Mreža za održavanje radio-veza u kosmosu (Deep Space Network) predstavlja skup antena raspoređenih širom sveta pomoću kojih naučnici održavaju kontakte sa vanzemaljskim istraživačima. Ti kompleksi sadrže skupove 26-metarskih, 34-metarskih i 70-metarskih antena, od kojih svaka ima posebnu namenu.
 |
Prošle godine je proslavljena jubilarna godišnjica DSN-a. |
Svako ko ode danas na ovaj sajt, koji sam pronašao prošle godine, može da prati rad svake pojedinačne antene u toku dana. Na slici se vidi da zbog položaja Zemlje antene u Kamberi trenutno 'ćute', a da je Madrid najaktivniji. Recimo, 'MMS2'je jedan od 4 Nasine misije u našoj orbiti i vidi se da velika madridska antena Ø65 m prima i šalje informacije, dok druge dve antene održavaju kontakte sa 5 drugih misija. Vidi se da Goldstone održava vezu sa 'Voyagerom 1'i sa 2 druge sonde ('SOHO' i 'ACE'). Antene pokrivaju rad oko 30 letilica u kosmosu...
Kada su se onomad oficiri i inženjeri iz Laboratorije za mlaznu propulziju (JPL) iznenada uzmuvali oko lansiranja svog 'Explorera'u orbitu, morali su da za vrlo kratko vreme smisle kako da prate novu letilicu. Za manje od mesec dana, postavili su prenosne radio-stanice za praćenje u Nigeriju, Singapur i Kaliforniju. Te stanice, prototip Deep Space Networka (DSN), primale su telemetriju sa sićušne sonde[1]i pomogle kontrolorima misije da nadgledaju njegovu orbitu. Ona prava DSN mreža je pokrenuta ubrzo nakon što su se lunarni i planetni programi centralizovali pod Nasom, čime su smanjeni operativni troškovi postavljanja nezavisne komunikacione mreže za svaki program.
Dispoziciona karta antena Nasine deep-spacemreže.
TEHNOLOGIJA
Mreža se sastoji od tri velike stanice (Deep Space[2]Station– DSS) na Zemlji, omogućavajući generalno komunikaciju i praćenje različitih kosmičkih letilica, uglavnom međuplanetnih, u svakom trenutku svakog dana. Stanice takođe obavljaju i radio i radarska astronomska osmatranja radi proučavanja solarnog sistema i univerzuma. Svaki kompleks ima najmanje 4 antene, sa miksom velikih, paraboličnih antena i ultraosetljivih prijemnih sistema. Sva tri kompleksa su direktno povezana optičkim kablovima sa Operativnim i računarskim centrom u Pasadeni u Kaliforniji.
Slične mreže poseduju i Rusija, Kina, Indija, Japani ESA.
Kada se radi o tako slabačkim signalima koji stižu sa tolikih daljina, pojačala su apsolutno od ključne važnosti. Ali pojačala obavljaju svoj posao bez izuzetka, tako da pojačavaju pozadinsku buku jednako kao i sam signal. Da stvar bude gora, i sama oprema i elektronika prave sopstveni šum. Hlađenje opreme na samo par stepeni iznad apsolutne nule pomaže da se dešifruje signal i izdvoji od radio-statike koju prirodno emituje praktično sve u univerzumu.
26-METARSKE ANTENE
Najmanje antene su one prečnika 26 metara. Originalno su podignute radi praćenja 'Apollo'lunarnih misija, a danas se te antene koriste za praćenje objekata koji se okreću oko Zemlje na visinama između 160 i 1000 km iznad površine.
Antene imaju ekstremno specijalizovan montažni sistem, omogućavajući nišanjenje izuzetno nisko iznad horizonta i 'hvatanje' orbitera koji se brzo kreću. Antene mogu da se pomeraju maksimalnom brzinom od 3 stepena u sekundi, što im omogućava da prate ekvivalent jedne pune rotacije neke letilice koja pravi krug svakih 2 minuta.
