Redes de estaciones de la NASA


 Diseño y operación de la red de estaciones terrestres globales existente de la NASA, con cierta referencia en el desarrollo de la industria aeroespacial nacional Chino.

La red de rastreo terrestre de la NASA se puede dividir en tres redes principales según su propósito, a saber, red cercana a la Tierra, red de espacio profundo y red basada en el espacio. Entre ellos, la red cercana a la Tierra proporciona principalmente soporte para naves espaciales de investigación en las ciencias de la Tierra desde las órbitas bajas terrestre, la red del espacio profundo se utiliza principalmente para misiones de exploración en el espacio profundo y la red espacial sirve principalmente para el suministro de carga de la estación espacial internacional y misiones espaciales tripuladas. De 2016 a 2020, el presupuesto operativo de las tres redes principales de la NASA asciende a 350 millones de dólares estadounidenses, de los cuales las operaciones de redes de espacio profundo representan la mayor proporción, más del 50%, las redes espaciales representan aproximadamente el 35%, y las redes cercanas a la Tierra representan alrededor del 13%.

PARTE 1

Red cercana a la Tierra

La red cercana a la Tierra de la NASA proporciona principalmente servicios de telemetría, control remoto (telecontrol), seguimiento y transmición de datos, y es compatible con las primeras etapas del lanzamiento de satélites en órbita terrestre baja (LEO), órbita geosincrónica (GEO), órbita elíptica alta (HEO) y órbita lunar. 

Las misiones apoyadas por la red cercana a la Tierra incluyen tanto las propias misiones de la NASA como la provisión de servicios terrestres para agencias gubernamentales y empresas comerciales en los Estados Unidos y otros países. Según la cotización anunciada en 2015, el precio del servicio de la propia estación terrestre de la NASA es de 490 dólares estadounidenses por círculo, y el costo de preparación de cada misión se calcula por separado. La red cercana a la Tierra es operada por el Instituto Goddard de Investigación Espacial de la NASA.

El origen de la red cercana a la Tierra se remonta a la década de 1960. Para satisfacer las necesidades de las misiones espaciales como la exploración de Mercurio y el programa de exploración lunar Apolo, la NASA estableció la red terrestre inicial; en la década de 1990, con el aumento en el número de satélites de experimentos científicos en órbita , la NASA ha ampliado aún más la cobertura de la red terrestre y la ha convertido en la red cercana a la Tierra actual.

La distribución específica de la red cercana a la Tierra se muestra en la Figura 1. La red está compuesta principalmente por las propias estaciones terrestres de la NASA y las estaciones terrestres que operan en cooperación (cooperativas). Las principales estaciones terrestres cooperativas incluyen las estaciones terrestres de la empresa SSC de Suecia y la empresa KSAT de Noruega. En color azul en la figura se muestra las propias estaciones terrestres de la NASA. Hay 6 emplazamientos en total distribuidos en los Estados Unidos continentales y la Antártida, el color  verde representa  la estación terrestre cooperativa, con un total de 12 estaciones ubicadas en todos los continentes.

Figura 1. Red de estaciones terrestres cercanas a la Tierra

Tabla 1. Descripción general de las estaciones terrestres en una red cercana a la Tierra

   Numeración

       posición

       propiedad

   Frecuencia y apertura de la antena

1

Fairbank, Alaska, Estados Unidos

NASA

Banda de frecuencia S / X; 11,3 m / 11 m / 9,1 m de diámetro

2

Kennedy Space Center, Florida, Estados Unidos

NASA

Banda S; apertura de 6,1 m

3

McMurdo, Antártida

NASA

Banda de frecuencia S / X; 10 m de diámetro

4

Florida, Estados Unidos
Ponce de Leon

NASA

Banda S; apertura de 6,1 m

5

Wallops, Virginia, Estados Unidos

NASA

    VHF, banda de frecuencia S / X; 11 m / 5 m de diámetro

6

White Sands, Nuevo México, EE. UU.

