เครือข่ายอวกาศห้วงลึก

เครือข่ายอวกาศห้วงลึก หรือ ดีเอสเอ็น  (Deep Space Network, DSN) คือเครือข่ายสถานีสื่อสารกับยานอวกาศภาคพื้นดินของสหรัฐอเมริกาที่ตั้งกระจายอยู่ทั่วโลก ได้แก่ สหรัฐอเมริกา (รัฐแคลิฟอร์เนีย), ประเทศสเปน (แคว้นมาดริด) และประเทศออสเตรเลีย (กรุงแคนเบอร์รา) ทำหน้าที่ให้การสนับสนุนภารกิจยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ หรือนาซา (NASA) นอกจากนี้ยังดำเนินการด้านดาราศาสตร์วิทยุและดาราศาสตร์เรดาร์ในการทำการสำรวจระบบสุริยะและเอกภพ นอกจากนี้ยังสนับสนุนภารกิจที่โคจรใกล้โลกบางภารกิจ ดีเอสเอ็นถือเป็นหน่วยงานหนึ่งของห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น หรือ เจพีแอล (Jet Propulsion Laboratory, JPL) ซึ่งกำกับดูแลโดยองค์การนาซา ในโครงการการสื่อสารและนำร่องอวกาศ (Space Communications and Navigation หรือ SCaN) คล้ายกับเครือข่ายสื่อสารของประเทศอื่น ๆ เช่น เครือข่ายอวกาศห้วงลึกรัสเซีย (Soviet/Russian Deep Space Network) ดำเนินการโดยองค์การอวกาศสหพันธรัฐรัสเซีย (Roscosmos), เครือข่ายอวกาศห้วงลึกจีน (Chinese Deep Space Network) ดำเนินการโดยองค์การบริหารอวกาศแห่งชาติจีน (CNSA), เครือข่ายอวกาศห้วงลึกอินเดีย (Indian Deep Space Network, IDSN) ดำเนินการโดยองค์การวิจัยอวกาศอินเดีย (ISRO), ศูนย์อวกาศห้วงลึกอุซึดะ (Usuda Deep Space Center, UDSC) ซึ่งดำเนินการโดยองค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) และเครือข่ายระบบติดตามอวกาศยุโรป (ESTRACK) ดำเนินการโดยองค์การอวกาศยุโรป (ESA) เครือข่ายอวกาศห้วงลึกของนาซายังถูกใช้งานโดยหน่วยงานด้านกิจการอวกาศอื่น ๆ ที่ยังไม่มีระบบเสาอากาศเป็นของตัวเอง หรือแม้กระทั่งถูกใช้เป็นเครือข่ายสำรองระหว่างหน่วยงาน
==  ประวัติ ==

ระบบสื่อสารที่ปัจจุบันพัฒนามาเป็นเครือข่ายอวกาศห้วงลึกได้ถูกสร้างขี้นในช่วงต้นของยุคอวกาศ (space age) หรือปลายทศวรรษ 1960 โดยย้อนไปในช่วงทศวรรษ 1930 ที่ห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น หรือเจพีแอล (JPL) ซึ่งขณะนั้นยังเป็นหน่วยวิจัยทางการทหาร สังกัดสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย หรือ แคลเทค ในเมืองแพซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้พัฒนาขีดความสามารถทางด้านจรวด และได้พัฒนาขีปนาวุธทิ้งตัว Corporal ให้กับกองทัพ ซึ่งถูกใช้ในสงครามเกาหลี นอกจากนั้นยังทำการพัฒนาขีปนาวุธ Sergeant ในระหว่างนั้นด้วย
เจพีแอลได้รับคัดเลือกจากรัฐบาลสหรัฐในการพัฒนาดาวเทียมเอกซ์พลอเรอร์ 1 (Explorer 1) ดาวเทียมดวงแรกของสหรัฐ ซึ่งถูกส่งขึ้นวงโคจรไปเมื่อวันที่ 23 พฤษภาคม 1958 ครั้งนั้นได้มีการสร้างเสาอากาศเคลื่อนที่เพื่อใช้สำหรับติดตามและสื่อสารกับดาวเทียมชื่อว่า Microlock ซึ่งถูกติดตั้งในรัฐฟลอริดา และแคลิฟอร์เนีย และในพื้นที่ของประเทศไนจีเรีย และประเทศสิงคโปร์ โดยเชื่อมต่อเข้ากับศูนย์ควบคุมภารกิจในสำนักงานของเจพีแอลในรัฐแคลิฟอร์เนีย นอกจากนี้เจพีแอลยังได้พัฒนาเครือข่าย TRACE (Tracking and Communication Extraterrestrial) ซึ่งเป็นเครือข่ายเสาอากาศแบบจำกัดพื้นที่ครอบคลุมเพื่อใช้สำหรับภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ภารกิจแรก โดยติดตั้งที่แหลมคะแนเวอรัล (รัฐฟลอริดา), เมืองมายาเกซ (เปอร์โตริโก) และเมืองโกลด์สโตน (รัฐแคลิฟอร์เนีย) โดยสถานที่หลังสุดนี้ถูกเลือกเนื่องจากตั้งอยู่ใกล้กับสำนักงานของเจพีแอล