Deep Space Network

70m_dsn_goldstone-500.jpg

DSN i Goldstone. Bild: NASA

För kommunikation med alla fjärran rymdfarkoster har NASA ett nätverk av sändar- och mottagarstationer kallat Deep Space Network (DSN) med enorma parabolantenner, en med 70 meters diameter och minst två på 34 meter - utplacerade på varsin tredjedel av Jorden så att någon antenn alltid vänder mot en farkost oavsett var i rymden den befinner sig, nämligen i Goldstone i Kalifornien, Canberra i Australien och i Madrid i Spanien. DSN kommunicerar med de ungefär 28 farkoster som just nu rör sig långväga i solsystemet.

DSN_120 grader.png

DSN har tre uppgifter: direkt kommunikation med rymdfarkoster, riktningssökning och hastighets- och avståndsmätning (tillsammans: navigation) till rymdfarkoster, samt radioastronomi.

Tidsschemat är pressat och farkosterna får dela på tiden enligt ett noggrant schema, men nödsituationer och landningar ges extra prioritet. Nedlänken från Marsbilarna begränsas på grund av detta till några timmar per sol (marsdygn). Då endast en bil kan få upplänk åt gången ges kommandon åt varje bil under cirka en timme i början av varje sol.

Alla tre stationerna arbetar med yttersta precision och utefter samma specifikationer. De är helt utbytbara. Mottagarna i nedlänken är av absolut senaste snitt, kylda med flytande helium till några få grader över absoluta nollpunkten.

Men hur vet man om DSN faktiskt kommer att nå fram till ens lilla rymdskepp? Jo, DSN har en hel serie kompendier som behandlar alla aspekter av rymdkommunikation. Det kan vara frekvenstabeller, lämplig modulation och protokoll och vilka faciliteter DSN kan erbjuda forskare och rymdskeppstillverkare. Låt oss här bara ta en titt på räckvidderna.

data rate vs command range.jpg

Diagrammet ovan gäller för ett typrymdskepp som DSN definierat och visar räckvidden med olika jordiska riktantenner och olika uteffekter. Typrymdskeppet ska ha en antenn med parabolisk reflektor (High Gain Antenna). Avståndet på Y-axeln är i astronomiska enheter (AU) där en AU är avståndet mellan Solen och Jorden.

Över 200 kilobit per sekund är möjligt när Mars är som längst bort från Jorden. Att marsbilarna bara går med 12 kbps beror på att deras riktantenner är ganska små och att man dessutom använder god säkerhetsmarginal. Med rundstrålande antenn à la marsbilarnas Low Gain Antenna går det att nå 20 bit per sekund när Mars är som längst borta eller 1 kilobit när den är som närmst.

Men kommunikation med Mars är ingenting i förhållande till vad DSN egentligen är kapabelt till. Mars är inte särskilt ”deep space” i jämförelse med Kuiperbältet, där Voyager-farkosterna just nu befinner sig – på 19 miljarder kilometers avstånd från Jorden. Voyager 1 och 2 har varit på väg i 38 år, men fungerar fortfarande klanderfritt. Upplänken på 16 bit per sekund sänds ut från Jorden med 325 kilowatt, och man kan utan större problem ta emot nedlänken på 160 bit per sekund som inte sänds med särskilt många watt från ett avstånd som är så obegripligt stort att Solen där utifrån ser ut som vilken stjärna som helst. Den dag Voyager 1 dör, efter år 2020 på över 132 astronomiska enheters avstånd, har man fortfarande en teoretisk kapacitet på 300 bit per sekund, som ett gammaldags telefonmodem.

Går det att föreställa sig att vi har dubbelriktad, tillförlitlig kommunikation över ett avstånd på över 19 miljarder kilometer? Internet är en mikrob i jämförelse! Föreställ dig avståndet till Voyager som en meter: då skulle du behöva elektronmikroskop för att se Jorden och dess löjliga lilla Internet. Det är inte så konstigt att marsbilarna klarar sig med en 30-centimetersantenn.

DSN Mission Control.jpg

Så här ser det ut i kontrollrummet, Deep Space Network Mission Control, som befinner sig hos Jet Propulsion Laboratories i Pasadena, en förort till Los Angeles. Bild: NASA.

ESA har givetvis ett ungefärligen likadant nät av sändarstationer på Jorden, men ESA och NASA lånar varandras resurser när det behövs. Även länder man inte trodde skulle ha kapacitet till rymdkommunikation har det. Indiens ISRO har sitt eget kommunikationsnätverk, kallat Indian Deep Space Network (IDSN) med en 18-meters styrbar parabol placerad i en förort till Bangalore. Vid behov lånar ISRO kapacitet av Roscosmos.