Мощная система связи НАСА - это невидимый для человечества центр управления полетами.
На Земле есть три комплекса Deep Space Network: Голдстоун, Калифорния, Мадрид, Испания, и Канберра, Австралия. НАСА
В основе почти всех сложных космических миссий НАСА лежит невидимый интендант, ключевая система, которую часто называют «глазами» агентства: Deep Space Network..
Самая большая и чувствительная телекоммуникационная система на планете, Deep Space Network, или DSN, представляет собой международный массив гигантских радиоантенн. Сеть состоит из трех наземных объектов по всему миру, каждый из которых расположен на расстоянии 120 градусов по долготе (или на расстоянии от 5 000 до 10 000 миль) друг от друга, причем один базируется в Голдстоуне недалеко от Барстоу, Калифорния, другой в Мадриде, Испания, и последний в Канберре, Австралия). Эта мощная сеть позволяет НАСА поддерживать постоянную связь с космическими кораблями, которые отправляются далеко за пределы земной орбиты.
Эксплуатируемая Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) в Пасадене, Калифорния, система сыграла решающую роль в дальней космической связи с тех пор, как она начала непрерывную работу в 1963 году. В молодости сеть была важной частью отслеживания и связь с миссией по высадке на Луну Аполлона-11, и с тех пор способствовала благополучию десятков самых исторических проектов НАСА. Например, он помогал передавать данные туда и обратно от таких миссий, как DART, Lucy, Solar Parker Probe и космического телескопа Джеймса Уэбба. По состоянию на 2021 год DSN регулярно отслеживает и поддерживает 39 миссий, и еще 30 миссий НАСА находятся в разработке.
Джефф Бернер, главный инженер Deep Space Network, говорит, что сеть до сих пор отслеживает даже зонды НАСА «Вояджер» - два корабля-близнеца, которые были запущены в 1977 году и продолжают парить далеко за пределами Солнечной системы. «По мере того, как космические корабли удаляются, мощность, получаемая от космического корабля, снижается», - говорит он. «Поэтому сигнал становится все слабее и слабее по мере того, как космический корабль удаляется все дальше и дальше».
Для перспективы отправка и получение данных на Луну и обратно (в среднем 477 710 миль) займет всего несколько секунд, но тот же сигнал, отправленный на Марс (около 280 миллионов миль туда и обратно), может занять от 10 до 20 минут, чтобы прибыть. Бернер говорит, что для корабля, находящегося за пределами досягаемости человечества, как «Вояджер», время двустороннего светового сигнала (время, необходимое для того, чтобы добраться до корабля и обратно на Землю) может занять более 29 часов. Кроме того, поскольку любая миссия может быть отслежена с помощью любой из мощных антенн DSN, легкая гибкость этой сложной ретрансляционной сети является одной из причин, по которой DSN является «действительно многоцелевой системой», - объясняет Бернер. В каждом комплексе находится антенна шириной 230 футов и множество антенн шириной 111 футов, которые, помимо связи с космическими кораблями при вращении Земли, также используются для проведения радионаучных исследований, таких как изучение планет и черных дыр. Но пристальный взгляд на внутреннюю работу этой системы показывает, насколько неотъемлемой частью DSN будет последняя попытка НАСА достичь лунной поверхности с помощью программы Artemis.
Полет Артемиды I на Луну и обратно
На прошлой неделе космический корабль НАСА «Орион» поцеловал Луну и теперь мчится прямо за нашим спутником, тайно делая потрясающие новые изображения высокой четкости его испещренной кратерами поверхности. Но если Орион - последний шпион Земли, то DSN - это, по сути, управление полетами, голос в ухе каждого хорошего героя.
Согласно JPL, DSN в настоящее время поддерживает большой, постоянный приток данных от капсулы без экипажа, процесс, который будет продолжаться на протяжении всего ее полета, маневров миссии между ними, а также много- ожидаемого возвращения. Этот процесс обеспечит отправку команд и быстрый возврат данных, даже при том, что ловко поддерживает многие другие миссии, отслеживаемые сетью. Первоначально Artemis полагалась на Near Space Network (NSN) НАСА, еще одну систему ретрансляционной связи, управляемую Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, которая может подключаться к правительственным или коммерческим миссиям на околоземной орбите. Но поскольку его антенны не могут получить достаточно энергии для поддержки высоких скоростей передачи данных или быстрой передачи данных на наземные станции после того, как космический корабль выходит за пределы низкой околоземной орбиты, DSN стал более подходящим для Artemis, чтобы преодолеть расстояние. Без существования DSN «вы не смогли бы получить скорость передачи данных, которую они получают для Луны», - говорит Бернер. Это означает, что все те фантастические фотографии и изображения, которые корабль уже отправил обратно, определенно будут менее точными и, безусловно, более скучными.
Незадолго до того, как «Орион» должен вернуться на Землю, DSN снова передаст эстафету NSN. Эта передача знаменует собой новую главу в освоении человеком космоса - вместе с программой космической связи и навигации телекоммуникационные системы заложат основу для будущих пилотируемых запусков «Артемиды» на Луну..
Космическая сеть будущего
Чтобы не отставать от плотного графика миссий НАСА, почти 60-летней сети потребуется несколько обновлений. «У нас есть оборудование, которое находится в сети уже 30-40 лет, и, разумеется, его очень сложно обслуживать», - говорит Бернер, присутствовавший, когда DSN впервые начала преобразовывать свои аналоговые системы в цифровые в начале 1990-х годов.. Но обновление DSN с помощью новейших технологий «требует времени и денег.”
Бернер говорит, что в ближайшие несколько лет сеть претерпит ряд улучшений, чтобы обеспечить ее способность поддерживать новые миссии, в частности Gateway НАСА, аванпост, который будет вращаться вокруг Луны и обеспечит поддержку долгосрочных миссий. освоение человеком Луны и дальнего космоса. Поскольку многие из этих будущих систем будут использовать более высокие скорости передачи данных на более высоких частотах, чем предыдущие миссии, антенны в каждом комплексе DSN модернизируются для поддержки гораздо более высоких скоростей передачи данных по восходящей и нисходящей линиям связи или передачи на корабль и с него.
Но поскольку человечество снова стремится установить свой флаг на Луне (надеюсь, на этот раз более постоянно), Бернер отмечает, что успех миссии космического корабля часто зависит от наземной системы слежения, которая их поддерживает, концепция что иногда может потеряться в миксе и быть отодвинутым на второй план в честь новых открытий. В конечном счете, за каждым далеко идущим космическим кораблем, жадным до данных, стоит гармония способных антенн, позволяющих ему двигаться дальше.
«Когда вы видите фотографии в газетах об открытиях, [если] у нас не было сети на земле, вы бы не увидели ничего из этого», - говорит Бернер.