“రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ టెక్నాలజీలో మెరుగుదల కోసం ఆచరణాత్మకంగా స్థలం లేదు. సాధారణ పరిష్కారాలు ముగుస్తాయి"
నవంబర్ 26, 2018 న, మాస్కో సమయం 22:53 గంటలకు, NASA మళ్లీ చేసింది - వాతావరణం, అవరోహణ మరియు ల్యాండింగ్ యుక్తులు ప్రవేశించిన తర్వాత ఇన్సైట్ ప్రోబ్ విజయవంతంగా అంగారకుడి ఉపరితలంపైకి దిగింది, తరువాత అవి “ఆరున్నర నిమిషాల భయానకంగా బాప్టిజం పొందాయి. ." సముచితమైన వివరణ, భూమి మరియు అంగారక గ్రహాల మధ్య దాదాపు 8,1 నిమిషాల కమ్యూనికేషన్ ఆలస్యం కారణంగా అంతరిక్ష పరిశోధన విజయవంతంగా గ్రహం ఉపరితలంపైకి వచ్చిందో లేదో వెంటనే NASA ఇంజనీర్లు తెలుసుకోలేకపోయారు. ఈ విండోలో, InSight దాని మరింత ఆధునిక మరియు శక్తివంతమైన యాంటెన్నాలపై ఆధారపడలేదు - ప్రతిదీ పాత-కాలపు UHF కమ్యూనికేషన్లపై ఆధారపడి ఉంటుంది (ప్రసార టెలివిజన్ మరియు వాకీ-టాకీల నుండి బ్లూటూహ్ పరికరాల వరకు ప్రతిదానిలో చాలా కాలంగా ఉపయోగించే పద్ధతి).
ఫలితంగా, ఇన్సైట్ స్థితిపై క్లిష్టమైన డేటా రేడియో తరంగాలపై 401,586 MHz ఫ్రీక్వెన్సీతో రెండు ఉపగ్రహాలకు ప్రసారం చేయబడింది -
ఇన్సైట్ ల్యాండింగ్ నిజానికి NASA యొక్క మొత్తం కమ్యూనికేషన్ ఆర్కిటెక్చర్, మార్స్ నెట్వర్క్ను పరీక్షించింది. ఉపగ్రహాలు విఫలమైనప్పటికీ, కక్ష్యలో ఉన్న ఉపగ్రహాలకు ప్రసారం చేయబడిన ఇన్సైట్ ల్యాండర్ సిగ్నల్ ఎలాగైనా భూమికి చేరుకునేది. వాల్-ఇ మరియు ఈవ్ తక్షణమే సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయవలసి ఉంది మరియు వారు దానిని చేసారు. ఈ క్యూబ్శాట్లు కొన్ని కారణాల వల్ల పని చేయకపోతే, MRS వారి పాత్రను పోషించడానికి సిద్ధంగా ఉంది. ప్రతి ఒక్కటి ఇంటర్నెట్ లాంటి నెట్వర్క్లో నోడ్గా పనిచేస్తుంది, విభిన్న పరికరాలతో కూడిన విభిన్న టెర్మినల్స్ ద్వారా డేటా ప్యాకెట్లను రూట్ చేస్తుంది. నేడు, వాటిలో అత్యంత ప్రభావవంతమైనది MRS, ఇది 6 Mbit/s వేగంతో డేటాను ప్రసారం చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది (మరియు ఇది ఇంటర్ప్లానెటరీ మిషన్లకు ప్రస్తుత రికార్డు). కానీ NASA గతంలో చాలా తక్కువ వేగంతో పనిచేయవలసి వచ్చింది-మరియు భవిష్యత్తులో చాలా వేగంగా డేటా బదిలీ అవసరం.
మీ ఇంటర్నెట్ సర్వీస్ ప్రొవైడర్ లాగానే, NASA ఇంటర్నెట్ వినియోగదారులను అనుమతిస్తుంది
డీప్ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్స్ నెట్వర్క్
అంతరిక్షంలో NASA యొక్క ఉనికి పెరగడంతో, మరింత ఎక్కువ స్థలాన్ని కవర్ చేయడానికి మెరుగైన సమాచార వ్యవస్థలు నిరంతరం ఉద్భవించాయి: మొదట తక్కువ భూమి కక్ష్యలో, తరువాత జియోసింక్రోనస్ కక్ష్యలో మరియు చంద్రునిలో మరియు త్వరలో కమ్యూనికేషన్లు అంతరిక్షంలోకి లోతుగా వెళ్లాయి. నైజీరియా, సింగపూర్ మరియు కాలిఫోర్నియాలోని US సైనిక స్థావరాలలో 1లో అమెరికన్లు విజయవంతంగా ప్రయోగించిన మొదటి ఉపగ్రహమైన ఎక్స్ప్లోరర్ 1958 నుండి టెలిమెట్రీని స్వీకరించడానికి ఉపయోగించిన క్రూడ్ పోర్టబుల్ రేడియో రిసీవర్తో ఇదంతా ప్రారంభమైంది. నెమ్మదిగా కానీ ఖచ్చితంగా, ఈ ఆధారం నేటి అధునాతన సందేశ వ్యవస్థలుగా పరిణామం చెందింది.
