Introducción Descripción  Sistema de comando Enlace ascendente Enlace descendente Antenas

 

Introducción

  La Deep Space Network (Red del Espacio Profundo) es una red de estaciones terrenas cuya misión principal es el seguimiento de las sondas que se alejan a más de 2 millones de kilómetros de la Tierra. Esta red pertenece a la NASA, pero tiene acuerdos de cooperación con las agencias que precisan de sus servicios, como la ESA, que no posee una infraestructura propia adecuada. La DSN recibe las señales de las sondas y las reenvía al centro de control correspondiente y a la inversa, emitiendo las ordenes necesarias para controlar la sonda.
 

Descripción del sistema

    El sistema está formado por un centro de control en el JPL (California), y tres complejos situados en Goldstone (California), Canberra (Australia) y Robledo de Chavela (Madrid). Estos complejos están situados de tal manera que pueden cubrir la transmisión durante las 24 horas del día, evitando que haya periodos de tiempo en los que no se puedan enviar ni recibir datos de las sondas. Los centros están interconectados en forma de red en estrella con el centro de control del JPL, los medios de transmisión pueden ser muy variados, como fibra óptica o enlaces vía satélite; esta red se encarga de transportar tanto tráfico de control como tráfico de datos generados, bien en las sondas, bien en los centros de control.

     Sistema de comando

    El sistema de comando permite controlar varias astronaves, en el caso de las naves de espacio lejano, se puede controlar un máximo de cuatro simultaneamente. Todos los mensajes de comando se generan en el correspondiente centro de control de cada misión. Las bandas utilizadas para la comunicación sulen ser la S, la X o incluso la Ka, mientras que la modulación en banda base usa pulsos PCM con codificación NRZ-L. En paso banda, se utilizan modulaciones digitales fundamentalmente PSK oFSK continua en fase.

    Enlace ascendente

    Para llevar las señales de radio a las naves se necesitan grandes potencias en transmisión  y una alta directividad de las antenas. Las antenas de la DSN pueden transmitir potencias de hasta 400 kW, aunque en condiciones normales, cuando la natena de alta ganancia de la sonda está correctamente orientada, se suelen transmitir potencias del orden de los 2 a 20 kW, dependiendo de la lejanía de la nave. Un aspecto crítico es la precisión con la que se apunta a la nave, ya que al ser las antenas de directividades muy altas, su ancho de haz es muy pequeño, del orden de unos 0.03 grados en antenas de 70 metros,por tanto deberemos sabercon gran precisión la posición de la sonda. Debido a que la interpretación por parte de la sonda de un comando erróneo podría ser catastrófica, el enlace ascendente se codifica con mucha redundancia para poder detectar y corregir los posibles errores.

Enlace descendente

    El enlace descendente es especialmente problemático, debido a la poca potencia que puede transmitir la sonda; esto no es crítico en sondas que no se alejan demasiado de la Tierra, puesto que incrementando la sensibilidad de los receptores y el tamaño de las antenas se puede compensar, el problema está cuando la sonda se aleja mucho, por ejemplo, la Voyager 1 se encuentra a unos 520 millones de kilómetros.  Para compensar éste y otros problemas, se implementan en tierra una serie de mejoras que han permitido continuar la comunicación con las sondas que vagan por los límites del Sistema Solar, a la vez que mejorar la calidad de los enlaces con las naves que están más cerca.
    Estas mejoras han sido:
• Reflectores dicróicos de frecuencia selectiva. Al usar las mismas antenas tanto en transmisión como en recepción, necesitamos separar la señal recibida de la transmitida, esto se hace utilizando diferentes frecuencias en el enlace ascendente y en el descendente, para poderlas separar mediante un filtrado que realizan los reflectores dicróicos.
• Amplificadores de bajo ruido (LNA, Low Nois Amplifiers). Al recibir una señal muy débil, es necesario que los amplificadores en recepción introduzcan el mínimo ruído posible, esto se consigue mediante amplificadores TWM (Travelling-Wave Maser, Máser de onda progresiva), que amplifica las señales que se propagan en el interior de un rubí sintonizado.
• Receptores digitales. Se usa tecnología digital para filtrado, detección y enganche de fase. Con este tipo de receptores se logran mucho mejores resultados que con las técnicas analógicas anteriores.
• Codificación. Al principio no se utilizaba ningún tipo de codificación, pero con la introducción de códigos Reed-Solomon, se puede conseguir una ganancia añadida por el uso del código en torno a los 2.2 dB sobre una señal sin codificar.

 Antenas

            Es necesario un cuidado especial a la hora de diseñar las antenas; por un lado, debido a las altas frecuencias que se utilizan, las imperfecciones en la superficie de las antenas deben ser mínimas, y por otro, el apuntamiento ha de ser extremadamente preciso.
            Cada centro de la DSN tiene al menos cuatro estaciones equipadas con cuatro reflectores parabólicos en confiuración Cassegrain con el reflector secundario en el eje central justo bajo el foco del reflector principal. Esta configuración permite que los equipos receptores y amplificadores puedan estar bajo el reflector principal, lo cual es más cómodo.
            En cada centro hay antenas de 26 metros, utilizadas para las comunicaciones con satélites en órbita terrestre, y de 34 y 70 metros para las comunicaciones de espacio profundo.
 
 

INTRODUCCIÓN