Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống anten bám kiểu hexapod cho vệ tinh quan sát Trái đất
Hiện nay, Việt Nam đã và đang khai thác đầy đủ các loại vệ tinh cho các mục đích sử dụng khác nhau như vệ tinh viễn thông, vệ tinh khí tượng, vệ tinh quan sát trái đất, vệ tinh định vị. Tinh gọn và hiệu quả là xu hướng phát triển chung của các hệ thống trạm mặt đất vệ tinh quan sát Trái đất. Điều này đang được các công ty hàng đầu thế giới tại Mỹ và Châu Âu triển khai rất hiệu quả cho các hệ thống mặt đất. Trên thế giới, đã có một số hãng đã thương mại hóa các sản phẩm hệ thống anten bám theo vệ tinh sử dụng kết cấu hexapod, trong đó có các hệ thống bám theo vệ tinh quan sát Trái đất quỹ đạo thấp. Ngoài ra, cũng có một số tổ chức đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công các kết cấu này. Do vậy, việc tìm hiểu, nắm bắt xu hướng và giải pháp công nghệ hiện đại nhất là một trong những bước đi quan trọng để tiếp cận và đẩy nhanh xu hướng hội nhập về công nghệ trạm mặt đất cho các hệ thống vệ tinh quan sát Trái đất.
Nhằm nghiên cứu và phát triển thử nghiệm một hệ thống anten bám và thu tín hiệu băng S của vệ tinh VNREDSat-1 sử dụng kết cấu hexapod từ đó làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo hệ thống anten bám kiểu hexapod có khả năng thu/phát tín hiệu cho vệ tinh quan sát Trái đất, TS. Ngô Duy Tân cùng các cộng sự tại Viện Công nghệ Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống anten bám kiểu hexapod cho vệ tinh quan sát Trái đất”.
Đề tài đã cơ bản đạt được mục tiêu là làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo hệ thống anten bám kiểu hexapod có khả năng thu tín hiệu của vệ tính VNREDSat-1. Các kết quả cụ thể của đề tài như sau:
Đề tài đã hoàn thành đầy đủ 01 hệ thống anten bám kiểu hexapod và đã thử nghiệm thành công bám theo quỹ đạo và thu tín hiệu của vệ tinh VNREDSat-1 tại băng tần S (tần số trung tâm 2240MHz) bằng cả hai anten parabol và anten mảng phản xạ băng S.
Trong các cấu phần cơ bản của hệ thống trên, đề tài đã làm chủ các hạng mục:
- Phần mềm tính toán và điều khiển đồng bộ kết cấu hexapod bám theo quỹ đạo vệ tinh quan sát Trái đất.
- Thiết kế, chế tạo anten parabol và anten mảng phản xạ băng S có khả năng thu nhận tín hiệu vệ tinh quan sát Trái đất tại tần số trung tâm 2240MHz.
- Thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại tín hiệu cao tần hoạt động tại băng tần S (tần số trung tâm 2240MHz) và hạ tần về tần số trung tần 70MHz, có khả năng sử dụng để thu nhận tín hiệu vệ tinh quan sát Trái đất.
- Cơ bản làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo kết cấu hexapod dùng để điều khiển anten bám theo vệ tinh.
Hệ thống anten bám theo kiểu hexapod đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản đó là:
- Dải góc ngẩng làm việc: đây là chỉ tiêu liên quan đến phạm vi điều khiển của bộ điều khiển và hoạt động của kết cấu cơ khí hexapod. Kết quả mô phỏng trên phầm mềm MATLAB và phần mềm thiết kế cơ khí SolidWork và khả năng tính toán và điều khiển của bộ điều khiển thực tế: 0,5 độ đến 179,5 độ; chế độ tự động bám theo quỹ đạo: bắt đầu bám từ -65 độ; chế độ điều khiển thủ công: đạt đến -23 độ.
Bên cạnh những kết quả đạt được, trong quá trình phát triển thử nghiệm, đề tài đã gặp một số khó khăn. Đây là hệ thống cơ khí - điện tử - cao tần phức tạp, đòi hỏi phối hợp đồng bộ giữa các bộ phận. Khi xuất hiện lỗi kỹ thuật trong quá trình thử nghiệm, đặc biệt là các lỗi cơ-điện, đòi hỏi nhiều thời gian phân tích và xác định nguyên nhân. Bên cạnh đó, hệ thống dừng khi các lỗi xuất hiện để đảm bảo an toàn, do vậy quá trình thử nghiệm đòi hỏi nhiều thời gian và các thiết bị dự phòng để thay thế trong trường hợp cần thiết. Công nghệ chế tạo cơ khí và điện tử trong nước chưa đạt được độ hoàn chỉnh để đạt được các cấu phần, mạch điện tử hoàn hảo. Các tham số về bề mặt, độ chính xác cơ khí của các bộ phận bị ảnh hưởng bởi quá trình hoạt động lâu dài hoặc do tác động của môi trường. Chưa có các phần mềm mô phỏng hoàn chỉnh ghép nối giữa điều khiển tự động và cơ khí để tối ưu hệ thống, dẫn đến kết quả mô phỏng chưa thật sự sát với các thực tế. Hệ thống thử nghiệm trực tiếp với vệ tinh VNREDSat-1 do vậy phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật của hệ thống này. Trong thời gian thực hiện đề tài, hệ thống VNREDSat-1 đã gặp một số trục trặc kỹ thuật kéo dài ảnh hưởng đến thời thời gian thử nghiệm thực tế. Do ảnh hưởng đại dịch Covid-19 kéo dài và diễn biến phức tạp nên đã gặp nhiều khó khăn và chậm trễ trong quá trình mua sắm vật tư, nguyên vật liệu và triển khai thực nghiệm và quá trình thử nghiệm phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết.
Để áp dụng các kết quả của đề tài ứng dụng trong thực tiễn, đề tài kiến nghị cần có các điều chỉnh đó là: căn chỉnh chính xác bề mặt phản xạ của anten và vị trí các bộ thu sóng nhằm tăng cường chất lượng tín hiệu cao tần thu nhận được; sử dụng thêm các vỏ bảo vệ cho các chân của bệ hexapod để chống ẩm, và chống bụi; lựa chọn tối ưu các loại vật liệu cơ khí nhằm tối ưu phân bố tải cho các chân của bệ hexapod, đánh dấu các vị trí đặc biệt trên các chân để thuận tiện trong quá trình lắp đặt và căn chỉnh cơ khí và bổ sung các cơ cấu an toàn cơ khí cho các chân.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19786/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