NASA యొక్క ఇంటర్ప్లానెటరీ నెట్వర్క్ డైరెక్టరేట్లోని వ్యూహాత్మక మరియు వ్యవస్థల దూరదృష్టి విభాగం అధిపతి డగ్లస్ అబ్రహం, అంతరిక్షంలో సందేశాలను ప్రసారం చేయడానికి స్వతంత్రంగా అభివృద్ధి చేసిన మూడు నెట్వర్క్లను హైలైట్ చేశారు. నియర్ ఎర్త్ నెట్వర్క్ తక్కువ భూమి కక్ష్యలో అంతరిక్ష నౌకతో పనిచేస్తుంది. "ఇది యాంటెన్నాల సేకరణ, ఎక్కువగా 9 నుండి 12 మీటర్లు. కొన్ని పెద్దవి ఉన్నాయి, 15 నుండి 18 మీటర్లు," అబ్రహం చెప్పారు. అప్పుడు, భూమి యొక్క జియోసింక్రోనస్ కక్ష్య పైన, అనేక ట్రాకింగ్ మరియు డేటా రిలే ఉపగ్రహాలు (TDRS) ఉన్నాయి. "వారు తక్కువ భూమి కక్ష్యలో ఉన్న ఉపగ్రహాలను క్రిందికి చూడవచ్చు మరియు వాటితో కమ్యూనికేట్ చేయవచ్చు, ఆపై TDRS ద్వారా ఈ సమాచారాన్ని భూమికి ప్రసారం చేయవచ్చు" అని అబ్రహం వివరించాడు. "ఈ ఉపగ్రహ సమాచార ప్రసార వ్యవస్థను NASA స్పేస్ నెట్వర్క్ అంటారు."
అయితే చంద్రుని కక్ష్యను దాటి ఇతర గ్రహాలకు వెళ్లే అంతరిక్ష నౌకతో కమ్యూనికేట్ చేయడానికి TDRS కూడా సరిపోలేదు. "కాబట్టి మేము మొత్తం సౌర వ్యవస్థను కవర్ చేసే నెట్వర్క్ను సృష్టించాల్సి వచ్చింది. మరియు ఇది డీప్ స్పేస్ నెట్వర్క్ [DSN] అని అబ్రహం చెప్పారు. మార్స్ నెట్వర్క్ ఒక పొడిగింపు
దాని పొడవు మరియు లేఅవుట్ దృష్ట్యా, DSN జాబితా చేయబడిన సిస్టమ్లలో అత్యంత సంక్లిష్టమైనది. ముఖ్యంగా, ఇది 34 నుండి 70 మీటర్ల వ్యాసం కలిగిన పెద్ద యాంటెన్నాల సమితి. మూడు DSN సైట్లలో ప్రతి ఒక్కటి అనేక 34-మీటర్ యాంటెన్నాలను మరియు ఒక 70-మీటర్ యాంటెన్నాను నిర్వహిస్తుంది. ఒక సైట్ గోల్డ్స్టోన్ (కాలిఫోర్నియా), మరొకటి మాడ్రిడ్ (స్పెయిన్) సమీపంలో మరియు మూడవది కాన్బెర్రా (ఆస్ట్రేలియా)లో ఉంది. ఈ సైట్లు ప్రపంచవ్యాప్తంగా దాదాపు 120 డిగ్రీల దూరంలో ఉన్నాయి మరియు జియోసింక్రోనస్ కక్ష్య వెలుపల ఉన్న అన్ని అంతరిక్ష నౌకలకు XNUMX గంటల కవరేజీని అందిస్తాయి.
34-మీటర్ యాంటెనాలు DSN యొక్క ప్రధాన పరికరాలు, మరియు రెండు రకాలు ఉన్నాయి: పాత అధిక సామర్థ్యం గల యాంటెనాలు మరియు సాపేక్షంగా కొత్త వేవ్గైడ్ యాంటెనాలు. వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, గైడ్ వేవ్ యాంటెన్నాలో ఐదు ఖచ్చితమైన RF మిర్రర్లు ఉన్నాయి, ఇవి భూగర్భ నియంత్రణ గదికి పైపు నుండి సిగ్నల్లను ప్రతిబింబిస్తాయి, ఇక్కడ ఆ సంకేతాలను విశ్లేషించే ఎలక్ట్రానిక్స్ జోక్యం యొక్క అన్ని మూలాల నుండి బాగా రక్షించబడతాయి. 34-మీటర్ల యాంటెనాలు, వ్యక్తిగతంగా లేదా 2-3 వంటకాల సమూహాలలో పనిచేస్తాయి, NASAకి అవసరమైన చాలా సమాచారాలను అందించగలవు. కానీ అనేక 34-మీటర్ల యాంటెన్నాలకు కూడా దూరాలు చాలా ఎక్కువ అయినప్పుడు ప్రత్యేక సందర్భాలలో, DSN నియంత్రణ 70-మీటర్ భూతాలను ఉపయోగిస్తుంది.
"అవి అనేక అప్లికేషన్లలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి," అబ్రహం పెద్ద యాంటెన్నాల గురించి చెప్పాడు. మొదటిది, అంతరిక్ష నౌక భూమి నుండి చాలా దూరంలో ఉన్నప్పుడు చిన్న వంటకాన్ని ఉపయోగించి దానితో కమ్యూనికేషన్ను ఏర్పాటు చేయడం అసాధ్యం. "మంచి ఉదాహరణలు న్యూ హారిజన్స్ మిషన్, ఇది ఇప్పటికే ప్లూటో కంటే చాలా ఎక్కువ ఎగిరింది లేదా సౌర వ్యవస్థ వెలుపల ఉన్న వాయేజర్ అంతరిక్ష నౌక. 70 మీటర్ల యాంటెన్నాలు మాత్రమే వాటిలోకి చొచ్చుకుపోయి వాటి డేటాను భూమికి అందించగలవు" అని అబ్రహం వివరించాడు.
