Satiksmes korķi Saules sistēmā

 

Zvanīt pa noslogotu telefona līniju lielā attālumā – tas ir nogurdinoši. Lielai daļai no mums tas nozīmē pāris stundu zemē nosviesta laika, taču NASA tālajiem kosmiskajiem lidojumiem nepārtraukti un uzticami sakari ir vitāli nepieciešami.

 

Transporta sakaru sastrēgumi

Uz dažādām planētām un citiem Saules sistēmas ķermeņiem virzīto kosmisko kuģu pulks aizvien pieaug. Pāris tuvākajos gados (2003. gada beigas - 2004. gada sākums) startēs vairāki kosmiskie kuģi, arī daudzi jau šobrīd lidojošie nonāks nozīmīgā posmā. Piemēram, pie Sarkanās planētas 2003.-2004. gadā viesosies pāris NASA nolaižamo aparātu, eiropiešu veidotais orbitālais aparāts Mars Express un tā nolaižamais modulis Beagle 2, arī japāņu orbitālais aparāts Nozomi, kā arī NASA aparāti Mars Odyssey un Mars Global Surveyor, kas jau riņķo ap Marsu. Zonde Deep Impact, kas pētīs komētu Tempel 1, tiks palaista, kad viens no aparātiem nolaidīsies uz Sarkanās planētas un Stardust būs sastapies ar Wild-2. Tāpēc ētera laiks kļūst aizvien saspringtāks. Tīkls ir pārslogots, antenu izmantošanas laika aktīvajiem lidojumiem nepietiek. Kosmisko objektu apkalpojošajam personālam regulāri jāeksperimentē un jāmeklē kompromisi.

Lai nodrošinātu stabilus divvirzienu sakarus ar nākotnes tālā kosmosa misijām, neveidojot katram projektam atsevišķu uzraudzības (tracking) sistēmu, jau 50. gadu beigās NASA sāka veidot sakaru tīklu. Šobrīd tas ir izaudzis par lielāko un visjutīgāko telekomunikāciju sistēmu pasaulē. Tālā kosmosa tīklu (Deep Space Network, DSN) - pret debesīm pavērstu antenu sistēmu - vada Reaktīvās kustības pētīšanas laboratorija (Jet Propulsion Laboratory, JPL). Šis tīkls ir kosmiskās aģentūras galvenais saziņas līdzeklis ar tādiem kosmiskajiem aparātiem kā Cassini, kas ir ceļā uz Saturnu, un Stardust, kas lido pretī komētai Wild‑2.

Radioantenu kompleksa Goldsouna-Madride-Kanbera bāzu izvietojums ļauj DSN operatoriem uzturēt no Zemes griešanās neatkarīgu, nepārtrauktu radiokontaktu un pārsūtīt telemetrijas un svarīgus kosmonautu veselības datus uz konkrētās misijas vadības centru.

Lai to paveiktu, katrā no trim tīkla bāzēm ir milzīga radioantena – bļoda 70 metru diametrā. To ietver mazāku antenu puduris (cluster), papildinot kompleksa iespējas. Šobrīd DSN operatoru lielākās bažas ir tās, ka 70 metru antenas, kurām ir gandrīz 50 gadu, var iziet no ierindas. Līdzēt varētu DSN tīklā neietilpstošas iekārtas: radioastronomijas antenas vai neatkarīgas, Japānā vai Eiropas Kosmiskajā aģentūrā izstrādātas, tālā kosmosa uzraudzības sistēmas. Taču, lai nomainītu vai atjauninātu vecīgās galvenās antenas, būs jāpagaida, līdz nākamajā (domājams) gadā beigsies telekomunikāciju krīze.

 

Karsto sezonu gaidot

Lielākais JPL darbs, gatavojoties karstajai sezonai, ir jaunas 34 metru radioantenas uzstādīšana pie Madrides (Spānijā) – vienā no trim vienmērīgi ap zemeslodi izvietotajiem tīkla kompleksiem. Analoģiski kompleksi tālā kosmosa misijas uzrauga no Goldstounas (Kalifornijā) un Kanberas (Austrālijā), tomēr tieši Madrides bloks tuvākajos gados būs svarīgākais – ap Marsu paredzamās aktivitātes dēļ.

