ESA lập kế hoạch cho các vệ tinh dẫn đường quỹ đạo thấp

Toàn cầu được phủ sóng, miễn phí cho mọi người sử dụng, Hệ thống Vệ tinh Định vị Toàn cầu (GNSS) như Galileo của Châu Âu đã biến đổi xã hội của chúng ta, và do sự toàn diện tuyệt đối của chúng, ảnh hưởng của chúng tiếp tục phát triển. Năm 2021, dân số máy thu satnav đạt 6,5 tỷ máy thu trên khắp thế giới và lĩnh vực này dự kiến ​​sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng hàng năm 10% trong những năm tới. Nhưng theo nhiều khía cạnh khác nhau, cách tiếp cận GNSS tiêu chuẩn đang gần đạt đến giới hạn của hiệu suất tối ưu – để trở nên tốt hơn nữa, các thành phần bổ sung đang trở nên cần thiết.

Lionel Ries, người đứng đầu nhóm R&D GNSS Evolutions của ESA, giám sát các nghiên cứu LEO-PNT của Cơ quan cho biết: “Điều hướng qua vệ tinh đã cho phép một loạt các ứng dụng trong những năm gần đây, nhưng thành công này đang truyền cảm hứng cho những nhu cầu ngày càng khắt khe hơn của người dùng trong thập kỷ tới. .

“Đối với các trường hợp sử dụng như xe tự hành, tàu hoặc máy bay không người lái, người máy, Thành phố thông minh hoặc Internet vạn vật công nghiệp để kiểm soát các hệ thống nhà máy, các yêu cầu định vị ngày càng tăng từ tỷ lệ mét hiện tại sang tỷ lệ cm hoặc thậm chí chính xác hơn, dựa trên tín hiệu liên tục đáng tin cậy có sẵn ở mọi nơi, mọi lúc – ngay cả trong nhà – có thể khắc phục được hiện tượng nhiễu hoặc gây nhiễu.

“Cho đến nay, giải pháp cổ điển của GNSS như Galileo, nằm trong quỹ đạo Trái đất trung bình và dựa trên tín hiệu dải L, là thứ mà chúng tôi dựa vào để định vị. Chỉ riêng GNSS tiêu chuẩn sẽ không thể đáp ứng tất cả các nhu cầu của người dùng trong tương lai. Thay vào đó, châu Âu cần nắm bắt cơ hội để điều tra tiềm năng của loại chòm sao quỹ đạo Trái đất thấp (LEO) đang trên thị trường toàn cầu để kích hoạt các loại dịch vụ Định vị, Điều hướng và Định thời (PNT). ”

Chỉ đơn giản là nhờ vật lý, với khoảng cách gần tới Trái đất hơn, tín hiệu từ các vệ tinh LEO PNT này có thể mạnh hơn, có thể vượt qua nhiễu và đến được những nơi mà tín hiệu satnav ngày nay không thể chạm tới.

Và bằng cách áp dụng các kỹ thuật điều hướng mới và dải tần tín hiệu rộng hơn, các vệ tinh có thể đáp ứng nhu cầu cụ thể của người dùng: ví dụ như ở quỹ đạo thấp hơn, bản thân các vệ tinh di chuyển nhanh hơn so với bề mặt Trái đất – hãy nghĩ đến Trạm vũ trụ quốc tế ở 400 km quay quanh Trái đất cứ sau 90 phút – mang lại lợi thế có thể về thời gian cần thiết để tiếp cận các vị trí rất chính xác. Ngoài ra, một số dây đeo có thể cung cấp khả năng thâm nhập cao hơn trong các môi trường khó khăn trong khi các dây đeo khác có thể cung cấp độ bền và độ chính xác cao hơn.

Mục đích của kế hoạch của ESA để thực hiện một cuộc trình diễn trên quỹ đạo của các vệ tinh satnav quay quanh Trái đất thấp chính xác là để hợp nhất các loại tín hiệu, cho phép các công nghệ và tiềm năng của chúng cho các dịch vụ trong tương lai.

