ग्राउंड सेगमेंट

उपग्रह अंतरिक्ष खंड और यूजर सेगमेंट के विपरीत, ग्राउंड सेगमेंट में ऑपरेटरों और सहायक कर्मियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले अंतरिक्ष उड़ान प्रणाली के सभी ग्राउंड-आधारित तत्व होते हैं। ग्राउंड सेगमेंट अंतरिक्ष यान के प्रबंधन और जमीन पर इच्छुक पार्टियों के बीच पेलोड (कंप्यूटिंग) और टेलीमेटरी के वितरण को सक्षम बनाता है। ग्राउंड सेगमेंट के प्राथमिक तत्व हैं:


 * भूमि स्टेशन(ग्राउंड या अर्थ स्टेशन), जो अंतरिक्ष यान के साथ रेडियो इंटरफेस प्रदान करते हैं।
 * मिशन नियंत्रण केंद्र (संचालन केंद्र), जहाँ से अंतरिक्ष यान का प्रबंधन किया जाता है।
 * रिमोट टर्मिनल (दूरसंचार), सहायक कर्मियों द्वारा उपयोग किया जाता है।
 * अंतरिक्ष यान प्रणाली एकीकरण परीक्षण सुविधाएं
 * अन्तरिक्ष तट(लॉन्च सुविधाएं)
 * ग्राउंड नेटवर्क(दूरसंचार नेटवर्क), जो अन्य क्षेत्रीय तत्वों के बीच संचार की अनुमति देता है

ये तत्व लगभग सभी अंतरिक्ष मिशनों में उपस्थित हैं, चाहे वह अंतरिक्ष का व्यावसायिक उपयोग हो, अंतरिक्ष का सैन्यीकरण हो अथवा अंतरिक्ष विज्ञान की रूपरेखा हो। वे एक साथ स्थित हो सकते हैं अथवा भौगोलिक रूप से भिन्न हो सकते हैं, और वे विभिन्न पार्टियों द्वारा संचालित हो सकते हैं। कुछ तत्व एक साथ कई अंतरिक्ष यान का समर्थन कर सकते हैं।

ग्राउंड स्टेशन
ग्राउंड स्टेशन टेलीमेट्री, ट्रैकिंग और कमांड (टीटी एंड सी) के साथ-साथ पेलोड डेटा ट्रांसमिशन और रिसेप्शन के लिए स्पेस और ग्राउंड सेगमेंट के बीच रेडियो दूरसंचार लिंक प्रदान करते हैं।  ट्रैकिंग नेटवर्क, जैसे नासा के पृथ्वी नेटवर्क के पास और अंतरिक्ष नेटवर्क, समय सहभाजन के माध्यम से कई अंतरिक्ष यान के साथ संचार को संभालते हैं। ग्राउंड स्टेशन उपकरण एक प्रकार का दूरस्थ निगरानी और नियंत्रण हो सकता है। अधिकांशतः ये ऐसे बैकअप स्टेशन होते हैं जिनसे रेडियो संपर्क बनाए रखा जा सकता है यदि प्राथमिक ग्राउंड स्टेशन पर कोई समस्या है जो इसे संचालित करने में असमर्थ है, जैसे कि प्राकृतिक आपदा आदि । संयुक्त राज्य संघीय सरकार की संचालन योजना की निरंतरता में ऐसी आकस्मिकताओं को माना जाता है।

