LES-5 – قرصنة منارة القياس عن بعد؟ – الألغاز في السماء

تم استرداد LES-5 في 24 مارس 2020. ومنذ ذلك الحين أكملت قدرًا لا بأس به من الأبحاث حول المركبة الفضائية وجمعت عددًا من الأوراق المنشورة حول نتائج المهمة التجريبية. من هذه الأوراق ، سأضع بعض الطرق الممكنة لتحليل القياس عن بعد الذي تم فك تشفيره من LES-5 بحيث يمكننا تحديد ما إذا كان مستقبل الأوامر لا يزال نشطًا.

منارة القياس عن بعد

تنبعث منارة القياس عن بعد LES-5 على 236.750 ميجا هرتز. يستخدم BPSK بمعدل 100 بت في الثانية.

"The doubled carrier is biphase-modulated (±90°) by the 100/sec telemetry bit stream."

Page 39, Lincoln Experimental Satellite-5 (LES-5) Transponder Performance in Orbit

الفاصل الزمني لأخذ العينات لمنارة القياس عن بعد هو 10.24 ثانية. لذلك ، بمعدل 100 بت في الثانية يوفر 1024 بت من القياس عن بعد أو 128 بايت.

"The basic sampling interval for LES-5 telemetry is 10.24 sec. The spin period of the satellite is about 5.3 sec."

Page 56, Lincoln Experimental Satellite-5 (LES-5) Transponder Performance in Orbit

لم أتمكن حتى الآن من العثور على ورقة توثق تنسيق القياس عن بعد للقمر الصناعي LES-5. لفهم بعض القياس عن بعد ، سنحتاج إلى هندسة عكسية له. كما سنرى ، هناك إمكانية مثيرة للاهتمام ربما للقيام بذلك باستخدام تجربة RFI على LES-5 والتي قد تؤدي إلى مسار لتحديد ما إذا كان مستقبل الأوامر لا يزال قيد التشغيل.

بالرغم من عدم وجود معلومات منظمة دأنيل إستيفيز قام بفك شفرة القياس عن بعد للمنارة. بعد مراجعة ما يقرب من ساعة من القياس عن بعد قبل وبعد كسوف الشمس المستخدم لتحديد LES-5 ، لاحظ دانيال أنماطًا مثيرة للاهتمام في البيانات التي كان يقوم بفك تشفيرها. تجعل هذه الملاحظات من الممكن أنه مع وجود مستوى معين من الفهم حول كيفية عمل بعض الأنظمة على LES-5 ، يمكننا عكس هندسة وسيلة لتحديد ما إذا كان مستقبل الأوامر لا يزال يعمل.

تجربة RFI (تداخل الترددات اللاسلكية)

تتم مشاركة مستقبل الأوامر لـ LES-5 مع تجربة RFI بطريقة مثيرة للاهتمام. في الواقع ، يتسبب عيب في التصميم داخل القمر الصناعي في عدم قدرة المركبة الفضائية على تلقي أوامر أو توفير بيانات RFI مفيدة خلال معظم مدارها. يمكن أن يسمح فهم التصميم والعيوب في النظام بتحديد حالة مستقبل الأوامر وتحديد ما إذا كان لا يزال قيد التشغيل.

صفحة 4، Lincoln Experimental Satellite-5 (LES-5) أداء مرسل مستجيب في المدار

يمكن لتجربة RFI مسح 283 ميجا هرتز من خلال نطاق 253 ميجا هرتز في 256 خطوة. لذلك ينقسم هذا الطيف العريض البالغ 30 ميجا هرتز إلى قنوات 117.1875 كيلو هرتز. تم تصميم النظام على التركيز على كل خطوة لمدة 2.56 ثانية. لذلك ، سوف يستغرق الأمر 2.56 ثانية × 256 خطوة = 655.36 ثانية (11 دقيقة تقريبًا) لإكمال الفحص.

"The LES-5 RFI instrument is a double-conversion, swept-superheterodyne receiver. The receiver is designed to tune from 283 MHz to 253 MHz in 256 steps of approximately 120 kHz each, dwelling at each step for 2. 56 sec. The time for a complete frequency scan is approximately 11 minutes. Fixed-frequency operation is available upon programmed control from the spacecraft timing system. frequency modes, the RFI instrument functions as a command receiver spacecraft."

Page 5, The Results of the LES-5 and LES-6 RFI Experiments

تم قياس قطعتين من المعلومات عن بعد إلى الأرض من تجربة RFI. “متوسط ​​القوة” و “الذروة إلى متوسط ​​نسبة الطاقة”. لاحظ استخدام نظام علامة بلورية.