70-METARSKE ANTENE
Najveće antene su one prečnika 70 metara, sa devijacijom manjom od 2 cm duž svojih površina od preko 3850 m2. One su toliko ogromne da teže skoro 2,7 miliona kila, a za njihovo kretanje koriste se složeni hidraulički sistemi. Tanak film ulja omogućava im da klize po velikim čeličnim prstenovima.
Masivne antene su konstruisane da primaju vrlo slabe signale a šalju užasno snažne. Antene su prvobitno konstruisane tokom 60-ih proširivanjem onih 64-metarskih, koje su apgrejdovane 80-ih godina i prepravljene u 70-metarske.
Te najveće antene se najčešće zovu u pomoć kada dođe do nekih alarmantnih situacija u misijama. Gotovo sve letilkice su konstruisane da normalno rade sa manjim i ekonomičnijim antenama DSN-a, ali u sličaju havarije velike antene su nezamenjive. U slučaju nekog kvara, sonde u možda primorane da šalju slabije signale, možda se glavna brodska antena ne može da precizno okrene ka Zemlji, pa je skvaki bit telemetrije bitan za dijagnostiku problema. Najpoznatiiji je primermiisije 'Apollo 13', kada je manjak napona u akumulatorima limitirao brodski signal, koji je mogla da uhvati jedino najveća u to vreme DSN antena, australijski Parkes.
Danas sve te velike antene polako pokazuju posledice višedecenijskog korišćenja...
34-METARSKE ANTENE
34-metarska antena u Madridu spada u 'beam waveguide' antene.
Srednje 34-metarske radio antene se pojavljuju u dve varijante: one visokoefikasne i one koje se zovu 'beam waveguide'antene. Svaka stanica ima po jednu visokoefikasnu antenu i najmanje jednu beam waveguideantenu. One su konstruisane kao zamena za 70-metarske antene, čije ih kolosalne dimenzije čine teškim za održavanje a apgrejdovanje značajan tehnološki izazov.
Waveguide antene poseduju po pet dodatnih radiofrekventnih ogledala. Ta ogledala reflektuju radio-signale duž cevi ka klimatizovanoj podzemnoj prostoriji. To omogućana redukovanje količine ambijentnog šuma od vruće elektronike, i pojednostavljuje apgrejdovanje, održavanje i prepravljanje opreme.
MREŽA
Koristeći antene u kombinaciji, omogućava im da funkcionišu kao mreža, tj. kao jedna velika antena. Prikupljajući podatke sa velike površine, omogućava mreži da 'čuje' jako slabe signale. One su posebno delotvorne kada se bave prijemom signala sa kosmičkih letilica iz dubokog kosmosa.
Deep Space Networkje počeo da koristi mreže još početkom 70-ih, kada je prototip korišćen za primanje podataka sa 'Voyagera'prilikom susreta sa Jupiterom i 'Pioneera 11'sa Saturnom. Naučivši kako se najbolje pojačava osetljivost, sva tri kompleksa su umrežila svoje antene u sistem upotrebljen za hvatanje signala sa 'Voyagera'prilikom susreta sa Saturnom. Prilikom proletanja 'Voyagera'pored Urana 1986, DSN je mogao da poveže čak četiri antene u mrežu. Kada je 'Voyager 2'1989. stigao do Neptuna, u mreži su se nalazile antene iz Goldstouna i svih 27 antena iz VLA (Very Large Array) u Novom Meksiku.
Te lekcije su bile vitalne za uspeh 'Galileo'misije na Jupiter krajem 90-ih. Sve kosmičke letilice imaju relativno male glavne HGA antene[3], što im ograničava količinu podataka koje mogu da prenose. Ali umrežavanjem pet antena sa tri prateće stanice na dva kontinenta, DSN je uspeo da triput poveća prenos podataka.
LOKACIJE KOMPLEKSA
Svaki kompleks je zaštićen od smetnji tako što je najćčešće smešten u tihe i nenastanjene doline okružene brdima. Originalne lokacije kompleksa su bile u Kaliforniji, Australiji i Južnoj Africi, ali tako da su mogle da osiguraju konstannu pokrivenost. Lokacija u Južnoj Africi je napuštena 70-ih zbog nezgodne političke klime, te je premeštena u Španiju.