และมีลักษณะเป็นแอ่งกระทะซึ่งช่วยป้องกันการรบกวนจากสัญญาณวิทยุ ทางศูนย์วิจัยได้ติดตั้งจานสายอากาศแบบพาราโบลา (parabolic antenna) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 36 เมตร ใหญ่ที่สุดในขณะนั้น เพื่อขยายพื้นที่ครอบคลุมให้กว้างขึ้นสำหรับภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ ซึ่งในปี 1958 เจพีแอลได้เสนอให้มีการติดตั้งสถานีสื่อสารแบบที่โกลต์สโตนในประเทศไนจีเรีย และประเทศสิงคโปร์ แต่ถูกระงับโดยตัวแทนจากกระทรวงกลาโหมของสหรัฐ เนื่องจากขณะนั้นอยู่สหรัฐในช่วงสงครามเย็น ท้ายสุดจึงได้ย้ายไปสร้างสถานีสื่อสารในประเทศออสเตรเลีย และประเทศสเปนแทน ภายหลังการผนวกเจพีแอลเข้ากับองค์การนาซาในปี 1958 เจพีแอลเรียกสถานีสื่อสารที่โกลด์สโตนว่า สถานีห้วงอวกาศที่ 11 (Deep Space Station 11 หรือ DSS 11) และถูกใช้ในภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ครั้งแรกในยานอวกาศไพโอเนียร์ 4 (Pioneer 4)
ในปี 1960 นาซาได้สร้างจานสายอากาศขนาด 26 เมตร ที่สถานีโกลด์สโตนในสหรัฐ และที่สถานีไอแลนด์ลากูน (Island Lagoon) ในประเทศออสเตรเลีย จานสายอากาศแห่งที่สามซึ่งในตอนแรกวางแผนที่จะติดตั้งที่สถานีในสเปน แต่ถูกย้ายไปสร้างไว้ที่สถานีในเมืองโจฮันเนสเบิร์ก ประเทศแอฟริกาใต้ แล้วเสร็จในปี 1961 ด้วยสถานีสื่อสารทั้งหมดนี้ทำให้มีพื้นที่ครอบคลุมเกือบทั่วทั้งโลก และตั้งชื่อหน่วยงานนี้ว่า เครือข่ายอวกาศห้วงลึก หรือ ดีเอสเอ็น ในวันที่ 24 ธันวาคม 1963 ภายใต้การนำของเอเบอร์ฮาร์ท เรชติน (Eberhardt Rechtin) ในช่วงกลางทศวรรษ 1960 เริ่มมีการใช้งานเกินขีดความสามารถของจานสายอากาศทั้งสามแห่ง ทางนาซาจึงได้สร้างสถานีแห่งใหม่ขึ้นอีกสามแห่งคือ กรุงแคนเบอร์รา ประเทศออสเตรเลีย (เปิดใช้งานในเดือนมีนาคม 1965), แคว้นมาดริด ประเทศสเปน (เปิดใช้งานในเดือนกรกฎาคม 1965) และที่เกาะอัสเซนชันในมหาสมุทรแอตแลนติก (เปิดใช้งานในเดือนมิถุนายน 1966) เครือข่ายเหล่านี้ถูกใช้ในภารกิจของโครงการอะพอลโล (Apollo) นอกจากจะมีถูกใช้สำหรับการสื่อสารกับยานอวกาศแล้ว เครือข่ายนี้ยังถูกใช้สำหรับการสื่อสารกับดาวเทียมในระดับความสูงมากกว่า 16,000 กิโลเมตร นอกจากนี้จานสายอากาศขนาด 64 เมตร (DSS 14) ยังถูกสร้างขึ้นที่สถานีในโกลด์สโตนและแล้วเสร็จเมื่อเดือนมีนาคม 1966 ซึ่งจะมีบทบาทสำคัญในภารกิจสำรวจดาวอังคาร ในช่วงปี 1964 นั้น เครือข่ายดีเอสเอ็นยังใช้การสื่อสารข้อมูลผ่านระบบโทรพิมพ์ (teletype) โดยข้อมูลโทรพิมพ์จะถูกป้อนเข้าไปยังคอมพิวเตอร์ของแต่ละสถานีโดยตรง ทำให้ไม่ต้องมีการใช้บัตรเจาะรู (punched card) ต่อมาในช่วงกลางทศวรรษ 1960 ก่อนภารกิจโครงการเซอร์เวเยอร์จะเดินทางไปยังดวงจันทร์ ได้มีการติดตั้งระบบไมโครเวฟเพื่อใช้ส่งผ่านข้อมูลจากโกลด์สโตนมายังเจพีแอลโดยตรง ซึ่งระบบนี้ยังช่วยรองรับการส่งผ่านข้อมูลอันมหาศาลของโครงการเซอร์เวเยอร์ และภารกิจสำรวจอวกาศอื่น ๆ ในอนาคตอีกด้วย

ช่วงปลายทศวรรษ 1960 เครือข่ายดีเอสเอ็นถูกใช้สำหรับภารกิจโครงการสำรวจดวงจันทร์ เริ่มตั้งแต่โครงการเซอร์เวเยอร์ (Surveyor), โครงการลูนาร์ออร์บิเตอร์ (Lunar Obiter) และโครงการอะพอลโล (Apollo) ซึ่งโครงการอะพอลโลจะใช้เครือข่ายนี้เป็นระบบสื่อสารสำรอง เนื่องจากโครงการนี้ใช้การสื่อสารหลักผ่านมนุษย์จากศูนย์อวกาศจอห์นสัน (Johnson Space Center, JSC) ในช่วงทศวรรษ 1970 ทางเจพีแอลได้จัดระเบียบสถานีสื่อสารใหม่ โดยในเดือนพฤศจิกายน 1969 