יום שלישי, 18 במרץ 2014

תקשורת בחלל

לא משנה כמה החללית מוצלחת, לאן היא הגיעה, ואיזה תמונות או מידע המכשירים שלה אספו - אם המידע לא יגיע לכדור הארץ, כל המאמץ הוא לחינם. מכל הדברים הנפלאים שעשו בנאסא, רשת התקשורות החללית העמוקה Deep Space Network - DSN, היא בעיני הפלא הגדול מכולם, מלאכת מחשבת של הנדסה מופלאה.

הרשת תומכת בחלליות ובציוד תקשורת בטווח של חמישים שנה (חלליות וויאג'ר עדיין נקלטות). הרשת תומכת בתקשורת למרחקים קצרים (עשרות אלפי קילומטרים) עד ארוכים מאד (19 מיליארד קילומטר). הרשת תומכת בתקשורות רציפה עם לווינים שסובבים את הארץ, על ידי מעבר אוטומטי לקליטה בתחנות השונות. הרשת מאפשרת למפעילי המשימות לקבל את כל הנתונים מהחלליות וגם לשדר להם בחזרה. הרשת היא הלב של נאסא והיא הרכיב הקריטי ביותר בפעילות הארגון.

הרשת פרושה על שלושה מרכזי קליטה ושידור עיקריים, בארצות הברית, ספרד, ואוסטרליה. במרכזים אלו צלחות קליטה ושידור ענקיות, המסוגלות לקלוט אותות קלושים ביותר של חללית וויאג'ר וגם בעלי עוצמה אדירה לשגר אות שיגיע עד לחללית. צריך הרבה סבלנות בכל מה שקשור לתקשורת עם וויאג'ר. 18כמעט  שעות לוקח לאות לעבור את המרחיק בכיוון אחד. האנטנות הגדולות ביותר הן בקוטר 70 מטר ובכל אתר יש אחת כזו. וויאג'ר כבר אינה מסוגלת לקבל תשדורות (למעט תשדורות WATCHDOG - ראו בהערות) , אבל היא עדיין משדרת נתונים הקשורים לחלקיקים אלקטרומגנטים הנמצאים במרחב הבין חללי. מהירות שידור היא איטית להחריד 120 ביטים בשנייה (יום וחצי להורדת שיר ממוצע). בתחילת המשימה מהירות השידור הייתה גבוה בהרבה כ-300KB בשנייה, אולם התרחקות החללית, הרצון לשמור על הספק חשמלי ככל שניתן והזדקנות המערכות, האיטו את הקצב לקצב זחילה זה.

אנטנת 70 מטר, גולדסטון קליפורניה
אנטנת 70 מטר, גולדסטון קליפורניה

אבל עם וויאג'ר כבר מדברים מעט. במערכת השמש, עשרות משימות שונות בו זמנית, כולן צריכות חלונות תקשורת משלהן,לכולם מאפיינים שונים, של עוצמה, תדרים, אפנון, סוגי המכשירים, וכמובן, על מנת לקלוט ולשדר אותות לחללית קטנטנה במרחב הצעום, האנטנה חייבת להיות מכוונת בדיוק. ניהול ההקצאות לזמן התקשורת אינו משימה פשוטה.
המרחק ממנו מתחילה הרשת לעבוד, הוא כ-15000 קילומטר מכדור הארץ. במרחק כזה, מכל מקום, תיראה לפחות אנטנה אחת ברשת (לווינים המקיפים את כדור הארץ ותחנת החלל הבינלואמית משתמשים גם בתחנות אלו אך גם בתחנות ממסר נוספות). האנטנות עובדות סביב השוען, ולמרות שכולן צריכות לחזוקה, אם לא החלפה, פעולות כאלו לא נעשות מאחר והן ישביתו כל אנטנה לחודשים מרובים. השבתה של אנטנה תמנע שליחת מידע מחלליות רחוקות. אמנם לכל חללית (אפילו לוויאג'ר) יש יכולות לשמור נתונים בקיבולת מסוימת לפני השליחה, אולם גם כך הפגיעה במשימות תהיה מרובה.
 