కక్ష్య ప్రవేశం వంటి ప్రణాళికాబద్ధమైన క్లిష్ట పరిస్థితి కారణంగా లేదా ఏదో ఘోరంగా తప్పు జరిగినందున అంతరిక్ష నౌక బూస్టింగ్ యాంటెన్నాను ఆపరేట్ చేయలేనప్పుడు కూడా 70-మీటర్ల వంటకాలు ఉపయోగించబడతాయి. ఉదాహరణకు, 70 మీటర్ల యాంటెన్నా, అపోలో 13ని సురక్షితంగా భూమికి తిరిగి ఇవ్వడానికి ఉపయోగించబడింది. ఆమె నీల్ ఆర్మ్స్ట్రాంగ్ యొక్క ప్రసిద్ధ పంక్తిని కూడా స్వీకరించింది, "ఒక మనిషికి ఒక చిన్న అడుగు, మానవజాతికి ఒక పెద్ద అడుగు." మరియు నేటికీ, DSN ప్రపంచంలోనే అత్యంత అధునాతనమైన మరియు సున్నితమైన కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థగా మిగిలిపోయింది. “అయితే అనేక కారణాల వల్ల అది ఇప్పటికే దాని పరిమితిని చేరుకుంది” అని అబ్రహం హెచ్చరిస్తున్నాడు. - రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద పనిచేసే సాంకేతికతను మెరుగుపరచడానికి ఆచరణాత్మకంగా ఎక్కడా లేదు. సాధారణ పరిష్కారాలు అయిపోతున్నాయి."
మూడు గ్రౌండ్ స్టేషన్లు 120 డిగ్రీల దూరంలో ఉన్నాయి
కాన్బెర్రాలోని DSN ప్లేట్లు
మాడ్రిడ్లోని DSN కాంప్లెక్స్
గోల్డ్స్టోన్లో DSN
జెట్ ప్రొపల్షన్ లాబొరేటరీలో కంట్రోల్ రూమ్
రేడియో మరియు దాని తర్వాత ఏమి జరుగుతుంది
ఈ కథ కొత్తది కాదు. డీప్ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్ల చరిత్రలో ఫ్రీక్వెన్సీలను పెంచడానికి మరియు తరంగదైర్ఘ్యాలను తగ్గించడానికి నిరంతర పోరాటం ఉంటుంది. Explorer 1 108 MHz ఫ్రీక్వెన్సీలను ఉపయోగించింది. NASA అప్పుడు L-బ్యాండ్లో 1 నుండి 2 GHz పౌనఃపున్యాలకు మద్దతు ఇచ్చే పెద్ద, మెరుగైన-లాభం కలిగిన యాంటెన్నాలను ప్రవేశపెట్టింది. 2 నుండి 4 GHz వరకు పౌనఃపున్యాలతో S-బ్యాండ్ యొక్క మలుపు, ఆపై ఏజెన్సీ 7-11,2 GHz పౌనఃపున్యాలతో X-బ్యాండ్కి మారింది.
నేడు, అంతరిక్ష సమాచార వ్యవస్థలు మళ్లీ మార్పులకు లోనవుతున్నాయి - అవి ఇప్పుడు 26-40 GHz పరిధి కా-బ్యాండ్కి మారుతున్నాయి. "ఈ ధోరణికి కారణం తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలు మరియు అధిక పౌనఃపున్యాలు, వేగంగా డేటా బదిలీ రేట్లు సాధించవచ్చు," అని అబ్రహం చెప్పారు.
ఆశావాదానికి కారణాలు ఉన్నాయి, చారిత్రాత్మకంగా NASAలో కమ్యూనికేషన్ల వేగం చాలా వేగంగా ఉంది. జెట్ ప్రొపల్షన్ లాబొరేటరీ నుండి 2014 పరిశోధనా పత్రం పోలిక కోసం క్రింది నిర్గమాంశ డేటాను అందిస్తుంది: మేము బృహస్పతి నుండి భూమికి ఒక సాధారణ iPhone ఫోటోను ప్రసారం చేయడానికి Explorer 1 యొక్క సమాచార సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగిస్తే, ప్రస్తుత వయస్సు విశ్వం కంటే 460 రెట్లు ఎక్కువ సమయం పడుతుంది. 2ల నుండి పయనీర్స్ 4 మరియు 1960 కోసం, ఇది 633 సంవత్సరాలు పట్టింది. 000 నుండి వచ్చిన మెరైనర్ 9 దీనిని 1971 గంటల్లో పూర్తి చేసింది. ఈరోజు MRSకి మూడు నిమిషాలు పడుతుంది.
ఒకే సమస్య ఏమిటంటే, స్పేస్క్రాఫ్ట్ అందుకున్న డేటా మొత్తం దాని ప్రసార సామర్థ్యాల పెరుగుదల కంటే వేగంగా కాకపోయినా వేగంగా పెరుగుతోంది. 40 సంవత్సరాల ఆపరేషన్లో, వాయేజర్స్ 1 మరియు 2 5 TB సమాచారాన్ని ఉత్పత్తి చేశాయి. 2020లో ప్రయోగించనున్న NISAR ఎర్త్ సైన్స్ ఉపగ్రహం నెలకు 85 TB డేటాను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మరియు భూమి యొక్క ఉపగ్రహాలు దీనికి చాలా సామర్థ్యం కలిగి ఉంటే, గ్రహాల మధ్య డేటా యొక్క అటువంటి పరిమాణాన్ని బదిలీ చేయడం పూర్తిగా భిన్నమైన కథ. సాపేక్షంగా వేగవంతమైన MRS కూడా 85 సంవత్సరాల పాటు 20 TB డేటాను భూమికి ప్రసారం చేస్తుంది.
"2020ల చివరిలో మరియు 2030ల ప్రారంభంలో మార్స్ అన్వేషణ కోసం అంచనా వేసిన డేటా రేట్లు 150 Mbps లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఉంటాయి, కాబట్టి మనం గణితాన్ని చేద్దాం" అని అబ్రహం చెప్పారు. – మన నుండి అంగారక గ్రహానికి గరిష్ట దూరంలో ఉన్న MRS-తరగతి వ్యోమనౌక భూమిపై ఉన్న 1-మీటర్ల యాంటెన్నాకు సుమారు 70 Mbit/s పంపగలిగితే, అప్పుడు 150 Mbit/s వేగంతో 150 70 మీటర్ల శ్రేణితో కమ్యూనికేషన్ను నిర్వహించడం. యాంటెనాలు అవసరం అవుతుంది. అవును, వాస్తవానికి, ఈ అసంబద్ధ మొత్తాన్ని కొద్దిగా తగ్గించడానికి మేము తెలివైన మార్గాలతో ముందుకు రావచ్చు, కానీ సమస్య స్పష్టంగా ఉంది: 150 Mbps వేగంతో ఇంటర్ప్లానెటరీ కమ్యూనికేషన్లను నిర్వహించడం చాలా కష్టం. అదనంగా, మాకు అనుమతించబడిన ఫ్రీక్వెన్సీలు అయిపోతున్నాయి."
