एस्ट्रियोनिक्स

एस्ट्रियोनिक्स अंतरिक्ष यान में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रानिक्स, सबसिस्टम और घटकों के विकास और अनुप्रयोग का विज्ञान और तकनीक है। एक अंतरिक्ष यान पर लगे इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम  अंतः स्थापित प्रणालियाँ  हैं और इसमें रवैया निर्धारण और नियंत्रण, संचार, कमांड और टेलीमेट्री, और कंप्यूटर सिस्टम शामिल हैं। सेंसर एक अंतरिक्ष यान पर इलेक्ट्रॉनिक घटकों को संदर्भित करता है।

इंजीनियरों के लिए डिजाइन प्रक्रिया में किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण विचारों में से एक पर्यावरण है जिसमें अंतरिक्ष यान प्रणालियों और घटकों को संचालित और सहन करना चाहिए। अंतरिक्ष वातावरण के लिए डिजाइनिंग सिस्टम और घटकों की चुनौतियों में इस तथ्य से अधिक शामिल है कि अंतरिक्ष एक निर्वात है।

सिंहावलोकन
सबसे महत्वपूर्ण भूमिकाओं में से एक इलेक्ट्रॉनिक्स और सेंसर एक मिशन में खेलते हैं और एक अंतरिक्ष यान का प्रदर्शन इसके दृष्टिकोण को निर्धारित और नियंत्रित करना है, या यह अंतरिक्ष में कैसे उन्मुख है। मिशन के आधार पर एक अंतरिक्ष यान का उन्मुखीकरण भिन्न होता है। अंतरिक्ष यान को स्थिर और हमेशा पृथ्वी की ओर इशारा करने की आवश्यकता हो सकती है, जो कि मौसम या संचार उपग्रह के मामले में है। हालाँकि, एक अक्ष के बारे में अंतरिक्ष यान को ठीक करने और फिर इसे घुमाने की आवश्यकता भी हो सकती है। रवैया निर्धारण और नियंत्रण प्रणाली, रवैया नियंत्रण प्रणाली, यह सुनिश्चित करती है कि अंतरिक्ष यान सही ढंग से व्यवहार कर रहा है। नीचे कई तरीके दिए गए हैं जिनसे ACS इसे निर्धारित करने के लिए आवश्यक माप प्राप्त कर सकता है।

मैग्नेटोमीटर
मैग्नेटोमीटर एक दिशा में पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को मापते हैं। सभी तीन अक्षों पर मापन के लिए आवश्यक उपकरण में तीन ऑर्थोगोनल मैग्नेटोमीटर शामिल होंगे। अंतरिक्ष यान की स्थिति को देखते हुए, चुंबकीय क्षेत्र मापन की तुलना एक ज्ञात चुंबकीय क्षेत्र से की जा सकती है जो अंतर्राष्ट्रीय भू-चुंबकीय संदर्भ क्षेत्र मॉडल द्वारा दिया गया है। मैग्नेटोमीटर द्वारा किए गए माप संरेखण त्रुटि, स्केल कारक त्रुटियों और अंतरिक्ष यान विद्युत गतिविधि से युक्त शोर से प्रभावित होते हैं। निकट-पृथ्वी कक्षाओं के लिए, मॉडल की गई क्षेत्र दिशा में त्रुटि भूमध्य रेखा के पास 0.5 डिग्री से लेकर चुंबकीय ध्रुवों के पास 3 डिग्री तक भिन्न हो सकती है, जहां अनियमित ऑरोरल धाराएं बड़ी भूमिका निभाती हैं। ऐसे उपकरण की सीमा यह है कि पृथ्वी से दूर की कक्षाओं में, चुंबकीय क्षेत्र बहुत कमजोर होता है और वास्तव में अंतर्ग्रहीय क्षेत्र का प्रभुत्व होता है जो जटिल और अप्रत्याशित होता है।

