Сеть дальней космической связи (Deep Space Network) – международная сеть радиотелескопов и средств связи, используемых как для радиоастрономического исследования Солнечной системы и Вселенной, так и для управления межпланетными космическими аппаратами.
Дальняя космическая связь – это вид радиосвязи с космическими аппаратами, находящимися на значительном удалении от Земли, и осложняется значительным ослаблением сигнала за счёт рассеяния в пространстве, а также значительными задержками, вызванными конечной скоростью распространения радиоволн.
Международный союз электросвязи выделил несколько частотных диапазонов для использования в радиосвязи с космическими аппаратами, в зависимости от расстояния (дальней условно считается связь с аппаратами, находящимися на расстояниях более 2 млн километров от Земли).
Космические миссии рассчитаны на то, что связь с космическим аппаратом должна быть возможна 24 часа в сутки, или тогда когда есть возможность. Мы знаем что Земля довольно быстро вращается вокруг собственной оси, для обеспечения непрерывности сигнала необходимо несколько точек для приема и передачи данных. Такими точками и являются станции DSN. Они расположены на трех континентах и удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично покрывать зоны действия друг друга, и благородя этому, вести контроль космического аппарата 24 часа в сутки.Такое расположение в разных точках поверхности Земли минимизирует риск перебоев в связи и дает возможность повысить скорость приема и передачи сигнала. Когда космический аппарат выходит из зоны действия одной из станций, его сигнал фиксирует другая станция (рисунок 1) .
DSN контролирует Лаборатория реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) от NASA. На (рисунке 2) наглядно показано направление антенны и некоторые характеристики сигнала .
Комплексы DSN расположены в США ( Голдстоун в 60 км к северу от Барстоу ), второй в Испании (около 60 километров от Мадрида), а третий в Австралии (примерно в 40 километрах от Канберры). Каждый из этих комплексов имеет собственный набор антенн, но по функциональности все три центра примерно равны. Сам комплекс антенн называются DSS (Deep Space Stations) и имеют собственную нумерацию. Антенны в США имеют номера 1X-2X, антенны в Австралии – 3Х-4Х, а в Испании – 5Х-6Х. Для связи с марсоходами чаще всего используется комплекс в Канберре. У комплекса есть свой сайт, на котором можно найти довольно много интересной информации.
Технические характеристики антенн
В этой статье мы рассмотрим технические характеристики антенн расположенные в Канберре. Схема антенны-рефлектора DSS34 изображена на (рисунке 3), она является антенной–рефлектором как и все остальные антенны входящие в комплекс дальней космической связи.
На данный момент, станция в Канберре имеет четыре активные антенны: DSS34 (диаметром 34 метра), DSS43 (диаметром 70 метров), DSS35 (диаметром 34 метра) и DSS36 (диаметром 34 метра).
Антенна DSS34
DSS34. Строилась с 1994 по 1997 год. Антенна очень похожа по структуре на своих предшественников выведенных из эксплуатации, однако передающее и приемное оборудование расположено под землей, а не в центре тарелки. Радиосигнал направляется от субрефлектора через отверстие в поверхности тарелки и на приемное оборудование через систему отражающих зеркал внутри большой трубки. Обратный процесс позволяет передачу. Эта конструкция называется лучевой волновод.
Размещение передающего и приемного оборудования под землей снижает вес тарелки, минимизируя нагрузку на антенную конструкцию, а также дополнительно изолирует электронику от радиопомех. Дополнительным преимуществом конструкции лучевой волноводной антенны является то, что приемное и передающее оборудование не опрокидывается вместе с тарелкой (рисунок 4).
Комплекс дальней космической связи ,антенна DSS34 и ее технические характеристики:
- Тип: Азимут – высота, лучевой волновод.
- Диаметр: 34 метра
- Высота: 35 метров
- Передача: X–диапазон (7145-7235 МГц), S–диапазон (2025-2120 МГц)
- Прием: X–диапазон (8200-8600 МГц), S–диапазон (2200-2300 МГц), K-диапазон (25.5-27 ГГц), Ka-диапазон (31.8-32.3 ГГц)
- Устройство сбора данных в X–диапазоне (8400-8500 МГц)
- Точность позиционирования: в пределах 0.004° (точность наводки на точку небосвода) в пределах 0.25мм (точность перемещения антенны)
- Скорость поворота: 0.8°/сек
- Устойчивость к ветру: Постоянный ветер 72км/ч, Порывы +88км/ч, Максимальная расчетная – 160км/ч
Антенна DSS43
DSS43. Была построена в 1969-1973 годах как антенна диаметром 64 метра. 64-метровая антенна была более чем в шесть раз чувствительнее, чем ее предшественник, первоначальная 26-метровая антенна Комплекса. Поэтому DSS–43 мог поддерживать связь с космическими аппаратами на больших расстояниях от Земли по мере ослабления сигнала. DSS-43 поддерживал, по мере необходимости, полет Аполлона-17 на Луну до официального открытия антенны в 1973 году.
Антенна DSS-43 была увеличена с 64-метрового диаметра до 70-метрового в 1987 году, чтобы расширить ее возможности для встречи Вояджера-2 с Нептуном в 1989 году. Это самая большая управляемая параболическая антенна в Южном полушарии. Массивная конструкция весом более 3000 тонн вращается на масляной пленке толщиной около 0,17 мм. Отражающая поверхность состоит из 1272 алюминиевых панелей общей площадью 4180 квадратных метров. Наружные панели перфорированы, что позволяет дождю и ветру проходить через них (рисунок 5).