అబ్రహం ప్రదర్శించినట్లుగా, S-బ్యాండ్ లేదా X-బ్యాండ్లో పనిచేస్తున్నట్లు, ఒకే 25 Mbps మిషన్ అందుబాటులో ఉన్న మొత్తం స్పెక్ట్రమ్ను ఆక్రమిస్తుంది. Ka-బ్యాండ్లో ఎక్కువ స్థలం ఉంది, అయితే 150 Mbit/s నిర్గమాంశతో కేవలం రెండు మార్స్ ఉపగ్రహాలు మొత్తం స్పెక్ట్రమ్ను ఆక్రమిస్తాయి. సరళంగా చెప్పాలంటే, ఇంటర్ప్లానెటరీ ఇంటర్నెట్ ఆపరేట్ చేయడానికి రేడియోల కంటే ఎక్కువ అవసరం-ఇది లేజర్లపై ఆధారపడుతుంది.
ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్స్ యొక్క ఆవిర్భావం
లేజర్లు ఫ్యూచరిస్టిక్గా అనిపిస్తాయి, అయితే ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ల ఆలోచనను 1880 లలో అలెగ్జాండర్ గ్రాహం బెల్ దాఖలు చేసిన పేటెంట్తో గుర్తించవచ్చు. బెల్ ఒక వ్యవస్థను అభివృద్ధి చేసాడు, దీనిలో సూర్యరశ్మిని చాలా ఇరుకైన పుంజం మీద కేంద్రీకరించి, శబ్దాల ద్వారా కంపించే ప్రతిబింబ డయాఫ్రాగమ్పైకి మళ్లించబడింది. కంపనాలు కటకం గుండా క్రూడ్ ఫోటోడెటెక్టర్లోకి వెళ్లే కాంతిలో వైవిధ్యాలకు కారణమయ్యాయి. ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ప్రతిఘటనలో మార్పులు ఫోన్ ద్వారా ప్రస్తుత ప్రయాణాన్ని మార్చాయి.
సిస్టమ్ అస్థిరంగా ఉంది, వాల్యూమ్ చాలా తక్కువగా ఉంది మరియు బెల్ చివరికి ఆలోచనను విరమించుకున్నాడు. కానీ దాదాపు 100 సంవత్సరాల తర్వాత, లేజర్లు మరియు ఫైబర్ ఆప్టిక్స్తో ఆయుధాలతో, NASA ఇంజనీర్లు ఈ పాత భావనకు తిరిగి వచ్చారు.
"రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సిస్టమ్ల పరిమితులు మాకు తెలుసు, కాబట్టి 1970ల చివరలో, 1980ల ప్రారంభంలో JPLలో, స్పేస్ లేజర్లను ఉపయోగించి లోతైన అంతరిక్షం నుండి సందేశాలను ప్రసారం చేసే అవకాశం గురించి చర్చించడం ప్రారంభించాము" అని అబ్రహం చెప్పారు. డీప్ స్పేస్ ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్లలో ఏది సాధ్యం కాదో బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి, ప్రయోగశాల 1980ల చివరలో నాలుగు సంవత్సరాల డీప్ స్పేస్ రిలే శాటిలైట్ సిస్టమ్ (DSRSS) అధ్యయనాన్ని ప్రారంభించింది. అధ్యయనం క్లిష్టమైన ప్రశ్నలకు సమాధానం ఇవ్వవలసి ఉంది: వాతావరణం మరియు దృశ్యమానత సమస్యల గురించి ఏమిటి (అన్ని తరువాత, రేడియో తరంగాలు సులభంగా మేఘాల గుండా వెళతాయి, అయితే లేజర్లు చేయలేవు)? సూర్యుడు-భూమి-ప్రోబ్ కోణం చాలా తీవ్రంగా మారితే? భూమిపై ఉన్న డిటెక్టర్ సూర్యకాంతి నుండి బలహీనమైన ఆప్టికల్ సిగ్నల్ను వేరు చేయగలదా? చివరకు, వీటన్నింటికీ ఎంత ఖర్చవుతుంది మరియు అది విలువైనదేనా? "మేము ఇంకా ఈ ప్రశ్నలకు సమాధానాల కోసం వెతుకుతున్నాము" అని అబ్రహం అంగీకరించాడు. "అయితే, సమాధానాలు ఆప్టికల్ డేటా ట్రాన్స్మిషన్ యొక్క అవకాశాన్ని ఎక్కువగా సమర్ధిస్తాయి."
భూమి యొక్క వాతావరణం పైన ఉన్న ఒక బిందువు ఆప్టికల్ మరియు రేడియో కమ్యూనికేషన్లకు బాగా సరిపోతుందని DSRSS సూచించింది. ఐకానిక్ 70-మీటర్ యాంటెన్నాలతో సహా ఏదైనా భూ-ఆధారిత నిర్మాణం కంటే కక్ష్య స్టేషన్లో అమర్చబడిన ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్స్ సిస్టమ్ మెరుగ్గా పనిచేస్తుందని పేర్కొంది. తక్కువ-భూమి కక్ష్యలో, ఇది 10-మీటర్ల డిష్ను అమలు చేయడానికి ప్రణాళిక చేయబడింది, ఆపై దానిని జియోసింక్రోనస్కు పెంచింది. అయినప్పటికీ, డిష్, లాంచ్ వెహికల్ మరియు ఐదు యూజర్ టెర్మినల్స్తో కూడిన ఉపగ్రహంతో కూడిన అటువంటి వ్యవస్థ యొక్క ధర నిషిద్ధం. అంతేకాకుండా, ఉపగ్రహ వైఫల్యం సంభవించినప్పుడు ఆపరేషన్లోకి వచ్చే అవసరమైన సహాయక వ్యవస్థ యొక్క ధరను కూడా అధ్యయనం చేర్చలేదు.