الصفحة 6 ، نتائج تجارب LES-5 و LES-6 RFI

كما لاحظت ، فإن معدل مسح RFI هو 1/4 من فترة أخذ عينات القياس عن بُعد البالغة 10.24 ثانية. لذلك ، يمكن جمع أربع عينات RFI خلال فترة أخذ عينات القياس عن بُعد. يتطلب هذا أن يكون للمركبة الفضائية طريقة لتحليل هذه العينات الأربع في فترة أخذ عينات القياس عن بُعد. يبدو أن هذا يتم عن طريق تحويل العينات الأربعة إلى سجلات تُقرأ عندما يقرأ نظام القياس عن بُعد ويرسل فترة عينة القياس عن بُعد الحالية. لذلك ، ستكون هناك حاجة لثمانية بايتات من بيانات القياس عن بعد لبيانات تجربة التداخل RFI.

صفحة 12 ، نتائج تجارب LES-5 و LES-6 RFI

كما هو مذكور أعلاه ، يشترك مستقبل الأوامر وتجربة RFI في نفس الجهاز. من أجل القيام بذلك ، يتم تسلسلها لمشاركة دورة “الفحص” التي تبلغ مدتها 11 دقيقة تقريبًا. لاحظ إدراج RFI مع العلامات المرجعية للتردد البلوري الداخلي في كل دورة مسح RFI ثالثة.

الصفحة 8 ، نتائج تجارب LES-5 و LES-6 RFI

مع معرفة مكان وجود علامات التردد وفاصل التسلسل لنظام RFI ، قد يكون من الممكن ، بافتراض أن الأجهزة ذات الصلة لا تزال تعمل ، العثور على أرتال القياس عن بُعد مع هذه البيانات حيث يجب تكرارها في فاصل زمني يمكن التنبؤ به.

الصفحة 8 ، نتائج تجارب LES-5 و LES-6 RFI

لذلك ، على الأقل مرة واحدة في الساعة لمدة 11 دقيقة تقريبًا ، يجب أن تكون هناك إطارات للقياس عن بُعد تُظهر علامات المعايرة غير المرئية في باقي ساعات إطارات القياس عن بُعد.

الأشياء التي تذهب عثرة في الليل…

اتضح أن هناك أيضًا عيبًا في التصميم في نظام التوقيت على LES-5 لم يتم اكتشافه حتى كانت المركبة الفضائية في المدار.

B. Principal Singular Effects for LES-5

"It was found after launch that the LES-5 RFI instrument stepped across its frequency range about twice as fast as it should. Experience has shown that this asynchronism, with the associated degradations of telemetry data, holds sway for about 17 hours of each 22-hour orbit (Fig. 9). The predictability with which the intervals of regular timing occur with respect to the orbit of LES-5 suggests that there is some on-board interaction between the command-logic unit on the one hand and the Earth and Sun sensors and their associated electronics on the other. Perhaps a train of extraneous pulses leaks into the VCO staircase generator during intervals of double-rate timing and, in combination with the proper pulse train, sends the stepper up the staircase faster than it should go. It can be seen by hindsight that the system testing of LES-5 before launch may not have been sufficiently extensive to uncover all such possible interactions."

Page 13 and 15, The Results of the LES-5 and LES-6 RFI Experiments

هذا يعني أنه خلال 17 ساعة من المدار المتمركز حول الشمس والأرض داخل نطاق أجهزة استشعار المركبة الفضائية ، سيتلف التوقيت وستكون البيانات من تجربة RFI عديمة الفائدة. ولكن بالنظر إلى أن التأثير يمكن التنبؤ به ، فإن البيانات التي تتمحور حول منتصف الليل المحلي ستكون مفيدة لإجراء الاختبارات.

صفحة 14 ، نتائج تجارب LES-5 و LES-6 RFI

ومما يزيد الوضع تعقيدًا مشكلة معروفة مع جهاز الاستقبال للنظام الذي يعاني من تدهور بمقدار 17 ديسيبل على أساس موسمي. يجب أن يؤثر هذا فقط على الاختبار اللاحق لمعرفة ما إذا كان جهاز الاستقبال يعمل بالفعل عن طريق استشعار إشارات العالم الحقيقي.

"An intermittent circuit failure in the transponder drastically affects the effective sensitivity of the LES-5 RFI instrument. The sensitivity was reduced by 17 db (near 255 MHz) during the interval 18 March - 14 November 1968. There followed several months of full-sensitivity operation, another such degradation occurring some time between 3 and 13 March 1969. It is expected that this cycle of performance states, probably associated with the seasonal variation of sun angle and on-board temperatures, will recur during the useful life of the spacecraft.*

*Note added in proof - It was noted on 2 December 1969 that the LES-5 transponder receiver had once again regained its full sensitivity."

Page 15, The Results of the LES-5 and LES-6 RFI Experiments

خاتمة

بافتراض أن المذبذب المرجعي البلوري والأجهزة المتتالية ذات الصلة لا تزال تعمل بنظام القياس عن بُعد ، فقد يكون من الممكن تحديد 8 بايت في إطارات القياس عن بُعد المرتبطة بتجربة RFI. بمجرد تحديد مزيد من الاختبارات يمكن التخطيط لها لتحديد ما إذا كان مستقبل الأوامر يعمل أم لا.