NASA

     VHF, banda S / Ka; 18,3 m de diámetro

7

Hartebeesthoek, Sudáfrica

Organizado por la Agencia Espacial Sudafricana SANSA

       Banda de frecuencia S / X; 12 m / 10 m de diámetro

8

Kiruna, Suecia

SSC

Banda de frecuencia S / X; 13 m / 13 m de diámetro

9

Santiago de chile

SSC

Banda S; 9/12/13 m de diámetro

10

Estación del Polo Norte de Alaska

SSC

Banda de frecuencia S / X; 5 m / 7,3 m / 11 m / 13 m de diámetro

11

Dongara, Australia

SSC

Banda de frecuencia S / X; apertura de 13 m

12

Estación de South Hawaii

SSC

Banda de frecuencia S / X; 13 m / 13 m de diámetro

13

Singapur

KSAT

Banda de frecuencia S / X; apertura de 9.1 m

14

Svalbard, Noruega

KSAT

Banda de frecuencia S / X; 11,3 m / 11,3 m / 13 m de diámetro

15

Trol antártico

KSAT

Banda de frecuencia S / X; apertura de 7.3 m / 7.3 m

16

Weilhem, Alemania

Estación cooperativa DRL de la Agencia Espacial Alemana

Las misiones apoyadas por esta red cercana a la Tierra incluyen la misión SMAP de la NASA (lanzada en 2015 para observar la cantidad de agua en la superficie del suelo de la tierra), el proyecto Aura (lanzado en 2004 para medir el ozono atmosférico, aerosoles y gases clave),  misión Aqua ( lanzado en 2002, principalmente para observar la información del ciclo del agua de la Tierra ) y más de 40 satélites en órbita terrestre baja en servicios de órbita, y la fase de lanzamiento de satélites en el marco del Proyecto del Servicio Nacional de Datos e Información Meteorológica Meteorológica Ambiental del Proyecto Nacional Oceánico y Atmosférico Administración de Estados Unidos y apoyo de emergencia.

Según las estadísticas oficiales, la red cercana a la Tierra operó 47.000 vueltas en 2014 y 59.000 vueltas en 2015. En 2015, la red cercana a la Tierra dio un promedio de 150 vueltas por día, de las cuales las estaciones terrestres de SSC y KSAT representaron el 30% del total de vueltas. En 2020, la tasa de utilización de estaciones terrestres comerciales y estaciones terrestres universitarias representará el 67% del total de las tareas de seguimiento y comunicación de la red de órbita baja. La NASA planea aumentar aún más la tasa de utilización de las estaciones terrestres comerciales y universitarias.

PARTE 2

Red de espacio profundo

El predecesor de la Red de Espacio Profundo se remonta a 1958. El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) firmó un contrato con el Ejército de los EE.UU. para desplegar estaciones de seguimiento de radio portátiles en Nigeria, Singapur y California a fin de proporcionar soporte de telemetría para el primer satélite de EE.UU., el Explorer 1 .
El 3 de diciembre de 1958, el Laboratorio de Propulsión a Chorro fue transferido del Ejército de los Estados Unidos a la NASA y fue responsable del diseño y ejecución de programas de exploración lunar y planetaria utilizando naves espaciales robóticas.
Poco después, la NASA aclaró el concepto de la red de espacio profundo como una instalación de comunicaciones administrada y operada por separado que puede respaldar todas las misiones del espacio profundo, rompiendo el modelo de operación original de tener una red de comunicación dedicada para cada proyecto. La Red de espacio profundo todavía está en funcionamiento por el Jet Propulsion Laboratory.
La Red de Espacio Profundo (DSN)apoya principalmente misiones de exploración del espacio profundo, incluidas las propias misiones de la NASA y las misiones de otras agencias espaciales nacionales como la Agencia de Investigación y Desarrollo Aeroespacial de Japón (JAXA) y la Agencia Espacial Europea (ESA) . La red de espacio profundo está compuesta por tres estaciones terrestres de complejos de antenas, cada uno se ubica aproximadamente a un tercio de la longitud de la Tierra respecto a las otras dos. Los complejos son los siguientes:

♦ Camberra, [Canberra,  Australia.]35°24′05″S 148°58′54″E Canberra Deep Space Communication Complex (CDSCC) situado a 40 kilómetros al sudoeste de Camberra, capital de Australia. En este complejo hay 5 antenas, 4 de ellas activas: Una de 26 metros de diámetro (retirada), tres de 34 metros de diámetro y una de 70 metros de diámetro. Adicional se cuenta un radiotelecopio de 64m.
DSS 33 de 11m [transferida] Antena de Az/Elev  desmantelada para su uso en DSN en 2002, se trasladó a Noruega en 2009 para su uso en investigaciones atmosféricas.
DSS 34 , de 34m (1997-) BWG, utiliza un sistema de espejos de radiofrecuencia para colocar el hardware de recepción y transmisión bajo tierra en lugar de encima del plato.
DSS 35  de 34m (2015.3-) BWG Operativo a finales de 2014 e inaugurado oficialmente en marzo de 2015.
DSS 36  de 34m (2016.11.3-) BWG En  2015.8. inst del disco. Operativo a fines de 2016 e inaugurado oficialmente el 3 de noviembre de 2016.
DSS 42 de 34m (-2000) [retirada-desmantelada] Desarmado en 2000 y desmantelado poco después. Esta era una antena de «declinación de ángulo horario» y fue la antena original construida en el complejo.
DSS 43 de 70m (1987-) Originalmente construida como un plato de 64 m en 1973 y ampliada en 1987. Es la antena parabólica del hemisferio sur . Es utilizado por la NASA para comunicarse con la Voyager 2 ; la única antena que queda en la Tierra capaz de hacerlo. La antena pesa más de 3000 toneladas y gira sobre una película de aceite de aproximadamente 0,17 mm de espesor. La superficie reflectora está formada por 1.272 paneles de aluminio con una superficie total de 4.180 metros cuadrados.
DSS 45  de 34m (1986-2016) [retirada-desmantelada] Desarmado en noviembre de 2016 poco después de que DSS-36 estuviera en pleno funcionamiento.
DSS 46, (DSS 44) 26m (1967-2010) [retirada]Originalmente se construyó en 1967 para la Red de vuelos espaciales tripulados (MSFN) en Honeysuckle Creek, cerca de Canberra. Fue una de las tres principales estaciones terrestres del programa Apolo. Mientras que en MSFN, la estación y su plato de 26 m tenían la designación HSK. En 1974, después de que el programa Apolo terminó, la estación fue transferida a la Red de Espacio Profundo (DSN) del JPL y recibió la designación DSS-44. En 1984 se liquidó el complejo Honeysuckle, la antena se desmanteló y se volvió a montar como DSS-46 en el complejo CDSCC (Tidbinbilla) a unos 20 km de distancia. La DSS 46 fue dado de baja a fines de 2009. En mayo de 2010, el Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica declaró la antena «Sitio Aeroespacial Histórico» y la antena permanece en su lugar.
DSS 49 de 64m Radiotelescopio en el Observatorio Parkes  , capaz de conectarse para brindar apoyo, aunque es solo un receptor  (Rx) y no puede transmitir.