सूर्य संवेदक
एक सूर्य संवेदक एक आयताकार कक्ष के शीर्ष पर एक पतली भट्ठा में प्रवेश करने वाले प्रकाश पर काम करता है जो कक्ष के तल पर एक पतली रेखा की छवि बनाता है, जो प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाओं के नेटवर्क के साथ पंक्तिबद्ध होता है। ये कोशिकाएँ एक केंद्र रेखा से छवि की दूरी को मापती हैं और कक्ष की ऊँचाई का उपयोग करके अपवर्तन के कोण को निर्धारित कर सकती हैं। कोशिकाएं प्रकाश विद्युत प्रभाव के आधार पर काम करती हैं। आने वाले फोटॉन इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करते हैं और इसलिए पूरे सेल में एक वोल्टेज पैदा करते हैं, जो बदले में, एक डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित हो जाता है। सेंसर अक्षों के संबंध में सूर्य की पूरी दिशा को एक दूसरे के लंबवत दो सेंसर लगाकर मापा जा सकता है।

डिजिटल सौर पहलू डिटेक्टर
डीएसएडी के रूप में भी जाना जाता है, ये उपकरण विशुद्ध रूप से डिजिटल सन सेंसर हैं। वे यह निर्धारित करके सूर्य के कोणों का निर्धारण करते हैं कि सेंसर में प्रकाश के प्रति संवेदनशील कोशिकाओं में से कौन सी सबसे अधिक प्रदीप्त है। पड़ोसी पिक्सेल से टकराने वाली प्रकाश की तीव्रता को जानकर, सूर्य के केन्द्रक की दिशा की गणना कुछ आर्कसेकंड के भीतर की जा सकती है।

स्टेटिक
स्थैतिक पृथ्वी क्षितिज संवेदकों में पृथ्वी की सतह से थोड़े बड़े दृश्य क्षेत्र के साथ कई संवेदक और पृथ्वी की सतह से संवेदी अवरक्त विकिरण होते हैं। भू-केंद्र के निर्धारण की सटीकता पृथ्वी के निकट की कक्षा में 0.1 डिग्री से लेकर GEO में 0.01 डिग्री तक है। उनका उपयोग आम तौर पर एक गोलाकार कक्षा वाले अंतरिक्ष यान तक ही सीमित है।

स्कैनिंग
स्कैनिंग पृथ्वी क्षितिज सेंसर एक कताई दर्पण या प्रिज्म (प्रकाशिकी)  का उपयोग करते हैं और प्रकाश की एक संकीर्ण किरण को संवेदन तत्व पर केंद्रित करते हैं जिसे आमतौर पर बोलोमीटर कहा जाता है। कताई डिवाइस को एक शंकु के क्षेत्र को बाहर निकालने का कारण बनता है और सेंसर के अंदर इलेक्ट्रॉनिक्स यह पता लगाता है कि पृथ्वी से इन्फ्रारेड सिग्नल पहले प्राप्त होता है और फिर खो जाता है। बीच के समय का उपयोग पृथ्वी की चौड़ाई निर्धारित करने के लिए किया जाता है। इससे रोल एंगल का पता लगाया जा सकता है। इस तरह के सेंसर की सटीकता में भूमिका निभाने वाला एक कारक यह तथ्य है कि पृथ्वी पूरी तरह से गोलाकार नहीं है। दूसरा यह है कि संवेदक भूमि या महासागर का पता नहीं लगाता है, लेकिन वातावरण में अवरक्त है जो मौसम और अक्षांश के कारण कुछ तीव्रता तक पहुंच सकता है।

जीपीएस
यह संवेदक सरल है कि एक संकेत का उपयोग करके कई विशेषताओं को निर्धारित किया जा सकता है। एक सिग्नल में उपग्रह की पहचान, स्थिति, प्रचारित सिग्नल की अवधि और घड़ी की जानकारी होती है। 36 GPS  उपग्रहों के समूह का उपयोग करते हुए, जिनमें से केवल चार की आवश्यकता है, नेविगेशन, स्थिति, सटीक समय, कक्षा और रवैया निर्धारित किया जा सकता है। जीपीएस का एक फायदा यह है कि  कम पृथ्वी की कक्षा  से लेकर  भू-समकालिक कक्षा  तक सभी ऑर्बिट एसीएस के लिए जीपीएस का इस्तेमाल कर सकते हैं।