Pogledajmo sada neke stanice, bivše i sadašnje.
HARTEBEESTHOEK, JUŽNA AFRIKA (DSIF 51)
Kompleks Hartebeesthoekse nalazio na oko 600 km jugozapadno od Johanesburga. Bio je lociran pod uglom od 20 stepeni od pravca kompleksa Goldstoun u Kaliforniji, te je stanica predstavljala deo kičme mreže DSN. Najveći tanjir je imao prečnik 26 metara. Danas je to opservatorija za radio astronomiju, jedina u Africi.
1961. godine, u Hartebeesthoekuje montirana 26-metarska DSS-51 antena. Antena je dovršena baš na vreme da pomogne u praćenju lunarnog istraživača 'Ranger 1'. Zbog promene političkog raspoloženja u Južnoj Africi, NASA je počela da traži drugu lokaciju ali na istoj geografskoj dužini. Pronašli su je u Španiji. Od 1974, promene u tehnologiji i zahtevima leta su učinili ovu antenu nepotrebnom, što je dovelo do isključenja stanice.
Porasle vojne i Nasine potrebe dovele su do ponovnog aktiviranja stanice, tako da je 2011.odatle praćeno lansiranje rovera 'Curiosity'.
MADRID, ŠPANJA (MDSCC)
Madridski kompleks se zapravo nalazi u selu Robledu de Chevali, ni 50 km zapadno od Madruda. Kompleks uključije par 34-metarskih'beam waveguide'antena (DSS-54 i DSS-55), 34-metarsku visokoefikasnu antenu (DSS-65) i na kraju DSS-66 koja se do 1983. nalazila u Fresnedillasu, 5 km od De Chavala. Ona je razmontirana 2009.
Španski kompleks danas ima 7 antena.
Iako se madridski kompleks nalazi u Robledu de Chaveli, probitno je imao antene u blizini Cebreosai Fresnellidasa.
Antene madridskog komunikacionog kompleksa.
Antena Cebreosje podignuta 10 km istočno od Cebrerosai 90 km od Madrida na nadmorskoj visini od 800 m. Antena je zatvorena 1981, a onda ponovo vraćena u rad 2005. kada je ESA našla novu namenu za 35-metarsku antenu. Ona je danas u sklopu DSN stanice, DSA-2. Antena prima i šalje signale na X i Ka talasnim dužinama
Antena je za Esu pratila 'Rosettu', 'Venus Express', 'BeppiColombo', 'Herschel','Planck', LISAitd.
26-metarska antena u Fresnedillasu je bila prvobitno konstruisana kao deo mreže MSFN(Manned Space Flight Network) koja je pratila 'Apollo'misije krajem 60-ih i početkom 70-ih. Kasnije je korišćena za praćenje letilica i prenošenje podataka misija u blizini Zemlje i u ranim orbitnim fazama međuplanetnih misija.
Fresnadillas je napravljen kao zamena za DSS-51 u Južnoj Africi. Napravljena je na vreme da podrži misiju 'Mariner 4', pomažući da se prenesu prve slike sa površine Marsa za vreme proletanja pored planete. Kasnije je trebalo da posluži kao rezerva u komunikaciji sa 'Apollom'. Antena je kasnije usavršena i 1980. pretvorena u 34-metarsku antenu, ali je ipak 1999. zatvorena. Danas je deo projekta PARTNeR(Proyecto Academico con el Radio Telescopio de NASA en Robledo), edukativnog programa koji omogućava studentima i astronomima daljinsku kontrolu antene.
Stara DSS-61je bila prva antena španskog kompleksa. Imala je 34 metra.
70-metarska antena DSS-63: Robledo de Chevala. Ukupno je teška 8000 tona, od čega je samo tanjir težak 3500 tona.
Madridski kosmički komunikacioni kompleks je startovao sa DSS-61, ali je kasnije kompleksu priključena divovska 64-metarska antena DSS-63. Dovršena 1973, prve signale je primila sa 'Pioneera 10'koji se tada približavao Jupiteru, a odmah potom i sa 'Marinera 10'koji je leteo ka Veneri. Ali uskoro je i 64-metarska antena postala premala. 1987. ona je poboljšana na prečnik od 70 metara da bi čula 'Voyagere' koji su leteli ka spoljnjim planetama. Antena je slala signale snagom od 400 kilovata! Glupo je da podsećam da su sve ove antene i vojno angažovane, te je ova konkretno deo španskog sistema odbrane (ISDEFE, Ingeniería de Sistemas para la Defensa de España).
