Astriónicos

Los magnetómetros miden la intensidad del campo magnético terrestre en una dirección. Para mediciones en los tres ejes, el dispositivo requerido constaría de tres magnetómetros ortogonales. Dada la posición de la nave espacial, las mediciones del campo magnético se pueden comparar con un campo magnético conocido, proporcionado por el modelo del Campo Geomagnético de Referencia Internacional . Las mediciones realizadas por los magnetómetros se ven afectadas por el ruido, que consiste en errores de alineación, errores del factor de escala y la actividad eléctrica de la nave espacial. Para órbitas cercanas a la Tierra, el error en la dirección del campo modelado puede variar de 0,5 grados cerca del Ecuador a 3 grados cerca de los polos magnéticos, donde las corrientes aurorales erráticas desempeñan un papel importante. ^{[ 1 ] : 258} La limitación de dicho dispositivo es que, en órbitas lejos de la Tierra, el campo magnético es demasiado débil y, de hecho, está dominado por el campo interplanetario, que es complejo e impredecible.

Un sensor solar funciona con la luz que entra por una delgada rendija en la parte superior de una cámara rectangular, la cual proyecta la imagen de una línea fina en la parte inferior de la cámara, la cual está revestida con una red de células fotosensibles. Estas células miden la distancia de la imagen a un eje central y, utilizando la altura de la cámara, pueden determinar el ángulo de refracción. Las células funcionan según el efecto fotoeléctrico . Los fotones incidentes excitan los electrones, generando así un voltaje a través de la célula, que a su vez se convierte en una señal digital. Al colocar dos sensores perpendiculares entre sí, se puede medir la dirección completa del Sol con respecto a los ejes de los sensores.

Este sensor es sencillo, ya que con una sola señal se pueden determinar muchas características. Una señal contiene la identificación del satélite, la posición, la duración de la señal propagada y la información del reloj. ^{[ 2 ]} Mediante una constelación de 36 satélites GPS, de los cuales solo se necesitan cuatro, se pueden determinar la navegación, el posicionamiento, la hora precisa, la órbita y la actitud. Una ventaja del GPS es que todas las órbitas, desde la órbita terrestre baja hasta la órbita geoestacionaria , pueden utilizarlo para el sistema de control de actitud (ACS).

El propósito de un sistema de comandos es proporcionar a la nave espacial un conjunto de instrucciones para ejecutar. Los comandos para una nave espacial se ejecutan según su prioridad. Algunos comandos requieren ejecución inmediata; otros pueden especificar tiempos de retardo particulares que deben transcurrir antes de su ejecución, un tiempo absoluto en el que debe ejecutarse el comando, o un evento o combinación de eventos que deben ocurrir antes de que se ejecute el comando. ^{[ 1 ] : 600} Las naves espaciales realizan una variedad de funciones en función del comando que reciben. Estas incluyen: la alimentación que se debe aplicar o retirar de un subsistema o experimento de la nave espacial, la modificación de los modos de operación del subsistema y el control de diversas funciones de la guía y el ACS de la nave espacial. Los comandos también controlan brazos, antenas, paneles solares y cubiertas protectoras. Un sistema de comandos también puede utilizarse para cargar programas completos en la RAM de subsistemas programables a bordo basados ​​en microprocesadores. ^{[ 1 ] : 601}

La señal de radiofrecuencia transmitida desde tierra es recibida por el receptor de comandos, donde se amplifica y demodula. La amplificación es necesaria debido a la baja intensidad de la señal tras recorrer largas distancias. El siguiente componente del sistema de comandos es el decodificador. Este dispositivo analiza la señal de subportadora y detecta el mensaje de comando que transporta. La salida del decodificador suele ser datos sin retorno a cero . El decodificador también proporciona información de reloj a la lógica de comandos, indicándole cuándo un bit es válido en la línea de datos serie. El flujo de bits de comando enviado al procesador de comandos presenta una característica única para las naves espaciales. Entre los diferentes tipos de bits enviados, el primero son los bits de dirección de la nave espacial. Estos contienen un código de identificación específico para una nave espacial en particular e impiden que otra nave ejecute el comando previsto. Esto es necesario debido a que existen numerosos satélites que utilizan la misma frecuencia y tipo de modulación. ^{[ 1 ] : 606}