มีการโอนถ่ายสถานีในเกาะอัสเซนชันไปยังศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ด (Goddard Space Flight Center, GSFC) และในปี 1973 ได้รื้อสถานีในเมืองวูเมอร์รา ประเทศออสเตรเลีย แล้วโอนถ่ายไปยังสถานีในกรุงแคนเบอร์ราแทน ต่อมาในปี 1974 สถานีที่เมืองโจฮันเนสเบิร์กได้ปิดตัวลง เจพีแอลได้สร้างจานสายอากาศขนาด 64 เมตรเพิ่มขึ้นอีกสองแห่งเหมือนกับที่โกลด์สโตน แห่งแรกที่สถานีแคนเบอร์รา (DSS 43) เปิดใช้งานในเดือนเมษายน 1973 แห่งที่สองที่สถานีมาดริด ประเทศสเปน (DSS 63) เปิดใช้งานในเดือนกันยายนปีเดียวกัน อย่างไรก็ตาม จานสายอากาศขนาด 26 เมตรยังคงถูกใช้สำหรับช่วงแรกของภารกิจการส่งยานขึ้นสู่อวกาศ เนื่องจากระยะที่ยังใกล้กับโลกทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมที่มาก ซึ่งไม่สามารถติดตามโดยใช้จานสายอากาศขนาดใหญ่ได้

ภารกิจการสำรวจดาวอังคารในโครงการมาริเนอร์ (Mariner) ในปี 1969 ถือเป็นภารกิจแรกที่มีการประยุกต์การใช้จานสายอากาศขนาดใหญ่สำหรับการส่งผ่านข้อมูลตลอดการทำภารกิจที่มีความรวดเร็วมากยิ่งขึ้น ทั้งข้อมูลภาพถ่ายและข้อมูลทางวิทยาศาสตร์กลับมายังโลก ระหว่างปี 1961 ถึงปี 1974 นอกจากเครือข่ายดีเอสเอ็นจะถูกใช้สำหรับภารกิจที่พัฒนาโดยเจพีแอล (โครงการเรนเจอร์ (Ranger), โครงการเซอร์เวเยอร์ (Surveyor)) เครือข่ายยังให้การสนับสนุนภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ที่ดำเนินการโดยศูนย์วิจัยเอมส์ (Ames Research Center) คือโครงการไพโอเนียร์ (Pioneer), ศูนย์วิจัยแลงลีย์ (Langley Research Center) คือโครงการโครงการลูนาร์ออร์บิเตอร์ และศูนย์อวกาศจอห์นสัน (Johnson Space Center หรือ JSC) สำหรับโครงการอะพอลโล อีกทั้งยังให้การสนับสนุนภารกิจสำรวจอวกาศของชาติอื่น ๆ ได้แก่ ญี่ปุ่น รัสเซีย อินเดีย และยุโรป ต่อมาในโครงการไวกิง (Viking) ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 ทำให้มีการพบปัญหาของเครือข่ายดีเอสเอ็น ซึ่งยานอวกาศสองลำถูกส่งขึ้นไปดาวอังคารในเวลาไล่เลี่ยกัน จานนั้นยานอวกาศแต่ละลำจะแยกตัวออกเป็นยานโคจรและยานลงจอด นั่นหมายความว่าเครือข่ายดีเอสเอ็นจะต้องทำการติดต่อกับยานอวกาศพร้อมกันทั้งสิ้น 4 ลำในระยะใกล้ ๆ กัน ทำให้จานสายอากาศขนาด 64 เมตรเหล่านี้ถือเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้โครงการนี้สำเร็จไปได้ด้วยดี นอกจากนี้เครือข่ายยังถูกใช้สำหรับยานเฮลิออส-1 (Helios-1) ตั้งแต่ถูกส่งขึ้นอวกาศในปี 1974 จนสิ้นสุดขาดการติดต่อไปในปี 1986
ระหว่างปี 1968 ถึงปี 1980 จานสายอากาศขนาด 26 เมตรทั้งสามแห่งถูกแทนด้วยจานสายอากาศขนาด 34 เมตร เพื่อขยายระยะของสัญญาณและพื้นที่ครอบคลุม นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณใหม่สำหรัลภารกิจในอวกาศห้วงลึก โดยจานสายอากาศความถี่สูงขนาด 34 เมตรใหม่ทั้งสามแห่งนี้ถูกติดตั้งและเปิดใช้งานที่สถานีโกลด์สโตนและสถานีแคนเบอร์ราในปี 1984 และสถานีมาดริดในปี 1987 ต่อมาในปี 1981 มีการปลดประจำการจานสายอากาศโกลด์สโตน DSS 11 โดยสถานีโกลด์สโตนแห่งนี้ได้รับการประกาศให้เป็นสถานที่สำคัญทางประวัติศาสตร์แห่งชาติ (National Historic Landmark) เมื่อวันที่ 27 ธันวาคม 1985 เพื่อรำลึกถึงบทบาทที่สำคัญในภารกิจการสำรวจดวงจันทร์และดาวเคราะห์อื่น ๆ ในระบบสุริยะ ช่วงปลายทศวรรษ 1980 ทางนาซาได้ปรับปรุงจานสายอากาศให้มีขนาดใหญ่ขึ้นจาก 64 เมตรเป็น 70 เมตรในสถานีสื่อสารทั้งสามสถานี แม้ว่าจะมีการคัดค้านเรื่องงบประมาณที่ใช้ในการดำเนินการ การเปลี่ยนจานสายอากาศทั้งหมดใช้เวลาถึง 5 ปีและแล้วเสร็จในเดือนพฤษภาคม 1988
