Kosmosetehnoloogia rakendused

Più simili a questo

Arvutivõrk

da Aaron Saar

Emakeel

da Rasmus Pertel

E-ÕPE JA MINA

da Jekaterina Tšinjajeva

Kultuur ja eluolu pärast ll. maailmasõda

da Birgit Palm

Satelliidid: Kuidas satelliidid töötavad - Uus tehnoloogia dokumentaalfilm

NASA Otse - Maa kosmosest (Vaatamiseks kliki paremal olevale Youtube ikoonile)

Kasutatud allikmaterjalid

13.12.2017

1. https://www.eas.ee/kosmos/et/kosmosest/uldulevaade/maapealsed-rakendused 2. https://www.eas.ee/images/doc/ettevotjale/innovatsioon/kosmos/materials/010_kosmosetehnoloogia_rakenduste_kasutamine_ja_arendamine_eestis.pdf 3. http://www.horisont2020.ee/struktuur/juhtpositsioon-toostuses/kosmosetehnoloogia/ 4. https://xn--fsikaleksikon-woba.ee/artikkel/elektromagnetismi-rakendused/telefoniside-ja-valguskaabel/ 5. http://opiobjektid.tptlive.ee/Telekom/andmesidevrgud2.html 6. https://www.elasa.ee/ 7. http://nds1.webapps.microsoft.com/phones/files/guides/Nokia_N81_Positioning_AAL_et.pdf 8. https://www.kaugseire.ee/est/kaugseire 9. https://et.wikipedia.org/wiki/%C3%9Clemaailmne_satelliitnavigatsioonis%C3%BCsteem 10. https://lr.ttu.ee/irm/transmissioon/pdf/Satelliitside.pdf

Kosmosetehnoloogia rakendused

Maapealsed rakendused

Kuidas GPS töötab?

Graafik: Koostatud ESOA 2012 raporti "Why Satellites Matter" põhjal OÜ Green Vironia poolt - Satelliitide levinuimad kasutusvaldkonnad kasutajagruppide kaupa

Kuigi kosmosetehnoloogiad on tihti väga spetsiifilised ja neile ei ole kerge laiatarberakendusi leida, on ometi valdkondi, kus kosmosetehnoloogia ja meie igapäevaelu kokku puutuvad. Nendeks on nii satelliittelevisioon kui –kommunikatsioon, aga ka ilmateated, mille info pärineb Maa ilma jälgivatelt tehiskaaslastelt ent ka laiemad Maa-vaatlused, mis annavad riikidele, eraettevõtetele, vabakonnale ja eraisikutele vajalikku erialast teavet. Nii arendab Euroopa Liit välja Copernicuse nimelist Maa vaatlemise süsteemi, mille kasutusvõimalused on selle käivitumisel tohutud, puudutades keskkonnakaitset, linna- ja keskkonnaplaneerimist, põllumajandust, metsandust, kalandust, tervishoidu, transporti, kliimaseiret, turismi jne. Tänapäeva tihe lennu- ja laevaliiklus, aga samuti ka igapäevased autosõidud, on tihedas sõltuvuses satelliitnavigatsioonist. GPS ongi tänaseks muutunud igapäevaseks tarbevahendiks ning sedasorti lahenduse vajalikkus on viinud Ameerika Ühendriikide kõrval ka teised suurriigid looma sarnaseid süsteeme. Nii tegeleb Euroopa Liit oma globaalse positsioneerimissüsteemi Galileo arendamisega, Venemaa GLONASSi ning Hiina on juba käivitanud Beidou-nimelise süsteemi. Nagu alljärgneval skeemil toodud alajaotuses näha, jagunevad satelliitide rakendused väga paljude erinevate valdkondade vahel. Nendest suurem osa on otseselt institusionaalsete kasutajatele suunatud rakendused ning teenused, kuid järjest enam liigutakse teenuste väljatöötamisel ka eratarbijate suunas. Seda eelkõige uute positsioneerimisega seotud teenuste ning kaugseire ja satelliidipiltide osas. Samuti on pidevalt arenev valdkond telekommunikatsioon ja satelliitandmeside.