Kế hoạch là xây dựng và bay một chòm sao nhỏ ban đầu gồm ít nhất nửa tá vệ tinh để kiểm tra khả năng và công nghệ quan trọng, cũng như chứng minh tín hiệu và dải tần số để sử dụng bởi một chòm sao hoạt động tiếp theo, giống như cách của châu Âu Vệ tinh thử nghiệm GIOVE đã mở đường cho Galileo. Thành công sẽ đặt ngành công nghiệp châu Âu vào vị trí quan trọng đối với các cam kết thương mại tiếp theo, cũng như các chương trình thể chế đã được lên kế hoạch.

Roberto Prieto-Cerdeira, Giám đốc trọng tải vệ tinh Galileo Thế hệ thứ hai và giám đốc chuẩn bị dự án LEO-PNT là một phần của ESA, cho biết thêm: “Mỗi vệ tinh riêng lẻ sẽ tương đối nhỏ, khối lượng dưới 70 kg so với vệ tinh hoạt động của Galileo 700 kg. Chương trình FutureNAV.

“Chúng có thể được sắp xếp tương đối hợp lý hơn vì chúng có thể được hưởng lợi từ các phương tiện khác để tính toán thời gian chính xác mà không cần đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác trên tàu – bao gồm cả tín hiệu được chuyển tiếp từ vệ tinh Galileo phía trên chúng. Các vệ tinh này cũng sẽ được chế tạo trên cơ sở sản xuất hàng loạt nhanh chóng để tiết kiệm thời gian và chi phí – chúng tôi đang nhắm mục tiêu tối đa là ba năm kể từ khi ký hợp đồng cho đến khi có vệ tinh đầu tiên trên quỹ đạo, cùng loại thời gian mà GIOVE-A đã đạt được trong thời gian đầu. Những năm 2000. ”

“Tham vọng của ESA là đảm bảo châu Âu duy trì một ngành công nghiệp vũ trụ đẳng cấp thế giới, và điều hướng ngày nay hình thành ngành không gian hạ nguồn lớn nhất, trị giá khoảng 150 tỷ euro hàng năm và tăng trưởng với tốc độ 10% mỗi năm,” Giám đốc Điều hướng của ESA nhận xét Javier Benedicto-Ruiz. “Đứng yên không phải là một lựa chọn; thay vào đó, chúng tôi cần khám phá những con đường kỹ thuật mới để thúc đẩy khả năng cạnh tranh và thương mại hóa của châu Âu ”.

Một phiên bản hoạt động của chòm sao LEO-PNT sẽ đại diện cho một lớp hoàn toàn mới cho phân phối PNT, kết hợp với GNSS truyền thống cũng như định vị trên mặt đất dựa trên 5G / 6G và kết hợp với dữ liệu từ các cảm biến trong thiết bị đầu cuối của người dùng.

Lãi suất từ ​​ngành

ESA đã nghiên cứu các yếu tố cốt lõi của khái niệm LEO-PNT kể từ năm 2016. Hiện tại, rất nhiều chòm sao quỹ đạo Trái đất thấp đã hình thành trên toàn cầu, đã đến lúc chuyển từ nghiên cứu cơ bản sang trình diễn trong quỹ đạo.

Sự quan tâm từ ngành công nghiệp châu Âu đối với dự án LEO-PNT đã rất cao, thể hiện qua một Yêu cầu thông tin nơi ESA trình bày chi tiết về cách các công ty và tổ chức có thể tham gia và một số lượng lớn các công ty đã đăng ký và trình bày các khái niệm và đóng góp có thể có.

Chuyển tiếp tới FutureNAV

LEO-PNT được hỗ trợ thông qua chương trình FutureNAV của Tổng cục Điều hướng ESA, chương trình này cũng bao gồm vệ tinh GENESIS để đo hình dạng của Trái đất chính xác hơn bao giờ hết đồng thời tăng cường hiệu suất định vị của vệ tinh satnav. Chương trình FutureNAV, bao gồm cả GENESIS và sáng kiến ​​’LEO-PNT’, sẽ được đưa ra quyết định tại Hội nghị Bộ trưởng tiếp theo của ESA vào tháng 11.