القرص الدوار لتتبع الأقمار الصناعية عبارة عن منصة دوارة عالية الدقة قادرة على التوافق تلقائيًا مع الأقمار الصناعية الاصطناعية التي تتحرك في الفضاء وتتبعها بشكل مستمر. يتكون عادةً من جزأين رئيسيين: الهيكل الميكانيكي للقرص الدوار ونظام التحكم في التتبع.

المكونات الرئيسية

1. القرص الدوار الميكانيكي

الشكل الهيكلي: عادة من النوع السمتي، مما يعني أنه يمكن أن يدور بحرية في الاتجاه الأفقي (زاوية السمت) والاتجاه الرأسي (زاوية الميل). تعتمد بعض التصميمات الخاصة أيضًا محاور XY أو أشكالًا أخرى.

نظام القيادة: يتم استخدام المحركات عالية الدقة (مثل المحركات المؤازرة أو المحركات السائر) والمخفضات لدفع القرص الدوار للتحرك بسلاسة ودقة.

المعدات الداعمة: يتم تركيب أجهزة مختلفة على القرص الدوار، وأكثرها شيوعًا هو هوائي الاتصالات عبر الأقمار الصناعية (هوائي مكافئ)، ولكن يمكن أيضًا أن يكون تلسكوبًا بصريًا أو جهاز تحديد المدى بالليزر أو الرادار أو معدات جمع المعلومات الاستخبارية الإلكترونية، وما إلى ذلك.

2. نظام التحكم بالتتبع

وحدة التحكم الأساسية: جهاز كمبيوتر أو معالج مخصص يمثل "عقل" القرص الدوار.

خوارزمية التتبع:

تتبع البرنامج: هذه هي الطريقة الأكثر استخداما. استنادًا إلى المعلمات المدارية المعروفة للقمر الصناعي (بيانات TLE)، جنبًا إلى جنب مع الموقع الجغرافي الدقيق للقرص الدوار والوقت، تقوم وحدة التحكم بحساب سمت القمر الصناعي وزوايا الميل في الوقت الفعلي، ثم تقوم بتشغيل القرص الدوار للإشارة إلى هذا الموضع.

التتبع التلقائي: يستخدم بشكل أساسي في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. يكتشف الهوائي قوة إشارة القمر الصناعي المستقبلة (مثل إشارة المنارة). إذا ضعفت الإشارة، يقوم النظام بتشغيل القرص الدوار لإجراء مسح صغير المدى للعثور على النقطة ذات الإشارة الأقوى، وبالتالي الحفاظ على المحاذاة المثالية في جميع الأوقات. تشمل التقنيات الشائعة تتبع الخطوات والمسح المخروطي.

أجهزة الاستشعار: تتضمن هذه الأجهزة أجهزة تشفير عالية الدقة توفر تعليقات حول الموضع الزاوي الفعلي للقرص الدوار، مما يشكل تحكمًا في حلقة مغلقة لضمان دقة الإشارة. سيتم أيضًا دمج جهاز استقبال GPS للحصول على معلومات دقيقة عن الوقت والموقع.

سيناريوهات التطبيق الرئيسية

تعد الأقراص الدوارة لتتبع الأقمار الصناعية من المعدات الرئيسية في الأنظمة الأرضية لتطبيقات الأقمار الصناعية وتستخدم على نطاق واسع في:

1. الاتصالات عبر الأقمار الصناعية

الاتصالات المتنقلة: يتم تثبيتها على المركبات والسفن والطائرات، وتحافظ على اتصال مستمر مع أقمار الاتصالات أثناء الحركة، مما يتيح نقل الإنترنت والهاتف والفيديو دون انقطاع.

الاتصالات غير المتحركة: تستخدم للاتصالات في حالات الطوارئ، ومركبات بث الأخبار، وما إلى ذلك، مما يتطلب النشر السريع والتوافق مع الأقمار الصناعية.

محطة VSAT: بعض محطات VSAT التي تحتاج إلى تتبع أقمار صناعية متعددة أو أقمار صناعية ذات مدار منخفض تستخدم أيضًا أقراص التتبع الدوارة.

2. علوم الفضاء واستكشافه

نطاق الليزر عبر القمر الصناعي: يتضمن ذلك إرسال نبضات ليزر نحو القمر الصناعي واستقبال ضوءه المنعكس لقياس المسافة بين الأرض والقمر الصناعي بدقة. يتم استخدامه لتحديد مجال الجاذبية الأرضية ومراقبة حركة القشرة الأرضية. يتطلب ذلك أن يتمتع القرص الدوار بدقة توجيه عالية للغاية وسرعة تتبع.

المراقبة البصرية: تستخدم لمراقبة وتصوير الأقمار الصناعية المارة بغرض الفهرسة أو التحديد المورفولوجي أو البحث العلمي.

3. الدفاع العسكري والوطني

الاستطلاع الإلكتروني: اعتراض وتحليل الإشارات الصادرة من أقمار العدو الصناعية للحصول على معلومات استخباراتية.

التتبع الراداري: استخدام الرادار لرصد وتصوير أقمار صناعية محددة.

4. القياس والتحكم في الفضاء

في المراحل الأولى من إطلاق الصاروخ وإدخال مدار القمر الصناعي، تحتاج الهوائيات الكبيرة لمحطة التحكم الأرضية إلى تتبع الصاروخ والقمر الصناعي بدقة من أجل قياس المدار وإرسال الأوامر واستقبال بيانات القياس عن بعد.

5. تتابع البيانات

يُستخدم هذا لتتبع أقمار التتابع الصناعية (مثل سلسلة "Tianlian" الصينية). هذه الأقمار الصناعية أيضًا في حالة حركة، وتحتاج المحطات الأرضية إلى تتبعها لتلقي البيانات المنقولة من المركبات الفضائية الأخرى (مثل المركبات الفضائية والمحطات الفضائية والأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض).