فهم حالة نظام الطاقة في LES-5 – الألغاز في السماء

لقد مر ربع عام منذ استعادة LES-5 وبدأنا في فك تشفير القياس عن بُعد. ترسل المركبة الفضائية 128 كلمة (8 بت بايت) كل 10.24 ثانية وهو ما يسمى التنسيق. يتكون هذا التنسيق من أربعة إطارات من 32 كلمة. من بين 128 كلمة تستخدم ثمانية للمزامنة و 24 تستخدم للتحقق من التكافؤ. هذا يترك 96 تحتوي على بيانات القياس عن بعد. حتى الآن نحن نفهم تمامًا ثمانية كلمات فقط من الكلمات المستخدمة في تجربة تداخل الترددات الراديوية (RFI) ، مما يترك 88 كلمة ذات معنى غير معروف. ما يلي هو كيف حددنا معنى أربع كلمات أخرى تكشف عن صحة نظام الطاقة الشمسية LES-5 وفترة الدوران الحالية للمركبة الفضائية.

تمر بعد التمرير …

منذ التعافي في أواخر مارس 2020 ، قمنا بتوثيق تسعة تصاريح. تم تسجيل ثمانية من هذه الممرات مع طوابع زمنية على كل كلمة قياس عن بعد مسجلة ، مما يسمح لنا بدراسة البيانات بالتفصيل. يمكنك مراجعة هذه البيانات على صفحة جيثب الخاصة بي.

في صورة GIF المتحركة أعلاه ، يمكن للمرء أن يرى جميع عمليات القياس عن بعد التي تلقتها محطتي منذ استعادة LES-5 وبدأنا في ختم البيانات. يمكن رؤية الأنماط المميزة في الكلمات المرسلة في هذه الرسوم المتحركة. يستخدم اللون لتحديد ما نعرفه عن معنى القياس عن بعد على النحو التالي:

الأحمر – كلمات المزامنة

الأخضر – كلمات التكافؤ

أزرق – كلمات بيانات ذات معنى غير معروف

ORANGE – كلمات تجربة RFI

بعد دراسة الممرات الثمانية للبيانات ، يمكن للمرء أن يبدأ في رؤية أنماط في كيفية تصرف كلمات البيانات على مدى فترة زمنية طويلة نسبيًا ، وبالتالي يمكننا البدء في تصنيف هذا السلوك من خلال ما نراه. يوضح الشكل أدناه التقسيم بناءً على مراجعة الممرات الثمانية التي تمت دراستها.

كما ترى ، هناك عدد كبير من كلمات القياس عن بُعد التي تظل ثابتة إما عند 0 ، أو بقيمة ثابتة بلا صفر أو عند 255 ، بإجمالي 48. ومن المثير للاهتمام أن هناك أيضًا 31 كلمة تُظهر سلوكًا دوريًا ديناميكيًا. يتم إصلاح ثلاث كلمات خلال كل تمريرة ولكنها تختلف من تمريرة إلى أخرى وستة ديناميكية خلال موسم الكسوف ولكنها ثابتة خلال بقية الملاحظات.

يشبه إلى حد كبير اكتشاف تايلور بيتس لبيانات تجربة RFI حيث استخدمنا الأوراق التاريخية الموجودة على الويب حول البحث الذي تم إجراؤه باستخدام LES-5 ، لدينا بعض المعلومات الأساسية حول نظام الطاقة في LES-5 التي تعطينا تلميحات حول ما يجب البحث عنه ونتوقع عند مراجعة بيانات كافية بمرور الوقت لإضفاء معنى عليها.

في الورقة البحثية ، LINCOLN EXPERIMENTAL SATELLITE-5 (LES-5) أداء الناقل في المدار ، يقدم المؤلف تفاصيل حول كيفية عمل نظام الطاقة الشمسية في الصفحة 43. يحتوي LES-5 على أربعة محولات طاقة من DC إلى DC متصلة بالخلايا الشمسية مرتبة حول المركبة الفضائية.

كما ترون من الجدول حول ترتيب النظام ، فهذه طريقة يقوم بها اثنان من المحولات بتغذية نظام القياس عن بعد وجميع المعدات الأخرى على المركبة الفضائية باستثناء مضخمات الطاقة (PAs) لتجربة المرسل المستجيب. تم تخصيص محولين لتشغيل مضخمات طاقة جهاز الإرسال والاستقبال.

توفر الورقة أيضًا تفاصيل فشل في LES-5 حيث تعطلت إحدى المصفوفات الشمسية وعرضت بقعة ميتة في جهد الخرج للمحول رقم 4. تم العثور على تفاصيل هذا الفشل والتحليل الناتج في الصفحة 56.

الجانب الأكثر إثارة للاهتمام حول وصف الفشل هو تعليق المؤلف حول استخدام تقنية إزالة الحواف للبيانات والعلاقة بين معدل عينة القياس عن بعد ودوران LES-5.

بالنظر إلى هذه المعرفة ، يمكننا فهم الفترة المستعارة للبيانات في كلمات القياس عن بُعد لمحول الطاقة الأربعة إذا تمكنا من العثور على الكلمات. وبالتالي ، لدينا ما نحتاج إلى معرفته للبحث في البيانات للعثور على أربع قنوات تعرض فترة مستعارة تتعلق بمعدل عينة القياس عن بُعد ومعدل دوران LES-5. نحن نبحث عن أربع كلمات لها سلوك دوري مرتبط بمعدل دوران LES-5 وحتى دليل على حالة الفشل التي لوحظت في عام 1968.

وبعد ذلك كانت هناك أربع كلمات …

في دراسة قيمة الأشهر للبيانات ، أربع كلمات لوحظ أنها تتصرف بطريقة متسقة فيما يتعلق ببعضها البعض.

توضح الأرقام أعلاه أربع كلمات قياس عن بعد تتصرف بطريقة مماثلة على مدار أشهر من جمع البيانات. لا توجد كلمات أخرى في البيانات مرتبطة بما نتوقع العثور عليه في ضوء الوصف الوارد في ورقة أداء جهاز الإرسال والاستقبال المشار إليه أعلاه.

لقد قمت بتكبير البيانات في الكلمات المذكورة أعلاه ووجدت ارتباطًا مثيرًا للاهتمام في فترة بيانات الكلمات الأربع.

كما ترى في ما سبق ، تحتوي هذه الكلمات الأربع على بيانات مدتها 164 ثانية تقريبًا. تحتوي كلمتين من الكلمتين على بيانات تصل إلى الصفر بشكل دوري ، بينما تكون كلمتان الأخريان مستقرة إلى حد ما حول قيمة ثابتة. إليك Jupyter-Notebook الذي سيسمح لك باستكشاف كلمات محول DC-to-DC الأربعة.

إذن ، كيف ترتبط 164 ثانية بفترة الدوران المعروفة لـ LES-5 البالغة 5.3 ثانية؟ كما هو مذكور أعلاه هذه الفترة التي نلاحظها في بيانات القياس عن بعد مستعارة بناءً على معدل العينة ومعدل دوران المركبة الفضائية. بمساعدة دانيال إستيفيز ، لقد تمكنت من فهم البيانات ورؤية أن فترة 164 ثانية مرتبطة بمعدل دوران LES-5.

الرياضيات…

معدل الدوران التاريخي لـ LES-5 (RR) حوالي 5.3 ثانية.

معدل عينة القياس عن بعد (SR) هو 10.24 ثانية. نحن نعلم هذا بالضبط لأن جهاز فك التشفير الخاص بنا يعتمد على هذا لفك تشفير القياس عن بعد.

لذلك،

التناوب لكل عينة = SR / RR

باستخدام البيانات التاريخية يمكننا الكتابة ،

عدد الدورات لكل عينة (RS0) = 10.24 ثانية / 5.3 ثانية = 1.9321

يمكن للمرء أيضًا أن يقول أن ما يلي صحيح ،

RS1 = RS0-1 = 1.9321-1 = 0.9321

يمكننا أن نقول أيضًا أنه إذا كان القمر الصناعي يدور في الاتجاه الآخر ، تكون الدورات لكل عينة على النحو التالي ،

RS2 = 1 – RS1 = 1 – 0.9321 = 0.06793

لذلك،

عينات لإكمال دوران ظاهري واحد (SCOAR) = 1 / RS2 = 1 / 0.06793 = 14.72

ثم،

زمن الدوران الظاهري (ART) = SCOAR x SR = 14.72 x 10.24 = 150.7 ثانية

كما ترى ، فإن الفترة ذات الاسم المستعار التي نراها في بيانات القياس عن بعد قريبة من هذه القيمة التاريخية 150.7 ثانية مقابل 164 ثانية. إذا عكسنا العملية باستخدام البيانات المعاصرة للفترة المستعارة ، فيمكننا عكس العملية وتحديد معدل الدوران الحالي (RR) لـ LES-5.

