मंगल को बुलाओ: कैसे नासा जिज्ञासा के साथ संचार करता है

तो, आप मंगल ग्रह पर स्थित रोवर के संपर्क में कैसे आ सकते हैं? इसके बारे में सोचो - यहां तक ​​कि जब मंगल पृथ्वी से सबसे छोटी दूरी पर है, तो संकेत को पचपन मिलियन किलोमीटर दूर करने की आवश्यकता है! यह वास्तव में एक बड़ी दूरी है। लेकिन एक छोटा, अकेला रोवर अपने वैज्ञानिक डेटा और सुंदर पूर्ण-रंग की छवियों को अब तक और इतनी संख्या में स्थानांतरित करने का प्रबंधन कैसे करता है? पहले ही सन्निकटन में, यह कुछ इस तरह दिखता है (मैंने बहुत कोशिश की, वास्तव में):





इसलिए, आमतौर पर तीन प्रमुख "आंकड़े" सूचना प्रसारित करने की प्रक्रिया में शामिल होते हैं - पृथ्वी पर अंतरिक्ष संचार के केंद्रों में से एक, मंगल ग्रह के कृत्रिम उपग्रहों में से एक और, वास्तव में, रोवर ही। आइए पृथ्वी की पुरानी महिला के साथ शुरू करें, और अंतरिक्ष संचार केंद्रों DSN (डीप स्पेस नेटवर्क) के बारे में बात करें।

अंतरिक्ष संचार स्टेशन

नासा के किसी भी अंतरिक्ष मिशन को यह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि अंतरिक्ष यान के साथ संचार दिन में 24 घंटे (अच्छी तरह से या कम से कम हमेशा, जब यह सिद्धांत रूप में संभव हो सकता है) संभव हो। चूंकि, जैसा कि हम जानते हैं, पृथ्वी अपने स्वयं के अक्ष के चारों ओर बहुत तेज़ी से घूमती है, संकेत की निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए, डेटा प्राप्त / प्रसारित करने के लिए कई बिंदुओं की आवश्यकता होती है। ये बिंदु DSN स्टेशन हैं। वे तीन महाद्वीपों पर स्थित हैं और एक दूसरे से लगभग 120 डिग्री लंबे हैं, जो उन्हें एक-दूसरे के संचालन के क्षेत्रों को आंशिक रूप से ओवरलैप करने की अनुमति देता है और इसके लिए धन्यवाद, अंतरिक्ष यान को 24 घंटे एक दिन "रखने" के लिए। इसके लिए, जब अंतरिक्ष यान किसी एक स्टेशन के कवरेज क्षेत्र को छोड़ देता है, तो इसका संकेत दूसरे में स्थानांतरित हो जाता है।

DSN परिसरों में से एक संयुक्त राज्य अमेरिका (गोल्डस्टोन परिसर) में स्थित है, दूसरा - स्पेन में (मैड्रिड से लगभग 60 किलोमीटर) और तीसरा - ऑस्ट्रेलिया में (कैनबरा से लगभग 40 किलोमीटर)।



इनमें से प्रत्येक परिसर में एंटेना का अपना सेट है, लेकिन कार्यक्षमता में तीनों केंद्र लगभग बराबर हैं। एंटेना को खुद को DSS (डीप स्पेस स्टेशन) कहा जाता है, और उनकी खुद की नंबरिंग होती है - यूएसए के एंटेना में नंबर 1X-2X हैं, ऑस्ट्रेलिया में एंटेना के नंबर 3X-4X हैं, और स्पेन में उनकी संख्या 5X-6X है। तो, अगर आप "DSS53" कहीं सुनते हैं, तो आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि हम स्पैनिश एंटेना में से एक के बारे में बात कर रहे हैं।

रोवर्स के साथ संचार के लिए, कैनबरा में परिसर का सबसे अधिक बार उपयोग किया जाता है, तो चलिए इसके बारे में थोड़ा और बात करते हैं।

कॉम्प्लेक्स की अपनी वेबसाइट है जहां आप काफी दिलचस्प जानकारी पा सकते हैं। उदाहरण के लिए, बहुत जल्द - इस साल 13 अप्रैल - DSS43 एंटीना 40 साल का हो जाएगा।

