GNSS隐藏的兄弟姐妹(数字孪生)

作者:曹冲


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GPS在加利福尼亚的El Segundo设立了一个数字孪生兄弟。伽利略系统在荷兰的诺德韦克(Noordwijk)拥有一颗与地球相连的太空飞行器,其束缚力极高,渴望与兄弟们一起自由飞行。这两个星座幽灵都存在于令人毛骨悚然的测试暮色中,用以复制其自由飞翔的家庭的运动和反应。他们的隐姓埋名所作牺牲可能会导致子孙后代获得更好、更强大的卫星。

星座克隆。据《空军杂志》报道,美国空军太空与导弹系统中心委托GPS卫星的数字孪生测试了该星座的网络漏洞。高科技顾问公司布兹·艾伦·汉密尔顿(Booz Allen Hamilton)于2018年在洛克希德·马丁(Lockheed Martin)的Block IIR一代产品的基础上建造了SatSim双胞胎。然后,他们试图破解其各种子系统。这导致对卫星本身,地面控制站以及它们之间的射频链路进行一系列漏洞扫描和渗透测试。对通信链路的攻击寻求到了卫星与其地面控制站之间的潜在弱点。公司和空军都不会发布测试结果。任何未发现的漏洞都被掩盖。BAH副总裁凯文·科金斯(Kevin Coggins)表示:针对这一弱点他们可以在未来的卫星中修复它,或者可以在当前的卫星中提出解决方法或检测方法。空军军方说,它先前也在其他项目上采用了数字孪生方法。该概念使用基于模型的系统工程来构建构造,重点是创建和利用域模型(结合了行为和数据的软件模型)作为信息交换的主要手段。由于摩尔定律:计算机处理速度呈指数级提高,这种做法已得到越来越多的使用。虚拟系统具有比实时运行快得多的优点。工程师可以在几个小时内模拟一年的全域功能。

伽利略的双胞胎。完整的伽利略卫星在欧洲航天局ESTEC微波实验室的洁净室中生活和呼吸。这颗卫星是由意大利的Thales Alenia Space2016年建造的,当时是第一代伽利略卫星在轨验证卫星,但从未成功发射。取而代之的是,将其拆解并将其导航有效载荷放回测试台上。此后,工程师们使它经历了许多实验室经验,调查了其部件的使用寿命,重新创建卫星异常并测试了伽利略未来发展的候选技术。

卫星的关键导航系统模块、原子钟、固态功率放大器、导航信号生成单元(NSGU),频率发生器和上变频器单元与新的电缆一起连接在了平整的桌子上。静止车辆的信号代替卫星天线,而是通过专用的衰减链传输,以对其进行修改,就好像地面上的接收机正在采集它们的数据一样。欧空局技术员GearóidLoughnane评论说:有效负载和安全带是为立方结构而不是平坦的平台设计的,因此这绝非易事。同时,我们与这些设备的原始供应商合作,这些供应商在这个阶段已有15年的历史了,以寻找我们需要使它们重新运行的操作软件。

英国的萨里卫星技术有限公司,负责伽利略软件的荷兰航空航天公司Terma和丹麦的地面控制设备供应商Rovsing都与ESA合作。2019年,这颗无形的卫星进行了完整的射频特性测试,确认导航有效载荷的性能与预期相同,就像在轨道上一样,广播了当前伽利略导航信号E1E5E6的全部内容。下一个挑战将是测试即将到来的Galileo第二代设计的技术,该技术将在下个十年晚些时候飞行,包括插入新颖的NSGU和新的原子钟组合。为了使它更具代表性,构成了当前轨道上大多数星座的伽利略全操作能力卫星,来自瑞士泰勒斯·阿莱尼亚航天公司的第二颗NSGU被添加到瑞士航空航天工程公司RUAG制作的初始版本中。

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ESTEC的微波实验室,伽利略IOV工程模型有效载荷测试平台。所有照片均由ESA提供。坐满桌的双胞胎可以生成三个伽利略导航信号,并重现具有代表性的遥测范围。此外,它的所有组件都可以单独控制温度,降低到单个程度。微波工程师CésarMiquelEspaña说:“这很重要,因为该设施的一部分工作是重现卫星上发生的异常现象,包括再现其环境”。“该设施还允许调查和评估新卫星导航有效载荷和设备概念的端到端导航信号性能”。