ఈ వ్యవస్థ కోసం, లాబొరేటరీ యొక్క గ్రౌండ్ బేస్డ్ అడ్వాన్స్డ్ టెక్నాలజీ స్టడీ (GBATS) నివేదికలో వివరించిన గ్రౌండ్ ఆర్కిటెక్చర్ను చూడటం ప్రారంభించింది, DRSS అదే సమయంలో నిర్వహించబడింది. GBATSలో పనిచేస్తున్న వ్యక్తులు రెండు ప్రత్యామ్నాయ ప్రతిపాదనలతో ముందుకు వచ్చారు. మొదటిది మొత్తం భూమధ్యరేఖ వెంబడి 10 డిగ్రీల దూరంలో ఉన్న 60-మీటర్ల యాంటెన్నాలు మరియు మీటర్-పొడవు స్పేర్ యాంటెన్నాలతో ఆరు స్టేషన్లను ఏర్పాటు చేయడం. స్టేషన్లను పర్వత శిఖరాలపై నిర్మించాలి, ఇక్కడ వాతావరణం సంవత్సరంలో కనీసం 66% రోజులు స్పష్టంగా ఉంటుంది. అందువలన, 2-3 స్టేషన్లు ఏ అంతరిక్ష నౌకకు ఎల్లప్పుడూ కనిపిస్తాయి మరియు వాటికి భిన్నమైన వాతావరణం ఉంటుంది. రెండవ ఎంపిక తొమ్మిది స్టేషన్లు, మూడు సమూహాలలో సమూహంగా మరియు ఒకదానికొకటి 120 డిగ్రీల దూరంలో ఉంది. ప్రతి సమూహంలోని స్టేషన్లు ఒకదానికొకటి 200 కి.మీ దూరంలో ఉండేలా చూసుకోవాలి, తద్వారా అవి ప్రత్యక్ష దృశ్యమానతను కలిగి ఉంటాయి, కానీ వివిధ వాతావరణ కణాలలో ఉంటాయి.
రెండు GBATS ఆర్కిటెక్చర్లు అంతరిక్ష విధానం కంటే చౌకగా ఉన్నాయి, కానీ వాటికి కూడా సమస్యలు ఉన్నాయి. ముందుగా, సంకేతాలు భూమి యొక్క వాతావరణం గుండా ప్రయాణించవలసి ఉంటుంది కాబట్టి, ప్రకాశవంతమైన ఆకాశం కారణంగా పగటిపూట రిసెప్షన్ రాత్రిపూట రిసెప్షన్ కంటే చాలా ఘోరంగా ఉంటుంది. తెలివైన ఏర్పాటు ఉన్నప్పటికీ, ఆప్టికల్ గ్రౌండ్ స్టేషన్లు వాతావరణంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. గ్రౌండ్ స్టేషన్లో లేజర్ను సూచించే వ్యోమనౌక చివరికి పేలవమైన వాతావరణ పరిస్థితులకు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు మేఘాలచే అస్పష్టంగా లేని మరొక స్టేషన్తో కమ్యూనికేషన్లను తిరిగి ఏర్పాటు చేస్తుంది.
అయినప్పటికీ, సమస్యలతో సంబంధం లేకుండా, DSRSS మరియు GBATS ప్రాజెక్ట్లు డీప్ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్ల కోసం ఆప్టికల్ సిస్టమ్లకు మరియు NASAలోని ఇంజనీర్ల ఆధునిక పరిణామాలకు సైద్ధాంతిక పునాదిని వేశాయి. అటువంటి వ్యవస్థను నిర్మించడం మరియు దాని పనితీరును ప్రదర్శించడం మాత్రమే మిగిలి ఉంది. అదృష్టవశాత్తూ, దీనికి కొన్ని నెలల సమయం మాత్రమే ఉంది.
ప్రాజెక్ట్ అమలు
ఆ సమయానికి, అంతరిక్షంలో ఆప్టికల్ డేటా ట్రాన్స్మిషన్ అప్పటికే జరిగింది. మొదటి ప్రయోగం 1992లో జరిగింది, గెలీలియో ప్రోబ్ బృహస్పతి వైపు వెళుతున్నప్పుడు మరియు టేబుల్ మౌంటైన్ అబ్జర్వేటరీలోని 60-సెం.మీ టెలిస్కోప్ నుండి పంపిన లేజర్ పల్స్ల సెట్ను విజయవంతంగా స్వీకరించడానికి దాని హై-రిజల్యూషన్ కెమెరాను భూమి వైపు తిప్పింది. న్యూ మెక్సికోలో USAF స్టార్ఫైర్ ఆప్టికల్ టెలిస్కోప్ రేంజ్. ఈ సమయంలో, గెలీలియో భూమి నుండి 1,5 మిలియన్ కిమీ దూరంలో ఉన్నాడు, అయితే రెండు లేజర్ కిరణాలు దాని కెమెరాను తాకాయి.
జపనీస్ మరియు యూరోపియన్ స్పేస్ ఏజెన్సీలు కూడా భూ కక్ష్యలో గ్రౌండ్ స్టేషన్లు మరియు ఉపగ్రహాల మధ్య ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్లను ఏర్పాటు చేయగలిగాయి. ఆ తర్వాత రెండు ఉపగ్రహాల మధ్య 50 Mbps కనెక్షన్ని ఏర్పాటు చేయగలిగారు. చాలా సంవత్సరాల క్రితం, ఒక జర్మన్ బృందం భూమి కక్ష్యలోని NFIRE ఉపగ్రహం మరియు స్పెయిన్లోని టెనెరిఫ్లోని గ్రౌండ్ స్టేషన్ మధ్య 5,6 Gbps కోహెరెంట్ ఆప్టికల్ బైడైరెక్షనల్ లింక్ను ఏర్పాటు చేసింది. కానీ ఈ కేసులన్నీ తక్కువ-భూమి కక్ష్యతో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయి.
