El subsistema de manejo de datos y el subsistema de telecomunicaciones son la parte que más nos interesa de la sonda espacial, ya que es donde se encuentran los equipos que realizan las funciones que permiten la comunicación sonda-Tierra.

      Una sonda espacial puede llevar como mucho un transmisor de 20 W. de potencia. Dadas las grandes distancias a las que se mueven las sondas, la potencia transmitida se reduce muchísimo hasta llegar a la Tierra. Por eso, hay que utilizar técnicas que nos permitan extraer la información de tan ínfima cantidad de energía. Entre las soluciones adoptadas están el uso de frecuencias de microondas (que pasan la atmósfera terrestre atenuándose menos que otras), la utilización de antenas muy directivas para concentrar lo mejor posible la potencia radiada (se usan reflectores parabólicos), la construcción en la Tierra de unos elementos receptores que son lo más avanzado en su campo (reflectores gigantes de la Deep-Space Network y amplificadores de bajo ruido criogenizados) y el empleo de códigos correctores en la transmisión de datos.

      La comunicación es enteramente digital, transmitiéndose símbolos binarios ("1" y "0"). La modulación habitualmente utilizada es en fase. Todas las comunicaciones que se realicen entre la nave espacial y el equipo de seguimiento en Tierra se pueden dividir en dos grupos: el uplink (enlace de subida) y el downlink (enlace de bajada). En el primero están incluidas todas las comunicaciones en el sentido Tierra--sonda, y en el segundo están las comunicaciones en sentido contrario. El uplink es utilizado por los ingenieros en la Tierra para enviar órdenes al ordenador central de la sonda (telecomando). El downlink es utilizado para tres tipos de comunicaciones: envío de datos (telemetría), tanto los datos científicos obtenidos por los equipos de la carga útil como los datos sobre el estado de la nave obtenidos a partir de sensores estratégicamente situados, e información para el seguimiento de la sonda (tracking). Además, el downlink es utilizado para realizar estudios de radioastronomía, midiendo como es afectado el campo que lo transporta al atravesar la atmósfera de los planetas que encuentra en su camino.

      El núcleo del equipo de manejo de datos es el ordenador central de la nave, el llamado CDS (Command and Data Subsystem). Aquí tienen lugar todos los procesos efectuados sobre los datos. Él es el encargado de recibir, decodificar e interpretar los datos enviados desde la Tierra y de preparar los datos que han de ser enviados por la nave.

      Cuando un uplink llega a la nave, es decodificado y se extraen de él los datos binarios que indican comandos al ordenador central. Éste actúa inmediatamente en consecuencia o los almacena en el CDS para futuro uso (una parte de la memoria del CDS se utiliza como almacén para las secuencias de comandos y programas enviados desde la Tierra). Generalmente los comandos llevan indicado un tiempo del SCLK (reloj de la nave) en el cual deben empezar a ejecutarse.

      La monitorización de la nave se realiza a través de un amplio abanico de medidas, desde la posición de los conmutadores y el estado de los subsistemas hasta potenciales, temperaturas y presiones. Estas medidas forman miles de 'canales' de datos. La nave puede usar varios esquemas para multiplexar estos datos y formar una 'trama de datos de ingeniería'.

      Los datos procedentes de los instrumentos científicos y la trama de ingeniería llegan al CDS para formar la telemetría. Ya que en la telemetría hay que enviar dos tipos de datos, será necesario implementar algún tipo de multiplexado. La señal es multiplexada en tiempo (TDM) siguiendo el familiar proceso de muestreo, codificación y transmisión. En la Tierra tiene lugar el proceso inverso. Para mantener la sincronización la nave introduce un número binario conocido de varios dígitos, llamado código de pseudo-ruido (PN code), al principio de cada ronda de muestreo (trama de telemetría), que puede ser buscado por el sistema terrestre. Una vez reconocido se usa como punto de partida y las medidas pueden ser demultiplexadas en el orden que toca.

      Las naves más modernas utilizan empaquetamiento más que TDM. En este esquema una ráfaga o paquete de datos se transmite desde un instrumento o sensor, seguida por otro paquete procedente de otro sensor, y así uno a uno sin orden específico. Cada ráfaga contiene un identificador de la medida que representa para poder identificar en la Tierra qué instrumento la envia. Estos esquemas generalmente siguen el protocolo OSI de ISO, independiente de la distancia y por lo tanto igual de válido para naves a horas-luz que para dos computadoras en la Tierra.

      Si la nave está transmitiendo datos en tiempo real, el paquete o trama de telemetría debe ser enviado al transmisor. Si no, se almacena en una cinta grabadora o en su equivalente en estado sólido (grandes bancos de memoria RAM sin partes móviles). Cuando la transmisión es posible, un comando invita a la descarga del dispositivo para el downlink. Es raro que una nave sea continuamente monitorizada en tiempo real, de ahí la lógica existencia de uno o varios dispositivos de almacenamiento de datos.

      Antes de ser transmitidos tiene lugar un procesado de datos en el CDS. Se aplica compresión para reducir el número de bits a transmitir, y codificación utilizando códigos correctores de errores que evitarán pérdidas de datos (típicamente Viterbi, Golay y Reed-Solomon).