Lairiba internet

ESTWIN – EESTI TEEL GIGABITIÜHISKONDA

Video EstWin baasvõrgu kohta

Eesti Lairiba Arenduse Sihtasutus Missioon Loome fiiberoptilise võrgu abil Eesti kaasaegset infoühiskonda! Fiiberoptiliste sidevõrkude rajamisega turutõrkepiirkondadesse võimaldame kõikidele Eesti elanikele pakkuda juurdepääsu kiirele internetile ja seeläbi võrdseid võimalusi kaasaegsete infoühiskonna teenuste kasutamisel. Tutvustus Eesti Lairiba Arenduse Sihtasutus asutati Majandus- ja Kommunikatsiooniministeeriumi eestvedamisel Eesti Infotehnoloogia ja Telekommuniatsiooni Liidu (ITL) liikmete poolt 11. augustil 2009 aastal. Sihtasutuse eesmärk on ellu viia projekti EstWin. Projekti EstWin raames viiakse uue põlvkonna lairibaühendused, mis baseeruvad fiiberoptilistel kaablitel, kõikjale Eesti maapiirkondades. Aastaks 2018 peab olema valmis fiiberoptiliste kaablite võrk, mis jõuab kõikide asulateni Eestis. Selle tulemusena peavad 98% majapidamistest, ettevõtetest ja asutusest olema võrgule lähemal kui 1,5 km. Eesmärgi saavutamiseks peab sihtasutus välja ehitama üle 6000 km optilisi kaableid ning ühendama ja looma tuhandeid võrguühenduskohti. Milleks on vaja uue põlvkonna lairibaühendusi? Uue põlvkonna lairibavõrke rajatakse põhjusel, et kogu meie igapäevane elu sõltub järjest enam infotehnoloogiast. Järjest rohkem meie igapäevasest suhtlusest, ärist, riigikorraldusest ja ka meelelahutusest käib „internetis“ läbi lairibavõrkude. Siiamaani kasutusel olnud tehnoloogiad ja võrgud ei tule lähitulevikus enam järjest kasvava infohulga transportimisega toime. Optilistel kaablitel põhinev baasvõrk võimaldab hõlpsasti edastada järjest kasvava resolutsiooniga videopilti, äärmiselt mahukaid faile ning kasutada erinevaid virtuaalreaalsuse lahendusi. 2009 aasta aprillis ITL-i poolt koostatud ja Vabariigi Valitsuse poolt heaks kiidetud „Eesti lairiba arendusvisioon“ püstitab eesmärgi, et kõikidele kodudele, ettevõtetele ja asutustele peab olema kättesaadav 100Mbit/s andmesidekiirust võimaldav lairibaühendus. Selle eesmärgi saavutamine sõltub selgelt ka EstWin projekti elluviimise edukusest. Väärtused Kvaliteet: Kvaliteet on see, mida kliendid ELASA-lt ootavad. EstWin baasvõrgu rajamisel lähtume rangetest kvaliteedinõuetest. Võrk on väga hästi dokumenteeritud ja seda hallatakse viisil, mis tagab teenuse kõrge kvaliteedi. Kompetentsus: Viime oma eesmärke ellu kompetentse meeskonnaga, kes teab mida teha ja kuidas teha viisil, et saavutatakse parim tulemus. Tihe koostöö sideettevõtete ja ITL-ga tagab valdkonna parima kompetentsi kaasamise ja kasutamise. Efektiivsus: Kasutame ressursse otstarbekalt, omame töövahendeid, mis võimaldavad väikese meeskonnaga kiirelt ja adekvaatselt reageerida ükskõik millist ELASA tegevust puudutavale küsimusele. Kaasamine: Arvestades elluviidava EstWin projekti olulisust kogu Eesti elanikkonnale ja paljude huvigruppide seotust projektiga, peame väga oluliseks kõikide osapoolte kaasamist ja nende soovidega maksimaalsel võimalikul viisil arvestamist.

Andmesidevõrgud

Süsteemide võrgustumine on infoühiskonna elukorralduse, tootmise ja seadmete automatiseerimise peamisi tunnuseid. Selle põhitiivustajaks on olnud arvutite ja mikroprotsessorite rakenduste plahvatuslik kasv paljudel elualadel ja vajadus automaatselt vahetada suuri andmehulkasid. Võib öelda, et praegu on kogu maailm võrgustumas. Võrke on mitmesuguseid, alates globaalsest telefonivõrgust või arvutivõrgust “Internet” ja lõpetades mitmesuguste kohtvõrkudega, mille ulatus piirdub vaid ühe hoone, tsehhi või masinaga, auto või lennukiga. Võrguseadmete ja -tarvikute tootjate arv maailmas ulatub tuhandetesse. Võrk on hajusstruktuuriga süsteem, mille seadmed ehk üldnimetusega võrgu sõlmed saavad vahetada informatsiooni suvalise teise samasse võrku lülitatud seadmega. Võrgul on kindel struktuur ehk topoloogia mille järgi eristatakse ring- , täht- , siin- ja puu- ehk hargstruktuuri ning nende kombinatsioone, nt. täht-ringstruktuuri, segmenteeritud struktuuri jne. Võrk koosneb signaalide ülekandmiseks mõeldud füüsikalisest keskkonnast ehk riistvarast , s. o. ülekandeliinidest ja ülekandeseadmetest, ning andmeside tarkvarast. Eri tüüpi ja eri tootjate poolt valmistatud seadmeid saab ühendada võrku tingimusel, et neil on ühesugused füüsilised ja programmilised liidesed ning andmeportsjoni vormingud ehk kaadrid ja et andmevahetus toimub ühesuguse protokolli järgi. Võrguprotokolli standardite jaoks on määratletud seitsmekihiline avatud süsteemi mudel ISO-7. Kihi kohta kehtivaid reegleid nimetatakse protokollideks. Mudel jaguneb kaheks piirkonnaks. Kihid 1…4 on nn signaalide ülekandele orienteeritud ja 5…7 rakendustele orienteeritud kihid.

