רשת חלל עמוק

רשת חלל עמוק (באנגלית: Deep Space Network, בראשי תיבות: DSN) היא רשת בינלאומית של NASA הכוללת אנטנות ומתקני תקשורת המשמשים לתקשור עם רכבי חלל פלנטריים ותצפיות רדיו ורדאר אסטרונומיים לחקר מערכת השמש והיקום. DSN משמשת גם לתקשור עם משימות בודדות סביב כדור הארץ. הטלסקופים המרכזיים ביותר של הרשת נמצאים במרכז גולדסטון לתקשורת חלל עמוק שבקליפורניה, במרכז מדריד לתקשורת חלל עמוק שבמדריד ובמרכז קנברה לתקשורת חלל עמוק שבקנברה.

DSN היא חלק מהמעבדה להנעה סילונית של נאס"א. הרשת מקבילה ל־ של סוכנות החלל האירופאית, SDSN הרוסית, IDSN ההודית, UDSC היפנית ו־CDSN הסינית.

רשת חלל עמוק
250px|ממוזער|שמאל|תרשים המציג את "שדה הראייה" של DSN. העיגול הירוק הוא כדור הארץ וכל אחד מהצבעים האחרים הוא "שדה הראייה" של כל אחת משלוש תחנות המעקב המרכזיות של DSN. המעגל הרצוף המקיף את העיגול הירוק הוא מסלול LEO (כ־600 ק"מ מכדור הארץ) והמעגל המנוקד (הרחוק ביותר מהעיגול הירוק) הוא מסלול GEO (כ־36,000 ק"מ מכדור הארץ). המעגל המקווקו נמצא במרחק של כ־30,000 ק"מ מכדור הארץ ורכב חלל שעבר אותו יהיה תמיד בשדה הראייה של אחת מתחנות DSN.
מעקב אחרי משימות הנמצאות בחלל הרחוק מכדור הארץ שונה ממעקב אחרי משימות הנמצאות במסלול לווייני נמוך. משימות חלל עמוק ניתנות לצפייה למשך זמן רב מאזורים נרחבים בכדור הארץ, ולכן נדרשות תחנות תקשורת מעטות (ל־DSN ישנם רק 3 תחנות). עם זאת, אותן תחנות דורשות אנטנות עצומות ומקלטים רגישים ביותר, יחד עם משדרים חזקים במיוחד על מנת לקלוט ולשדר מאותם מרחקים עצומים.

החלל העמוק מוגדר בשני אופנים שונים. הראשון הוא כאשר משימה נמצאת רחוק מספיק מכדור הארץ כך שהיא תמיד נמצאת בשדה הראייה של אחת מתחנות DSN. מרחק זה, שהוא כ־30,000 ק"מ, היה הגדרת "חלל עמוק" במשימות אפולו ובימיה הראשונים של DSN. ההגדרה השנייה והנוכחית ל"חלל עמוק" היא של איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי שהגדירה מספר תדרים שונים לחלל העמוק ולחלל בקרבת כדור הארץ. לפי הגדרה זו, החלל העמוק מתחיל במרחק של 2,000,000 ק"מ מפני כדור הארץ.

היסטוריה
DSN הוקמה בינואר 1958 כאשר JPL, תחת חוזה של צבא ארצות הברית, פרסה אנטנות רדיו ניידות בניגריה, סינגפור וקליפורניה כדי לקלוט טלמטריה ותקשורת מאקספלורר 1, הלוויין האמריקאי הראשון. נאס"א כן הוקמה רשמית ב־1 באוקטובר 1958, כדי לאחד את תוכניות החלל הנפרדות של צבא ארצות הברית, צי ארצות הברית וחיל האוויר של ארצות הברית לתוכנית חלל אזרחית אחת.

ב־3 בדצמבר 1958 JPL הועברה מידי צבא ארצות הברית לידי נאס"א וקיבלה את האחריות לתכנון ולהוצאה אל הפועל של משימות לחקר הירח ומערכת השמש באמצעות גשושיות הנשלטות מרחוק. זמן קצר לאחר ההעברה, נאס"א ייסדה את המושג "רשת חלל עמוק" כמערכת תקשורת נפרדת שתתאים לכל משימות החלל העמוק, ובכך להימנע מהצורך ליצירת רשת תקשורת עבור כל משימה ומשימה. DSN קיבלה אחריות על ביצוע מחקרים, פיתוח והפעלת מתקניה. DSN הפכה למובילה העולמית בתחום פיתוח מקלטים שקטים, פיתוח "צלחות" תקשורת, מעקב, טלמטריה, עיבוד מידע דיגיטלי וניווט חלל עמוק.