♦ Madrid,[Robledo de Chavela (Madrid), España],40°25′45″N 4°14′57″W  MDSCC «Complejo de Comunicaciones de Espacio Profundo de Madrid» es operado por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial ( INTA ), esta situado en Robledo de Chavela, a 60 kilómetros al oeste de Madrid, capital de España. Este complejo cuenta con 5 antenas operativas en la red: 1 de 70 metros de diámetro y HEF , 4 de 34 m. de diámetro y de Haz de Onda Guiado (BWG), en total han sido 8 :
DSS 53: (2022.3.16-)34m BWG, Tx: banda X  (7 GHz), Rx:banda X (8Ghz) y banda Ka (32 GHz)-25.2.2022- , 400 toneladas y su disco está formado por un mosaico de 348 paneles; de 20W de Tx, rotación de 0.4°/segundo;
DSS 54: BWG(2000-)34m
DSS 55: BWG(2000-)34m
DSS 56: BWG (2021.1.-) 34m, banda S y banda Ka.
DSS 65: HEF  (1987-)de 70 metros de diámetro. Tx en X a 20kW, Rx en S y X . de 400Ton.
DSS 61:  (-1999):[transferida] en febrero de 2001 la NASA transfirió la antena para crear el Proyecto PARTNeR.
DSS 63: HEF  de 70 m [retirada]. (1974-finales de 1980’s) 64m, Luego mejorada a 70m. Tx en S y X con 400kW,  Rx en L,S,X. Peso de 3500 Ton y plato de 4180m^2
DSS 66:HEF  (1983-2009), [retirada], anteriormente asentada en la localidad madrileña de Fresnedillas de la Oliva (cerrada en 1985). Usada antes en misiones de la  NSN y en LEOP de las misiones de la DSN.

♦ Goldstone
[desierto de Mojave (California), EE. UU.] 35°25′36″N 116°53′24″OGoldstone Deep Space Communications Complex (GDSCC), situado a 72 kilómetros al noreste de Barstow, en el oeste de Estados Unidos. Este complejo cuenta con 5 antenas: Una de 26 metros de diámetro[retirada en 1991], 4 de 34 metros de diámetro y una con 70 metros de diámetro.[(S, K y Ka)]
DSS 12 de 34m[retirada ](1958 -2012) -«Echo»  montaje Polar para bandas S y X
DSS 13 – 34m [1991]»Venus» del tipo «Antena de Haz de Onda Guiado» (BWG) en el soporte de Altitud/Azimuth, ubicado en Venus, California. Apertura de ~ 910 m². Se usa como centro de I+D. La antena de 26m Alt/Az inaugurada en 1962 fue retirada en 1991.
DSS 14 -de  70m «Mars» HEF Reflector de Cassegrain en montaje Alt / Az. con apertura de ~ 3850 m². La antena de 64m de 1966 fue reemplazada en 1988 para soportar el programa Voyager.
DSS 15, de 34m[retirada] (-2018)- «Uranus»  HEF , Antena de  Reflector de «alta eficiencia», en montaje Alt / Az
[DSS 23   la 4ta antena de 34m BWG, en construcción desde primavera de 2021]
DSS 24, 25, 26 – «Apollo» 34 m  reflector BWG con montaje  Alt / Az. En conjunto de tres de 34m pueden trabajar en arreglo como una antena de 70m.
DSS 27, de 28m [retirada] – «Gemini» 34 m Reflector BWG en montaje Alt / Az de «Alta velocidad» .
* Las antenas HEF, el reflector es parabólico, requieren un difícil mantenimiento y modo de operación: la entena esta situada en la cercanía del foco delantero con el segundo reflector que esta suspendido, y en algunos casos por ejemplo el pre amplificador  debe ser enfriado con helio para reducir el ruido  en las senales. Si hay algún problema los operarios deben escalar a la parte superior.
*En las antenas tipo BWG , el reflector es Cassegrain,  con un reflector parabolico principal que refleja al reflector secundario hiperboloico suspendido en el foco. La antena en si esta situada en el punto focal del hiperbolode , localizado en el sótano de la base de la antena.
Cada estación terrestre está equipada con cuatro conjuntos de antenas, un conjunto de antenas de 70 metros y tres conjuntos de 34 metros de antena. La frecuencia de funcionamiento principal es la banda S, X. Con el fin de garantizar que la nave espacial se mantenga siempre en comunicación con una de las estaciones terrestres, las posiciones de longitud de las tres estaciones terrestres están distribuidas uniformemente. Las estaciones de espacio profundo en España y Australia son operadas por la Agencia Espacial Española (INTA) y la  Australiana Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO), soportados por apoyo técnico local. Además de apoyar las misiones de exploración del espacio profundo, las redes del espacio profundo también pueden proporcionar respaldos de seguridad para las redes cercanas a la Tierra y las redes espaciales.
mapa del Complejo Goldstone creditos: https://www.gdscc.nasa.gov/
,MDSCC «Complejo de Comunicaciones de Espacio Profundo de Madrid, Robledo de Chavela (Madrid), España
Canberra Deep Space Communication Complex (CDSCC), Tidbinbilla,-Canberra
-Artemis
Además, la NASA construirá una red de antenas compuesta por antenas de 18 metros para el programa de exploración lunar Artemis a fin de satisfacer las necesidades de servicios de comunicación y seguimiento de la futura exploración lunar.
-La estación terrestre en el Centro Espacial Kennedy en Florida,
-la estación Ponce de León en Florida y
-la estación de rastreo en Bermuda en la red cercana a la Tierra
Proporcionarán soporte de control y medición de lanzamiento temprano (LEOP) para el programa de exploración lunar Artemis; en cuanto a la red de espacio profundo, la antena mejorada de 34 metros del sistema Artemis proporcionará servicios continuos de telemetría y comando de alta velocidad para el sistema Artemis.