సౌర వ్యవస్థలోని మరొక గ్రహం సమీపంలో కక్ష్యలో ఉన్న ఒక గ్రౌండ్ స్టేషన్ మరియు అంతరిక్ష నౌకను అనుసంధానించే మొట్టమొదటి ఆప్టికల్ లింక్ జనవరి 2013లో స్థాపించబడింది. మోనాలిసా యొక్క 152 x 200 పిక్సెల్ నలుపు-తెలుపు చిత్రం NASA యొక్క గొడ్దార్డ్ స్పేస్ ఫ్లైట్ సెంటర్లోని నెక్స్ట్ జనరేషన్ శాటిలైట్ లేజర్ రేంజింగ్ స్టేషన్ నుండి 300 bps వద్ద లూనార్ రికనైసెన్స్ ఆర్బిటర్ (LRO)కి ప్రసారం చేయబడింది. కమ్యూనికేషన్ వన్-వే. LRO సాధారణ రేడియో కమ్యూనికేషన్ల ద్వారా భూమి నుండి అందుకున్న చిత్రాన్ని తిరిగి పంపింది. చిత్రానికి కొద్దిగా సాఫ్ట్వేర్ లోపం దిద్దుబాటు అవసరం, కానీ ఈ కోడింగ్ లేకుండా కూడా గుర్తించడం సులభం. మరియు ఆ సమయంలో, చంద్రునికి మరింత శక్తివంతమైన వ్యవస్థను ప్రారంభించడం ఇప్పటికే ప్రణాళిక చేయబడింది.
2013 లూనార్ రికనైసెన్స్ ఆర్బిటర్ ప్రాజెక్ట్ నుండి: భూమి యొక్క వాతావరణం (ఎడమ) ప్రవేశపెట్టిన ప్రసార లోపాల నుండి సమాచారాన్ని క్లియర్ చేయడానికి, గొడ్దార్డ్ స్పేస్ ఫ్లైట్ సెంటర్లోని శాస్త్రవేత్తలు రీడ్-సోలమన్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (కుడి)ని ఉపయోగించారు, ఇది CDలు మరియు DVDలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. సాధారణ లోపాలు తప్పిపోయిన పిక్సెల్లు (తెలుపు) మరియు తప్పుడు సంకేతాలు (నలుపు) ఉన్నాయి. తెల్లటి గీత ప్రసారంలో చిన్న విరామం సూచిస్తుంది.
«
LCRD NASA యొక్క జెట్ ప్రొపల్షన్ లాబొరేటరీలో MIT యొక్క లింకన్ లాబొరేటరీతో కలిసి అభివృద్ధి చేయబడుతోంది. ఇది రెండు ఆప్టికల్ టెర్మినల్స్ను కలిగి ఉంటుంది: ఒకటి తక్కువ-భూమి కక్ష్యలో కమ్యూనికేషన్ల కోసం, మరొకటి లోతైన ప్రదేశం కోసం. మొదటిది డిఫరెన్షియల్ ఫేజ్ షిఫ్ట్ కీయింగ్ (DPSK)ని ఉపయోగించాలి. ట్రాన్స్మిటర్ 2,88 GHz ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద లేజర్ పల్స్లను పంపుతుంది. ఈ సాంకేతికతను ఉపయోగించి, ప్రతి బిట్ వరుస పల్స్ యొక్క దశ వ్యత్యాసం ద్వారా ఎన్కోడ్ చేయబడుతుంది. ఇది 2,88 Gbps వేగంతో పనిచేయగలదు, అయితే దీనికి చాలా శక్తి అవసరం. డిటెక్టర్లు అధిక-శక్తి సంకేతాలలో పల్స్ వ్యత్యాసాలను మాత్రమే గుర్తించగలవు, కాబట్టి DPSK భూమికి సమీపంలోని కమ్యూనికేషన్లకు గొప్పగా పని చేస్తుంది, అయితే ఇది లోతైన స్థలం కోసం ఉత్తమ పద్ధతి కాదు, ఇక్కడ శక్తిని నిల్వ చేయడం సమస్యాత్మకం. అంగారక గ్రహం నుండి పంపబడిన సిగ్నల్ భూమికి వచ్చే సమయానికి శక్తిని కోల్పోతుంది, కాబట్టి LCRD లోతైన ప్రదేశంతో ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్లను ప్రదర్శించడానికి పల్స్ ఫేజ్ మాడ్యులేషన్ అని పిలువబడే మరింత సమర్థవంతమైన సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తుంది.
NASA ఇంజనీర్లు LADEEని పరీక్ష కోసం సిద్ధం చేశారు
2017లో, ఇంజనీర్లు థర్మల్ వాక్యూమ్ చాంబర్లో ఫ్లైట్ మోడెమ్లను పరీక్షించారు
"ఇది తప్పనిసరిగా ఫోటాన్లను లెక్కించడం" అని అబ్రహం వివరించాడు. - కమ్యూనికేషన్ కోసం కేటాయించిన స్వల్ప వ్యవధి అనేక కాల వ్యవధులుగా విభజించబడింది. డేటాను పొందడానికి, ప్రతి విరామంలో ఫోటాన్లు డిటెక్టర్తో ఢీకొన్నాయో లేదో మీరు తనిఖీ చేయాలి. FIMలో డేటా ఈ విధంగా ఎన్కోడ్ చేయబడుతుంది. ఇది మోర్స్ కోడ్ లాంటిది, కానీ అతివేగమైన వేగంతో ఉంటుంది. ఒక నిర్దిష్ట సమయంలో ఫ్లాష్ ఉంది లేదా లేదు, మరియు సందేశం ఫ్లాష్ల క్రమం ద్వారా ఎన్కోడ్ చేయబడుతుంది. "ఇది DPSK కంటే చాలా నెమ్మదిగా ఉన్నప్పటికీ, మేము ఇప్పటికీ మార్స్ వరకు చాలా దూరం నుండి పదుల లేదా వందల Mbps ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్లను అందించగలము" అని అబ్రహం జతచేస్తుంది.