– Darbs būs spraigs, un būs nepieciešami arī kompromisi, – apgalvo Ričs Millers, JPL Plānu un lēmumu biroja menedžeris. – Dažas misijas brīdi pa brīdim saņems mazāk datu, taču, šķiet, kopumā mums izdosies.

Jaunā antena būs papildinājums Madrides galvenajai 70 metru antenai un nodrošinās iekārtām papildus 70 stundas nedēļā. Šis papildu laiks, salīdzinot ar pašreiz pieejamo, būs par 30 procentiem lielāks. Taču tik un tā tas būs tikai ielāpiņš. Nepieciešamas vēl antenas, taču saņemt finansējumu vēl vienai antenai Austrālijā agrāk par 2005. gadu diezin vai izdosies.

Līdz tam lidojumu vadības centram vajadzētu tikt vaļā no Marsa nolaiţamajiem aparātiem. Misiju plānotāji paredz caur DSN kanāliem pārsűtīt tikai pusi datu, otru pusi ierakstot orbītā jau esošās zondes Global Surveyor vai Odyssey atmiņā, lai pārraidītu vēlāk, kad trafiks būs mazāk blīvs. R. Millers pieminēja, ka šādu procesu varētu izmantot Eiropas Kosmiskās aģentūras aparātam Beagle 2, kad tas nolaidīsies uz Marsa virsmas.

Kad jāuzrauga vairāk nekā viens kosmiskais aparāts, vienošanās starp abu projektu grupām noteiks, kā tikt galā ar pārklāšanos. Piemēram, Deep Impact misijas laikā projekta vadītājiem vajadzēs atdot dažas stundas citām misijām.

Nākamajam gadu desmitam vajadzētu dot pētniekiem operatīvākas, labākas metodes, lai sazinātos ar kosmiskajiem aparātiem. JPL zinātnieki aplūko iespēju izmantot ierīces, ko varētu saukt par lāzergaismas kausiem (laser light buckets) – uz Zemes uzstādītus teleskopus, kas uzklausīs nākotnes kosmokuģus. DSN masīvajās antenu bļodās izmanto radioviļņus, bet gaismas kausi vāc gaismas viļņos ietvertu informāciju. Lāzergaismas kausu izmantošanas testprojekts tiek izstrādāts JPL Galda kalna (Table Mountain) laboratorijā Raitvudā, Kalifornijā. Lāzergaismas kausi varēs nodrošināt lielāku datu pārraides ātrumu nekā lielākā uz Zemes uzstādāmā radioantena, norāda Millers, taču tiem ir arī trūkumi.

– Koncepcija izmaksu ziņā ir ļoti daudzsološa, – viņš atzina, piebilstot, ka, rēķinoties ar iespējamo slikto laiku, nepieciešams vairāk zemes staciju. – Tomēr ir iespējams, ka tuvākajos desmit gados lietosim nevis radio, bet optiskās frekvences.

Tiek izstrādāti arī uzlabojumi antenām, piemēram, procesu automatizācija, nodrošinot sekošanu vairākiem objektiem no vienas iekārtas, un augstāku radiofrekvenču izmantošana, palielinot datu pārraides ātrumu starp Zemi un Kosmosu.

 

Eiropas Kosmiskās aģentūras (ESA) Zemes staciju tīkls (ESTRACK)

Eiropas Kosmiskās aģentūras Operatīvais centrs (ESOC) ir izveidojis visu pasauli aptverošu Zemes staciju tīklu, lai nodrošinātu gan pašas ESA, gan citu organizāciju – ESA klientu – vajadzību izpildi. Šo sekošanas staciju tīklu sauc par ESTRACK.

Kiruna (Zviedrija) S un X diapazonu (S-band, X-band) stacija galvenokārt apkalpo Eiropas distancētās kontroles (European Remote Sensing) satelītus ERS-1 un ERS-2. Tā nodrošina sekošanas, telemetrijas un vadības operācijas, kā arī abu minēto satelītu sūtīto datu uztveršanu, ierakstu un analīzi.