האנטנות הגדולות ביותר של DSN נקראות לפעולה לעיתים קרובות במקרה חרום של רכב חלל כלשהו. רוב החלליות מתוכננות כך שיוכלו לתקשר באמצעות האנטנות הקטנות (והחסכוניות יותר) של DSN, אך בעת חרום, השימוש באנטנות הגדולות קריטי. הצורך באנטנה גדולה יכול לבוא בגלל מחסור באנרגיה חשמלית המגבילה את יכולות השידור של החללית במצוקה או בגלל סיבות דומות. במקרה חרום הצורך ליצור קשר עם החללית קריטי כדי לקבל כל מידע אפשרי אודות בעיית החללית כך שיהיה אפשר לתקנה. מקרה החרום המפורסם ביותר הוא מקרה אפולו 13, בו לחללית הייתה אנרגיה חשמלית מוגבלת במיוחד ואנטנות התקשורת לטווח רחוק של החללית שידרו ברמות גל נמוכות מידי עבור רשת הטיסות המאוישות לחלל, והשימוש באנטנות הגדולות ביותר של DSN (יחד עם טלסקופ הרדיו של מצפה פארקס האוסטרלי) היה קריטי להצלת צוות המשימה. בעוד תוכנית אפולו הייתה תוכנית אמריקאית, DSN מספקת את שרות החרום לסוכנויות חלל אחרות גם כן, כדי להגביר את שיתוף הפעולה בין הסוכנויות. לדוגמה, הצלחת משימת SOHO של סוכנות החלל האירופית לא הייתה אפשרית ללא שימוש באנטנות הגדולות של DSN.

מידע כללי
250px|ממוזער|שמאל|מרכז המבצעים של רשת חלל עמוק (1993)
DSN מפעילה כיום שלושה מרכזי תקשורת חלל עמוק הממוקמים בנטייה של ערך 120 מעלות אחד מן השני על פני כדור הארץ. המרכזים הם:
מרכז גולדסטון לתקשורת חלל עמוק הממוקם מחוץ לברסטו, קליפורניה, ארצות הברית.
מרכז מדריד לתקשורת חלל עמוק הממוקם כ־60 ק"מ מערבית למדריד, ספרד.
מרכז קנברה לתקשורת חלל עמוק הממוקם כ־40 ק"מ דרומית־מערבית לקנברה, טריטוריית הבירה האוסטרלית, אוסטרליה.

המתקנים ממוקמים באזורים חצי־הרריים וקעורים להגנה מפני הפרעות רדיו. המיקום האסטרטגי של שלושת מתקני DSN מאפשר קשר רציף עם רכבי חלל עם סיבובו של כדור הארץ, והופך את DSN לרשת התקשורת המדעית הרגישה והגדולה ביותר בעולם.

האנטנות בשלושת מתקני DSN מקושרות ישירות אל מרכז המבצעים של רשת חלל עמוק (DSOC), הממוקם במתקני JPL בפסדינה, קליפורניה. הסגל ב־DSOC מנטרים ומנהלים את הפעילות, ומפקחים על איכות הטלמטריה ומידע הניווט של החלליות הנמסרים למשתמשי הרשת. בנוסף למתקני DSN ולמרכז המבצעים, מתקן תקשורת קרקעי מספק תקשורת בין שלושת המתקנים למרכז המבצעים של JPL, למרכזי בקרה ושליטה של טיסות חלל ברחבי ארצות הברית והעולם ולמדענים ברחבי העולם.

