О том, как осуществляется связь с космическими аппаратами, находящимися в дальнем космосе, рассмотрим на примере марсохода Perseverance.
В процессе передачи данных с планеты на планету участвуют, как правило, три ключевые точки — станция космической связи на Земле (DSN), искусственный спутник на орбите Марса и сам марсоход Perseverance. Начнем с наземных центров космической связи – сети DSN (Deep Space Network), которая состоит из трех радиоантенн, расположенных в США, Испании и Австралии.
В целом можно выделить четыре задачи, которые выполняет наземная станция космической связи:
- телеметрия — получение и обработка данных телеметрии, поступающие с космических аппаратов по радиоканалу,
- слежение — слежение за космическим аппаратом, расчет его местоположения и вектора скорости для точности позиционирования антенны,
- управление — передача управляющих команд на космический аппарат,
- мониторинг и контроль — контролировать и управлять системами самой DSN.
Итак, данные, которые должны быть переданы с Земли на ровер, поступают на одну из станций DSN, откуда они отправляются к Марсу, достигая его за 5-20 минут. Там сигнал принимается марсианской орбитальной станцией или самим марсоходом.
Марсоход Perseverance, оснащен тремя антеннами, которые работают на разной частоте. Основная ультравысокочастотная антенна (UHF) с частотой около 400 МГц предназначена для передачи данных на марсианские орбитальные аппараты. Скорость передачи через UHF может достигать 2 Мбит/с, т. о. передача 3 Мб занимает около 12 с. Узконаправленная антенна с высоким коэффициентом усиления X-диапазона предназначена для связи с антеннами наземной сети DNS в периоды прямой видимости планет. Она является управляемой, поэтому марсоходу не нужно менять свое положение, достаточно вращать антенну в нужном направлении. Высокий коэффициент усиления антенны обеспечивает возможность передачи данных на земные антенны со скоростью до 3000 бит/с, т.е. 3 Мб будет передаваться на Землю более 2 часов. Третья антенна принимает сигналы с Земли со скоростью 10 бит/с. Но зато эта антенна является «всенаправленной», т.е. может получать информацию, поступающую по любому направлению, таким образом обеспечивается весьма надежный способ связи с марсоходом.
Питер Илотт, ведущий инженер по телекоммуникациям миссии Perseverance , рассказал СМИ о том, как поддерживается связь с марсоходом. По его словам, сверхвысокие частоты использовались для связи в миссии Mars Exploration Rover (маросходы Spirit и Opportunity) в качестве эксперимента. Тогда за один сеанс связи с аппаратом орбитальным аппаратом Odyssey было получено 80 Мбит данных. В миссии Perseverance объем передаваемых данных увеличился в 10 раз, а число сеансов выросло до 4-5 в день. Как правило, марсоход выходит на связь утром, используя антенну с высоким коэффициентом усиления (X-частоты, 7-11,2 ГГц). Далее связь с марсоходом осуществляется в диапазоне УВЧ через орбитальные аппараты-ретрансляторы.
Основной частью ретрансляционной сети на Марсе для Perseverance являются Марсианский разведывательный орбитальный аппарат (MRO) и марсианский орбитальный аппарат для контроля атмосферных изменений (MAVEN). В ходе миссии марсоход будет использовать также и другие спутники, в т.ч. Odyssey и TGO (миссия «ЭкзоМарс»). Ежедневно планируется проводить от двух до шести сеансов связи между Perseverance и одним из орбитальных спутников.
В связи с тем, что в настоящий момент на Марсе находится наибольшее количество марсоходов за всю историю освоения планеты, у специалистов NASA возникла проблема – поскольку для связи с Curiosity, InSight и Perseverance используется один и тот же набор частот им приходится тщательно планировать и разносить сеансы связи по времени.
Кстати, подробнее о сети радиоантенн для дальней космической связи DSN (Deep Space Network) мы писали здесь.