Kurū (Franču Gviāna) S un X diapazonu stacija, tiek saukta arī Kourou 93, atrodas apmēram 27 km no Kurū pilsētas. To izmantos XMM  misijas rutīnas fāzē, kā arī citu satelītu palaišanas un agrīnās orbītas fāzē (Launch and Early Orbit Phase, LEOP).

Malindi (Kenija) S diapazona stacija atrodas pie Sanmarkoskautas kosmodroma – pie ekvatora, Formozas līcī. To izmanto Romas universitāte galvenokārt Ariane 5 apkalpošanai, kā arī satelītu palaišanas un agrīnās orbītas fāzē (LEOP).

Maspalomasa (Spānija) S un X diapazonu stacija atrodas Lielās Kanāriju salas (Gran Canaria Island) dienvidos. Tā uztur INTA un apkalpo Japānas satelītu ETS7, kā arī sniedz atbalstu satelītu palaišanas un agrīnās orbītas fāzē (LEOP).

Pertas (Austrālija) S un X diapazonu stacija ietilpst Pertas Starptautiskā telekomunikāciju centra kompleksā, kuru vada Xantic.  To izmantos XMM misijas rutīnajā fāzē, kā arī citu satelītu palaišanas un agrīnās orbītas fāzē (LEOP).

Redu (Beļģija) bāze, kurā ietilpst vairākas Zemes stacijas, atrodas Ardenu rajonā Beļģijā. Šīs stacijas darbojas VHF, C, S, Ku un Ka diapazonā un var veikt orbitālos testus (in-orbit tests, IOT) telekomunikāciju satelītiem. S diapazona staciju jau izmanto W3 (Eutelsat).

Villafranka del Kastiljo (Spānija) bāze, kas sastāv no vairākām Zemes stacijām, atrodas aptuveni 31 km uz rietumiem no Madrides. Šīs stacijas var sekot objektiem VHF, C, L, S, X un Ku diapazonā. S diapazona staciju izmantos ESA zinātniskais projekts Cluster-II.

Mobilā stacija. ESOC ir izveidojis S diapazona Zemes staciju, kas ir pārvietojama pa autoceļiem, dzelzceļu vai jūru uz jebkuru pasaules vietu dažādos klimatiskos apstākļos. Stacija ir optimizēta sazināties ar kosmiskajiem aparātiem palaišanas un agrīnās orbītas fāzē (LEOP) vai Zemes tuvā orbītā. Parasti šī stacija atrodas Villafrankas bāzē un tiek izmantota arī kā rezerve Kirunas stacijai, satelītiem ERS-1 un ERS-2.

 

Japānas Kosmiskās aģentūras zemes staciju tīkls

Uzraudzība un kontrole ietver sekošanu satelītam no starta, orbītas pareizības apstiprinājumu un pareizu satelīta funkcionēšanu. Šos uzdevumus Sekošanas un kontroles centrs (Tracking and Control Center, TACC) Tsukubas kosmiskajā centrā uztic vairākām sekošanas un datu vākšanas stacijām (Tracking and Data Aquisition, TDA).

Okinavas stacija izveidota 1968. gadā kā Okinavas radiopeilēšanas bāze. Tajā ir divas paraboliskās antenas – 30 un 18 metru diametrā.

Masudas stacijā (Tanegašimā) ir aparatūra ne tikai satelītu uzraudzībai, bet arī raķešu startu kontrolei.

Katsūras stacija (Čibā) izveidota 1968. gadā kā radiopeilēšanas bāze. Tajā ir trīs paraboliskās antenas – divas 18 m un viena 13 metru.

Kirunas mobilā stacija (Zviedrijā) novietota Kirunā - pilsētā uz Polārā loka, Zviedrijas ziemeļos, un uzrauga Zemi novērojošos satelītus, kad tie atrodas virs polārajiem apgabaliem. Mobilā stacija ir apgādāta gandrīz tikpat labi kā stacionārās, bet, ja ir nepieciešamība, to var pārvietot.

 

Krievijā palaistu kosmisko kuģi kontrolē Zemes vadības. Kopējā datu tīklā apvienotas 19 kontroles stacijas (4 no tām uz kuģiem) un vairāk nekā 10 misiju vadības centri.

 

Kaspars KOKUMS