सिंहावलोकन
एक अन्य प्रणाली जो एक अंतरिक्ष यान के लिए महत्वपूर्ण है, कमांड और टेलीमेट्री प्रणाली है, वास्तव में, यह बेमानी होने वाली पहली प्रणाली है। जमीन से अंतरिक्ष यान तक संचार कमांड सिस्टम की जिम्मेदारी है। टेलीमेट्री सिस्टम अंतरिक्ष यान से जमीन तक संचार को संभालता है। जमीनी स्टेशनों से सिग्नल अंतरिक्ष यान को आदेश देने के लिए भेजे जाते हैं कि क्या करना है, जबकि टेलीमेट्री उन आदेशों की स्थिति पर वापस रिपोर्ट करती है जिसमें अंतरिक्ष यान के महत्वपूर्ण डेटा और मिशन विशिष्ट डेटा शामिल हैं।

कमांड सिस्टम
कमांड सिस्टम का उद्देश्य अंतरिक्ष यान को प्रदर्शन करने के लिए निर्देशों का एक सेट देना है। अंतरिक्ष यान के लिए आदेश प्राथमिकता के आधार पर क्रियान्वित किए जाते हैं। कुछ आदेशों को तत्काल निष्पादन की आवश्यकता होती है; अन्य विशेष विलंब समय निर्दिष्ट कर सकते हैं जो उनके निष्पादन से पहले समाप्त हो जाना चाहिए, एक पूर्ण समय जिस पर कमांड को निष्पादित किया जाना चाहिए, या एक घटना या घटनाओं का संयोजन जो कमांड के निष्पादित होने से पहले होना चाहिए। अंतरिक्ष यान उन्हें मिलने वाले आदेश के आधार पर कई प्रकार के कार्य करता है। इनमें शामिल हैं: एक अंतरिक्ष यान सबसिस्टम या प्रयोग पर लागू या हटाने की शक्ति, सबसिस्टम के ऑपरेटिंग मोड को बदलना, और अंतरिक्ष यान मार्गदर्शन और एसीएस के विभिन्न कार्यों को नियंत्रित करना। कमांड बूम, एंटेना, सोलर सेल एरे और प्रोटेक्टिव कवर को भी नियंत्रित करते हैं। प्रोग्रामेबल, माइक्रो-प्रोसेसर आधारित, ऑनबोर्ड सबसिस्टम की रैम में पूरे प्रोग्राम को अपलोड करने के लिए एक कमांड सिस्टम का भी उपयोग किया जा सकता है।

जमीन से प्रसारित होने वाले रेडियो-फ्रीक्वेंसी सिग्नल को कमांड रिसीवर द्वारा प्राप्त किया जाता है और इसे प्रवर्धित और डिमॉड्युलेट किया जाता है। प्रवर्धन आवश्यक है क्योंकि लंबी दूरी तय करने के बाद सिग्नल बहुत कमजोर होता है। कमांड सिस्टम में अगला कमांड डिकोडर है। यह उपकरण सबकैरियर सिग्नल की जांच करता है और उस कमांड संदेश का पता लगाता है जो वह ले जा रहा है। डिकोडर के लिए आउटपुट सामान्य रूप से गैर वापसी करने वाली शून्य डेटा होता है। कमांड डिकोडर कमांड लॉजिक को घड़ी की जानकारी भी प्रदान करता है और यह कमांड लॉजिक को तब बताता है जब सीरियल डेटा लाइन पर बिट मान्य होता है। कमांड प्रोसेसर को भेजी जाने वाली कमांड बिट स्ट्रीम में अंतरिक्ष यान के लिए एक अनूठी विशेषता है। भेजे गए विभिन्न प्रकार के बिट्स में, पहला स्पेसक्राफ्ट एड्रेस बिट्स है। ये एक विशेष अंतरिक्ष यान के लिए एक विशिष्ट पहचान कोड रखते हैं और इच्छित आदेश को किसी अन्य अंतरिक्ष यान द्वारा निष्पादित करने से रोकते हैं। यह आवश्यक है क्योंकि समान आवृत्ति और मॉडुलन प्रकार का उपयोग करने वाले कई उपग्रह हैं।