משימות נאס"א לחקר מערכת השמש מבוצעות על ידי גשושיות בלתי מאוישות (למעט תוכנית אפולו). DSN מספקת את הקשר החיוני לניהול המשימות ולקבלת המידע והתמונות הנאספים על ידי הגשושית. כל האנטנות של DSN מתכווננות פרבוליות ובעלות טווח רחוק מאוד. האנטנות ומערכות העברת המידע מאפשרות:
 קבלת טלמטריה מגשושיות
 שידור פקודות לגשושיות
 שדרוג מערכות ההפעלה של הגשושיות
 מעקב אחרי מיקום ומהירות הגשושיות
 ביצוע תצפיות "Very Long Baseline Interferometry"
 מדידת וריאציות גלי רדיו עבור ניסויי רדיו מדעיים
 איסוף מידע מדעי
 ניטור ושליטה על ביצועי הרשת

ניהול
DSN היא מתקן של נאס"א והיא מנוהלת ומופעלת עבור נאס"א על ידי המעבדה להנעה סילונית (JPL), חלק מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה. דירקטוריון הרשת הבין־כוכבית (IDN) מנהלת את המתקן בתוך JPL ואחראית על פיתוח הרשת והפעלתה. ה־IDN נחשבת לאחראית על כל ענייני JPL הקשורים לתקשורת, ניווט בין־כוכבי, מידע מערכות, מידע טכנולוגי, מחשוב, הנדסת תוכנה וטכנולוגיות רלוונטיות אחרות. IDN אחראית גם על מערכת הפעולות רבת־המשימות המתקדמת (AMMOS) של JPL ושירותי המידע והמחשוב הממסדיים (ICIS) של JPL.

אנטנות
250px|ממוזער|שמאל|אנטנה בקוטר 70 מטרים במרכז גולדסטון לתקשורת חלל עמוק
כל מרכז תקשורת מכיל לפחות ארבעה מסופי חלל עמוק המצוידים במערכות תקשורת רגישות ביותר ואנטנות "צלחת" פרבוליות עצומות. ישנן:
אנטנה אחת בקוטר 34 מטרים בעלת נצילות גבוהה.
לפחות אנטנה אחת בקוטר 34 מטרים מוליכת גלי קרן. (בגולדסטון ישנן 3, במדריד 2 ובקנברה 1).
אנטנה אחת בקוטר 26 מטרים.
אנטנה אחת בקוטר 70 מטרים.
חמש מתוך האנטנות מוליכות גלי הקרן נוספו בסוף שנות ה־90. שלוש אנטנות מוקמו בגולדסטון ועוד אנטנה אחת במדריד ובקנברה. ב־2004 נוספה עוד אנטנה מוליכת גלי קרן במדריד.

על מנת לספק את דרישות התקשורת הנוכחיות והעתידיות, על DSN לבנות עוד אנטנות במרכזים הקיימים. הראשונה מבין אנטנות אלו נמצא כבר תחת בנייה במרכז התקשורת בקנברה והיא עתידה להיכנס לפעולה בין 2014 ל־2016.

מגבלות ואתגרי הרשת
ישנן מספר מגבלות לרשת DSN הנוכחית ומספר אתגרים בדרך:
 יש רק מתקן DSN אחד בהמיספירה הדרומית (בקנברה), לכן הכיסוי של DSN על חצי הכדור הדרומי מוגבל מעט.
 הצורך לספק תקשורת למשימות שהמשיכו מעבר לתכנונן המקורי. הדוגמה הבולטת ביותר היא תוכנית וויאג'ר הפעילה גם היום ודורשת שימוש באנטנות הגדולות ביותר של DSN.
 DSN דוחה את הטיפול באנטנות 70 המטר שלה. DSN דוחה טיפולים באנטנות שלה מאז שנות ה־90 מפני שהחלפת רכיבים באנטנות משביתה את פעולתן למספר חודשים. יתר על כן, אנטנות DSN מתקרבות ל"סוף חייהן" והמועמד המוביל להחלפתן הוא מערך של אנטנות קטנות יותר.
 בשנת 2020 DSN תצטרך לתמוך בכפל משימות בהן תמכה ב־2005 ועם המשך הריקבון והבלייה של האנטנות, תמיכה במספר רב של משימות תהיה בעייתית.

ראו גם
רדיו-טלסקופ

קישורים חיצוניים


 אתר הבית של רשת חלל עמוק (DSN) 
 אתר הבית של מנהלת הרשת הבין־כוכבית (IND) 

* David Israel, NASA's Deep Space Network: The Original 'Wireless Network' Turns 50, nasa.gov, December 18, 2013




הערות שוליים

קטגוריה:רדיו-טלסקופים
קטגוריה:טלקומוניקציה