Telefoniside ja valguskaabel

Telefoniside

Telefoniside klassikalises variandis levib helisageduslik elektromagnetlaine (madal­sageduslaine) mööda metalljuhtmeid ühest telefoniaparaadist teiseni. Kaasaegses tele­fonisides edas­tatakse kõnesid suurte vahemaade taha klaaskiududest koosneva val­gus­kaabli abil, milles levib optilisse vahemikku kuu­luv elektro­magnetlaine. Seda lai­net moduleeritakse ülekantavate heli­sagedus­võnku­mis­tega. Väga kõrge kandesagedu­se (f = 1012…1013 Hz) tõttu mahub ühele valguskaablile sadu tuhandeid sidekanaleid (sagedusvahemikke laiusega 4 kHz). Tänapäeval kasutatakse ka üha roh­kem mobiil­telefone, mis koosnevad piiratud tegevusraadiusega (kuni 30 km) raadio­saat­jast ja –vastuvõtjast. Mobiiltelefonist läheb kõne raadio­lainete va­hen­dusel lähimasse tugijaa­ma ning sealt mööda kaabel­liine edasi. INGLISKEELSED TERMINID telefoniside – telecommunication valguskaabel – optical fiber cable mobiiltelefon – mobile phone sidekanal – communication channel kandesagedus – carrier frequency

Positsioneerimine

Satelliitpositsioneerimise all mõeldakse objekti asukoha, kõrguse, kiiruse ja kiirendusega seotud informatsiooni, mille tarvis saadakse andmed satelliitidelt. Kõik satelliitpositsioneerimise süsteemid on üles ehitatud täpsele ajastusele ning igal satelliidil on pardal ülitõpne kell, mis on sünkroonis Maal asuva referentskellaga. Kuna satelliitide kiirus orbiidil ning orbiidi kõrgus on teada, on võimalik nende poolt saadetava raadioimpulsi jada vastuvõttes teha kindlaks vastuvõtja kaugus satelliididst ning arvutada välja tema täpne asukoht ruumis. Asukoha määramiseks on tarvis vähemaslt 4 satelliidi samaaegne nähtavus. Satelliitpositsioneerimine võimaldab vastuvõtja asukohta kindlaks määrata Ameerika süsteemi GPS kaudu umbes 5-15 meetri täpsusega. Euroopa Galileo on lubanud tasuta teenustel 3-5 meetrit täpsust, kuid tasuliste ja garanteeritud teenuste puhul 5 – 10 cm. Täna on erinevate riikide positsioneerimissüsteeme koos kasutades kallimate vastuvõtjatega võimalik saavutada isegi 2-3 cm täpsust, kuid seda eelkõige EL-i liikmesriikidesse paigutatud maapinnal asuvate tugijaamade võrgustikult EGNOS sadavat lisainformatsiooni kasutades. Täpsete ja kvaliteetsete vastuvõtuseadmete odavamaks muutumisel on uute rakenduste lisandumist. Sellisteks rakendusteks võivad saada juhita autod ja ühistransport, täpispõllumajandus ja maaparandus jpt.

Kaugseire

Keskkonna kaugseire kui meetod, kus satelliitidelt jälgitakse Maal toimuvaid protsesse, on kiiresti arenenud koos kosmosetehnoloogia arenguga ning on praeguseks kujunenud oluliseks teadus-arendus ja ettevõtluse valdkonnaks. Maa süsteemse jälgimise vajadused võib jagada kolmeks: 1. Avardada teaduslikku mõtlemist, kasutades spetsiaalset kombineeritud infosüsteeme ja kõrgtehnoloogiat kosmoses, õhus ning pinnal 2. Avalikustada ja levitada informatiooni Maa kohta 3. Toetada riiklikke ja rahvusvahelisi keskkonnaga seonduvaid poliitikaid. 4. Eestis on kaugseire seatud kosmosevaldkonna arendamisel üheks prioriteediks nii kosmosepoliitika töögrupi kui ka kosmoseasjade nõukogu heakskiidul. Oluline teaduspotentsiaal Tartu Observatooriumis, Tartu Ülikoolis, Tallinna Tehnika Ülikoolis ja Eesti Maaülikoolis katab kõik peamised keskkonnaga seotud valdkonnad ja Eesti jaoks kõige olulisemad rakendused veekogude, metsanduse, põllumajanduse, atmosfääri uuringutes ja seires. Eesti kosmosebüroo Ettevõtluse Arendamise Sihtasustuses on käivitanud kaugseire nõukoja töö, mille esimeseks ühiseks ettevõtmiseks oli Euroopa Liidu programmi Copernicus kasutajate foorumi loomine, et paremini realiseerida Eesti kaugseire võimekust ja vajadusi.