Cuadro 2. Principales tareas actuales de la Deep Space Network (2020)
Número de serie Nombre de la nave espacial Participantes principales Año de lanzamiento Propósito \ Tarea
1

Orbitador de marte «odisea»

Mars Odyssey

NASA

2001

Detecta principalmente elementos químicos y minerales en la superficie de Marte; también actúa como un retransmisor de comunicación para otros módulos de exploración de Marte.

2
Orbitador de reconocimiento de Marte
MRO

NASA

2005

Buscando evidencia de la existencia a largo plazo de agua en la superficie de Marte; prueba de retransmisión de comunicación de banda Ka

3
Mars Express

ESA

Año 2003

Estudiar la atmósfera y el clima de Marte, la estructura planetaria, la mineralogía y la geología, y buscar rastros de agua.

4

Sondas: Voyager 1 y Voyager 2

NASA

1977

La misión original era explorar Júpiter y Saturno; después de completar la misión, la Voyager 2 continúa explorando Urano y Neptuno, y actualmente está realizando una misión de exploración interestelar para estudiar la influencia del sol.

5
Cola magnética
«Geotail»

Proyecto de cooperación entre JAXA y NASA en Japón

1992

Investigación sobre la estructura y dinámica de la cola magnética de la Tierra, la principal fuente de auroras y cinturón de radiación

6
ACE -Advanced Composition Explorer.

NASA/JAXA Proyecto de cooperación Japón JAXA y NASA

1997-ago-25

Mide la corona solar, el viento solar y otros grupos de partículas interplanetarias.

7

Viento: «Wind»

NASA

año 1994

La órbita del halo alrededor del punto lagrangiano L1 para estudiar el viento solar cercano a la Tierra, las partículas de alta energía y el campo magnético

8
Sonda solar
SOHO

Proyecto de cooperación entre la ESA y la NASA

el año 1995

Estudie la atmósfera solar, la corona y el viento solar, etc.

9

Mars Atmosphere and Volatile Evolution-Maven

NASA

Noviembre de 2013

Explore la atmósfera superior, la ionosfera y las interacciones con el sol y el viento solar en Marte

10

Perseverancia -Perseverance Mars Rover

NASA

Julio de 2020

Aterrizará en Marte el 18 de febrero de 2021, principalmente para estudiar la geología marciana.