ट्रांसमिशन और रिसेप्शन
एक अंतरिक्ष यान में एड(अपलिंक) होने के लिए संकेतों को पहले ग्राउंड नेटवर्क पैकेट, लाइन कोड से बेसबैंड, और मॉडुलन से निकाला जाना चाहिए, संचरण (दूरसंचार) निर्दिष्ट आकाशवाणी आवृति (आरएफ) बैंड में अप-परिवर्तित फ्रीक्वेंसी मिक्सर होने से पहले सामान्यतः माध्यमिक आवृत्ति (आईएफ) वाहक पर संशोधित किया जाना चाहिए। तब आरएफ सिग्नल उच्च शक्ति के लिए आरएफ शक्ति एम्पलीफायर होता है और ट्रांसमिशन के लिए वेवगाइड (विद्युत चुंबकत्व) के माध्यम से परवलयिक एंटीना तक ले जाया जाता है। ठंडी जलवायु में, परवलयिक परावर्तक पर बर्फ अथवा बर्फ के निर्माण को रोकने के लिए बिजली के हीटर अथवा गर्म हवा के झोंके आवश्यक हो सकते हैं।

प्राप्त (डाउनलिंक किए गए) सिग्नल आईएफ में डाउन-रूपांतरित होने से पहले निम्न-ध्वनि वाले एम्पलीफायर (अधिकांशतः एंटीना हब में स्थित होते हैं जिससे सिग्नल को तय की जाने वाली दूरी को कम किया जा सके) के माध्यम से निकलते है; इन दो कार्यों को निम्न-ध्वनि वाले निम्न-ध्वनि ब्लॉक डाउन कनवर्टर में जोड़ा जा सकता है। उसके बाद आईएफ सिग्नल डिमोड्यूलेशन होता है, और डेटा स्ट्रीम सेल्फ क्लॉकिंग सिग्नल और फ्रेम तुल्यकालन और डिकोडिंग के माध्यम से निकाला जाता है। डेटा त्रुटियाँ, जैसे सिग्नल गिरावट (दूरसंचार) के कारण होने वाली त्रुटियों की पहचान की जाती है, जहाँ संभव हो उन्हें ठीक किया जाता हैं। निकाले गए डेटा स्ट्रीम को तब नेटवर्क पैकेटित किया जाता है अथवा ग्राउंड नेटवर्क पर प्रसारण के लिए फाइलों में सहेजा जाता है। ग्राउंड स्टेशन अस्थायी रूप से कंप्यूटर डेटा भंडारण प्राप्त टेलीमेट्री को बाद में नियंत्रण केंद्रों पर प्लेबैक के लिए प्राप्त कर सकते हैं, अधिकांशतः जब ग्राउंड नेटवर्क बैंडविड्थ सभी प्राप्त टेलीमेट्री के रीयल-टाइम ट्रांसमिशन की अनुमति देने के लिए पर्याप्त नहीं होता है।

बैंडविड्थ और अन्य आवश्यकताओं के आधार पर एकल अंतरिक्ष यान विभिन्न टेलीमेट्री, कमांड और पेलोड डेटा स्ट्रीम (कंप्यूटिंग) के लिए कई आरएफ बैंड का उपयोग कर सकता है।

उड़ान का समय
अंतरिक्ष उड़ान (पास) का समय, जब अंतरिक्ष यान के लिए दृष्टि की रेखा उपस्थित होती है, उस समय ग्राउंड स्टेशनों के स्थान और अंतरिक्ष यान कक्षा अथवा प्रक्षेपवक्र की विशेषताओं द्वारा निर्धारित किया जाता है। अंतरिक्ष नेटवर्क क्षितिज पर उड़ान के समय के अवसरों का विस्तार करने के लिए भू-स्थिर टीडीआरएसएस का उपयोग करता है।

ट्रैकिंग और रेंजिंग
ग्राउंड स्टेशनों को अपने एंटेना को ठीक से इंगित करने के लिए रेडियो दिशा खोजक को ट्रैक करना चाहिए, और अंतरिक्ष यान की गति के कारण आरएफ आवृत्तियों के डॉपलर प्रभाव के लिए जिम्मेदार होना चाहिए। ग्राउंड स्टेशन स्वचालित रेंजिंग भी कर सकते हैं; रेंजिंग टोन कमांड और टेलीमेट्री सिग्नल के साथ बहुसंकेतन हो सकते हैं। ग्राउंड स्टेशन ट्रैकिंग और रेंजिंग डेटा को अंतरिक्ष यान टेलीमेट्री के साथ नियंत्रण केंद्र में भेज दिया जाता है, जहां वे अधिकांशतः कक्षा निर्धारण में उपयोग किए जाते हैं।

