NASA DEEP SPACE NETWORK

Μπάτας Ελευθέριος

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

1. Εισαγωγή1.1 Πληροφορίες

• To Deep Space Network της NASA είναι ένα παγκόσμιο δίκτυο μεγάλων κεραιών και επικοινωνιακών εγκαταστάσεων που υποστηρίζει διαπλανητικές αποστολές σκαφών και αποτελεί μέρος του Jet Propulsion Laboratory. Δημιουργήθηκε το 1958 και αρχικά άνηκε στον Αμερικάνικο Στρατό. Λίγους μήνες αργότερα και καθώς είχε ιδρυθεί η NASA, μεταφέρθηκε στη δικαιοδοσία της. Για να καταστεί δυνατή η συνεχής επαφή με το βαθύτερο διάστημα υλοποιήθηκε ένα δίκτυο τριών επίγειων σταθμών που χωρίζονται από περίπου 120 μοίρες γεωγραφικού πλάτους. Με αυτόν τον τρόπο ένα σκάφος θα μπορούσε να είναι πάντα στον ορίζοντα ενός τουλάχιστον σταθμού όσο η Γη γυρνάει.

• Σήμερα, οι σταθμοί βρίσκονται στο Γκολντστόουν των ΗΠΑ, στην Μαδρίτη και στην Καμπέρα της Αυστραλίας. Το DSN παρέχει αμφίδρομη επικοινωνία που καθοδηγεί και ελέγχει διάφορες μη επανδρωμένες διαπλανητικές διαστημικές αποστολές και μας δίνει τις εικόνες και τις νέες επιστημονικές πληροφορίες που συλλέγουν οι ανιχνευτές τους. Οι κεραίες επικοινωνούν απευθείας με το Deep Space Operations Center στην Πασαντίνα της Καλιφόρνιας.IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

1. Εισαγωγή1.2 Δυνατότητες

Οι κεραίες και τα συστήματα διανομής δεδομένων μπορούν να:• Αποκτούν δεδομένα τηλεμετρίας από τα διαστημόπλοια• Μεταδίδουν εντολές στα διαστημόπλοια• Ανεβάζουν τροποποιήσεις λογισμικού• Ανιχνεύουν την θέση ενός διαστημόπλοιου καθώς και την τροχιά του• Μετράνε μεταβολές στα ραδιοκύματα για επιστημονικά πειράματα• Συγκεντρώνουν επιστημονικά δεδομένα• Παρακολουθούν και ελέγχουν την απόδοση του δικτύου

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

2. Βαθύ Διάστημα2.1 Διαφορετική προσέγγιση

Η ανίχνευση των διαστημοπλοίων στο βαθύ διάστημα είναι αρκετά διαφορετική από αυτή των αποστολών χαμηλής τροχιάς (Low Earth Orbit). Οι αποστολές βαθέως διαστήματος είναι ορατές για μεγάλες χρονικές περιόδους και από μια μεγάλη επιφάνεια του πλανήτη. Συνεπώς, γίνεται χρήση λίγων σταθμών συγκεκριμένα τριών. Ο κάθε σταθμός όμως απαιτεί τεράστιες κεραίες, υπερ-ευαίσθητους ανιχνευτές και ισχυρούς πομπούς για να είναι δυνατό να μεταδίδουν και να λαμβάνουν σε τόσο μεγάλες αποστάσεις.Το βαθύ διάστημα γενικά μπορεί να οριστεί με διάφορους τρόπους:• Σύμφωνα με τη NASA το DSN σχεδιάστηκε για να επικοινωνεί με διαστημόπλοια που ταξιδεύουν

περίπου από τα 16000 km και άνω.[1] To JPL αναφέρει ότι από το ύψος των 30000 km, ένα διαστημόπλοιο είναι πάντα στο οπτικό πεδίο ενός σταθμού παρακολούθησης.

• Ο ITU ορίζει ότι το βαθύ διάστημα ξεκινάει στα 2 εκατομμύρια km.[2] Με αυτόν τον ορισμό σημαίνει ότι οι αποστολές στη Σελήνη και των σημείων Lagrange L1 και L2 θεωρούνται κοντινό διάστημα και δε χρησιμοποιούν τις συχνότητες βαθέως διαστήματος της ITU.

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

2. Βαθύ Διάστημα2.2 Οπτική επαφή

• Η όψη από τον βόρειο πόλο της Γης μας δείχνει το οπτικό πεδίο από τις κύριες τοποθεσίες κεραιών του DSN.

• Μπορούμε εδώ να δούμε εύκολα την χρησιμότητα των τριών μόνο σταθμών στο DSN.

• Επίσης, μια όψη των σημείων Lagrange Γης-Ήλιου όπου

παρατηρείται βαρυτική ισορροπία.

