Sistema satelital Quasi-Zenith (QZSS)

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El Quasi-Zenith Satellite System (QZSS), también conocido como Michibiki (みちびき), es un sistema de transferencia de tiempo regional de cuatro satélites y un sistema de aumento basado en satélites desarrollado por el gobierno japonés para mejorar el Sistema de Posicionamiento Global operado por los Estados Unidos (GPS) en las regiones de Asia y Oceanía, con un enfoque en Japón. El objetivo de QZSS es proporcionar servicios de posicionamiento estables y de alta precisión en la región de Asia y Oceanía, compatibles con GPS. Los servicios QZSS de cuatro satélites estaban disponibles a modo de prueba a partir del 12 de enero de 2018 y comenzaron oficialmente el 1 de noviembre de 2018. Está previsto un sistema de navegación por satélite independiente del GPS para 2023 con 7 satélites.

Historia

En 2002, el gobierno japonés autorizó el desarrollo de QZSS, como un sistema de transferencia de tiempo regional de tres satélites y un sistema de aumento basado en satélites para el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) operado por los Estados Unidos para ser cobrable dentro de Japón. Se otorgó un contrato a Advanced Space Business Corporation (ASBC), que comenzó el trabajo de desarrollo del concepto, y Mitsubishi Electric, Hitachi y GNSS Technologies Inc. Sin embargo, ASBC colapsó en 2007 y el trabajo fue asumido por Satellite Positioning Research and Application. Center (SPAC), que es propiedad de cuatro departamentos del gobierno japonés: el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología, el Ministerio del Interior y Comunicaciones, el Ministerio de Economía, Comercio e Industria y el Ministerio de Tierras, Infraestructuras, Transporte y Turismo.

El primer satélite "Michibiki" se lanzó el 11 de septiembre de 2010. Se esperaba un estado operativo completo para 2013. En marzo de 2013, la Oficina del Gabinete de Japón anunció la expansión de QZSS de tres satélites a cuatro. El contrato de US$526 millones con Mitsubishi Electric para la construcción de tres satélites estaba programado para lanzarse antes de finales de 2017. El tercer satélite se puso en órbita el 19 de agosto de 2017 y el cuarto se lanzó el 10 de octubre de 2017. Los cuatro satélites básicos El sistema satelital se anunció como operativo el 1 de noviembre de 2018.

Orbita

QZSS utiliza un satélite geoestacionario y tres satélites en órbitas geosíncronas, ligeramente elípticas y altamente inclinadas de tipo Tundra. Cada órbita está separada 120° de las otras dos. Por esta inclinación, no son geoestacionarios; no permanecen en el mismo lugar en el cielo. En cambio, sus huellas en el suelo son patrones asimétricos en forma de 8 (analemmas), diseñados para garantizar que uno esté casi directamente sobre Japón (elevación 60 ° o más) en todo momento.

Los elementos orbitales nominales son:

+ Elementos keplerianos del satélite QZSS (nominal)
Época26 de diciembre de 2009, 12:00 UTC
Eje semimayor (a)42.164 km (26.199 millas)
Excentricidad (e)0,075 ± 0,015
Inclinación (i)43° ± 4°
Ascensión recta del nodo ascendente (Ω)195° (inicial)
Argumento del perigeo (ω)270° ± 2°
Anomalía media (M 0)305° (inicial)
Longitud central de la traza de tierra135° E ± 5°

Satélites

Constelación actual de 4 satélites

NombreFecha de lanzamientoEstadonotas
QZS-1 (Michibiki-1)11 de septiembre de 2010Reemplazado por QZS-1R-
QZS-2 (Michibiki-2)1 junio 2017OperacionalPaneles solares mejorados y aumento de combustible.
QZS-3 (Michibiki-3)19 agosto 2017OperacionalDiseño más pesado con antena de banda S adicional en órbita geoestacionaria
QZS-4 (Michibiki-4)10 de octubre de 2017OperacionalPaneles solares mejorados y aumento de combustible.
QZS-1R (Michibiki-1R)26 octubre 2021OperacionalReemplazo para QZS-1.

