and distance between satellite and ground station, Besides contact calculation there is another problem for satellite operators. Daily challenges are to optimize using ground stations for different satellites. Different optimization cases are: one satellite and multiple ground stations, multiple satellites and one ground stations and multiple satellites and multiple ground stations. In this thesis the focus is on one satellite and multiple ground stations optimization problem.