मिशन नियंत्रण केंद्र
मिशन नियंत्रण केंद्र अंतरिक्ष यान टेलीमेट्री की प्रक्रिया, विश्लेषण और वितरण करते हैं, और अंतरिक्ष यान को दूरसंचार, डेटा अपलोड और सॉफ्टवेयर का रखरखाव जारी करते हैं। क्रेवड अंतरिक्ष यान के लिए, मिशन नियंत्रण चालक दल के साथ आवाज और वीडियो संचार का प्रबंधन करता है। कॉन्फ़िगरेशन प्रबंधन और डेटा बैकअप के लिए नियंत्रण केंद्र भी जिम्मेदार हो सकते हैं। ग्राउंड स्टेशनों की तरह, संचालन की निरंतरता का समर्थन करने के लिए अधिकांशतः बैकअप नियंत्रण सुविधाएं उपलब्ध होती हैं।

टेलीमेट्री प्रोसेसिंग
अंतरिक्ष यान और इसकी प्रणालियों की स्थिति निर्धारित करने के लिए नियंत्रण केंद्र टेलीमेट्री का उपयोग करते हैं। हाउसकीपिंग, डायग्नोस्टिक, साइंस और अन्य प्रकार की टेलीमेट्री को भिन्न-भिन्न वर्चूअल परिपथ पर किया जा सकता है। उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर प्राप्त टेलीमेट्री की प्रारंभिक प्रक्रिया का अनुसरण करता है, जिसमें सम्मिलित हैं: अंतरिक्ष यान निर्माता द्वारा प्रदान किए गए अंतरिक्ष यान डेटाबेस को टेलीमेट्री फ्रेम स्वरूपण, फ्रेम के भीतर मापदंडों की स्थिति और आवृत्तियों, और उनके संबंधित स्मृती-विज्ञान, अंशांकन, और नरम और कठिन सीमाओं के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए कहा जाता है। इस डेटाबेस की सामग्री विशेष रूप से अंशांकन और सीमाएँ-ऑनबोर्ड सॉफ़्टवेयर और संचालन प्रक्रियाओं के साथ निरंतरता बनाए रखने के लिए समय-समय पर अद्यतन की जा सकती हैं; ये उन्नयन, अंतरिक्ष पर्यावरण में हार्डवेयर गिरावट, और मिशन पैरामीटर में परिवर्तन के उत्तर में मिशन के जीवन के समय बदल सकते हैं।
 * 1) आभासी चैनलों का पृथक्करण और वितरण
 * 2) कनेक्शन-उन्मुख संचार, प्राप्त फ़्रेम (नेटवर्किंग) की टाइम-ऑर्डरिंग और गैप-चेकिंग (रिट्रांसमिशन को कमांड करके अंतराल को भरा जा सकता है।)
 * 3) पैरामीटर मानों का कम्यूटेशन (टेलीमेट्री), और इन मानों को पैरामीटर नामों के साथ संबद्ध करना जिन्हें स्मृती-विज्ञान कहा जाता है।
 * 4) कच्चे डेटा का अंशांकन (इंजीनियरिंग) मूल्यों में रूपांतरण करना और व्युत्पन्न मापदंडों की गणना करना ।
 * 5) सीमा और बाधा जाँच (जो अलर्ट सूचनाएँ उत्पन्न कर सकती है।)
 * 6) टेलीमेट्री डिस्प्ले का निर्माण, जो तालिका का रूप ले सकता है, एक दूसरे के खिलाफ अथवा समय के साथ मापदंडों के प्लॉट (ग्राफिक्स), अथवा सिनॉप्टिक डिस्प्ले ( जिसे कभी-कभी मिमिक कहा जाता है) जो घटकों अथवा उपप्रणाली के बीच इंटरफेस को ग्राफिक रूप से प्रस्तुत करते हैं।