เครือข่ายอวกาศห้วงลึกเริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในภารกิจการสำรวจอวกาศของระหว่างประเทศ อย่างไรก็ตามความร่วมเหล่านี้เป็นแบบไม่ทางการ จนกระทั่งในปี 1991 มีประกาศคำสั่งอย่างเป็นทางการในการกำหนดการใช้เครือข่ายสำหรับหน่วยงานจากชาตือื่น ๆ ในระหว่างทศวรรษ 1980 นาซายังได้มีการปรับเปลี่ยนสถานีบางส่วนเพื่อลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ โดยระบบสื่อสารที่ดำเนินการโดยศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ดได้ถูกย้ายมารวมกับเครือข่ายดีเอสเอ็น และในช่วงปลายทศวรรษ 1990 เจพีแอลได้สร้างจานสายอากาศขนาด 34 เมตรขึ้นที่ทั้งสามสถานีเพื่อทดแทนจานสายอากาศอันเก่า ทำให้ในปัจจุบันเครือข่ายดีเอสเอ็นสามารถตรวจจับการปลดปล่อยของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติจากดวงดาว กลุ่มเมฆแก๊ส หรือแม้กระทั่งจากดาวพฤหัสบดี จนถึงทุกวันนี้เครือข่ายอวกาศห้วงลึกของนาซายังคงเป็นเครือข่ายสถานีสื่อสารสำหรับยานอวกาศที่ใหญ่ที่สุด
== สถานที่ตั้ง ==

เครือข่ายอวกาศห้วงลึกประกอบด้วยสถานีสื่อสารทั้งสามแห่งกระจายอยู่ทั่วพื้นโลก ซึ่งได้แก่
สถานีสื่อสารอวกาศห้วงลีกโกลด์สโตน (Goldstone Deep Space Communications Complex) (พิกัดภูมิศาสตร์ ) ตั้งอยู่นอกเมืองบาร์สโตว์ รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา
สถานีสื่อสารอวกาศห้วงลึกมาดริด (Madrid Deep Space Communications Complex) (พิกัดภูมิศาสตร์ ) 60 กิโลเมตรทางตะวันออกของกรุงมาดริด ประเทศสเปน
สถานีสื่อสารอวกาศห้วงลึกแคนเบอร์รา (Canberra Deep Space Communication Complex) (พิกัดภูมิศาสตร์ ) ใกล้กับเขตสงวนธรรมชาติทิดบินบิลลา (Tidbinbilla Nature Reserve) ทางตะวันออกเฉียงเหนือของกรุงแคนเบอร์รา ในเขตออสเตรเลียนแคพิทอลเทร์ริทอรี (ACT) ประเทศออสเตรเลีย
โดยสถานีสื่อสารทั้งสามแห่งตั้งอยู่ห่างกันประมาณ 120 องศาของลองจิจูด เพื่อให้สามารถสื่อสารกับยานอวกาศได้ตลอดเวลาแม้ว่าโลกจะหมุนตัวไปก็ตาม โดยการส่งสัญญาณวิทยุจากสถานีแห่งหนึ่งไปยังสถานีอีกแห่งหนึ่ง โดยแต่ละสถานีจะตั้งอยู่บนภูมิประเทศลักษณะล้อมรอบด้วยเทือกเขา ซึ่งจะช่วยป้องกันการรบกวนจากสัญญาณวิทยุ
สถานีสื่อสารแต่ละแห่งจะประกอบไปด้วยสถานีย่อยอย่างน้อย 4 แห่ง สถานีแต่ละแห่งจะประกอบไปด้วยจานสายอากาศขนาด 11, 26, 34 และ 70 เมตร โดยจานสายอากาศขนาด 34 และ 70 เมตรจะใช้สำหรับการรับสัญญาณและการส่งคำสั่งไปยังยานอวกาศ ผ่านระบบประมวลผลสัญญาณส่วนกลาง จานสายอากาศในสถานีเดียวกันสามารถทำงานร่วมกันได้ หรือแม้กระทั่งทำงานร่วมกับจานสายอากาศจากภายนอกได้ เช่น จานสายอากาศขนาด 70 เมตรในสถานีแคนเบอร์ราสามารถทำงานร่วมกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุพาร์กส์ (Parkes Observatory) ในออสเตรเลียได้ และจานสายอากาศขนาด 70 เมตรในสถานีโกลด์สโตนสามารถทำงานร่วมกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุเวอร์รีลาร์จอาร์เรย์ (Karl G. Jansky Very Large Array) ในรัฐนิวเม็กซิโกได้
=== ศูนย์ควบคุมการปฏิบัติการ ===

เครือข่ายจานสายอากาศจากทั้ง 3 สถานีทั่วโลกจะสื่อสารโดยตรงกับศูนย์ปฏิบัติการเครือข่ายอวกาศห้วงลึก (Deep Space Operations Center) ซึ่งตั้งอยู่อาคารศูนย์ควบคุมของห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น (JPL) ในเมืองแพซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย
ในช่วงเริ่มต้น ไม่มีศูนย์ควบคุมการปฏิบัติการที่แน่ชัด ยังคงเป็นเพียงห้องทำงานขนาดใหญ่ที่ตั้งอยู่ใกล้เครื่องคอมพิวเตอร์ในการทำหน้าที่คำนวณวิถีโครจร ต่อไปในเดือนกรกฎาคม 1961 ทางนาซาได้เริ่มก่อสร้างอาคารสำนักงานถาวรคืออาคารศูนย์ควบคุมปฏิบัติการการบินอวกาศของเจพีแอล (Space Flight Operations Facility, SFOF) และเปิดใช้งานเมื่อ 14 พฤษภาคม 1964 โดยช่วงแรกศูนย์ควบคุมนี้ประกอบด้วยเครื่องควบคุมจำนวน 31 เครื่อง จอภาพกล้องวงจรปิดเพียง 100 จอ และจอทีวีแสดงผลจำนวน 200 จอเพื่อใช้สำหรับการสนับสนุนภารกิจยานสำรวจเรนเจอร์ 6 ยานเรนเจอร์ 9 และยานมาริเนอร์ 4 เท่านั้น
ปัจจุบัน ปฏิบัติการทั้งหมดของเครือข่ายจะทำจากอาคารศูนย์ควบคุมปฏิบัติการ (SFOF) แห่งนี้ โดยทำหน้าที่คอยจับตาดูค่าโทรมาตรต่าง ๆ ของยานอวกาศ และส่งต่อข้อมูลเหล่านั้นไปยังผู้ใช้หรือหน่วยงานอื่น ๆ นอกจากยังทำหน้าที่เชื่อมต่อสัญญาณระหว่างยานอวกาศไปยังศูนย์ควบคุมภารกิจต่าง ๆ ในสหรัฐ รวมถึงหน่วยงานและนักวิทยาศาสตร์ในต่างประเทศ
== การทำงาน ==

เครือข่ายอวกาศห้วงลึกเป็นการสื่อสารสองทาง (Two-way Communication) โดยคลื่นส่ง (uplink) จะถูกใช้ในการส่งข้อมูลชุดคำสั่ง ส่วนคลื่นรับ (downlink) จะถูกใช้ในการรับข้อมูลโทรมาตร (telemetry) จากยานอวกาศ โดยการทำงานของเครือข่ายสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้
ข้อมูลโทรมาตร (telemetry): การรับสัญญาณที่ถูกส่งออกมาจากยานอวกาศ ซึ่งแบ่งเป็นสามขึ้นตอนคือ การรับสัญญาณ การคัดกรอง และการส่งผ่านไปยังศูนย์ควบคุม (SFOF)
ข้อมูลชุดคำสั่ง: การควบคุมยานอวกาศจากระยะไกล
ระบบติดตามเชิงรังสี (radiometric tracking): การสื่อสารทางเดียวหรือสองทาง ระหว่างสถานีภาคพื้นดินกับยานสำรวจอวกาศ เพื่อทำการวัดและคาดคะเนตำแหน่งและความเร็วของยาน โดยการวัดระยะทางและอาศัยระยะเวลาในการส่งข้อมูลไป-กลับ ส่วนความเร็วคาดคะเนได้จากปรากฏการณ์ด็อพเพลอร์
เครือข่ายการแทรกสอดระยะไกล (Very Long Baseline Interferometry, VLBI): เป้าหมายเพื่อระบุตำแหน่งที่แน่นอนของวัตถุบนท้องฟ้า เช่น เควซาร์ ดาราจักร หรือดาวฤกษ์อื่น ๆ ตำแหน่งของยานอวกาศสามารถระบุโดยอ้างอิงจากวัตถุเหล่านี้มากกว่าการอ้างอิงจากโลก ซึ่งช่วยลดความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการหมุนตัวของโลกและการลดทอนของสัญญาณได้ ซึ่งเทคนิคนี้เรียกว่า Delta Differential One-way Ranging (Delta-DOR) หรือ Delta VLBI
วิทยาศาสตร์วิทยุ: การรับข้อมูลทางวิทยาศาสตร์จากกระจายของคลื่นวิทยุระหว่างโลกกับยานสำรวจ เมื่อสัญญาณเดินทางเข้าใกล้วัตถุทางดาราศาสตร์จะเกิดการรบกวนขึ้น นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้ข้อมูลนี้ในการคาดคะเนลักษณะจำเพาะของวัตถุได้ เช่น ขนาด มวล ความหนาแน่น หรือแม้กระทั่งชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ยังใช้ในการระบุลักษณะของวงแหวนดาวเคราะห์ โคโรนาของดวงอาทิตย์ หรือพลาสมาระหว่างดาวเคราะห์ นอกจากนี้ยังสามารถศึกษาแรงโน้มถ่วงได้ผ่านคลื่นวิทยุนี้ โดยเมื่อยานเคลื่อนที่เข้าใกล้วัตถุขนาดใหญ่ คลื่นวิทยุจะถูกเบี่ยงเบนตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
ดาราศาสตร์วิทยุ: เพื่อศึกษาคลื่นวิทยุที่ปลดปล่อยออกมาจากวัตถุทางดาราศาสตร์ ใช้ในการคาดคะเนลักษณะจำเพาะขององค์ประกอบหรือลักษณะทางกายภาพ
ดาราศาสตร์เรดาร์: ส่งสัญญาณที่มีความแรงมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้เพื่อศึกษาการสะท้อนกลับของสัญญาณ
