Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA ist fast 1 Million Meilen (1,5 Millionen Kilometer) von der Erde entfernt und umkreist den Lagrange-Punkt 2 zwischen Sonne und Erde. Wie senden wir aus dieser Entfernung Befehle und empfangen Telemetriedaten – die wissenschaftlichen und technischen Daten des Observatoriums? weg? Wir verwenden den DSN (Deep Space Network), um mit dem Observatorium zu kommunizieren. Wir erhalten Daten, wenn wir über eine DSN-Antenne Kontakt mit Webb haben
Sandy Kwan, die Missionsschnittstellenmanagerin für Webb innerhalb des DSN, stellt fest, dass „jedes faszinierende Webb-Bild, das unsere Bildschirme zierte, ohne die Unterstützung der DSN-Antennen und des DSN-Personals, dem Rückgrat der interplanetaren Kommunikation, nicht möglich gewesen wäre.“
Das DSN verfügt über drei Standorte auf der ganzen Welt, die jeweils 120 Grad voneinander entfernt sind. Es gibt Antennen in Goldstone, Kalifornien; Canberra, Australien; und Madrid, Spanien. Dadurch können wir zu jeder Tageszeit mit Webb kommunizieren, während sich die Erde dreht. Das DSN wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien verwaltet. Kari Bosley, die leitende Webb-Missionsplanerin am Space Telescope Science Institute (STScI), führt uns durch weitere Aspekte dieses Kommunikationsprozesses zwischen Webb und dem DSN.
„Wie planen wir die Kontaktzeit mit Webb? Es ist nicht so einfach, zum Telefon zu greifen und das Teleskop anzurufen. Damit die Erde eine Verbindung zu Webb herstellen kann, müssen vor der Planung eines Kontakts einige Dinge passieren. Im Durchschnitt ist der Webb Das Mission Operations Center verbindet sich mindestens zwei- bis dreimal innerhalb von 24 Stunden mit dem Observatorium. Es gibt Missionsplaner am STScI, wo sich das Mission Operations Center (MOC) befindet, Missionsplaner am JPL und natürlich an den DSN-Komplexen. Die Missionsplaner bei STScI arbeiten mit den Missionsplanern bei JPL zusammen, um Kontakte zu Webb herzustellen.
„Woher wissen wir, wann wir Webb kontaktieren können? Flugdynamikanlage am Goddard Space Flight Center der NASA sendet dem MOC am STScI die Sichtzeiträume, in denen das Observatorium von diesen drei verschiedenen DSN-Standorten aus sichtbar ist. Der Missionsplaner vergleicht diese Zeiten mit den im Planungssystem verfügbaren Zeiten, in denen andere Missionen mit ihren Raumfahrzeugen um Zeit konkurrieren.
„Alle Missionen benötigen eine bestimmte Zeit, um mit ihrem Raumschiff zu kommunizieren, und der Zeitpunkt hängt davon ab, wo sich das Raumschiff im Weltraum befindet. Es gibt Zeiten, in denen Konflikte zwischen mehreren Missionen gleichzeitig dieselbe Ressource erfordern. Wenn dies geschieht, verwendet unser Missionsplaner am JPL wird mit anderen Missionen verhandeln, um einen Kompromiss zu finden, der alle Missionen zufriedenstellt. Sobald alle Verhandlungen abgeschlossen sind, werden die Zeitpläne bis zu sechs Monate im Voraus an die Missionsplaner gesendet. Die Planung für die ersten acht Wochen ist festgelegt, mit Es sind keine Änderungen zulässig, es sei denn, es liegt ein Notfall oder ein wichtiges Ereignis mit einem Raumfahrzeug vor. Die späteren Zeiträume unterliegen weiteren Verhandlungen.
„Jedes von den DSN-Komplexe verfügt über verschiedene Antennentypen, darunter 70-Meter-Antennen (230 Fuß Durchmesser), 34-Meter-Antennen (111 Fuß Durchmesser) und 26-Meter-Antennen (85 Fuß Durchmesser).
„Die DSN-Komplexe nutzen die 34-Meter-Antennen, um mit Webb zu kommunizieren, wobei die 70-Meter-Antennen als Backup dienen. Das DSN unterstützt verschiedene Funkfrequenzzuteilungen, wie zum Beispiel die S-Band- und Ka-Band-Frequenzen, die Webb verwendet. S-Band.“ hat eine geringere Bandbreite, und wir verwenden diese, um Befehle an das Raumschiff zu senden (z. B. die Wiedergabe des Rekorders zu starten), um technische Telemetriedaten zu empfangen, um den Zustand und die Sicherheit des Observatoriums zu überwachen, und für die Entfernungsmessung. Unter Entfernungsmessung versteht man den Prozess der Bestimmung von Webbs Position und Flugbahn durch die Verzögerung zwischen dem Senden des Signals und dem erneuten Empfang am Boden.
„Wir verwenden das Ka-Band, um gespeicherte wissenschaftliche und technische Daten sowie einige Telemetriedaten des Raumfahrzeugs herunterzuladen. Wenn wir das S-Band für den Downlink der Daten verwenden würden, würde das Herunterladen der täglichen Daten viele Tage dauern. Mit dem Ka-Band dauert es viel.“ weniger Zeit und wir können in der Regel den Download aller gespeicherten Daten in ein paar Stunden abschließen. Die Antenne mit hoher Verstärkung auf Webb wird für den Ka-Band-Downlink und die Antenne mit mittlerer Verstärkung für den S-Band-Uplink und -Downlink verwendet, wenn beide Antennen verwendet werden werden für einen Kontakt direkt auf den Komplex gerichtet. Die meisten unserer Kontakte dauern zwei bis sechs Stunden. Normalerweise bitten wir um mindestens vierstündige Kontakte. Da DSN fast 40 verschiedene Missionen durchführt, ist die Terminplanung kompliziert.
„Es gibt Zeiten, in denen unsere Kontakte sehr kurz sind, und Zeiten, in denen sie länger sind. Bei jedem Kontakt ist es wichtig, so viele Daten wie möglich herunterzuladen, da das Teleskop kontinuierlich wissenschaftliche Beobachtungen durchführt und weitere Daten erfasst. Wenn wir nicht in Kontakt sind.“ , führt das Teleskop weiterhin autonom wissenschaftliche Beobachtungen durch. Diese Daten werden auf einem Festkörperrekorder gespeichert und bei unserem nächsten Kontakt übertragen. Nachdem das Webb MOC am STScI die Daten empfangen und in das aufgenommen hat Barbara A. Mikulski-Archiv für Weltraumteleskope Zur Verarbeitung und Kalibrierung erhalten die Beobachter die Daten ihrer Beobachtungen.
„Wer sich den Downlink und Uplink zwischen NASA-Missionen und dem DSN ansehen möchte, kann die Website „Deep Space Network Now“ besuchen unter https://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html. Sie können die Missionen und Ressourcen einsehen, die bei DSN aktiv genutzt werden.“