వాస్తవానికి, LCRD ప్రాజెక్ట్ ఈ రెండు టెర్మినల్స్ మాత్రమే కాదు. ఇది అంతరిక్షంలో ఇంటర్నెట్ హబ్గా కూడా పనిచేయాలి. మైదానంలో, మూడు స్టేషన్లు LCRDతో పనిచేస్తాయి: ఒకటి న్యూ మెక్సికోలోని వైట్ సాండ్స్ వద్ద, ఒకటి కాలిఫోర్నియాలోని టేబుల్ మౌంటైన్ వద్ద మరియు ఒకటి హవాయి ద్వీపం లేదా మాయిలో. ఒక స్టేషన్లో చెడు వాతావరణం ఏర్పడితే ఒక గ్రౌండ్ స్టేషన్ నుండి మరొక స్టేషన్కు మారడాన్ని పరీక్షించాలనే ఆలోచన ఉంది. మిషన్ డేటా ట్రాన్స్మిటర్గా LCRD పనితీరును కూడా పరీక్షిస్తుంది. స్టేషన్లలో ఒకదాని నుండి ఒక ఆప్టికల్ సిగ్నల్ ఉపగ్రహానికి పంపబడుతుంది మరియు తర్వాత మరొక స్టేషన్కు ప్రసారం చేయబడుతుంది - అన్నీ ఆప్టికల్ లింక్ ద్వారా.
డేటాను వెంటనే బదిలీ చేయలేకపోతే, LCRD దానిని నిల్వ చేస్తుంది మరియు అవకాశం వచ్చినప్పుడు బదిలీ చేస్తుంది. డేటా అత్యవసరమైతే లేదా ఆన్బోర్డ్ స్టోరేజ్లో తగినంత స్థలం లేకుంటే, LCRD దానిని తన Ka-band యాంటెన్నా ద్వారా వెంటనే పంపుతుంది. కాబట్టి, భవిష్యత్ ట్రాన్స్మిటర్ ఉపగ్రహాలకు పూర్వగామి, LCRD ఒక హైబ్రిడ్ రేడియో-ఆప్టికల్ సిస్టమ్ అవుతుంది. 2030లలో మానవ లోతైన అంతరిక్ష అన్వేషణకు మద్దతిచ్చే ఇంటర్ ప్లానెటరీ నెట్వర్క్ను స్థాపించడానికి NASA మార్స్ చుట్టూ కక్ష్యలో ఉంచాల్సిన యూనిట్ ఇదే.
ఆన్లైన్లో మార్స్ తీసుకురావడం
గత సంవత్సరంలో, అబ్రహం బృందం డీప్ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్ల భవిష్యత్తును వివరిస్తూ రెండు పేపర్లను రాసింది, వీటిని మే 2019లో ఫ్రాన్స్లో జరిగే స్పేస్ఆప్స్ కాన్ఫరెన్స్లో ప్రదర్శించనున్నారు. ఒకటి సాధారణంగా డీప్ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్లను వివరిస్తుంది, మరొకటి (“
గరిష్ట సగటు డేటా బదిలీ వేగం యొక్క అంచనాలు డౌన్లోడ్ చేయడానికి 215 Mbit/s మరియు అప్లోడ్ చేయడానికి 28 Mbit/s. మార్స్ ఇంటర్నెట్ మూడు నెట్వర్క్లను కలిగి ఉంటుంది: ఉపరితల అన్వేషణ ప్రాంతాన్ని కవర్ చేసే వైఫై, ఉపరితలం నుండి భూమికి డేటాను ప్రసారం చేసే ప్లానెటరీ నెట్వర్క్ మరియు ఎర్త్ నెట్వర్క్, ఈ డేటాను స్వీకరించడానికి మరియు ప్రతిస్పందనలను తిరిగి పంపడానికి బాధ్యత వహించే మూడు సైట్లతో కూడిన డీప్ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్ నెట్వర్క్. అంగారకుడు.
“అటువంటి మౌలిక సదుపాయాలను అభివృద్ధి చేస్తున్నప్పుడు, అనేక సమస్యలు ఉన్నాయి. ఇది 2,67 AU అంగారక గ్రహానికి గరిష్ట దూరం వద్ద కూడా విశ్వసనీయంగా మరియు స్థిరంగా ఉండాలి. సౌర సుపీరియర్ సంయోగ కాలంలో, మార్స్ సూర్యుని వెనుక దాక్కున్నప్పుడు, ”అని అబ్రహం చెప్పారు. ఇటువంటి సంయోగం ప్రతి రెండు సంవత్సరాలకు సంభవిస్తుంది మరియు అంగారక గ్రహంతో కమ్యూనికేషన్కు పూర్తిగా అంతరాయం కలిగిస్తుంది. “ఈ రోజు మనం దీన్ని భరించలేము. అంగారక గ్రహంపై ఉన్న అన్ని ల్యాండింగ్ మరియు కక్ష్య స్టేషన్లు కేవలం రెండు వారాల పాటు భూమితో సంబంధాన్ని కోల్పోతాయి. ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్స్తో, సోలార్ కనెక్టివిటీ కారణంగా కమ్యూనికేషన్ నష్టాలు 10 నుండి 15 వారాల వరకు ఉంటాయి. రోబోట్లకు, ఇటువంటి ఖాళీలు ముఖ్యంగా భయానకంగా లేవు. అలాంటి ఒంటరితనం వారికి సమస్యలను కలిగించదు, ఎందుకంటే వారు విసుగు చెందరు, ఒంటరితనాన్ని అనుభవించరు మరియు వారు తమ ప్రియమైన వారిని చూడవలసిన అవసరం లేదు. కానీ ప్రజలకు ఇది పూర్తిగా భిన్నంగా ఉంటుంది.