कुल मिलाकर, इस समय, कैनबरा स्टेशन में तीन सक्रिय एंटेना हैं: DSS-34 (व्यास में 34 मीटर), DSS-43 (प्रभावशाली 70 मीटर) और DSS-45 (फिर से 34 मीटर)। बेशक, वर्षों से केंद्र का संचालन किया जा रहा है, अन्य एंटेना का उपयोग किया गया है, जो विभिन्न कारणों से विघटित हो गए हैं। उदाहरण के लिए, बहुत पहले एंटीना - DSS42 - को दिसंबर 2000 में उपयोग से हटा लिया गया था, और DSS33 (व्यास में 11 मीटर) फरवरी 2002 में विघटित कर दिया गया था, और फिर वातावरण का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में अपना काम जारी रखने के लिए 2009 में नॉर्वे चले गए।

उल्लिखित कार्यशील एंटेना में से पहला, DSS34 , 1997 में बनाया गया था और इन उपकरणों की एक नई पीढ़ी का पहला प्रतिनिधि बन गया। इसकी विशिष्ट विशेषता यह है कि सिग्नल प्राप्त करने / संचारित करने और प्रसंस्करण के लिए उपकरण सीधे प्लेट पर स्थित नहीं है, लेकिन इसके तहत कमरे में है। इससे प्लेट को काफी हल्का करना संभव हो गया, साथ ही ऐन्टेना के संचालन को रोकने के बिना उपकरण की सेवा करना भी संभव बना दिया। DSS34 रिफ्लेक्टर एंटीना है, इसकी संचालन योजना कुछ इस तरह है:


जैसा कि आप देख सकते हैं, एंटीना के नीचे एक कमरा है जिसमें प्राप्त संकेत के सभी प्रसंस्करण किए जाते हैं। एक वास्तविक एंटीना के साथ, यह कमरा भूमिगत है, इसलिए आप इसे तस्वीरों में नहीं देख पाएंगे।


^{DSS34 क्लिक करने योग्य}


DSS43 (जिसमें जल्द ही एक वर्षगांठ होगी) एक बहुत पुराना उदाहरण है, जिसे 1969-1973 में बनाया गया था, और 1987 में आधुनिकीकरण किया गया था। DSS43 हमारे ग्रह के दक्षिणी गोलार्ध में सबसे बड़ा मोबाइल परवलयिक एंटीना है। 3000 टन से अधिक वजनी विशाल संरचना एक तेल फिल्म पर लगभग 0.17 मिमी की मोटाई के साथ घूमती है। प्लेट की सतह में 1272 एल्यूमीनियम पैनल होते हैं, और 4180 वर्ग मीटर का एक क्षेत्र होता है।

^{DSS43, क्लिक करने योग्य}


DSS45 । इस एंटीना को 1986 में पूरा किया गया था, और मूल रूप से वायेजर 2 के साथ संवाद करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसने यूरेनस का अध्ययन किया था। यह 19.6 मीटर के व्यास के साथ एक परिपत्र आधार पर घूमता है, इसके लिए 4 पहियों का उपयोग करता है, जिनमें से दो प्रमुख हैं।

^{DSS45, क्लिक करने योग्य}


यदि हम संपूर्ण रूप से अंतरिक्ष संचार स्टेशन के बारे में बात करते हैं, तो हम चार मुख्य कार्यों को अलग कर सकते हैं जिन्हें यह करना चाहिए:
टेलीमेट्री - अंतरिक्ष यान से आने वाले टेलीमेट्री डेटा को प्राप्त, डिकोड और प्रोसेस करना। आमतौर पर, इस डेटा में हवा पर प्रसारित वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग जानकारी शामिल होती है। टेलीमेट्री सिस्टम डेटा प्राप्त करता है, मानदंड के साथ उनके परिवर्तनों और अनुपालन की निगरानी करता है, और उन्हें उनके प्रसंस्करण में शामिल सत्यापन प्रणालियों या अनुसंधान केंद्रों में स्थानांतरित करता है।
ट्रैकिंग - ट्रैकिंग सिस्टम को पृथ्वी और अंतरिक्ष यान के बीच दो-तरफ़ा संचार की संभावना प्रदान करनी चाहिए, और बुर्ज की सही स्थिति के लिए अपने स्थान और वेग वेक्टर की गणना करना चाहिए।
प्रबंधन - विशेषज्ञों को अंतरिक्ष यान पर नियंत्रण आदेश स्थानांतरित करने का अवसर देता है।
निगरानी और नियंत्रण - मैं आपको डीएसएन की प्रणालियों को नियंत्रित और प्रबंधित करने की अनुमति देता हूं