Futura constelación de 7 satélites

NombreFecha de lanzamiento previstaEstadonotas
QZS-52023Futuro
QZS-62023Futuro
QZS-72024Futuro

QZSS y aumento de posicionamiento

El objetivo principal de QZSS es aumentar la disponibilidad de GPS en los numerosos cañones urbanos de Japón, donde solo se pueden ver satélites a gran altura. Una función secundaria es la mejora del rendimiento, aumentando la precisión y la fiabilidad de las soluciones de navegación derivadas del GPS. Los Satélites Quasi-Zenith transmiten señales compatibles con la señal GPS L1C/A, así como con las señales modernizadas GPS L1C, L2C y L5. Esto minimiza los cambios en los receptores GPS existentes. En comparación con el GPS independiente, el sistema combinado GPS más QZSS ofrece un rendimiento de posicionamiento mejorado a través de datos de corrección de alcance proporcionados a través de la transmisión de señales de mejora de rendimiento de clase submétrica L1-SAIF y LEX de QZSS. También mejora la confiabilidad mediante el monitoreo de fallas y las notificaciones de datos de salud del sistema. QZSS también proporciona otros datos de apoyo a los usuarios para mejorar la adquisición de satélites GPS. Según su plan original, QZSS debía transportar dos tipos de relojes atómicos espaciales; un máser de hidrógeno y un reloj atómico de rubidio (Rb). El desarrollo de un máser de hidrógeno pasivo para QZSS se abandonó en 2006. La señal de posicionamiento será generada por un reloj Rb y se empleará una arquitectura similar al sistema de cronometraje GPS. QZSS también podrá utilizar un esquema de transferencia de tiempo y frecuencia de satélite bidireccional (TWSTFT), que se empleará para obtener un conocimiento fundamental del comportamiento estándar atómico de los satélites en el espacio, así como para otros fines de investigación. un máser de hidrógeno y un reloj atómico de rubidio (Rb). El desarrollo de un máser de hidrógeno pasivo para QZSS se abandonó en 2006. La señal de posicionamiento será generada por un reloj Rb y se empleará una arquitectura similar al sistema de cronometraje GPS. QZSS también podrá utilizar un esquema de transferencia de tiempo y frecuencia de satélite bidireccional (TWSTFT), que se empleará para obtener un conocimiento fundamental del comportamiento estándar atómico del satélite en el espacio, así como para otros fines de investigación. un máser de hidrógeno y un reloj atómico de rubidio (Rb). El desarrollo de un máser de hidrógeno pasivo para QZSS se abandonó en 2006. La señal de posicionamiento será generada por un reloj Rb y se empleará una arquitectura similar al sistema de cronometraje GPS. QZSS también podrá utilizar un esquema de transferencia de tiempo y frecuencia de satélite bidireccional (TWSTFT), que se empleará para obtener un conocimiento fundamental del comportamiento estándar atómico del satélite en el espacio, así como para otros fines de investigación.

Señales y servicios

El QZSS proporciona tres clases de servicio público:

QZSS cronometraje y sincronización remota

Aunque el sistema de cronometraje (TKS) QZSS de primera generación se basará en el reloj Rb, los primeros satélites QZSS llevarán un prototipo básico de un sistema de sincronización de reloj de cristal experimental. Durante la primera mitad de la fase de prueba en órbita de dos años, las pruebas preliminares investigarán la viabilidad de la tecnología sin reloj atómico que podría emplearse en el QZSS de segunda generación.

La tecnología QZSS TKS mencionada es un novedoso sistema de cronometraje por satélite que no requiere relojes atómicos a bordo como los que utilizan los sistemas de navegación por satélite existentes como BeiDou, Galileo, el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), GLONASS o el sistema NavIC. Este concepto se diferencia por el empleo de un marco de sincronización combinado con relojes ligeros orientables a bordo que actúan como transpondedores que retransmiten la hora precisa de forma remota proporcionada por la red de sincronización horaria ubicada en tierra. Esto permite que el sistema funcione de manera óptima cuando los satélites están en contacto directo con la estación terrestre, lo que lo hace adecuado para un sistema como el QZSS japonés. La baja masa del satélite y el bajo costo de fabricación y lanzamiento del satélite son ventajas significativas de este sistema.Método de sincronización remota para el sistema de satélites Quasi-Zenith y método de sincronización remota para el sistema de satélites Quasi-Zenith: estudio de un nuevo sistema de cronometraje por satélite que no requiere relojes atómicos a bordo.