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

3. DSN και Apollo3.1 Συνεργασία

• Παρόλο που κανονικά ήταν επιφορτισμένο να ακολουθεί μη επανδρωμένα διαστημόπλοια, το DSN συνείσφερε επίσης στην επικοινωνία και την παρακολούθηση των αποστολών Apollo στη Σελήνη. Η κύρια ευθύνη πάντως του Apollo άνηκε στο Manned Space Flight Network (MSFN).

• Το DSN σχεδίασε τους σταθμούς του MSFN για την σεληνιακή επικοινωνία και παρείχε μια δεύτερη κεραία σε κάθε εγκατάσταση του MSFN (οι σταθμοί τους βρίσκονται σε κοντινή απόσταση για αυτόν τον λόγο). Oι δύο κεραίες σε κάθε χώρο χρειάζονταν και για το λόγο ότι το εύρος της ακτίνας των μεγάλων κεραιών ήταν πολύ μικρό για να καλύψει τόσο το όχημα που ήταν σε τροχιά όσο και της προσεδάφισης.

• Το DSN πρόσφερε επίσης μερικές μεγαλύτερες κεραίες για την τηλεοπτική μετάδοση από τη Σελήνη καθώς και για κάποιες έκτακτες επικοινωνίες όπως στο Apollo 13.

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

4. Κεραίες4.1 Εγκαταστάσεις

Κάθε συγκρότημα περιλαμβάνει τουλάχιστον τέσσερα τερματικά βαθέως διαστήματος εξοπλισμένα με υπερ-ευαίσθητα ανιχνευτικά συστήματα και μεγάλες κεραίες παραβολικού πιάτου. Σε κάθε ένα υπάρχουν:• Μία κεραία 34 μέτρων διαμέτρου Υψηλής Απόδοσης (HEF)• Δύο ή περισσότερες 34 μέτρων Beam waveguide κεραίες (BWG)• Μία κεραία 26 μέτρων• Μία κεραία 70 μέτρωνΓια τις μελλοντικές απαιτήσεις του δικτύου νέες κεραίες απαιτούνται να

κατασκευαστούν με την πρώτη να είναι ήδη έτοιμη από το 2014.

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑΜονοπάτι σήματος σε μια BWG κεραία. Credit:

JPL, NASA

5. Επεξεργασία Σήματος5.1 Δυνατότητες

• Οι γενικές δυνατότητες του DSN δεν έχουν αλλάξει δραστικά από την εποχή των αποστολών Voyager. Πολλές από τις εξελίξεις στην ψηφιακή επεξεργασία σήματος, στις συστοιχίες κεραιών και στην διόρθωση σφαλμάτων έχουν ενσωματωθεί στο DSN.

• Η ικανότητα να παρατάσσουν μαζί κεραίες υιοθετήθηκε για να βελτιώσει τα δεδομένα που επέστρεφαν από το Voyager 2 και χρησιμοποιήθηκε εκτενώς στο Galileo που εξερευνούσε τον Δία. Η τρέχουσα συστοιχία κεραιών που χρησιμοποιείται από την αποστολή του Galileo μπορεί να συνδέσει την 70μ. κεραία του Γκολντστόουν με την αντίστοιχη της στην Αυστραλία, επιπρόσθετα με δύο των 34μ. της Καμπέρας.

• Συστοιχία κεραιών μπορεί να χρησιμοποιείται και εντός ενός ίδιου συγκροτήματος. Για παράδειγμα, μια κεραία των 70μ. μπορεί να παραταχθεί με ένα πιάτο των 34μ. Επίσης, δύο ή περισσότερες κεραίες 34μ. σε κάθε σταθμό είναι συνήθως σε συστοιχία.

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

5. Επεξεργασία Σήματος5.2 «Κεντροποιημένη» Διαδικασία

• Όλοι οι σταθμοί διαχειρίζονται από ένα Κέντρο Επεξεργασίας Σήματος σε κάθε συγκρότημα. Αυτά τα κέντρα στεγάζουν τα ηλεκτρονικά υποσυστήματα που στοχεύουν και ελέγχουν τις κεραίες, λαμβάνουν και επεξεργάζονται τα δεδομένα τηλεμετρίας, μεταδίδουν εντολές και παράγουν τα δεδομένα πλοήγησης των διαστημοπλοίων.

• Όταν τα δεδομένα επεξεργαστούν στα συγκροτήματα, αποστέλλονται στο JPL για περαιτέρω ανάλυση και για διανομή σε επιστημονικές ομάδες μέσα από ένα δίκτυο επικοινωνίας.

• DSN Now: http://eyes.nasa.gov/dsn/index.html

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑJPL Control Room

Πηγές

1. http://ipnpr.jpl.nasa.gov/progress_report2/42-28/28A.PDF2. http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsndocs/810-005/201/201B.pdf

http://deepspace.jpl.nasa.gov/about/

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ

IEEE STUDENT BRANCH ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, ΚΑΣΤΟΡΙΑ