      Junto a la información modulada en el downlink como telemetría, la portadora en sí también es utilizada para el seguimiento de la nave y para llevar a cabo algunos tipos de experimentos científicos. Para estos usos se necesita una estabilidad extrema en la frecuencia del downlink, ya que una variación del orden de fracciones de Hertzio puede convertirse en muchos MHz. tras un periodo de horas. Pero sería imposible para cualquier nave transportar el equipo necesario a bordo para generar y mantener dicha estabilidad. La solución pasa por que la nave genere un downlink coherente en fase con el uplink que recibe.

      Bajo la base de cada antena de la Deep-Space Network subyace un generador de frecuencia estándar basado en un oscilador de hidrógeno. Ésta se usa como referencia para generar una frecuencia portadora del uplink extremadamente estable, que a su vez utilizará la nave para generar el downlink coherente. El resultado es un downlink con la misma extraordinaria estabilidad en alta frecuencia que el voluminoso sistema basado en el oscilador de Hidrógeno. Muchas naves también pueden hacer uso de un modo no coherente que no utiliza la frecuencia del uplink como referencia para el downlink, sino un oscilador a bordo. Este modo es conocido como 'bidireccional no coherente' (Two-Way-Non-Coherent). La frecuencia portadora del downlink así generado no es tan estable como la coherente, ya que el oscilador de a bordo se puede ver afectado por cambios de temperatura. Cuando la nave está recibiendo el uplink de una estación y su downlink coherente será recibido por otra estación, al downlink se le denomina coherente 'a tres bandas'.

      Los equipos de telecomunicaciones (antenas, transmisores y receptores) son escogidos para una nave en respuesta a los requerimientos de la misión. Se tienen en cuenta las distancias máximas previstas, las bandas de frecuencia planeadas, la velocidad de los datos y la potencia disponible para la transmisores a bordo:

• Las antenas de alta ganancia (HGA) en forma de plato son las más utilizadas para la comunicación con la Tierra. El valor de la ganancia conseguida (normalmente referenciada como alta, media o baja) indica la cantidad de potencia radio entrante que puede ser recogida y focalizada hacia los receptores de la nave. En los rangos de frecuencia utilizados conlleva el uso de grandes reflectores parabólicos. El diseño Cassegrain con una segunda superficie reflectora es el más común en las naves en misiones interplanetarias, ya que la antena total pesa menos que con un solo reflector. Las HGA pueden ser articuladas o fijas al bus. Asimismo sirve como excelente parasol para las naves que operan cerca de nuestra estrella (como Magallanes).
  A mayor superficie de antena, mayor ganancia y mayor velocidad de datos soportable. Pero también a mayor ganancia más direccional es la antena. La HGA debe apuntar a la Tierra con un error del orden de fracciones de grado para que la comunicación sea viable. Una vez conseguido, ésta tendrá lugar a la más alta velocidad posible sobre la altamente enfocada señal radio. Si el subsistema de posicionamiento no consigue la exactitud requerida por una u otra razón deben existir otros medios de comunicación con la nave.
   
• Las antenas de baja ganancia (LGA) son usadas como medida de seguridad en caso de desapuntamiento de las antenas de mayor ganancia. La cobertura es casi omnidireccional, excepto en áreas tapadas por el propio cuerpo de la nave. Las LGAs están diseñadas para operar a velocidades relativamente bajas, pero utilizables en distancias relativamente cortas. Algunas LGAs están montadas en el extremo del subreflector de la HGA (superficie reflectora secundaria). Este es el caso de Voyager, Magallanes y Galileo. En ocasiones se incluye una segunda LGA en la parte contraria a la primera de forma que proporciona total cobertura acomodando los puntos ciegos de la primera LGA.
   
• Las antenas de ganancia media (MGA) son un compromiso entre las dos anteriores, con ángulos de apuntamiento más anchos que la HGA, de unos 20 o 30 grados. Magallanes transporta una consistente en una gran bocina en forma de cono, utilizada en algunas maniobras cuando la HGA no apunta a la Tierra.
   
• Los transmisores son dispositivos electrónicos que generan un tono a una radio frecuencia prediseñada, típicamente en la banda-S (unos 2 GHz) o en la banda-X (unos 8 GHZ). Se le denomina portadora. Puede ser enviada a la Tierra tal cual o modulada con los datos de la subportadora en el transmisor. La señal generada pasa por un amplificador de potencia que la eleva a rangos de decenas de vatios. Este amplificador de potencia de microondas suele ser un ampl. de estado sólido (SSA) o un tubo de onda progresiva (TWTA). La salida es conducida a través de guiaondas fijas y programables hacia la antena elegida: HGA, MGA o LGA.
   
• Los receptores son dispositivos electrónicos sensibles a una amplia gama de frecuencias, generalmente unos cuantos KHz. alrededor de la frecuencia prediseñada para la misión. Una vez detectado el uplink, el PLL del receptor seguirá cualquier cambio en frecuencia dentro de su ancho de banda, pudiéndola proporcionar al transmisor como referencia para formar el downlink coherente. Una vez detectada, capturada y bajada en frecuencia, es desvinculada de la subportadora de comandos y datos, para lo cual pasa a través del circuito detector de comandos (CDU). Esta unidad convierte los saltos de fase analógicos de la modulación en el uplink en un flujo binario de "1" y "0".
   
• Frecuentemente transmisores y receptores se combinan en un único dispositivo electrónico denominado traspondedor.

Volver a la descripción de la sonda.

Volver a la página principal.