GOLDSTONE, KALIFORNIJA (GDSCC)
Kompleks od 5 antena nalazi se na vojnom zemljištu Fort Irwin, 70 km severno od Barslowau kalifornijskoj pustinji. Lokacija je odabrana da radi kao mala državna zajednica, na malim brežuljcima i u blizini raketnog poligona laboratorije JPL.
Prva antena podignuta u DSS je bila 26-metarska antena DSS-12 u Goldstounu, konstruisana za program 'Echo'1960. godine. Antena je hvatala signale koji su slati horn-reflektorima iz Holmdelau Nju Džersiju, a onda ih preusmeravala ka balonima prečnika 35 metara koji su kružili oko Zemlje. U leto 1962, antena je premeštena 10 km ka južnoj ivici kompleksa.
Echoantena DSS-12je bila prva DSN stanica.
Godine 1994. ova antena je isključena i pretvorena u radio-teleskop koji danas radi u edukativne svrhe. Danas je to Goldstone Apple Valley Radio Telescope, teleskop dostupan studentima koji mogu da upravljaju njime iz svojih učionica.
70-metarska antena DSS-14 'Mars'je Cassegrainovreflektor površine ~3850 m2.
Prve 64-metarske antene su puštene u pogon na vreme da mogu da prate istorijsku misiju 'Marinera 4'. Time je obeleženo reaktiviranje letilice 'Mariner 4', koja je bila izgubljena za manje antene za praćenje nakon proletanja pored Marsa 1965. Zato je antena ponela nadimak 'Marsova antena'. Usavršena je i podignuta na prečnik od 70 metara 1988. da bi pratila 'Voyager 2'tokom susreta sa Neptunom.
Antena je učestvovala u praktično svim najpoznatijim kosmičkim misijama, uključujući 'Pioneere', 'Cassini', Marsove rovere MER, 'New Horizons'i mnoge druge. Ona je prva čula Armstrongovu mitsku rečenicu: 'That's one small step for a man. One giant leap for mankind', a u stanju je da hvata svoje radarske signale odbijene od planeta, asteroida i kometa i tako nam pomaže da dobijemo njihove slike[4].
Kalifornijska antena DSS-16.
26-metarska antena u Goldstounu je napravljena 1967. kao deo mreže za praćenje leta ljudi u kosmos. Originalno je trebala da prati 'Apollove'antene, pa je dobila nadimak 'Apolova antena', da bi kasnije bila uključena u mrežu DSN 1985. godine. Za razliku od ostalih 26-metarskih teleskopa, nakon usavršavanja nije pomeran već je samo optičkim kablovima povezan sa Centrom za obradu podataka.
Kalifornijska visokoefikasna antena DSS-15 'Uran'radi na električni pogon.
- je montirana stanica sa primarnim ciljem da održava komunikaciju sa kosmičkim sondama. Prvi zadatak joj je bio da uspostavi kontakt sa 'Voyagerom 2'koji je 1986. trebalo da se susretne sa Uranom udaljenim više od 3 mld. km.
U kalifornijskoj pustinji Mohavi nalaze se i dve antene DSS 27 i 28. Ministarstvo odbrane ih je napravio početkom 90-ih radi praćenja komunikacija na niskoj orbiti oko Zemlje. Kasnije su 'tanjiiri' ustupljeni Nasi. Prvobitni zadatak im je bio da se uključe u Reganov program 'Rata zvezda'.
Ko kaže da je kalifornijska pustinja mrtva? Ima ajkula i čudovišta u isušenim jezerima!