माइक्रोप्रोसेसर कमांड डिकोडर से इनपुट प्राप्त करता है, इन इनपुटों पर एक प्रोग्राम के अनुसार संचालित होता है जो रोम या रैम में संग्रहीत होता है, और फिर परिणामों को इंटरफ़ेस सर्किट्री में आउटपुट करता है। क्योंकि कमांड प्रकार और संदेशों की इतनी विस्तृत विविधता है, अधिकांश कमांड सिस्टम प्रोग्रामेबल माइक्रो-प्रोसेसर का उपयोग करके कार्यान्वित किए जाते हैं। आवश्यक इंटरफ़ेस सर्किट्री का प्रकार प्रोसेसर द्वारा भेजे गए आदेश पर आधारित होता है। इन कमांड में रिले, पल्स, लेवल और डेटा कमांड शामिल हैं। रिले कमांड सेंट्रल पावर स्विचिंग यूनिट में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रिले के कॉइल को सक्रिय करते हैं। पल्स कमांड वोल्टेज या करंट के शॉर्ट पल्स होते हैं जो कमांड लॉजिक द्वारा उपयुक्त सबसिस्टम को भेजे जाते हैं। लेवल कमांड बिल्कुल लॉजिक पल्स कमांड की तरह होता है सिवाय इसके कि लॉजिक पल्स के बजाय लॉजिक लेवल डिलीवर किया जाता है। डेटा कमांड डेटा शब्दों को डेस्टिनेशन सबसिस्टम में ट्रांसफर करता है।

टेलीमेट्री सिस्टम
एक अंतरिक्ष यान के लिए कमांड बेकार होगा अगर जमीनी नियंत्रण को यह नहीं पता होगा कि अंतरिक्ष यान क्या कर रहा है। टेलीमेट्री में जानकारी शामिल है जैसे:
 * अंतरिक्ष यान संसाधनों, स्वास्थ्य, दृष्टिकोण और संचालन के तरीके से संबंधित स्थिति डेटा
 * ऑनबोर्ड सेंसर (दूरबीन, स्पेक्ट्रोमीटर, मैग्नेटोमीटर, एक्सेलेरोमीटर, इलेक्ट्रोमीटर, थर्मामीटर, आदि) द्वारा एकत्रित वैज्ञानिक डेटा।
 * स्पेसिफिक स्पेसक्राफ्ट ऑर्बिट और टाइमिंग डेटा जिसका इस्तेमाल जमीन, समुद्र या हवाई वाहनों द्वारा मार्गदर्शन और नेविगेशन के लिए किया जा सकता है
 * ऑनबोर्ड कैमरों द्वारा कैप्चर की गई छवियां (दृश्यमान या अवरक्त)
 * अन्य वस्तुओं के स्थान, या तो पृथ्वी पर या अंतरिक्ष में, जिन्हें अंतरिक्ष यान द्वारा ट्रैक किया जा रहा है
 * टेलीमेट्री डेटा जो जमीन से या किसी अन्य अंतरिक्ष यान से उपग्रह समूह में रिले किया गया है

टेलीमेट्री सिस्टम संपीडन, प्रारूप और भंडारण सहित प्रसंस्करण के लिए सेंसर, कंडीशनर, चयनकर्ताओं और कन्वर्टर्स से अधिग्रहण के लिए जिम्मेदार है, और अंत में ट्रांसमिशन के लिए, जिसमें एन्कोडिंग, मॉड्यूलेटिंग, ट्रांसमिटिंग और एंटीना शामिल है।