यह ध्यान देने योग्य है कि ऑस्ट्रेलियाई स्टेशन वर्तमान में लगभग 45 अंतरिक्ष यान का कार्य करता है, इसलिए इसके काम की समय सारिणी स्पष्ट रूप से विनियमित है, और अतिरिक्त समय प्राप्त करना इतना सरल नहीं है। प्रत्येक एंटेना में एक ही समय में दो अलग-अलग उपकरणों की सेवा करने की तकनीकी क्षमता भी होती है।

इसलिए, रोवर को प्रेषित किए जाने वाले डेटा को डीएसएन स्टेशन पर भेजा जाता है, जहां से उन्हें अपने अल्पकालिक (5 से 20 मिनट) अंतरिक्ष यात्रा पर लाल ग्रह पर भेजा जाता है। चलो रोवर पर ही चलते हैं। संचार का उसके पास क्या साधन है?

जिज्ञासा

जिज्ञासा तीन एंटेना से सुसज्जित है, जिनमें से प्रत्येक का उपयोग सूचना प्राप्त करने और संचारित करने के लिए किया जा सकता है। यह एक UHF एंटीना, LGA और HGA है। [१] ये सभी रोवर के "बैक" पर विभिन्न स्थानों पर स्थित हैं।

[1]
एचजीए - उच्च लाभ एंटीना
एमजीए - मध्यम लाभ एंटीना
एलजीए - लो गेन एंटीना
UHF - अल्ट्रा हाई फ्रीक्वेंसी
चूंकि संक्षिप्तीकरण एचजीए, एमजीए और एलजीए में पहले से ही एंटीना शब्द है, इसलिए मैं इस शब्द को यूएचएफ के विपरीत फिर से उनके सामने नहीं लिखूंगा।


^{हम RUHF, RLGA और हाई गेन एंटीना में रुचि रखते हैं}

UHF एंटीना का उपयोग सबसे अधिक बार किया जाता है। इसकी मदद से, रोवर MRO और ओडिसी उपग्रहों के माध्यम से डेटा प्रसारित कर सकता है (जो हम बाद में बात करेंगे) लगभग 400 मेगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर। सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए उपग्रहों का उपयोग बेहतर है क्योंकि वे डीएसएन स्टेशनों के देखने के क्षेत्र में रोवर की तुलना में अधिक लंबे हैं, जो मंगल की सतह पर अकेले बैठे हैं। इसके अलावा, चूंकि वे रोवर के बहुत करीब हैं, इसलिए बाद वाले को डेटा संचारित करने के लिए कम ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता होती है। स्थानांतरण दर ओडिसी के लिए 256kb / s और MRO के लिए 2 एमबीपीएस तक पहुंच सकता है। क्यूरियोसिटी से आने वाली अधिकांश जानकारी एमआरओ उपग्रह से गुजरती है। यूएचएफ एंटीना स्वयं रोवर के पीछे स्थित है, और एक ग्रे सिलेंडर जैसा दिखता है।

जिज्ञासा भी एक HGA है कि यह पृथ्वी से सीधे आदेश प्राप्त करने के लिए उपयोग कर सकते हैं। यह एंटीना मोबाइल है (इसे पृथ्वी की ओर निर्देशित किया जा सकता है), अर्थात इसके उपयोग के लिए रोवर को अपना स्थान बदलना नहीं है, बस एचजीए को सही दिशा में मोड़ना है, और यह आपको ऊर्जा बचाने की अनुमति देता है। एचजीए रोवर के बाईं ओर से बीच में लगभग घुड़सवार है, और लगभग 30 सेंटीमीटर व्यास के साथ एक षट्भुज है। HGA लगभग 160 bps से 34-मीटर एंटेना की गति से या 800 bps से 70-मीटर की गति से पृथ्वी पर सीधे डेटा संचारित कर सकता है।