ควบคุมและการติดตามผล: ส่งผ่านข้อมูลแบบเรียลไทม์ไปยังผู้ใช้หรือหน่วยงานต่าง ๆ ในเครือข่ายอวกาศห้วงลึก
== ความถี่ใช้งาน ==
ย่านความถี่ที่ถูกใช้ในการสื่อสารระหว่างโลกกับยานสำรวจอวกาศคือความถี่ย่านเอสแบนด์ (S-Band), เอกซ์แบนด์ (X-Band) และล่าสุดคือย่านเคเอแบนด์ (Ka-Band) โดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ หรือ ITU ได้กำหนดรูปแบบมาตรฐานของย่านความถี่อวกาศห้วงลึก (Deep Space Bands) และย่านความถี่ใกล้อวกาศ (Near Space Bands) ดังแสดงในตารางด้านล่าง โดยคลื่นส่ง (up-link) คือการส่งข้อมูลจากโลกไปยังอวกาศ และคลื่นรับ (down-link) คือการส่งข้อมูลจากอวกาศกลับมายังโลก ความถี่แสดงในหน่วยเมกะเฮิรตซ์ (MHz)
หมายถึง ยังไม่มีการกำหนดไว้หรือไม่รองรับการใช้งานของเครือข่ายดีเอสเอ็น
โดยในช่วงทศวรรษ 1990 มีการทดลองใช้ความถี่ย่านเคเอแบนด์สำหรับจานสายอากาศขนาด 70 เมตร ความถี่ย่านเอกซ์แบนด์ถูกใช้สำหรับคลื่นส่งมาตั้งแต่เดือนมิถุนายน 2000 และในปี 2008 มีการติดตั้งตัวรับส่งสัญญาณ (transceiver) ระบบเคเอแบนด์ลงไปในจานสายอากาศขนาด 70 เมตร
== ระบบสายอากาศ ==
ปัจจุบันจานสายอากาศทั้งหมดที่เครือข่ายอวกาศห้วงลึกใช้งานจะเป็นจานสายอากาศแบบแคสสิเกรน (Cassigrain) ทั้งหมด ซึ่งทำให้ได้เกณฑ์ขยายที่สูง โดยสามารถจำแนกประเภทจากขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง รูปแบบการติดตั้ง ความถี่ที่ใช้ นอกจากนี้ยังจำแนกจากเทคโนโลยีที่ใช้ซึ่งทำให้ได้เกณฑ์ขยายที่ต่างกัน และอุณหภูมิสัญญาณรบกวน (noice temperature)
ค่าที่แสดงในตารางเป็นเพียงค่าของจานสายอากาศที่สถานีโกลด์สโตน ค่าของจานสายอากาศที่สถานีอื่นจะแตกต่างบ้างเล็กน้อย
ค่าเกณฑ์ขยายที่แสดงยังไม่รวมปัจจัยของผลกระทบจากชั้นบรรยากาศ ค่าประสิทธิภาพ G/T คืออัตราส่วนระหว่างเกณฑ์ขยายต่ออุณหภูมิสัญญาณรบกวนของภาครับสัญญาณ ทำการวัดที่มุม 45 องศาในวันที่สภาพอากาศปลอดโปร่ง
=== จานสายอากาศขนาด 26 เมตร ===
สถานีของเครือข่ายอวกาศห้วงลึกแต่ละแห่งจะประกอบไปด้วยจานสายอากาศขนาด 26 เมตร เป้าหมายหลักเพื่อใช้สำหรับติดตามยานอวกาศที่กำลังโคจรรอบโลกที่ระดับความสูงระหว่าง 160 ถึง 1,000 กิโลเมตร มีการติดตั้งตัวยีดจับแบบพิเศษทั้งแกน X และแกน Y ช่วยให้สามารถปรับมุมของจานสายอากาศที่มุมเกือบขนานกับพื้นโลกเพื่อสามารถจับสัญญาณให้รวดเร็วที่สุดเมื่อยานอวกาศเคลื่อนเข้ามาในระยะ นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนมุมของจานได้อย่างรวดเร็ว (3 องศาทุก 2 นาที) เพื่อติดตั้งยานอวกาศที่โคจรรอบโลกอย่างรวดเร็ว
แต่เดิมมีการใช้จานสายอากาศขนาด 26 เมตรเพื่อใช้สนับสนุนภารกิจโครงการอะพอลโล ในการส่งมนุษย์ไปสำรวจดวงจันทร์ ระหว่างปี 1967 ถึงปี 1972
=== จานสายอากาศขนาด 34 เมตรแบบประสิทธิภาพสูง (HEF) ===
จานสายอากาศขนาด 34 เมตรแบบประสิทธิภาพสูง (High Efficiency, HEF) ถูกใช้งานมาตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 1980 โดยสามารถทำการรับและส่งสัญญาณผ่านที่ความถี่ย่าน S-Band และ X-Band ย้อนไปตั้งแต่ปี 1986 ที่มีการใช้เพื่อสนับสนุนภารกิจการสำรวจดาวเสาร์ของยานสำรวจวอยเอจเจอร์ 2 แม้ว่าปัจจุบันประสิทธิภาพของจานสายอากาศประเภทนี้จะไม่ต่างกับจานสายอากาศแบบอื่น ๆ แต่เนื่องจากในอดีตถือว่ามีประสิทธิสูงสุดเมื่อเทียบกับยุคนั้น ทำให้ยังคงมีการเรียกชื่อแบบเดิมอยู่ จานสายอากาศใช้การติดตั้งแบบมุมเงยและมุมกวาด (elevation and azimuth) ทำงานโดยอาศัยการหมุนด้วยอัตราเร็ว 0.4 องศาต่อวินาที โดยออกแบบให้จุดรับสัญญาณหรือฟีดฮอร์น (feed horn) รองรับสองย่านความถี่ ทำให้ไม่ต้องมีการใช้กระจกสะท้อนซึ่งช่วยลดทอนสัญญาณรบกวน มีการปรับปรุงวัสดุที่ใช้และกระบวนการในการสร้างพิ้นผิวของจานสายอากาศเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้มากยิ่งขึ้น