कमांडिंग
अंतरिक्षयान को भेजे गए आदेश अंतरिक्षयान डेटाबेस के अनुसार स्वरूपित होते हैं, और ग्राउंड स्टेशनों के माध्यम से प्रसारित होने से पहले डेटाबेस के विरुद्ध डेटा सत्यापित होते हैं। आदेश वास्तविक समय में मैन्युअल रूप से जारी किए जा सकते हैं, अथवा वे पूरी तरह से अपलोड की गई स्वचालित अथवा अर्ध-स्वचालित प्रक्रियाओं का हिस्सा हो सकते हैं। सामान्यतः, अंतरिक्षयान द्वारा सफलतापूर्वक प्राप्त किए गए आदेशों को टेलीमेट्री में स्वीकार किया जाता है, और तुल्यकालन सुनिश्चित करने के लिए अंतरिक्षयान और अक्ष पर कमांड काउंटर बनाए रखा जाता है तथा कुछ स्थितियों में, बंद लूप नियंत्रण का प्रयोग किया जा सकता है। कमांड की गई गतिविधियाँ सीधे मिशन के उद्देश्यों से संबंधित हो सकती हैं, अथवा वे रखरखाव, पुनर्निर्माण और संचालन का हिस्सा हो सकती हैं। कमांड (और टेलीमेट्री) अंतरिक्षयान अथवा उसके डेटा तक अनधिकृत पहुंच को रोकने के लिए कूटलेखन(एन्क्रिप्ट) हो सकते हैं।

अंतरिक्षयान प्रक्रियाओं को सामान्यतः वास्तविक अंतरिक्ष यान के साथ उपयोग करने से पहले अंतरिक्षयान सिम्युलेटर के खिलाफ विकसित और परीक्षित किया जाता है।

विश्लेषण और समर्थन
मिशन नियंत्रण केंद्र विश्लेषणात्मक कार्यों को संभालने के लिए ऑफ़लाइन (अर्थात, रीयल-टाइम अथवा गैर रीयल-टाइम कंप्यूटिंग) डाटा प्रासेसिंग उपप्रणाली पर भरोसा कर सकते हैं जैसे कि:
 * कक्षा निर्धारण और कक्षीय पैंतरेबाज़ी योजना
 * संयोजन (खगोल विज्ञान) मूल्यांकन और टक्कर परिहार (अंतरिक्ष यान) योजना
 * मिशन योजना और समयबद्धन
 * ऑन-बोर्ड मेमोरी प्रबंधन
 * लघु और दीर्घकालिक प्रवृत्ति विश्लेषण
 * मोशन प्लानिंग, रोवर (अंतरिक्ष अन्वेषण) की स्थिति में

कुछ निश्चित मिशन समर्थन भूमिकाओं के लिए नियंत्रण केंद्र में समर्पित भौतिक स्थान(जैसे उड़ान गतिकी और दूरसंचार नेटवर्क नियंत्रण) प्रदान किए जा सकते हैं, अथवा इन भूमिकाओं को नियंत्रण केंद्र के बाहर ग्राउंड सेगमेंट अथवा रिमोट टर्मिनलों के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है। जिस गति से ऑन-बोर्ड कंप्यूटिंग शक्ति और उड़ान सॉफ्टवेयर जटिलता में वृद्धि हुई है, उसी गति से ऑन-बोर्ड डेटा हैंडलिंग में अधिक स्वचालित डेटा प्रोसेसिंग करने की ओर रुझान बढ़ रहा है।