El microprocesador recibe entradas del decodificador de comandos, las procesa según un programa almacenado en ROM o RAM y, a continuación, envía los resultados al circuito de interfaz. Debido a la gran variedad de tipos de comandos y mensajes, la mayoría de los sistemas de comandos se implementan mediante microprocesadores programables. El tipo de circuito de interfaz necesario depende del comando enviado por el procesador. Estos comandos incluyen comandos de relé, de pulso, de nivel y de datos. Los comandos de relé activan las bobinas de los relés electromagnéticos en la unidad central de conmutación de potencia. Los comandos de pulso son pulsos cortos de voltaje o corriente que la lógica de comandos envía al subsistema correspondiente. Un comando de nivel es idéntico a un comando de pulso lógico, con la diferencia de que se entrega un nivel lógico en lugar de un pulso lógico. Los comandos de datos transfieren palabras de datos al subsistema de destino. ^{[ 1 ] : 612–615}

Las órdenes a una nave espacial serían inútiles si el control terrestre no supiera qué está haciendo la nave. La telemetría incluye información como:

• Datos de estado relativos a los recursos, el estado, la orientación y el modo de operación de la nave espacial.
• Datos científicos recopilados por sensores a bordo (telescopios, espectrómetros, magnetómetros, acelerómetros, electrómetros, termómetros, etc.)
• Datos específicos sobre la órbita y la sincronización de las naves espaciales que pueden utilizarse para la guía y navegación de vehículos terrestres, marítimos o aéreos.
• Imágenes capturadas por cámaras a bordo (visibles o infrarrojas).
• Ubicación de otros objetos, ya sea en la Tierra o en el espacio, que están siendo rastreados por la nave espacial.
• Datos de telemetría que se han retransmitido desde tierra o desde otra nave espacial en una constelación de satélites ^{[ 1 ] : 617}

El sistema de telemetría se encarga de la adquisición de datos de los sensores, acondicionadores, selectores y convertidores, para su procesamiento, incluyendo compresión, formato y almacenamiento, y finalmente para la transmisión, que incluye codificación, modulación, transmisión y la antena.

Hay varias características únicas del diseño de sistemas de telemetría para naves espaciales. Una de ellas es el enfoque del hecho de que para cualquier satélite dado en LEO , debido a que viaja tan rápido, puede estar en contacto con una estación particular solo durante diez a veinte minutos. Esto requeriría cientos de estaciones terrestres en comunicación constante, lo cual no es nada práctico. Una solución a esto es el almacenamiento de datos a bordo . El almacenamiento de datos puede acumular datos lentamente a lo largo de la órbita y descargarlos rápidamente cuando está sobre una estación terrestre . En misiones de espacio profundo, el registrador a menudo se usa de la manera opuesta, para capturar datos de alta velocidad y reproducirlos lentamente a través de enlaces de velocidad de datos limitada. ^{[ 1 ] : 567} Otra solución son los satélites de retransmisión de datos. La NASA tiene satélites en GEO llamados TDRS, Satélites de Seguimiento y Retransmisión de Datos , que retransmiten comandos y telemetría de satélites LEO. Antes de TDRS, los astronautas podían comunicarse con la Tierra solo durante aproximadamente el 15% de la órbita, utilizando 14 estaciones terrestres de la NASA alrededor del mundo. Con TDRS, la cobertura de satélites de baja altitud es global, desde una única estación terrestre en White Sands, Nuevo México . ^{[ 1 ] : 569}

Otra característica única de los sistemas de telemetría es la autonomía. Las naves espaciales requieren la capacidad de monitorear sus funciones internas y actuar en función de la información sin interacción con el control terrestre. La necesidad de autonomía surge de problemas como la cobertura terrestre insuficiente, la geometría de la comunicación, la proximidad a la línea Tierra-Sol (donde el ruido solar interfiere con las radiofrecuencias) o simplemente por motivos de seguridad. La autonomía es importante para que el sistema de telemetría tenga la capacidad de monitorear las funciones de la nave espacial y los sistemas de comando puedan dar las órdenes necesarias para reconfigurarse según las necesidades de la acción a realizar. Este proceso consta de tres pasos:

1. El sistema de telemetría debe ser capaz de reconocer cuándo una de las funciones que está monitorizando se desvía de los rangos normales.

2. El sistema de comandos debe saber cómo interpretar las funciones anormales, para poder generar una respuesta de comando adecuada.

3. Los sistemas de mando y telemetría deben ser capaces de comunicarse entre sí. ^{[ 1 ] : 623}