העובדה שהרשת היא עתיקה, דורשת תחזוקה, תמוכת בעשרות פרוטוקולים ומתקשה לעמוד בגידול בכמות המשימות בחלל מהווה אתגר אמיתי ומהותי לנאסא.

לרגל חגיגות חמישים השנה לרשת הקימה נאסא אתר המאפשר לראות מה קורה ברשת ומי מדבר עם מי - DSN NOW - אני התמכרתי.


אתר DSN של נאסא

9 תגובות:

  1. ממש מעניין!
    תודה רבה

    השבמחק
  2. תודה, ממש מעניין!
    רק הערה קטנה, באתא של נאס"א (dsn now) רשום שהזמן שלוקח לאור להגיע לוויאג'יר 1 הוא 1.47 ימים

    השבמחק
  3. הזמן שמצויין באתר הוא ROUNDTRIP שזה הלוך ושוב. כ-36 שעות כלומר 18 שעות לכיוון אחד

    השבמחק
  4. אה אוקיי
    תודה

    השבמחק
  5. לפי מה שאני מבין, אני יש תקשורת דו-כיוונית עם וויאג'ר.
    הנה למשל מהדו"ח השבועי לשבוע של 28/03/2014 (לפני ארבעה שבועות):
    Voyager 1 command operations consisted of the uplink of a Command Loss Timer Reset on 03/27 [DOY 086/1400z]. The spacecraft received the command.

    כתוב שהחללית קיבלה את הפקודה.


    מתוך אתר הדיווחים הרישמי של נאסא:
    http://voyager.jpl.nasa.gov/mission/weekly-reports/2014-03-28.html

    השבמחק
  6. תודה על התגובה. אלו הן פקודות של WATCHDOG, ודרך של החללית לדעת שהיא מצליחה לקבל מידע מכדור הארץ. אם היא לא מקלבת את האותו האלו היא תנסה לבצע ריבוט למערכות שונות. מאחר ולפחות חלק מהמערכות עדין פעילות יש חובה לשלוח תשדורות אלו, אבל הן אינן מכילות מידע..

    השבמחק
  7. הבנתי אותך.
    יש לי עוד שאלה לגבי וויאג'ר.
    למה חוסכים בדלק שלה? לפי הדוחות, יש לא מעט דלק (הידרזין, אם אינני טועה) במיכל.
    לא עדיף לנו "לתת גז" ולגמוע יותר מרחק בזמן קצר יותר, וכך לקבל מידע על רדיוס גדול יותר מהשמש.
    לפי מה שנראה, החשמל יגמר הרבה לפני הדלק - לא הגיוני לתת גז?

    בגדול, כפי שאני מבין זאת, הנתון החשוב היחיד שוויאג'ר שולחת לנו כיום, הוא ערך השטף המגנטי.
    העניין הוא שהשטף המגנטי באזור שלה הוא כה נמוך שיש לבצע כיול תקופתי על-מנת לקזז את השדה המגנטי של החללית עצמה (שדה שבעבר היה די זניח, ביחס לשדה של השמש).
    את הכיול הזה הם מבצעים על-ידי סיבוב החללית סביב צירה, ומדידת ההפרש בשדה המגנטי הנמדד בכל תנוחה (אם הבנתי נכון).
    העניין הוא, שנראה שהתמרונים האלה דורשים ממש מעט דלק. למה הם שומרים את כל הדלק?
    לפי הבנתי את הדוחות, יש לנו עוד שנה וקצת של חללית מתפקדת (כי המתח ביחידת היצור דועך בצורה לינארית, עם ערך של כמה וואטים בשנה). לא עדיף לקבל מידע על "קו" ארוך יותר.

    השבמחק
  8. אין לי כל כך מושג. ייתכן שאין אפשרות לתת הוראות להבערת מנועים. ייתכן שאביזירי הניווט כשלו אבל הכי נראה לי שהאוריינטציה של החללית בצורה שאינה מאפשרת הבערת מנועים בכיוון הרצוי, ומורכב מדי עד בלתי אפשרי לשנות את זווית החללית (רוב הסיכויים שלאחר כמן היא לא תצליח להתיישר ישר ולכן כל יכולת התקשורות תאבד). בשביל עוד כמה מטר שנייה אין בזה שום תועלת.

    השבמחק