एस्ट्रियोनिक्स

एस्ट्रियोनिक्स (अन्तरिक्ष यात्रा इलेक्ट्रानिकी) अंतरिक्ष यान में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रानिक्स, उपतंत्र और घटकों के विकास और अनुप्रयोग का विज्ञान और तकनीक है। एक अंतरिक्ष यान पर लगे इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली अंतः स्थापित प्रणालि है और इसमें प्रवृति निर्धारण और नियंत्रण, संचार, संकेत और दूरमिति, और कंप्यूटर प्रणाली सम्मिलित हैं। संवेदक एक अंतरिक्ष यान पर इलेक्ट्रॉनिक घटकों को संदर्भित करता है।

इंजीनियरों के लिए अभिकल्पना प्रक्रिया में किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण विचारों में से एक पर्यावरण है जिसमें अंतरिक्ष यान प्रणालियों और घटकों को संचालित और चालू करना चाहिए। अंतरिक्ष वातावरण के लिए अभिकल्पना प्रणाली और घटकों की चुनौतियों में इस तथ्य से अधिक सम्मिलित है कि अंतरिक्ष एक निर्वात है।

प्रवृति निर्धारण और नियंत्रण

समीक्षा

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

चुंबकत्वमापी

चुंबकत्वमापी एक दिशा में पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति को मापते हैं। सभी तीन अक्षों पर मापन के लिए आवश्यक उपकरण में तीन आयतीय चुंबकत्वमापी सम्मिलित 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 प्रतिरूप द्वारा दिया गया है। चुंबकत्वमापी द्वारा किए गए माप संरेखण त्रुटि, मापक्रम कारक त्रुटियों और अंतरिक्ष यान विद्युत गतिविधि से युक्त शोर से प्रभावित होते हैं। निकट-पृथ्वी कक्षाओं के लिए, प्रतिरूप 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 ध्रुवीय ज्योति धाराएं बड़ी भूमिका निभाती हैं। ऐसे उपकरण की सीमा यह है कि पृथ्वी से दूर की कक्षाओं में, चुंबकीय क्षेत्र बहुत शक्तिहीन होता है और वस्तुतः अंतर्ग्रहीय क्षेत्र का प्रभुत्व होता है जो जटिल और अप्रत्याशित होता है।

सूर्य संवेदक

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 संजाल 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 पूरी कोशिका में एक वोल्टेज उत्पन्न करते हैं, जो बदले में, एक अंकीय संकेत में परिवर्तित हो जाता है। संवेदक अक्षों के संबंध में सूर्य की पूरी दिशा को एक दूसरे के लंबवत दो संवेदक लगाकर मापा जा सकता है।

अंकीय सौर आयाम संसूचक

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

पृथ्वी क्षितिज संवेदक

स्थैतिक

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 जीईओ में 0.01 डिग्री तक है। उनका उपयोग आम तौर पर एक गोलाकार कक्षा वाले अंतरिक्ष यान तक ही सीमित है।

क्रमवीक्षण

क्रमवीक्षण पृथ्वी क्षितिज संवेदक एक कताई दर्पण या वर्णक्रम (प्रकाशिकी) का उपयोग करते हैं और प्रकाश की एक संकीर्ण किरण को संवेदन तत्व पर केंद्रित करते हैं जिसे सामान्यतः विकरणमापी कहा जाता है। कताई उपकरण को एक शंकु के क्षेत्र को बाहर निकालने का कारण बनता है और संवेदक के अंदर इलेक्ट्रॉनिक्स यह पता लगाता है कि पृथ्वी से अवरक्त संकेत 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 लोटन कोण का पता लगाया जा सकता है। इस तरह के संवेदक 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 संकेत में उपग्रह की पहचान, स्थिति, प्रचारित संकेत की अवधि और घड़ी की जानकारी होती है। 36 जीपीएस उपग्रहों के समूह का उपयोग करते हुए, जिनमें से केवल चार की आवश्यकता है, दिशाज्ञान, स्थिति, सटीक समय, कक्षा और प्रवृति निर्धारित किया जा सकता है। जीपीएस का एक लाभ यह है कि निम्न पृथ्वी कक्षा से लेकर भू-समकालिक कक्षा तक सभी कक्षा एसीएस के लिए जीपीएस का इस्तेमाल कर सकते हैं।

संकेत और दूरमिति

समीक्षा

एक अन्य प्रणाली जो एक अंतरिक्ष यान के लिए महत्वपूर्ण है, संकेत और दूरमिति प्रणाली है, वास्तव में, यह बेमानी होने वाली पहली प्रणाली है। भूमि से अंतरिक्ष यान तक संचार संकेत प्रणाली की उत्तरदायीी है। दूरमिति प्रणाली अंतरिक्ष यान से भूमि तक संचार को संभालता है। भूमि केंद्र से संकेत अंतरिक्ष यान को आदेश देने के लिए भेजे जाते हैं कि क्या करना है, जबकि दूरमिति उन आदेशों की स्थिति पर वापस प्रतिवेदन करती है जिसमें अंतरिक्ष यान के महत्वपूर्ण डेटा और कार्य विशिष्ट डेटा सम्मिलित हैं।

