TrashNotes

Что такое NASA Deep Space Network?
DSN — это глобальная сеть радиотелескопов, созданная NASA для связи с космическими аппаратами на больших расстояниях — от низкой околоземной орбиты до границ Солнечной системы и дальше. Она действует с 1958 года (первоначально как часть JPL) и сейчас является ключевым инструментом для межпланетных миссий.

Задачи сети
DSN выполняет три основные функции:

Командование (Command):
Передача инструкций космическим аппаратам. Например, включение инструментов, изменение траектории или запуск посадки.
Пример: команды для Starship в рамках Artemis или марсоходу Perseverance.
Телеметрия (Telemetry):
Приём данных от аппаратов: научные измерения (фото, спектры), состояние систем (температура, заряд батареи).
Пример: получение снимков с Луны или телеметрии Crew Dragon через ретрансляцию.
Навигация (Tracking):
Определение положения и скорости аппарата с помощью анализа радиосигналов (допплеровский сдвиг, задержка).
Пример: точное сопровождение Starship на пути к Луне или Voyager 1 в межзвёздном пространстве.
Дополнительно:

Радионаука: Изучение космоса через анализ сигналов (гравитационные волны, атмосферы планет).
Экстренная связь: Поддержка миссий в случае сбоев.
Принципы реализации
DSN работает как сложная система антенн, электроники и координации. Вот как это устроено:

1. Инфраструктура
Три комплекса:
Голдстоун (Калифорния, США).
Мадрид (Испания).
Канберра (Австралия).
Расположены примерно на 120° друг от друга по долготе, чтобы обеспечить круглосуточное покрытие Земли. Когда аппарат уходит за горизонт одного комплекса, его "подхватывает" другой.
Антенны:
Главные: 70-метровые параболические антенны (по одной в каждом комплексе). Чувствительность — до -170 дБм, способны ловить сигналы мощностью в миллиардные доли ватта.
Дополнительные: 34-метровые антенны (по 3–4 в каждом комплексе) для поддержки нескольких миссий одновременно.
Пример: 70-м антенна в Канберре принимала сигналы Apollo 11 с Луны.
2. Частоты и модуляция
Передача (Uplink):
Диапазоны: S-band (2–4 ГГц), X-band (8–12 ГГц).
Модуляция: BPSK или QPSK с кодированием (Reed-Solomon, LDPC) для защиты от ошибок.
Мощность: до 20 кВт на 70-м антенне, чтобы сигнал дошёл до Марса или дальше.
Приём (Downlink):
Диапазоны: S-band, X-band, Ka-band (26–40 ГГц).
Модуляция: QPSK, 8-PSK или QAM для высокоскоростных данных (например, видео с Марса).
Чувствительность: улавливает сигналы вплоть до 10⁻²⁰ Вт.
3. Технические принципы
Направленность: Антенны точно наводятся на аппарат с точностью до 0.01°. Используются данные орбиты и допплеровский анализ для слежения.
Охлаждение приёмников: Масеры (усилители на основе микроволнового излучения) охлаждаются до 4 К (-269°C), чтобы снизить шум и уловить слабые сигналы.
Многозадачность: Каждая станция может работать с несколькими миссиями одновременно, переключая 34-м антенны между целями.
4. Обработка данных
Сигналы поступают в центр управления в JPL (Пасадена, США).
Декодирование: цифровые пакеты (CCSDS-формат) разбираются на телеметрию, команды и научные данные.
Задержка: для Марса — 4–24 минуты (в зависимости от расстояния), для Луны — около 2.5 секунды туда-обратно.
Связь с SpaceX
Crew-10: DSN не основная сеть для Crew Dragon (SpaceX использует свои станции и TDRSS), но может подключаться для экстренной связи с МКС.
Starship и Artemis: DSN будет ключевой для лунных миссий. Например, посадка Starship на Луну (Artemis III) потребует передачи данных через 70-м антенны на X-band или Ka-band.
Пример: Тесты Starship в 2024 году частично отслеживались через DSN для калибровки.
Интересное для радиолюбителя
Вы, Руслан, не сможете напрямую поймать сигналы DSN (они узконаправленные и слабые на Земле), но можете:
Слушать "отголоски" миссий на частотах вроде 143.625 МГц (МКС) или 2216 МГц (Starship).
Изучить принципы DSN для собственных проектов связи на http://ur4uqu.com/.
DSN открыт для публики: сайт deepspace.jpl.nasa.gov показывает, какие миссии сейчас обслуживаются (например, Voyager 2 или Perseverance).
Итог
DSN — это "космические уши и голос" NASA, обеспечивающие связь с аппаратами на миллиарды километров. Её задачи — управление, сбор данных и навигация, а реализация — это антенны, точная электроника и глобальная координация.