स्टाफिंग
उड़ान नियंत्रकों द्वारा नियंत्रण केंद्र में लगातार या नियमित रूप से कार्यरत हो सकते हैं। मिशन के लॉन्च और प्रारंभिक कक्षा चरण के समय, मिशन-महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं और अवधि के समय स्टाफिंग सामान्यतः सबसे अधिक होती है, जैसे कि जब अंतरिक्ष यान ग्रहण में होता है और शक्ति उत्पन्न करने में असमर्थ होता है। सामान्यतः , नियंत्रण लागत के साधन के रूप में, लाइट-आउट (या स्वचालन) ऑपरेशन के लिए बिना चालक दल के अंतरिक्ष यान के लिए नियंत्रण केंद्र स्थापित किए जा सकते हैं। फ्लाइट रिमोट मॉनिटरिंग और कंट्रोल सॉफ्टवेयर सामान्यतः ग्राउंड अथवा स्पेस सेगमेंट में योजनाबद्ध और अनियोजित दोनों तरह की महत्वपूर्ण घटनाओं की सूचना प्रणाली उत्पन्न करेगा, जिसके लिए ऑपरेटर के हस्तक्षेप की आवश्यकता हो सकती है।

दूरस्थ टर्मिनल
रिमोट टर्मिनल ग्राउंड नेटवर्क पर इंटरफेस हैं, जो मिशन नियंत्रण केंद्र से भिन्न हैं, जिन्हें पेलोड नियंत्रकों, टेलीमेट्री विश्लेषकों, वैज्ञानिक उपकरण और अंतरिक्ष विज्ञान टीमों की रूपरेखा और विधिक सहायता कर्मियों, जिन्हें प्रणाली प्रशासक और सॉफ्टवेयर विकास टीमों द्वारा एक्सेस किया जा सकता है, वे केवल-प्राप्त हो सकते हैं, अथवा वे ग्राउंड नेटवर्क पर डेटा संचारित कर सकते हैं।

इंटरनेट सेवा प्रदाता और प्रत्यक्ष-प्रसारण उपग्रह सहित दूरसंचार सेवा ग्राहकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले टर्मिनलों को सामूहिक रूप से उपयोगकर्ता खंड कहा जाता है, और सामान्यतः क्षेत्रीय खंड से भिन्न होते हैं। सैटेलाइट टेलीविज़न प्रणाली और सेटेलाइट फोन सहित उपयोगकर्ता टर्मिनल सीधे अंतरिक्ष यान के साथ संवाद करते हैं, इसके विपरीत अन्य प्रकार के उपयोगकर्ता टर्मिनल डेटा प्राप्ति, संचरण और प्रसंस्करण के लिए ग्राउंड सेगमेंट पर भरोसा करते हैं।

एकता और परीक्षण सुविधाएं
अंतरिक्ष यान और उनके इंटरफेस को प्रणाली इंटीग्रेशन टेस्टिंग (आई एंड टी) सुविधाओं पर एकत्र कर परीक्षण किया जाता है। मिशन-विशिष्ट आई एंड टी लॉन्च से पहले अंतरिक्ष यान और ग्राउंड सेगमेंट दोनों के बीच संचार और व्यवहार का पूरी तरह से परीक्षण करने का अवसर प्रदान करता है।

लॉन्च सुविधाएं
स्पेस पोर्ट के माध्यम से वाहनों को अंतरिक्ष में पहुंचाया जाता है, जो रॉकेट लॉन्च के सामग्री को संभालते हैं। लॉन्च से पहले और लॉन्च के समय टेलीमेट्री रिले करने के लिए लॉन्च सुविधाएं सामान्यतः ग्राउंड नेटवर्क से जुड़ी होती हैं। लॉन्च वाहन को कभी-कभी ट्रांसफर सेगमेंट बनाने के लिए कहा जाता है, जिसे स्थल और अंतरिक्ष सेगमेंट दोनों से भिन्न माना जा सकता है।