अंतरिक्ष यान के लिए टेलीमेट्री सिस्टम डिज़ाइन की कई अनूठी विशेषताएं हैं। इनमें से एक तथ्य यह है कि निम्न पृथ्वी कक्षा में किसी दिए गए उपग्रह के लिए, क्योंकि यह इतनी तेज़ी से यात्रा कर रहा है, यह केवल दस से बीस मिनट के लिए किसी विशेष स्टेशन के संपर्क में हो सकता है। इसके लिए लगातार संचार में रहने के लिए सैकड़ों ग्राउंड स्टेशनों की आवश्यकता होगी, जो बिल्कुल भी व्यावहारिक नहीं है। इसका एक समाधान ऑनबोर्ड डेटा स्टोरेज डिवाइस है। डेटा संग्रहण पूरी कक्षा में धीरे-धीरे डेटा जमा कर सकता है और ग्राउंड स्टेशन पर इसे जल्दी से डंप कर सकता है। गहरे अंतरिक्ष मिशनों में, उच्च-दर डेटा को कैप्चर करने और डेटा-दर-सीमित लिंक पर इसे धीरे-धीरे वापस चलाने के लिए, रिकॉर्डर को अक्सर विपरीत तरीके से उपयोग किया जाता है। एक अन्य समाधान डेटा रिले उपग्रह है। नासा के पास भूस्थैतिक कक्षा में टीडीआरएस, ट्रैकिंग और डेटा रिले उपग्रह नामक उपग्रह हैं, जो लियो उपग्रहों से कमांड और टेलीमेट्री रिले करते हैं। टीडीआरएस से पहले, दुनिया भर में नासा के 14 ग्राउंड स्टेशनों का उपयोग करते हुए, अंतरिक्ष यात्री कक्षा के केवल 15% के लिए पृथ्वी के साथ संवाद कर सकते थे। टीडीआरएस के साथ, व्हाइट सैंड्स, न्यू मैक्सिको के सिंगल ग्राउंड स्टेशन से कम ऊंचाई वाले उपग्रहों का कवरेज वैश्विक है।

टेलीमेट्री सिस्टम की एक और अनूठी विशेषता स्वायत्तता है। अंतरिक्ष यान को अपने आंतरिक कार्यों की निगरानी करने और ग्राउंड कंट्रोल इंटरैक्शन के बिना सूचना पर कार्य करने की क्षमता की आवश्यकता होती है। स्वायत्तता की आवश्यकता अपर्याप्त जमीन कवरेज, संचार ज्यामिति, पृथ्वी-सूर्य रेखा (जहां सौर शोर रेडियो आवृत्तियों के साथ हस्तक्षेप करती है), या केवल सुरक्षा उद्देश्यों के लिए बहुत निकट होने जैसी समस्याओं से उत्पन्न होती है। स्वायत्तता महत्वपूर्ण है ताकि टेलीमेट्री सिस्टम में पहले से ही अंतरिक्ष यान के कार्यों की निगरानी करने की क्षमता हो और कमांड सिस्टम में कार्रवाई की जरूरतों के आधार पर पुन: कॉन्फ़िगर करने के लिए आवश्यक आदेश देने की क्षमता हो। इस प्रक्रिया के तीन चरण हैं:

1. टेलीमेट्री सिस्टम को यह पहचानने में सक्षम होना चाहिए कि इसकी निगरानी करने वाले कार्यों में से एक सामान्य सीमा से परे विचलित हो जाता है।

2. कमांड सिस्टम को पता होना चाहिए कि असामान्य कार्यों की व्याख्या कैसे करें, ताकि यह उचित कमांड प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सके।

3. कमांड और टेलीमेट्री सिस्टम एक दूसरे के साथ संवाद करने में सक्षम होने चाहिए।

सेंसर
सेंसर को दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: स्वास्थ्य सेंसर और पेलोड सेंसर। स्वास्थ्य सेंसर अंतरिक्ष यान या पेलोड कार्यक्षमता की निगरानी करते हैं और इसमें तापमान सेंसर, स्ट्रेन गेज, जाइरोस और एक्सेलेरोमीटर शामिल हो सकते हैं। पेलोड सेंसर में रडार इमेजिंग सिस्टम और आईआर कैमरे शामिल हो सकते हैं। जबकि पेलोड सेंसर मिशन के मौजूद होने के कुछ कारणों का प्रतिनिधित्व करते हैं, यह स्वास्थ्य सेंसर हैं जो इष्टतम संचालन सुनिश्चित करने के लिए सिस्टम को मापते और नियंत्रित करते हैं।

यह भी देखें

 * वैमानिकी, समान, विमान के लिए

बाहरी संबंध

 * Spacecraft Electronics & Space Electronics
 * Spacecraft Electronics & Space Electronics