संकेत प्रणाली

संकेत प्रणाली का उद्देश्य अंतरिक्ष यान को प्रदर्शन करने के लिए निर्देशों का एक सम्मुच्चय 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 संकेत को निष्पादित किया जाना चाहिए, या एक घटना या घटनाओं का संयोजन जो संकेत के निष्पादित होने से पहले होना चाहिए। अंतरिक्ष यान उन्हें मिलने वाले आदेश के आधार पर कई प्रकार के कार्य करता है। इनमें सम्मिलित हैं: एक अंतरिक्ष यान उपतंत्र या प्रयोग पर लागू या हटाने की शक्ति, उपतंत्र के संक्रियण विधा को बदलना, और अंतरिक्ष यान मार्गदर्शन और एसीएस के विभिन्न कार्यों को नियंत्रित करना होता है। निर्बंध गर्जन, एंटेना, सोलर सेल शृंखला और संरक्षण आवरण को भी नियंत्रित करते हैं। क्रमादेश्य, सूक्ष्म संसाधित्र आधारित, ऑनबोर्ड उपतंत्र की रैम में पूरे क्रमादेश को अपलोड करने के लिए एक संकेत प्रणाली का भी उपयोग किया जा सकता है।

भूमि से प्रसारित होने वाले रेडियो-आवृत्ति संकेत को संकेत गृहीता द्वारा प्राप्त किया जाता है और इसे प्रवर्धित और विमॉडुलक किया जाता है। प्रवर्धन आवश्यक है क्योंकि लंबी दूरी तय करने के बाद संकेत बहुत शक्तिहीन होता है। संकेत प्रणाली में अगला संकेत कूटानुवादक है। यह उपकरण उपवाहक संकेत की जांच करता है और उस संकेत संदेश का पता लगाता है जो वह ले जा रहा है। कूटानुवादक के लिए प्रक्षेपण सामान्य रूप से एनआरजेड आंकड़ा होता है। संकेत कूटानुवादक संकेत तर्क को घड़ी की जानकारी भी प्रदान करता है और यह संकेत तर्क को तब बताता है जब आनुक्रमिक दत्त लाइन पर बिट मान्य होता है। संकेत संसाधक को भेजी जाने वाली संकेत बिट वर्ग में अंतरिक्ष यान के लिए एक अनूठी विशेषता 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 प्रमापीय प्रकार का उपयोग करने वाले कई उपग्रह हैं।

माइक्रोसंसाधक संकेत कूटानुवादक से निविष्ट प्राप्त करता है, इन निविष्टों पर एक क्रमादेश के अनुसार संचालित होता है जो रोम या रैम में संग्रहीत होता है, और फिर परिणामों को अंतरापृष्ठ परिपथिकी में प्रक्षेपण करता है। क्योंकि संकेत प्रकार और संदेशों की इतनी विस्तृत विविधता है, अधिकांश संकेत प्रणाली प्रोग्रामेबल माइक्रो-संसाधक का उपयोग करके कार्यान्वित किए जाते हैं। आवश्यक अंतरापृष्ठ परिपथिकी का प्रकार संसाधक द्वारा भेजे गए आदेश पर आधारित होता है। इन संकेत में प्रतिसारण, स्पंद, लेवल और डेटा संकेत सम्मिलित हैं। प्रसारण संकेत सेंट्रल पावर स्विचिंग यूनिट में विद्‍युत् चुंबकी प्रतिसारण के वक्र को सक्रिय करते हैं। स्पंद संकेत वोल्टेज या करंट के अल्प स्पंद होते हैं जो संकेत तर्क द्वारा उपयुक्त उपतंत्र को भेजे जाते हैं। लेवल संकेत बिल्कुल तर्क स्पंद संकेत की तरह होता है अतिरिक्त इसके कि तर्क स्पंद के स्थान पर तर्क स्तर प्रदत्त किया जाता है। डेटा संकेत डेटा शब्दों को अभिप्राय उपतंत्र में स्थानान्तरण करता है।

दूरमिति प्रणाली

एक अंतरिक्ष यान के लिए संकेत बेकार होगा अगर भू नियंत्रण को यह नहीं पता होगा कि अंतरिक्ष यान क्या कर रहा है। दूरमिति में जानकारी सम्मिलित है जैसे:

• अंतरिक्ष यान संसाधनों, स्वास्थ्य, दृष्टिकोण और संचालन के तरीके से संबंधित स्थिति डेटा
• ऑनबोर्ड संवेदक (दूरबीन, वर्णक्रममापी, चुंबकत्वमापी, त्वरामापी, विद्युत्मापी, तापमापी, आदि) द्वारा एकत्रित वैज्ञानिक डेटा।
• विशेष अंतरिक्ष कक्षा और कालसमंजन डेटा जिसका इस्तेमाल भूमि, समुद्र या हवाई वाहनों द्वारा मार्गदर्शन और दिशाज्ञान के लिए किया जा सकता है
• ऑनबोर्ड कैमरों द्वारा खींची गई छवियां (दृश्यमान या अवरक्त)
• अन्य वस्तुओं के स्थान, या तो पृथ्वी पर या अंतरिक्ष में, जिन्हें अंतरिक्ष यान द्वारा पथानुसरण किया जा रहा है
• दूरमिति डेटा जो भूमि से या किसी अन्य अंतरिक्ष यान से उपग्रह समूह में प्रतिसारण किया गया है

दूरमिति प्रणाली संपीडन, प्रारूप और भंडारण सहित प्रसंस्करण के लिए संवेदक, कंडीशनर, चयनकर्ताओं और परिवर्तक से अधिग्रहण के लिए उत्तरदायी है, और अंत में पारेषण के लिए, जिसमें संकेतन, स्वर बलाघात, प्रेषणी और एंटीना सम्मिलित है।

अंतरिक्ष यान के लिए दूरमिति प्रणाली अभिकल्पना 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 तीव्रता 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 केंद्र की आवश्यकता होगी, जो बिल्कुल भी व्यावहारिक नहीं है। इसका एक समाधान ऑनबोर्ड डेटा स्टोरेज उपकरण है। डेटा संग्रहण पूरी कक्षा में धीरे-धीरे डेटा जमा कर सकता है और भू केंद्र पर इसे जल्दी से संग्रह कर सकता है। गहरे अंतरिक्ष कार्यों में, उच्च-दर डेटा को प्रग्रहण करने और डेटा-दर-सीमित शृंखला पर इसे धीरे-धीरे वापस चलाने के लिए, अभिलेखित्र को प्रायः विपरीत तरीके से उपयोग किया जाता है। एक अन्य समाधान डेटा प्रतिसारण उपग्रह है। नासा के पास भूस्थैतिक कक्षा में टीडीआरएस, अनुवर्तन और डेटा प्रतिसारण उपग्रह नामक उपग्रह हैं, जो लियो उपग्रहों से संकेत और दूरमिति प्रतिसारण करते हैं। टीडीआरएस से पहले, दुनिया भर में नासा के 14 भू केंद्र 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 भू केंद्र से कम ऊंचाई वाले उपग्रहों का आवरण वैश्विक है।

दूरमिति प्रणाली की एक और अनूठी विशेषता स्वायत्तता है। अंतरिक्ष यान को अपने आंतरिक कार्यों की निगरानी करने और भू निपुणता पारस्परिक क्रिया के बिना सूचना पर कार्य करने की क्षमता की आवश्यकता होती है। स्वायत्तता की आवश्यकता अपर्याप्त भूमि आवरण, 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 दूरमिति प्रणाली में पहले से ही अंतरिक्ष यान के कार्यों की निगरानी करने की क्षमता हो और संकेत प्रणाली में कार्रवाई की जरूरतों के आधार पर पुन: समनुरूप करने के लिए आवश्यक आदेश देने की क्षमता हो। इस प्रक्रिया के तीन चरण हैं:

1. दूरमिति प्रणाली 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. संकेत प्रणाली को पता होना चाहिए कि असामान्य कार्यों की व्याख्या कैसे करें, ताकि यह उचित संकेत प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सके।

3. संकेत और दूरमिति प्रणाली एक दूसरे के साथ संवाद करने में सक्षम होने चाहिए।

संवेदक

संवेदक को दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: स्वास्थ्य संवेदक और आयभार संवेदक। स्वास्थ्य संवेदक अंतरिक्ष यान या पेलोड कार्यक्षमता की निगरानी करते हैं और इसमें तापमान संवेदक, विकृतिमापी, जाइरोस और त्वरणमापी सम्मिलित हो सकते हैं। पेलोड संवेदक में रडार प्रतिबिंबन प्रणाली और आईआर कैमरे सम्मिलित हो सकते हैं। जबकि पेलोड संवेदक कार्य के उपस्थित होने के कुछ कारणों का प्रतिनिधित्व करते हैं, यह स्वास्थ्य संवेदक हैं जो इष्टतम संचालन सुनिश्चित करने के लिए प्रणाली को मापते और नियंत्रित करते हैं।

यह भी देखें

• वैमानिकी, समान, विमान के लिए है

बाहरी संबंध

• "Scope and Subject Category Guide - Category 19 - Spacecraft Instrumentation and Astrionics". NASA. Archived from the original on 2006-10-03.
• Spacecraft Electronics & Space Electronics