"కాబట్టి మేము మార్స్ ఉపరితలం నుండి 17300 కి.మీ ఎత్తులో ఉన్న వృత్తాకార భూమధ్యరేఖ కక్ష్యలో ఉంచబడిన రెండు కక్ష్య ట్రాన్స్మిటర్లను ప్రారంభించేందుకు సిద్ధాంతపరంగా అనుమతిస్తాము" అని అబ్రహం కొనసాగిస్తున్నాడు. అధ్యయనం ప్రకారం, అవి ఒక్కొక్కటి 1500 కిలోల బరువు కలిగి ఉండాలి మరియు X-బ్యాండ్, కా-బ్యాండ్ మరియు ఆప్టికల్ పరిధిలో పనిచేసే టెర్మినల్స్ సమితిని కలిగి ఉండాలి మరియు 20-30 kW శక్తితో సౌర ఫలకాల ద్వారా శక్తిని పొందాలి. వారు తప్పనిసరిగా డిలే టాలరెంట్ నెట్వర్క్ ప్రోటోకాల్కు మద్దతు ఇవ్వాలి-ముఖ్యంగా TCP/IP, ఇంటర్ప్లానెటరీ నెట్వర్క్లలో అనివార్యంగా సంభవించే దీర్ఘ జాప్యాలను నిర్వహించడానికి రూపొందించబడింది. నెట్వర్క్లో పాల్గొనే కక్ష్య స్టేషన్లు తప్పనిసరిగా గ్రహం యొక్క ఉపరితలంపై ఉన్న వ్యోమగాములు మరియు వాహనాలతో, గ్రౌండ్ స్టేషన్లతో మరియు ఒకదానితో ఒకటి కమ్యూనికేట్ చేయగలగాలి.
"ఈ క్రాస్-కప్లింగ్ చాలా ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే ఇది 250 Mbps వద్ద డేటాను ప్రసారం చేయడానికి అవసరమైన యాంటెన్నాల సంఖ్యను తగ్గిస్తుంది" అని అబ్రహం చెప్పారు. ఆర్బిటల్ ట్రాన్స్మిటర్లలో ఒకదాని నుండి 250 Mbps డేటాను స్వీకరించడానికి ఆరు 34-మీటర్ల యాంటెన్నాల శ్రేణి అవసరమని అతని బృందం అంచనా వేసింది. దీని అర్థం డీప్ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్ సైట్లలో NASA మూడు అదనపు యాంటెన్నాలను నిర్మించవలసి ఉంటుంది, అయితే అవి నిర్మించడానికి సంవత్సరాలు పడుతుంది మరియు చాలా ఖరీదైనవి. "కానీ రెండు ఆర్బిటల్ స్టేషన్లు డేటాను పంచుకోవచ్చని మరియు 125 Mbps వద్ద ఒకేసారి పంపగలవని మేము భావిస్తున్నాము, ఒక ట్రాన్స్మిటర్ డేటా ప్యాకెట్లో సగం పంపుతుంది మరియు మరొకటి పంపుతుంది" అని అబ్రహం చెప్పారు. నేటికీ, 34-మీటర్ల లోతైన అంతరిక్ష సమాచార యాంటెనాలు ఒకేసారి నాలుగు వేర్వేరు అంతరిక్ష నౌకల నుండి డేటాను స్వీకరించగలవు, ఫలితంగా పనిని పూర్తి చేయడానికి మూడు యాంటెన్నాలు అవసరం. "ఆకాశం యొక్క ఒకే ప్రాంతం నుండి రెండు 125 Mbps ప్రసారాలను స్వీకరించడానికి ఒక ప్రసారాన్ని స్వీకరించడానికి అదే సంఖ్యలో యాంటెనాలు అవసరం" అని అబ్రహం వివరించాడు. "మీరు అధిక వేగంతో కమ్యూనికేట్ చేయాలంటే మరిన్ని యాంటెనాలు మాత్రమే అవసరం."
సౌర సంయోగ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, అబ్రహం బృందం సూర్య-మార్స్/సూర్య-భూమి కక్ష్యలోని L4/L5 పాయింట్లకు ట్రాన్స్మిటర్ ఉపగ్రహాన్ని ప్రయోగించాలని ప్రతిపాదించింది. అప్పుడు, సంయోగ వ్యవధిలో, సూర్యుని ద్వారా సంకేతాలను పంపడానికి బదులుగా దాని చుట్టూ డేటాను ప్రసారం చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు. దురదృష్టవశాత్తూ, ఈ కాలంలో వేగం 100 Kbpsకి పడిపోతుంది. సరళంగా చెప్పాలంటే, ఇది పని చేస్తుంది, కానీ అది సక్స్.
ఈ సమయంలో, అంగారక గ్రహంపై భవిష్యత్తులో ఉన్న వ్యోమగాములు పిల్లి యొక్క ఫోటోను స్వీకరించడానికి కేవలం మూడు నిమిషాల కంటే ఎక్కువ వేచి ఉండవలసి ఉంటుంది, 40 నిమిషాల వరకు ఆలస్యాన్ని లెక్కించదు. అదృష్టవశాత్తూ, మానవత్వం యొక్క ఆశయాలు మనల్ని రెడ్ ప్లానెట్ కంటే మరింత ముందుకు తీసుకెళ్లేలోపు, ఇంటర్ప్లానెటరీ ఇంటర్నెట్ ఇప్పటికే చాలా సమయం బాగా పని చేస్తుంది.
మూలం: www.habr.com