รูปร่างของตัวสะท้อนสัญญาณตัวที่สองเป็บแบบไฮเพอร์โบลอยด์ที่ไม่สมบูรณ์ กล่าวคือ มีการปรับรูปร่างให้มีความบิดเบี้ยวเพื่อให้สัญญาณสะท้อนสม่ำเสมอมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีการปรับแต่งพื้นผิวของจานพาราโบลาเพื่อให้ค่าสัญญาณที่ได้มีการประจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั้งแอมพลิจูดและเฟส จานสายอากาศแบบประสิทธิภาพสูงถือเป็นจานสายอากาศแบบแรกที่มีการปรับรูปร่างพื้นผิว ทำให้ค่าดำเนินการในการใช้งานความถี่ย่าน X-Band ไม่ต่างจากย่าน X-Band มีการปรับแต่งโดยเพิ่มตัวดูเพลกเซอร์ (duplexer) เข้ามาซึ่งมีค่าอุณหภูมิสัญญาณรบกวนสูงขึ้น ต่อมามีการติดตั้งเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (low-noise amplifier) สองตัว ตัวแรกเป็นแบบเมเซอร์ (MASER) อีกตัวเป็บแบบทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าหรือเฟต (Field Effect Transistor, FET)
=== จานสายอากาศขนาด 34 เมตรแบบท่อนำคลื่น (BWG) ===

จานสายอากาศขนาด 34 เมตรแบบท่อนำคลื่น (Beam Waveguide, BWG) เป็นจานสายอากาศแบบล่าสุดของเครือข่ายห้วงอวกาศลึก มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับจานสายอากาศแบบประสิทธิภาพสูง แต่มีการย้ายตำแหน่งของฟีดฮอร์นจากจุดโฟกัสไฮเพอร์โบลอยด์ด้านบนจานไปยังห้องที่อยู่ใต้ดินแทน คลื่นจะถูกนำทางโดยกระจกสะท้อนซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2.5 เมตร ข้อดีคือไม่ต้องมีการคิดตั้งระบบหล่อเย็นไครโอเจนขนาดใหญ่ไว้บนตัวจานอีกต่อไป อีกประการคือด้านการบำรุงรักษา นอกจากนี้น้ำฝนจะไม่ไหลมารวมกันที่ฟีดฮอร์นซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง สถาปัตยากรรมแบบใหม่นี้ทำให้สามารถทำการติดตั้งตัวรับส่งสัญญาณที่ย่านความถี่ Ka-Band เพิ่มเข้าไปได้
=== จานสายอากาศขนาด 70 เมตร ===
จานสายอากาศขนาด 70 เมตรถือเป็นจานสายอากาศที่มีขนาดใหญ่ที่สุด และมีความไวมากที่สุด มีความสามารถในการติดตามยานอวกาศที่เคลื่อนที่ห่างจากโลกอยู่หลายพันล้านกิโลเมตร ตัวสะท้อนสัญญาณจะคอยควบรวมสัญญาณให้อยู่ไม่เกิน 1 เซนติเมตร จากพื้นที่ของจานทั้งหมด 3,850 ตารางเมตร ซึ่งหากมีการเปลี่ยนแปลงทางรูปร่างเพียงเล็กน้อย อาจส่งผลต่อการทำงานของจานสายอากาศนี้ทั้งหมดได้
แบริ่งแบบไฮโดรสแตติกส์ช่วยรองรับน้ำหนักตัวจานอันมหาศาลไปยังฐานทั้งสามจุด ซึ่งเคลื่อนที่ผ่านวงแหวนเหล็กกล้าบนชั้นน้ำมันที่มีความบางเท่าแผ่นกระดาษ
นาซาสร้างจานสายอากาศขนาด 70 เมตรขึ้นมาเพื่อใช้ในภารกิจการสำรวจอวกาศที่ไปไกลกว่าวงโคจรของโลกซึ่งต้องการระบบสื่อสารที่มีศักยภาพสูง จานสายอากาศขนาด 70 เมตรที่สถานีโกลด์สโตนมีชื่อเรียกว่า "Mars antenna" (DSS 14) เป็นจานสายอากาศขนาด 70 เมตรแห่งแรก ซึ่งออกแบบเพื่อใช้รับสัญญาณอันแผ่วเบาและทำการส่งสัญญาณแรงสูงออกไปยังห้วงอวกาศ โดดเด่นด้วยขนาดความกว้างกว่า 64 เมตร ถูกใช้งานครั้งแรกในปี 1966 ก่อนจะมีการปรับเป็นขนาด 70 เมตรในปี 1988 เพื่อใช้สำหรับภารกิจยานสำรวจวอยเอจเจอร์ 2 เมื่อครั้งที่เคลื่อนที่ผ่านดาวเนปจูน