منح،

ART = SCOAR × SR

يمكننا إعادة الكتابة ،

SCOAR = ART / SR = 164 ثانية / 10.24 ثانية = 16.02

RS2 = 1 / SCOAR = 1 / 16.02 = 0.06244

RS1 = -RS2 + 1 = -0.06244 + 1 = 0.9376

RS0 = RS1 + 1 = 1.9376

لذلك ، يمكننا حل معدل الدوران الحالي (RR) لـ LES-5 عن طريق الكتابة ،

RR = SR / RS0 = 10.24 ثانية / 1.9376 = 5.285 ثانية.

قضية مقنعة؟

أشعر أنه بالنظر إلى الملاحظات التالية ، لدينا حالة مقنعة للقول إن هذه الكلمات الأربع للقياس عن بُعد هي بالفعل قنوات القياس عن بُعد لمحول الجهد الشمسي وأن نظام الطاقة في LES-5 ربما يتمتع بصحة جيدة:

1. تُظهر أربع قنوات فقط في جميع عمليات القياس عن بُعد التي تم جمعها حتى الآن نمطًا متوقعًا مشابهًا. وبالتالي تضييق نطاق ما يمكن أن تعنيه.
2. تتوافق فترة إلغاء الاسم المستعار للقياس عن بُعد بشكل وثيق مع فترة الدوران التاريخية لـ LES-5.
3. تكشف اثنتان من القنوات عن قطرات عميقة تصل إلى الصفر. ربما يظهر الخطأ المعروف بحدوثه في المحول 4 في عام 1968 عندما فشلت مجموعة من الخلايا الشمسية في مجموعة تغذي هذا المحول. يبدو أن البيانات تدعم حدوث المزيد من الإخفاقات. لكن هذين المحولين لا يزالان يستقبلان الطاقة أثناء الدوران الكامل بينما يتلقى الآخران الطاقة لمعظم دورانهما.
4. يبدو أن اثنتين من القنوات الأربع مستقرة حول قيمة ثابتة مع حد أدنى من التغيير. ربما يشير إلى أن اثنين من المحولات تتلقى طاقة شمسية اسمية. بينما الاثنان الآخران لهما أخطاء في عناصرهما. بالنظر إلى المراجع التاريخية ، فإنه يشير إلى أن نظام الطاقة في LES-5 أثناء التدهور قد يكون قيد التشغيل بالفعل لأن الخطأ في عام 1968 لم يكن يعتبر كارثيًا.
5. اثنتان من القنوات لها مستويات اسمية أعلى. قد يشير هذا إلى عدم اتصالهما بحمل لأن القيمة الاسمية للقناتين الأخريين أقل ربما تشير إلى أنهما متصلان بالأحمال. نظرًا لأن محولات المعرفة 1 و 2 متصلة بالقياس عن بُعد وأنظمة المركبات الفضائية الأخرى ، فمن الممكن أن تكون هذه هي القنوات المحملة المذكورة في القياس عن بُعد والكلمتان ذات القيمة الاسمية العالية هما المحولات التي تغذي أحمال الطاقة المضخمة (PA) لجهاز الإرسال والاستقبال المغلق. . أظهر الفشل في عام 1968 أن المحول 4 كان لديه انخفاض كبير في الإنتاج بسبب تدهور مجموعة الطاقة الشمسية. إذن هذا يدعم هذه الفرضية.

أنا واثق تمامًا من أننا نفهم الآن أربع قنوات أخرى للقياس عن بُعد على LES-5. هذه الكلمات الأربع مهمة جدًا في فهم صحة LES-5. يبدو لي أنه بالنظر إلى ما نراه من تجربة RFI التي تستخدم مستقبل الأوامر وهذه الكلمات حول صحة نظام طاقة المركبة الفضائية ، هناك احتمال أن يكون LES-5 قادرًا على العودة إلى عملية المرسل المستجيب.

بوقاحة لا يزال لدينا 84 كلمة لنفهمها!