अंत में, तीसरा एंटीना तथाकथित एलजीए है।
वह किसी भी दिशा में संकेत भेजता और प्राप्त करता है। एलजीए एक्स-बैंड (7-8 गीगाहर्ट्ज) में संचालित होता है। फिर भी, इस एंटीना की शक्ति काफी कम है, और ट्रांसमिशन गति वांछित होने के लिए बहुत कुछ छोड़ देती है। इस वजह से, इसका उपयोग मुख्य रूप से सूचना प्राप्त करने के लिए किया जाता है, न कि इसे प्रसारित करने के लिए।
फोटो में, LGA अग्रभूमि में एक सफेद बुर्ज है।
पृष्ठभूमि में एक यूएचएफ एंटीना है।

यह ध्यान देने योग्य है कि रोवर वैज्ञानिक डेटा की एक बड़ी मात्रा उत्पन्न करता है, और उन सभी को भेजना हमेशा संभव नहीं होता है। नासा के विशेषज्ञ महत्व की प्राथमिकताएँ निर्धारित करते हैं: सर्वोच्च प्राथमिकता वाली जानकारी को पहले स्थान पर प्रेषित किया जाएगा, और कम प्राथमिकता वाली जानकारी अगली संचार विंडो की प्रतीक्षा करेगी। कभी-कभी कम से कम महत्वपूर्ण डेटा का हिस्सा पूरी तरह से हटाना पड़ता है।

ओडिसी और एमआरओ उपग्रह

इसलिए, हमने पाया कि आमतौर पर क्यूरियोसिटी के साथ संवाद करने के लिए आपको उपग्रहों में से एक के रूप में "मध्यवर्ती लिंक" की आवश्यकता होती है। इसके लिए धन्यवाद, उस समय को बढ़ाना संभव है, जिसके दौरान क्यूरियोसिटी के साथ संचार आम तौर पर संभव है, साथ ही ट्रांसमिशन गति को बढ़ाने के लिए, क्योंकि अधिक शक्तिशाली उपग्रह एंटेना बहुत अधिक गति से पृथ्वी पर डेटा संचारित करने में सक्षम हैं।

प्रत्येक उपग्रह में प्रत्येक सोल में रोवर के साथ दो संचार खिड़कियां हैं। आमतौर पर ये खिड़कियां काफी छोटी होती हैं - बस कुछ ही मिनटों में। आपातकाल के मामले में, क्यूरियोसिटी यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी मार्स एक्सप्रेस ऑर्बिटर के उपग्रह से भी संपर्क कर सकती है।

मंगल ओडिसी

^{मंगल ओडिसी}
मंगल ओडिसी उपग्रह को 2001 में लॉन्च किया गया था और इसे मूल रूप से ग्रह की संरचना का अध्ययन करने और खनिजों की खोज करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। उपग्रह का आयाम 2.2x2.6x1.7 मीटर और 700 किलोग्राम से अधिक का द्रव्यमान है। इसकी कक्षा की ऊँचाई 370 से 444 किलोमीटर तक है। यह उपग्रह पिछले रोवर्स द्वारा सक्रिय रूप से उपयोग किया गया था: आत्मा और अवसर से प्राप्त लगभग 85 प्रतिशत डेटा इसके माध्यम से प्रेषित किए गए थे। ओडीसी यूएचएफ बैंड में क्यूरियोसिटी के साथ संवाद कर सकता है। संचार के संदर्भ में, इसमें एक HGA, MGA (मध्यम लाभ एंटीना), LGA, और एक UHF एंटीना है। मूल रूप से, पृथ्वी पर डेटा संचारित करने के लिए, HGA का उपयोग किया जाता है, जिसका व्यास 1.3 मीटर है। ट्रांसमिशन 8406 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर किया जाता है, और डेटा रिसेप्शन 7155 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर किया जाता है। कोणीय बीम का आकार लगभग दो डिग्री है।