ชือของจานสายอากาศ "Mars antenna" ได้มาจากภารกิจการสำรวจดาวอังคารครั้งแรกของยานสำรวจมาริเนอร์ 4 และยังให้การสนับสนุนภารกิจไพโอเนียร์, แคสซินี และมาร์เอกซ์พลอเรชันโรเวอร์ส นอกจากนี้ยังทำหน้าที่รับสัญญาณอันโด่งดังจากนีล อาร์มสตรองขณะลงจอดบนดวงจันทร์ด้วยยานอะพอลโล 11 อีกด้วย
== การมอดูเลตสัญญาณ ==
หน่วยงานที่ทำหน้าที่ควบคุมดูแลการมอดูเลตสัญญาณ (modulation) สำหรับภารกิจสำรวจอวกาศ คือคณะกรรมการที่ปรึกษาด้านระบบข้อมูลอวกาศ (The Consultative Committee for Space Data Systems, CCSDS) ปัจจุบันการมอดูเลตสัญญาณถูกใช้ในการสื่อสารระหว่างยานอวกาศกับโลกที่อัตราโอนถ่ายข้อมูลต่ำถึงปานกลาง (น้อยกว่า 2 Mb/s) ซึ่งเป็นการการมอดูเลตทางเฟส (Phase Modulation, PM) แบบ 2 หรือ 4 สถานะ (BPSK, QPSK หรือ OQPSK) โดยสัญญาณอาจมีหรือไม่มีคลื่นพาหะ (residual carrier) ก็ได้
สำหรับการสื่อสารที่ความเร็วสูง (มากกว่า 2 Mb/s) จะนิยมใช้การมอดูเลตแบบ GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)
== การพัฒนาในอนาคต ==
อนาคตของจานสายอากาศในเครือข่ายอวกาศห้วงลึกไม่ใช้การเพิ่มขนาดของจานสานอากาศให้มีขนาดใหญ่ขึ้น หากแต่เป็นการเครือข่ายอาร์เรย์ของจานสายอากาศขนาดเล็กแทน แต่การเพิ่มความถี่ยังคงเป็นประเด็นสำคัญอยู่
=== การทำเครือข่ายอาร์เรย์ ===
ในอนาคตมีการวางแผนที่จะสร้างเครือข่ายอาร์เรย์จานสายอากาศขนาด 12 เมตรจำนวน 400 จุดลงบนสถานีทั้งสามแห่ง โดยใช้ย่านความถี่ X-Band และ Ka-Band เป้าหมายเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพมากกว่าเครือข่ายในปัจจุบันกว่า 10 เท่าตัว
=== การสื่อสารทางแสง ===
นอกจากเป้าหมายในการเพิ่มความถี่ใช้งานของเครือข่ายแล้ว เป้าหมายต่อไปคือการใช้งานที่ความถี่แสง (optical frequency) โดยเมื่อเทียบกับย่าน Ka-Band แล้ว ความแรงของสัญญาณที่ได้จากคลื่นแสงที่ความยาวคลื่น 1 ไมโครเมตร จะมีค่ามากกว่า 1,000 เท่า เนื่องจากการกระจายของสัญญาณที่น้อยกว่า ทำให้สามารถออกแบบจานส่งสัญญาณที่จะติดตั้งบนยานอวกาศได้ขนาดเล็กลง
ปัญหาของสัญญารบกวนเนื่องจากชั้นบรรยากาศของโลกก็เป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ มีการเสนอให้ติดตั้งรับเลเซอร์ไว้บนวงโคจรโลกเพื่อทำการสื่อสารกับยานอวกาศ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จะต้องใช้งบประมาณที่สูงมาก นอกจากนี้ปัญหาอื่น ๆ ยังอยู่ระหว่างการพิจารณา เช่น กำลังของเลเซอร์ ความแม่นยำ การมอดูเลตที่เหมาะสมและการตรวจสอบสัญญาณ ขั้นตอนในการส่งสัญญาณใหม่ในกรณีที่มีการถูกปิดกั้น และปัญหาด้านความปลอดภัยของการใช้เลเซอร์อีกด้วย
== ดูเพิ่ม ==
ห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น - ผู้ดำเนินงานของเครือข่ายอวกาศห้วงลึก
องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ
สถานีภาคพื้นดิน
เครือข่ายสื่อสารของประเทศอื่น ๆ
* ยุโรป: เครือข่ายระบบติดตามอวกาศยุโรป (ESTRACK)
* รัสเซีย: เครือข่ายอวกาศห้วงลึกรัสเซีย (Soviet/Russian Deep Space Network)
* จีน: เครือข่ายอวกาศห้วงลึกจีน (Chinese Deep Space Network)
* อินเดีย: เครือข่ายอวกาศห้วงลึกอินเดีย (Indian Deep Space Network, IDSN)
* ญี่ปุ่น: ศูนย์อวกาศห้วงลึกอุซึดะ (Usuda Deep Space Center, UDSC)
ประวัติศาสตร์การบินอวกาศ
== อ้างอิง ==
== แหล่งข้อมูลอื่น ==
เว็บไซต์หน่วยงานเครือข่ายอวกาศห้วงลึก
DSN NOW - เว็บไซต์แสดงสถานะการสื่อสารปัจจุบันของเครือข่ายอวกาศห้วงลึก
โครงการอวกาศสหรัฐ
โทรมาตร
ดาราศาสตร์วิทยุ