Satelliitside

Satelliidid LEO, MEO ja GEO

SATELLIITSIDE Kuna ionosfäärne side ei ole mandritevahelise side pidamiseks piisavalt stabiilne ega võimalda edastada suuri andmemahte, arendati selleks otstarbeks välja satelliitside, mis võimaldas tagada sidet pikkade vahemaade taha. Paraku vaid kümmekond aastat hiljem hakati mandritevahelises sides kasutama palju odavamat ja efektiivsemat fiiberoptilist kaablit, mistõttu satelliitside arenguhoog rauges. Tänapäeval on satelliitside kasutusel põhiliselt ringhäälingus (satelliittelevisioon) ja navigatsioonis. Kuna sagedustel alla 30 Mhz on ionosfäär peegeldava toimega, siis satelliitsides tuleb kasutada sagedusi, mis on üle 30 Mhz. Satelliititide orbiidid jaotatakse nende kõrguse järgi maapinnast kolme suurde gruppi: LEO, MEO ja GEO. Low Earth orbiit (LEO) asub maapinnast 200-300 km kõrgusel. Ühe ööpäeva jooksul teevad LEO orbiidil olevad satelliidid 14-16 tiiru ümber maakera. LEO orbiidi eeliseks on väike viide Maa ja satelliidi vahelises sides, üle poolte kõikidest satelliitidest tiirlevad just LEO orbiidil. Medium Earth orbiit (MEO) asub maapinnast umbes 1000-2000 km kõrgusel ja seda kasutatakse põhiliselt asukoha määramisel ja navigatsioonis (ülemaailmne positsioneerimissüsteem GPS). Sellel orbiidil tiirlevad satelliidid teevad päevas kaks tiiru ümber maakera ning ühe tiiruga on nad võimelised katma 90% Maa pinnast. Geostatsionaarne (GEO) orbiit asub täpselt ekvaatori kohal 35784 km kõrgusel Maast. Satelliidi tiirlemisperiood langeb täpselt kokku Maa pöörlemisperioodiga ja seetõttu on satelliit Maa suhtes kogu aeg paigal. Umbes 40% satelliitidest tiirlevad GEO orbiidil, neid kasutatakse kommunikatsiooniks ja satelliittelevisioonis. Satelliidile paistab korraga 42% Maa pinnast. Miinused: suur viide – üles- ja allalüli kokku kuni 2 sekundit, ei kata polaaralasid.

Ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem

Navigatsioonisüsteemide võrdlus

GPS-satelliidid tiirlevad kuuel orbitaaltasandil, igal tasandil neli satelliiti

Ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem ehk globaalne satelliitnavigatsioonisüsteem ehk GNSS (lühend ingliskeelsest väljendist global navigation satellite system) on üle maailma asukohamääramist ja navigatsiooni võimaldav navigatsioonisatelliitide süsteem. 2013. aasta seisuga olid kasutusel või väljaarendamisel järgmised ülemaailmsed satelliitnavigatsioonisüsteemid: GPS (Global Positioning System) ‒ Ameerika Ühendriikide kaitseministeerium; GLONASS (глобальная навигационная спутниковая система) ‒ Vene Föderatsiooni kaitseministeerium; Galileo, Euroopa Liit; Compass ehk Beidou-2, Hiina Rahvavabariik; IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System), India. USA kaitseministeeriumi väljaarendatud ja rahastatav GPS (täisnimega NAVSTAR GPS) on seni ainus ülemaailmselt kasutatav navigatsioonisüsteem; tsiviilkasutusse jõudis süsteem täies toimimisvalmiduses 1995. aastal, teine põlvkond 1912. aastal; väljatöötamisel on GPS III. Venemaa GLONASS on kasutusel 1993. aastast, ent seni piiratud ulatuses. Hiina süsteem on esialgu kasutusel oma riigi ulatuses. GLONASS ning väljatöötamisel olevad Euroopa ja India süsteemid peaksid ülemaailmselt töövalmis saama 2020. aasta paiku.