^{सैटेलाइट इंस्ट्रूमेंट लोकेशन}

रोवर्स के साथ संचार 437 मेगाहर्ट्ज (ट्रांसमिशन) और 401 मेगाहर्ट्ज (रिसेप्शन) की आवृत्ति पर एक यूएचएफ एंटीना का उपयोग करके किया जाता है, डेटा विनिमय दर 8, 32, 128 या 256 केबी / एस हो सकती है।

मंगल टोही कक्षा

^{एमआरओ}

2006 में, एमआरओ - मार्स रिकॉनेनेस ऑर्बिटर, जो आज क्यूरियोसिटी का मुख्य स्रोत है, ओडिसी उपग्रह में शामिल हो गया।
हालांकि, सिग्नलमैन के काम के अलावा, एमआरओ में ही वैज्ञानिक उपकरणों का एक प्रभावशाली शस्त्रागार है, और सबसे दिलचस्प बात यह है कि यह एक हाईराइज कैमरा से लैस है, जो वास्तव में, एक परावर्तक दूरबीन है। 300 किलोमीटर की ऊँचाई पर, HiRISE 0.3 पिक्सेल प्रति पिक्सेल तक के रिज़ॉल्यूशन के साथ चित्र ले सकता है (तुलना के लिए, पृथ्वी की उपग्रह छवियां आमतौर पर लगभग 0.5 मीटर प्रति पिक्सेल के संकल्प के साथ उपलब्ध होती हैं)। एमआरओ 0.25 मीटर की मन-सटीकता की सटीकता के साथ स्टीरियो सतह जोड़े भी बना सकता है। मैं दृढ़ता से अनुशंसा करता हूं कि आप अपने आप को कम से कम कुछ चित्रों के साथ परिचित करें जो कि उपलब्ध हैं, उदाहरण के लिए, यहां । उदाहरण के लिए, विक्टोरिया क्रेटर की यह छवि क्या है (क्लिक करने योग्य, मूल लगभग 5 मेगाबाइट है)


मैं सुझाव देता हूं कि इमेज में ऑपर्च्युनिटी रोवर खोजने के लिए सबसे अधिक सावधानी रखें;


कृपया ध्यान दें कि अधिकांश रंगीन तस्वीरों को एक विस्तारित सीमा में लिया गया था, इसलिए यदि आप एक तस्वीर पर ठोकर खाते हैं, तो सतह का कौन सा हिस्सा उज्ज्वल नीला-हरा होगा, साजिश धर्मशास्त्र में संलग्न होने के लिए जल्दी मत करो;) लेकिन आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि विभिन्न तस्वीरों में; समान नस्लों का रंग समान होगा। हालांकि, वापस संचार प्रणालियों के लिए।

एमआरओ चार एंटेना से लैस है जो रोवर के एंटेना से मेल खाते हैं - ये यूएचएफ एंटीना, एचजीए और दो एलजीए हैं। उपग्रह द्वारा उपयोग किए जाने वाले मुख्य एंटीना - एचजीए - का व्यास तीन मीटर है, और एक्स-बैंड में काम करता है। यह वह है जो पृथ्वी पर डेटा संचारित करने के लिए उपयोग किया जाता है। HGA भी 100 वॉट के सिग्नल एम्पलीफायर से लैस है।


^{1 - एचजीए, 3 - यूएचएफ, 10 - एलजीए (दोनों एलजीए सीधे एचजीए पर लगाए गए हैं)}

एक UHF एंटीना का उपयोग करके जिज्ञासा और MRO संचार करते हैं, संचार खिड़की सोल में दो बार खुलती है, और लगभग 6-9 मिनट तक रहती है। आरओआर, रोवर्स से प्राप्त डेटा के लिए प्रति दिन 5GB आवंटित करता है और इसे तब तक संग्रहीत करता है जब तक यह पृथ्वी पर DSN स्टेशनों में से एक के दृश्य के क्षेत्र में नहीं होता है, जिसके बाद यह डेटा को वहां स्थानांतरित करता है। रोवर को डेटा ट्रांसफर उसी सिद्धांत के अनुसार किया जाता है। रोवर को हस्तांतरित की जाने वाली टीमों के भंडारण के लिए, 30 एमबी / सोल आवंटित किया जाता है।