KAMBERA, AUSTRALIJA (CDSCC)
Kompleks u Kamberi je lociran 40 km zapadno od Kambere u blizini prirodnog rezervata Tidbinbilla. Lokacija je odabrana zato što se najazi na oko 120 stepeni zapadno od Kalifornije, što se uklapalo u plan o tri podjednako udaljena kompleksa. Centar je zvanično otvoren 1965. i danas ima 5 velikih antena. U slučaju potrebe, kada je preopterećenje veliko, ubacije se i veliki Parkesov radio-teleskopda prima signale sa dalekih letilica.
Aktivna antena DSS-35u Kamberi.
Kako su masivne 70-metarske antene počele da zastarevaju, sve više su zamenjivane manjim 34-metarskim antenama. Bile su lakše i jeftinije za održavanje a spajane u grupe po četiri imale su jednake performanse kao veće antene. To su prvi uradili u kompleksu Kambera.
DSS-35 i DSS-36 su 34-metarske antene; prva je zvanično otvorena u martu 2015, a druga je otvorena u novembru 2016. Svake godine, NASA sve antene u Kamberi pomaže sa $20 miliona, ali to nije dovoljno ni za struju i vodu...
DSS-41: Woomera, Australija. Bila je to prva DSN stanica napravljena van SAD. Uključena je u mrežu DSN 1963.
26-metarska antena u Woomeri je nosila naziv i Island Lagoon. Pošto je Australija počela da sarađuje sa Britancima tokom 50-ih, NASA je 1960. napravila prvu antenu u Australiji. antena je pratila rad letilica 'Ranger' kao i prve misije 'Mariner', pre nego što je isključena 1972. Prve glasovne i TV poruke primljene su 3. novembra 1960. nakon što je signal iz Goldstouna uhvaćen nakon što se odbio od Meseca!
DSS-42: Tidbinbilla, Australija.
26-metarska antena je podignuta 1964. da bi podržala kosmičke sonde kao što je bio 'Mariner 4', uz ideju da posluži kao rezerva u lunarnim misijama sa ljudskom posadom. Stanica je usavršena 1980. u 34-metarsku antenu koja je primala i slala poruke sa 'Voyagera'koji su se približavali Saturnu. Isključena je 2000. godine i ubrzo razmontirana.
DSS-43:Tidbinbilla, Australia. Bila je teža od 3000 tona, a rotirala je zahvaljujući sloju ulja debelom 0,2 mm. Reflekto je bio napravljen od 1272 aluminijumska panela.
Kamberina 64-metarska antena je proradila 1973. godine, omogućavajući kosmičkim letilicama da putuju još dalje, sigurne da će njihovi sve slabiji signali ipak biti 'ulovljeni'[5]. Antena DSS-43 je 1987. prepravljena u 70-metarsku, čineći je najvećim pokretnom paraboličnom antenom na južnoj polulopti.
DSS-46:Honeysuckle Creek, Australija.
26-metarska antena je konstruisana 1967. radi primanja podataka sa 'Apollo'lunarnih misija. Umrežena sa Parkesom i Tidbinbillom, ova antena je primila prve slike sa površine Meseca 1969. Antena je dodeljena sistemu Kambera i preimenovana u DSS-46 početkom 80-ih. Iako je 2009. antena isključena, Amerikanci su 2010. proglasili antenu za istorijsku lokaciju, tako da postoji i danas...
[1]Bio je to prvi američki uspešno lansiran satelit, težak 4,82 kg, lansiran 1958. U to vreme, Sovjeti su lansirali 'Sputnik' ('Objekat D#1') koji je bio težak 1327 kg, šo je bilo 275 puta više od američkog satelita.
[2]Međunarodni je dogovor da se pod 'deep space'podrazumeva sve dalje od 2 miliona km.
[3]HGA antena na 'New Horizonsu'ima prečnik od 2,1 m, a na 'Voyagerima'3,7 m.
[4]Najaktuelnije je da je Goldstoun učestvovao u radarskom snimanju asteroida 2014 MU69, pored koga je za Novu godinu proleteo 'New Horizons'. Daljina je bila 6,5 milijardi km.
[5]'Snaga' tih signala je nezamislivo mala! Sa 'Voyagera'kreću radiotalasi snage 19 W a posle 20 sati na Zemlju stižu talasi snage jedne desetine milijarditog dela trilionitog dela jednog vata!
