NASAs Deep Space Network ser på fremtiden

Da NASAs Mars 2020 Perseverance rover landede på den røde planet, agenturets Deep Space Network (DSN) var der, gør det muligt for missionen at sende og modtage de data, der var med til at gøre begivenheden mulig. Da OSIRIS-REx tog prøver af asteroiden Bennu det sidste år, DSN spillede en afgørende rolle, ikke kun ved at sende kommandosekvensen til sonden, men også ved at sende sine fantastiske billeder tilbage til Jorden.

Netværket har været rygraden i NASAs dybe rumkommunikation siden 1963, støtte 39 missioner regelmæssigt, med mere end 30 NASA-missioner under udvikling. Holdet bag arbejder nu hårdt på at øge kapaciteten, lave en række forbedringer af netværket, der vil hjælpe med at fremme fremtidig rumudforskning.

Administreret af NASA's Jet Propulsion Laboratory for Space Communications and Navigation Program, baseret på NASAs hovedkvarter inden for Human Exploration and Operations Mission Directorate, DSN er det, der gør det muligt for missioner at spore, sende kommandoer til, og modtage videnskabelige data fra fjerne rumfartøjer.

Netværket består af sporingsantenner på tværs af tre komplekser jævnt fordelt rundt om i verden ved Goldstone-komplekset nær Barstow, Californien; i Madrid, Spanien; og i Canberra, Australien. Ud over at støtte missioner, antennerne bruges regelmæssigt til at udføre radiovidenskab – studere planeter, sorte huller, og sporing af jordnære objekter.

"Kapacitet er et stort pres, og vores antenneforbedringsprogram vil hjælpe med det. Dette omfatter bygning af to nye antenner, øge vores antal fra 12 til 14, " sagde JPLs Michael Levesque, vicedirektør i DSN.

Netværksopgraderinger

I januar 2021, DSN bød velkommen til sin 13. ret til familien. Opkaldt Deep Space Station 56 (DSS-56), denne nye 34 meter brede (112 fod bred) parabol i Madrid er en "alt-i-én"-antenne. Tidligere konstruerede antenner er begrænset i de frekvensbånd, de kan modtage og sende, ofte begrænser dem til at kommunikere med specifikke rumfartøjer. DSS-56 var den første til at bruge DSN's fulde række af kommunikationsfrekvenser, så snart den gik online og kan kommunikere med alle de missioner, som DSN understøtter.

Kort efter at have bragt DSS-56 online, DSN-teamet gennemførte 11 måneders kritiske opgraderinger til Deep Space Station 43 (DSS-43), den massive 70 meter (230 fod) antenne i Canberra. DSS-43 er den eneste ret på den sydlige halvkugle med en sender kraftig nok, og som udsender den rigtige frekvens, at sende kommandoer til det fjerne Voyager 2 rumfartøj, som nu er i det interstellare rum. Med ombyggede sendere og opgraderet udstyr, DSS-43 vil tjene netværket i årtier fremover.

"Opfriskningen af ​​DSS-43 var en kæmpe bedrift, og vi er på vej til at tage os af de næste to 70 meter antenner i Goldstone og Madrid. Og vi er fortsat med at levere nye antenner for at imødekomme den stigende efterspørgsel – alt sammen under COVID-19, " sagde JPL's Brad Arnold, leder af DSN.

Forbedringerne er en del af et projekt for at imødekomme ikke kun den øgede efterspørgsel, men også skiftende missionsbehov.

Missioner genererer i stigende grad mere data end tidligere. Datahastigheden fra dybe rumfartøjer er vokset med mere end 10 gange siden de første månemissioner i 1960'erne. Mens NASA ser mod at sende mennesker til Mars, dette behov for større datamængder vil kun stige yderligere.

Optisk kommunikation er et værktøj, der kan hjælpe med at imødekomme denne efterspørgsel efter større datamængder ved at bruge lasere til at muliggøre kommunikation med højere båndbredde. I løbet af de næste par år, NASA har flere missioner planlagt for at demonstrere laserkommunikation, der vil forbedre agenturets evne til at udforske længere ud i rummet.

Nye tilgange

Netværket fokuserer også på nye tilgange til, hvordan det går til sit arbejde. For eksempel, i det meste af DSN's historie, hvert kompleks blev drevet lokalt. Nu, med en protokol kaldet "Følg solen, "hvert kompleks skiftes til at køre hele netværket i løbet af deres dagvagt og afleverer derefter kontrollen til det næste kompleks sidst på dagen i den pågældende region - i det væsentlige, et globalt stafetløb, der finder sted hver 24. time.

De resulterende omkostningsbesparelser er blevet tilført antenneforbedringer, og indsatsen har også styrket det internationale samarbejde komplekserne imellem. "Hvert websted fungerer sammen med de andre websteder, ikke kun i overdragelsesperioder, men også om vedligeholdelse og hvordan antenner yder på en given dag. Vi er virkelig blevet til et globalt fungerende netværk, " sagde Levesque.

Netværket har også implementeret nye tilgange til styring af deep space-kommunikation. For eksempel, i fortiden, hvis flere rumfartøjer, der cirkulerer rundt om Mars, skulle serviceres på samme tid, netværket skulle pege én antenne pr. rumfartøj mod Mars, potentielt bruge alle antennerne på et givet kompleks. Med en ny protokol, DSN kan modtage flere signaler fra en enkelt antenne og opdele dem i den digitale modtager. "Vi tilpassede dette fra kommercielle telekommunikationsimplementeringer til gavn for vores netværkseffektivitet, sagde Arnold.

En yderligere ny protokol giver operatører mulighed for at overvåge flere aktiviteter samtidigt. Traditionelt, hver rumfartøjsaktivitet havde en enkelt dedikeret operatør. Nu, DSN bruger en tilgang, der udnytter automatisering til at give hver operatør mulighed for at overvåge flere rumfartøjsforbindelser samtidigt. For første gang, DSN kan nu fuldt ud automatisere sekvenseringen og udførelsen af ​​sporingspas, og indsatsen vil fortsætte med at blive styrket over tid.

"Fremtiden for DSN kommer til at følge ånden og driften af ​​videnskabelige missioner, der flyver derude. Det er vores ansvar at aktivere dem. Og det gør vi gennem kommunikation, sagde Arnold.