Szereg anten DSN, w tym słynna 70-metrowa antena, odgrywa kluczową rolę w eksploracji kosmosu, umożliwiając komunikację z odległymi statkami kosmicznymi. Technologia układu i różne rozmiary anten są dostosowane do zwiększania siły sygnału i obsługi wielu misji kosmicznych, co stanowi znaczący postęp w technologii komunikacji kosmicznej.
Badać NASAmasywna 70-metrowa antena do komunikacji kosmicznej zlokalizowana w kompleksie Goldstone Deep Space Communications Complex w Barstow w Kalifornii. Antena ta jest częścią Deep Space Network, międzynarodowej sieci obiektów NASA używanych do komunikacji z odległymi statkami kosmicznymi badającymi nasz Układ Słoneczny. Anteny sieci Deep Space Network są niezbędnym ogniwem dla robotycznych badaczy wyruszających poza Ziemię. Zapewniają kluczowe połączenie umożliwiające dowodzenie naszym statkiem kosmicznym i otrzymywanie nigdy wcześniej nie widzianych zdjęć i informacji naukowych na Ziemi, pomagając w zrozumieniu wszechświata, naszego Układu Słonecznego i ostatecznie naszego w nim miejsca. Źródło: NASA
Antena 70-metrowa
Każda placówka Deep Space Network (DSN) ma jedną ogromną antenę o średnicy 70 metrów. Anteny o długości 70 metrów to największe i najbardziej czułe anteny DSN, zdolne do śledzenia statku kosmicznego przemieszczającego się dziesiątki miliardów mil od Ziemi.
Ważący prawie 2970 ton amerykańskich (2,7 miliona kilogramów) powierzchnia tego gigantycznego reflektora w kształcie talerza jest utrzymywana z dokładnością do pół cala (jednego centymetra) na całej powierzchni 41 400 stóp kwadratowych (3850 metrów kwadratowych). powierzchnia. Ta precyzja jest kluczowa – nawet niewielkie odkształcenia mogłyby zakłócić pracę anteny.
Hydrostatyczny zespół łożyskowy utrzymuje ogromny ciężar anteny na trzech podkładkach, które ślizgają się wokół dużego stalowego pierścienia po warstwie oleju o grubości kartki papieru.
NASA zbudowała 70-metrową antenę, gdy ambitne misje zaczęły wyruszać poza orbitę Ziemi i potrzebowały potężniejszych narzędzi komunikacyjnych do ich śledzenia. Antena 70-metrowa w Goldstone’anazwany „Mars antena” była pierwszą z gigantycznych anten zaprojektowanych do odbierania słabych sygnałów i przesyłania bardzo silnych sygnałów daleko w przestrzeń kosmiczną. Po uruchomieniu w 1966 r. posiadała antenę o szerokości 210 stóp (64 m). Antena została zmodernizowana z 64 do 70 metrów w 1988 r., aby antena mogła śledzić sygnały NASA Podróżnik 2 statku kosmicznego w chwili napotkania Neptun.
Antena, oficjalnie nazwana Deep Space Station 14 lub DSS 14, przyjęła nazwę Marsa od swojego pierwszego zadania: śledzenia statku kosmicznego Mariner 4, który został utracony przez mniejsze anteny po historycznym przelocie obok Marsa w 1965 roku.
Antena marsjańska wspierała misje obejmujące m.in. Pioneera, Cassini oraz łaziki do eksploracji Marsa. Otrzymał słynny komunikat Neila Armstronga Apollo 11: „To jeden mały krok [a] Człowiek. Wielki skok dla ludzkości.” Pomógł także w obrazowaniu pobliskich planet, asteroid i komet, odbijając potężny sygnał radarowy od obiektów badań.