DSN स्टेशन प्रति दिन 16 घंटे (शेष 8 घंटे उपग्रह मंगल ग्रह पर स्थित है, और यह ग्रह द्वारा बंद होने के बाद से डेटा का आदान-प्रदान नहीं कर सकता है) के लिए MRO का संचालन करता है, जिसमें से 10-11 यह डेटा को पृथ्वी तक पहुंचाता है। आमतौर पर उपग्रह सप्ताह में तीन दिन 70 मीटर DSN एंटीना के साथ काम करता है, और 34 मीटर एंटीना के साथ दो बार (दुर्भाग्य से यह स्पष्ट नहीं है कि यह शेष दो दिनों में क्या करता है, लेकिन सप्ताहांत होने की संभावना नहीं है)। संचरण की गति 0.5 से 4 मेगाबिट प्रति सेकंड से भिन्न हो सकती है - यह पृथ्वी से मंगल की दूरी के साथ घट जाती है और दो ग्रहों के दृष्टिकोण के साथ बढ़ जाती है। अब (लेख के प्रकाशन के समय), पृथ्वी और मंगल लगभग एक दूसरे से अधिकतम दूरी पर हैं, इसलिए संचरण की गति बहुत अधिक नहीं है।

नासा का दावा है (उपग्रह की वेबसाइट पर एक विशेष विजेट है) जो कि पूरे समय में एमआरओ ने पृथ्वी पर डेटा के 187abits () पर प्रसारित किया है - यह अंतरिक्ष में भेजे गए सभी उपकरणों से अधिक है, संयुक्त।

निष्कर्ष

इसलिए संक्षेप में। रोवर पर नियंत्रण आदेश स्थानांतरित करते समय, निम्न होता है:

• JPL विशेषज्ञ DSN स्टेशनों में से एक को कमांड भेजते हैं।
• एक उपग्रह के साथ संचार सत्र के दौरान (सबसे अधिक संभावना है, यह एक एमआरओ होगा), डीएसएन उसे आदेशों का एक सेट भेजता है।
• उपग्रह आंतरिक मेमोरी में डेटा संग्रहीत करता है, और रोवर के साथ अगली संचार विंडो की प्रतीक्षा कर रहा है।
• जब रोवर एक्सेस ज़ोन में होता है, तो उपग्रह इसे कमांड को नियंत्रित करता है।

रोवर से पृथ्वी पर डेटा संचारित करते समय, यह सब उल्टे क्रम में होता है:

• रोवर अपने वैज्ञानिक डेटा को आंतरिक मेमोरी में संग्रहीत करता है और उपग्रह के साथ निकटतम संचार विंडो की प्रतीक्षा करता है।
• जब कोई उपग्रह उपलब्ध होता है, तो रोवर उस तक सूचना पहुंचाता है।
• उपग्रह डेटा प्राप्त करता है, इसे अपनी मेमोरी में संग्रहीत करता है, और DSN स्टेशनों में से एक की उपलब्धता की अपेक्षा करता है
• जब डीएसएन उपलब्ध हो जाता है, तो उपग्रह इसे प्राप्त डेटा भेजता है।
• अंत में, सिग्नल प्राप्त करने के बाद, DSN इसे डीकोड करता है, और प्राप्त डेटा को उन लोगों को भेजता है जिनके लिए यह इरादा है।

मुझे आशा है कि मैं जिज्ञासा के साथ संचार की प्रक्रिया का संक्षेप में वर्णन करने में सक्षम था। यह सब जानकारी (अंग्रेजी में; प्लस अतिरिक्त जानकारी का एक बड़ा गुच्छा, उदाहरण के लिए, प्रत्येक उपग्रह के संचालन के सिद्धांतों पर काफी विस्तृत तकनीकी रिपोर्ट) विभिन्न जेपीएल साइटों पर उपलब्ध है, यह पता लगाना बहुत आसान है यदि आप जानते हैं कि वास्तव में आपकी क्या दिलचस्पी है।

^{कृपया पीएम में सभी त्रुटियों और टाइपोस की रिपोर्ट करें!}