Túlterhelődhet a mélyűri hálózat
(Rovat: Űrszondák a Marsnál, Távoli világok kutatói - 2017.06.19 07:15.)

Már most komoly fejtörést okoz a szakembereknek, hogyan elégíti ki a NASA mélyűri távközlési hálózata a várhatóan jelentősen növekedő kommunikációs igényeket a Marssal.

Ha minden terv valóra válik, akkor 2021-ben keringő és leszálló egységek népes csapata érkezik a Marshoz, ami minden korábbinál nagyobb kihívást jelent a mélyűri hálózat számára (DSN, Deep Space Network), természetesen már útközben is.

A NASA mélyűri hálózat (DSN) goldstone-i (Kalifornia) antennája. (Kép: NASA)

A jelenlegi tervek szerint a 2020-as indítási ablakot egy sor ország, szervezet és cég használná ki: a NASA (Mars 2020 rover), az ESA (ExoMars rover), Kína (keringő és leszálló egység, rover), Egyesült Arab Emírségek (Hope), India (MOM–2) és a SpaceX (Red Dragon). Az újonnan érkezőkön kívül remélhetőleg a jelenleg a vörös bolygón és körülötte működő eszközök is működőképesek maradnak és igényt tartanak a távközlési szolgáltatásokra. A keringő szondák a következők: a NASA részéről a Mars Odyssey, a MAVEN és az MRO, az ESA részéről a Mars Express és az ExoMars TGO keringő egysége, valamint India első MOM szondája. Emellett a felszínen működik az Opportunity és a Curiosity, amelyekhez csatlakozhat a 2018 májusi indítási ablakra halasztott InSight. Nagy többségük a kapcsolattartásra a DSN antennáit kívánja használni. (Hasonlóan kiugró, de a 2021-es szintet el nem érő zsúfoltság volt a marsi távközlési forgalomban 2003–2004-ben.)

A NASA Deep Space Network hálózatának három antennája körülbelül 120 fokra van egymástól. Az elrendezés előnye, hogy folyamatos kapcsolatot biztosít az űreszközökkel, hátránya, hogy a Mars körül keringő űreszközökkel mindig csak egyetlen antenna tud kapcsolatot tartani. (Kép: NASA)

A kapcsolattartás komoly megterhelést ró majd a DSN hálózatára, amelyhez három nagy antenna tartozik Kaliforniában (Goldstone), Madrid mellett és Ausztráliában (Canberra). A NASA Sugárhajtás Laboratóriuma (JPL) részletes tanulmányt készített a helyzet lehetséges kezeléséről. A két legkritikusabb időszak 2020 nyarán maga a rövid indítási ablak, és 2021 eleje, amikor az új szondák megérkeznek a Marshoz. A tanulmány kitér a rendkívüli helyzetek kezelésére is, amikor valamelyik szondánál vagy éppen a DSN valamelyik antennájánál azonnali beavatkozásra van szükség.

Légi felvétel a Deep Space Network Canberra (Ausztrália) közelében lévő, 1965 óta működő követőállomásáról. (Kép: NASA / JPL-Caltech)

Akkor sem egyszerű azonban a helyzet, ha minden hibátlanul működik. Külön kell kezelni a bolygó felszínén dolgozó egységeket, mert nem lehet biztosan tudni, melyik, reléállomásként használható keringő egységek lesznek még üzemképesek. A másik problémát a sok szondával szimultán tartandó kétirányú kapcsolat jelenti. Bíznak abban, hogy a Mars Odyssey és az MRO használható marad reléállomásként, de mivel a szondák már 2001, illetve 2006 óta keringenek a Mars körül, számolni kell elveszítésük lehetőségével. A legfiatalabb MAVEN-nél viszont az jelent problémát, hogy antennája rögzített helyzetű, ezért ha reléállomásként használnák, akkor nem tudná saját tudományos munkáját folytatni.

Az amerikai szondák üzemeltetését már 20 éve a Lockheed Martin Space Systems végzi. A cég szerint a várható terhelés nemcsak kihívást, hanem lehetőséget is jelent számukra. A cég részéről elmondták, hogy készek más országok szondáinak is segítséget nyújtani, de elsősorban az amerikai szondák által folyamatosan továbbított hatalmas adatmennyiséget kell kezelniük. Könnyíti a helyzetet, hogy az ESA TGO-ján két, a NASA által adott relé rádiókészülék működik, amelyeket korábban a Lockheednél teszteltek.

A JPL szakértője hangsúlyozta a nemzetközi együttműködés fontosságát, elsősorban a DSN munkájának összehangolását az ESA Estrack követőhálózatéval. Újabban a DSN-nél új technológiát próbáltak ki (Multiple Spacecraft per Aperture), amelyik segítségével egyetlen antennával egyszerre négy űreszközt is követni lehet, ha azok egymáshoz közeli irányokban látszanak. A Mars körül keringő szondák esetében ez a feltétel magától értetődően teljesül, így az antennák kapacitása a többszörösére növelhető. A JPL szakemberei emellett együttműködnek a NASA-val és a többi érintett szervezettel, hogy megpróbálják összehangolni az indítási és érkezési időpontokat, csökkentve a torlódás esélyét.

Az ESA Estrack követőhálózata a 2016. januári állapot szerint. (Kép: ESA)

Megoldást – ha nem is 2021-ben, de a nem túl távoli jövőben – a lézeres kommunikáció jelenthet. A NASA az utóbbi években az ISS-en sikerrel próbálta ki az OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science) rendszerét, amellyel az ISS-ről egy hagyományos rádiókapcsolattal 10 perc alatt letölthető videót 3,5 másodperc alatt töltöttek le. A rendszert a LADEE szondán már a Hold távolságában is kipróbálták, és tervbe vették a kísérleteket a jövő távolabbra jutó űrszondáival is.

A szűk kommunikációs keresztmetszetre megoldást jelenthet a lézeres kommunikáció, amelyet az OPALS kísérletben az ISS–Föld kapcsolatban sikerrel használtak. (Kép: NASA)