Antena 34-metrowa
Anteny o długości 34 metrów są dostępne w dwóch typach: antena o wysokiej wydajności i antena falowodowa. Tym, co czyni wersję falowodu wiązką wyjątkową, jest dodanie pięciu precyzyjnych zwierciadeł o częstotliwości radiowej, które odbijają sygnały radiowe wzdłuż rury prowadzącej z anteny do pomieszczenia pod ziemią. Taka konstrukcja umożliwia umieszczenie wrażliwych urządzeń elektronicznych w klimatyzowanym pomieszczeniu ze sprzętem zamiast na zewnątrz, pośrodku czaszy anteny. Taka konfiguracja upraszcza także konserwację i modyfikację sprzętu w miarę rozwoju nowych technologii.
Antena 26-metrowa
Każdy kompleks DSN zawiera jedną antenę o średnicy 26 metrów, używaną głównie do śledzenia statków kosmicznych krążących wokół Ziemi na wysokości od 160 do 1000 kilometrów nad planetą.
Specjalny montaż (montaż XY) pozwala antenom skierować je nisko nad horyzontem, aby wychwycić szybko poruszające się orbitery ziemskie, gdy tylko pojawią się w polu widzenia. Maksymalna prędkość śledzenia wynosi trzy stopnie na sekundę, co odpowiada śledzeniu jednego pełnego obrotu statku kosmicznego krążącego wokół Ziemi co dwie minuty.
Anteny o długości 26 metrów zostały pierwotnie zbudowane w celu wspierania misji Apollo, które w latach 1967–1972 wysyłały badaczy na Księżyc. Zostały wycofane ze służby w sierpniu 2009 r.
Układ antenowy
Układ antenowy łączy sygnały odbierane przez wiele anten w różnych lokalizacjach, aby działać jako pojedyncza duża antena. Układanie jest powszechnie stosowane w celu poprawy odbioru słabych sygnałów. Technika ta jest korzystna w komunikacji w przestrzeni kosmicznej, gdzie sygnał przesyłany przez statek kosmiczny staje się bardzo słaby podczas podróży na ogromne odległości międzyplanetarne.
Kiedy sygnał statku kosmicznego dociera do Ziemi, rozprzestrzenia się na dużym obszarze, więc pojedyncza antena przechwytuje tylko niewielką jego część. Dzięki macierzowi można przechwycić większą część słabego sygnału i uzyskać wyższą szybkość transmisji danych.
Wczesne tablice
Sieć Deep Space Network po raz pierwszy zastosowała macierz w misjach na początku lat 70. XX wieku. Eksperymenty z prototypowym systemem szykowania dla spotkań Voyagera w 1979 r Jupiter i spotkanie Pioneera 11 z Saturn powiedział inżynierom wiele o tym, jak uzyskać zwiększoną czułość. Następnie wszystkie trzy kompleksy DSN intensywnie wykorzystywały konfiguracje szeregowe podczas spotkań Voyagera z Saturnem w latach 1980 i 1981.
Zanim przeleciał Voyager 2 Uran w 1986 r. DSN łączyło sygnały z maksymalnie czterech anten. Podczas spotkania statku kosmicznego z Neptunem trzy lata później DSN połączył sygnały z australijskiego Teleskopu Radiowego Parkes w kompleksie Canberra oraz sygnały z 27 anten Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku w układ Goldstone.
Triumf Galileusza
Misja Galileo do Jowisza wykorzystała układy w latach 1996 i 1997, aby zwiększyć ilość danych naukowych, które misja mogła przesłać dzięki uszkodzonej antenie o dużym wzmocnieniu. W przypadku Galileo DSN przygotowało do pięciu anten z trzech ośrodków śledzących na dwóch kontynentach (w szczególności w Goldstone, Canberze i Parkes).
W przypadku Galileo uzyskano trzykrotnie lepszy zwrot danych w porównaniu z pojedynczą anteną o długości 70 metrów (230 stóp). Układanie w macierz oraz postęp w technikach kompresji i kodowania danych pomogły Galileo odnieść taki sukces, że jego misja została rozszerzona na kilkanaście lat cennych obserwacji Jowisza i jego księżyców.