ग्राउंड नेटवर्क
ग्राउंड कंप्यूटर नेटवर्क ग्राउंड सेगमेंट के विभिन्न तत्वों के बीच डेटा ट्रांसफर और वॉइस कम्युनिकेशन को हैंडल करते हैं। ये नेटवर्क अधिकांशतः स्थानीय क्षेत्र अंतरजाल और वृहत् क्षेत्र जालक्रम तत्वों को जोड़ते हैं, जिसके लिए भिन्न-भिन्न पार्टियां जिम्मेदार हो सकती हैं। भौगोलिक रूप से भिन्न किए गए तत्वों को लीज्ड लाइन अथवा आभासी निजी संजाल के माध्यम से जोड़ा जा सकता है। ग्राउंड नेटवर्क का डिज़ाइन इंजीनियरिंग विश्वसनीयता, बैंडविड्थ (कंप्यूटिंग) और कंप्यूटर सुरक्षा पर आवश्यकताओं द्वारा संचालित होता है। तथा इसमें विलंब-सहिष्णु नेटवर्किंग प्रोटोकॉल का उपयोग किया जा सकता है।

विश्वसनीयता महत्वपूर्ण प्रणालियों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण विचार है, जिसमें सक्रिय रहने की अवधि और रिकवरी का औसत समय सर्वोपरि है। अंतरिक्षयान प्रणाली के अन्य पक्षों की तरह, नेटवर्क घटकों की अतिरेक (इंजीनियरिंग) आवश्यक प्रणाली विश्वसनीयता प्राप्त करने का प्राथमिक साधन है।

अंतरिक्ष संसाधनों और संवेदनशील डेटा की सुरक्षा के लिए सुरक्षा संबंधी विचार महत्वपूर्ण हैं। सूचना सुरक्षा और नेटवर्क सुरक्षा प्रदान करने के लिए वैन लिंक अधिकांशतः एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल और फ़ायरवॉल (कंप्यूटिंग) को सम्मिलित करते हैं। एंटीवायरस सॉफ्टवेयर और घुसपैठ का पता लगाने वाली प्रणालियाँ नेटवर्क के समापन बिंदुओं पर अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करती हैं।

लागत
ग्राउंड सेगमेंट की स्थापना और संचालन से जुड़ी लागत अत्यधिक परिवर्तनशील होती है, और लेखांकन विधियों पर निर्भर करती हैं। प्रौद्योगिकी के डेल्फ़्ट विश्वविद्यालय के अध्ययन के अनुसार, अंतरिक्ष प्रणाली की कुल लागत में ग्राउंड सेगमेंट का योगदान लगभग 5% है। नासा के छोटे अंतरिक्ष यान मिशनों पर रैंड कॉर्पोरेशन की सूची के अनुसार, संचालन लागत अकेले विशिष्ट मिशन की आजीवन लागत में 8% का योगदान करती है, जिसमें एकीकरण और परीक्षण 3.2%, क्षेत्रीय सुविधाएं 2.6% और ग्राउंडप्रणाली इंजीनियरिंग 1.1% सम्मिलित हैं।

ग्राउंड सेगमेंट लागत ड्राइवर्स में हार्डवेयर, सॉफ्टवेयर, नेटवर्क कनेक्टिविटी, सुरक्षा सुविधाओं और स्टाफिंग पर रखी गई आवश्यकताएं सम्मिलित हैं। ग्राउंड स्टेशन की लागत विशेष रूप से आवश्यक पारेषण शक्ति, आरएफ बैंड (एस) और पहले से उपस्थित सुविधाओं की उपयुक्तता पर निर्भर करती है। स्टाफिंग लागतों को नियंत्रित करने के साधन के रूप में नियंत्रण केंद्र अत्यधिक स्वचालित हो सकते हैं।

यह भी देखें

 * सीसीएसडीएस, जो टेलीमेट्री और कमांड फॉर्मेटिंग के मानकों को बनाए रखता है।
 * रेडियो संचार सेवा, जैसा आईटीयू रेडियो विनियमों द्वारा परिभाषित है।
 * ऑन-बोर्ड डेटा हैंडलिंग उपप्रणाली।