Комплекс дальней космической связи, антенна DSS43 и ее технические характеристики:
- Тип: Азимут – высота
- Диаметр: 70 метра
- Высота: 73 метров
- Передача: X–диапазон (7145-7190 МГц), S–диапазон (2090-2120 МГц)
- Прием: X–диапазон (8200-8600 МГц), S–диапазон (2200-2300 МГц), L-диапазон (1400-1900 МГц), K-диапазон (12.5 ГГц), Ka-диапазон (18-26 ГГц)
- Точность позиционирования: в пределах 0.005° (точность наводки на точку небосвода), в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)
- Скорость поворота: 0.25°/сек
- Устойчивость к ветру: Постоянный ветер 72км/ч, Порывы +88км/ч, Максимальная расчетная – 160км/.
Антенна DSS36
DSS36. Станция строилась с 2012 по 2016 год в рамках Программы улучшения апертуры Deep Space Network (DAEP), которая вступила в официальную эксплуатацию 1 октября 2016 года. Она был официально открыта 3 ноября 2016 года.Радиосигнал направляется от субрефлектора через отверстие в поверхности тарелки и поступает на приемное оборудование через систему отражающих зеркал внутри большой трубки. Обратный процесс позволяет осуществлять передачу. Эта конструкция называется лучевой волновод.
Размещение передающего и приемного оборудования под землей снижает вес антенны, сводя к минимуму нагрузку на конструкцию антенны, а также дополнительно изолирует электронику от радиопомех. Дополнительным преимуществом конструкции лучевой волноводной антенны является то, что приемное и передающее оборудование не опрокидывается вместе с тарелкой (рисунок 6).
Комплекс дальней космической связи ,антенна DSS36 и ее технические характеристики:
- Тип: Азимут – высота, лучевой волновод.
- Диаметр: 34 метра
- Высота: 35 метров
- Передача: X–диапазон (7145-7235 МГц), S–диапазон (2025-2120 МГц)
- Прием: X–диапазон (8200-8600 МГц), S–диапазон (2200-2330 МГц), Ka-диапазон (31.8-32.3 ГГц)
- Точность позиционирования: в пределах 0.004° (точность наводки на точку небосвода) в пределах 0.2мм (точность перемещения самой антенны)
- Скорость поворота: 0.8°/сек
- Устойчивость к ветру: Постоянный ветер 72км/ч, Порывы +88км/ч, Максимальная расчетная – 160км/ч
Антенна DSS35
DSS35. Строилась с 2010 по 2014 год в рамках программы расширения апертуры Deep Space Network, вступив в официальную эксплуатацию 1 октября 2014 года. Она был официально открыта 24 февраля 2015 года. DSS-35 была первой из нескольких новых тарелок, построенных по всей сети Deep Space Network, чтобы обеспечить дополнительные ресурсы связи для обработки ожидаемого роста дальних космических миссий, проводимых космическими агентствами многих стран.Радиосигнал направляется от субрефлектора через отверстие в поверхности тарелки и на приемное оборудование через систему отражающих зеркал внутри большой трубки. Обратный процесс позволяет передачу. Эта конструкция называется лучевой волновод.
Размещение передающего и приемного оборудования под землей снижает вес тарелки, минимизируя нагрузку на антенную конструкцию, а также дополнительно изолирует электронику от радиопомех. Дополнительным преимуществом конструкции лучевой волноводной антенны является то, что приемное и передающее оборудование не опрокидывается вместе с тарелкой.Генерируемое тепло рассеивается в бетонную плиту, окружающую антенну. Ночью, когда температура обычно прохладнее, тепло от плиты выделяется в атмосферу (рисунок 7).
Комплекс дальней космической связи ,антенна DSS35 и ее технические характеристики:
- Тип: Азимут – высота, лучевой волновод.
- Диаметр: 34 метра
- Высота: 35 метров
- Передача: X–диапазон (7145-7235 МГц)
- Прием: X–диапазон (8200-8600 МГц), Ka–диапазон (31.8-32.3 ГГц)
- Точность позиционирования: в пределах 0.004° (точность наводки на точку небосвода) в пределах 0.22мм (точность перемещения самой антенны)
- Скорость поворота: 0.8°/сек
- Устойчивость к ветру: Постоянный ветер 72км/ч, Порывы +88км/ч, Максимальная расчетная – 160км/ч
Если говорить о станции дальней космической связи в целом, то можно выделить четыре основные задачи, которые она должна выполнять:
Телеметрия – получать, декодировать и обрабатывать данные телеметрии, поступающие с космических аппаратов. Обычно эти данные состоят из научной и инженерной информации которой принадлежат конкретной миссии, передаваемой по радиоканалу. Система телеметрии получает данные, следит за их изменениями и соответствием норме, и передает их в системы валидации или научные центры, занимающиеся их обработкой.
Слежение – система слежения должна обеспечивать возможность двусторонней коммуникации канала связи между Землей и космическим аппаратом, и проводить расчеты его местоположения и вектора скорости для правильного позиционирования (ведения) антенны.
Управление – дает специалистам возможность передавать управляющие команды на космический аппарат.
Мониторинг и контроль – позволяют контролировать и управлять системами самой DSN станции.