11

Emiratos Árabes Unidos -Hope Mars Rover

Centro espacial Mohamed Bin Rashid (MBRSC)

Julio de 2020

Llegará a Marte en febrero de 2021 y estudiará la atmósfera y el clima de Marte

12

Magnetospheric Multiscale (MMS)

NASA

Marzo de 2015

Estudia el campo magnético de la tierra

13

Hayabusa 2

JAXA

Diciembre de 2014

Regresó a la Tierra el 6 de diciembre de 2020 con muestras recolectadas del asteroide Ronggong

14

Sonda solar Parker

NASA

2018

Detecta y observa la corona exterior del sol, que será la más cercana al sol en 2025

15

Satélite de misión Mars Trace Gas (TraceGas Orbiter)

Proyecto de cooperación de la ESA y la Agencia Espacial Federal Rusa Roscosmos

2016

Comprender el metano (CH4) y otros gases; proporcionar soporte de retransmisión de comunicación para otras sondas de Marte

PARTE 3

Red basada en el espacio

La red espacial incluye principalmente un sistema de seguimiento y retransmisión de datos por satélite (TDRS)y un sistema de terminal terrestre. El objetivo principal de la red espacial es aumentar el tiempo de comunicación con la nave espacial y la cantidad de datos transmitidos a la Tierra a través del sistema de satélite de retransmisión basado en el espacio, ubicado en la órbita geosincrónica, principalmente para el suministro de carga de la Estación Espacial Internacional. Las misiones espaciales tripuladas y las misiones del telescopio espacial Hubble brindan soporte de comunicación. La red espacial es operada por el Instituto Goddard de Investigación Espacial de la NASA. El precio del servicio de la red espacial en el año fiscal 2021 es de US $ 94 por minuto para un acceso único, US $ 9 por minuto para acceso múltiple y 15 para acceso múltiple. USD / minuto, para las empresas aeroespaciales comerciales incluidas en la lista de la «Ley de lanzamiento de espacios comerciales» para proporcionar precios de servicio de descuento del 3 al 4%.
El Data Relay Satellite System (TDRS) consta actualmente de 10 satélites en órbita. El primer satélite se puso en órbita en 1988 y el último en 2017. Los satélites No. 3, No. 5, No. 6 y No. 7 son la primera generación, No. 8-10 son la segunda generación y No. 11-13 son la tercera generación. La principal diferencia entre los satélites de tercera generación y los de segunda generación es la formación de haz. Los satélites de segunda generación tienen formación de haz múltiple en el satélite, mientras que los satélites de tercera generación transfieren esta función a tierra, lo que hace posible que con la banda S no planificada se conecte directamente el almacenamiento (DAS).
Se espera que el sistema de satélites opere hasta alrededor de 2030. La NASA planea entregar la actualización y operación del sistema de satélites de retransmisión a empresas comerciales para obtener servicios de retransmisión de satélites comerciales. En 2019, la NASA firmó contratos de investigación de tecnología de redes de retransmisiones comerciales con 8 empresas comerciales, con un valor de contrato total de 4 millones de dólares estadounidenses. Además, según un informe de Aerospace News del 5 de diciembre, la NASA planea construir una constelación de retransmisiones de comunicaciones comerciales compuesta por tres satélites en órbita ecuatorial para servir a futuras misiones de comunicaciones de exploración de Marte, incluida la misión «Mars Ice Mapper».
Figura 2 Sistema de satélite de seguimiento y retransmisión de datos (TDRS)
El sistema de terminales terrestres de la red espacial está ubicado en White Sands de Nuevo México en los Estados Unidos y Guam en el Pacífico Occidental. La estación terrestre de Baisha tiene 5 juegos de antenas de 19 metros; la estación terrestre de Guam está ubicada en la Terminal de la Zona de Computadoras y Telecomunicaciones de la Marina de los EE. UU. (NCTAMS) del Pacífico. Tiene un juego de antenas de 11 metros y un juego de antenas de 4,5 metros , que puede admitir banda S y banda Ku.
A fin de mejorar el rendimiento del equipo antiguo y cumplir con los requisitos de la tecnología de comunicaciones moderna, la NASA propuso el proyecto de mantenimiento de la parte terrestre (SGSS) de la red espacial. General Dynamics fue el contratista general para completar las instalaciones de software y hardware de la estación de tierra original Actualización y prueba. El proyecto ha durado muchos años y el presupuesto del proyecto se ha elevado varias veces. Según un informe de evaluación de la Oficina de Responsabilidad del Gobierno (GAO) en abril de 2020, el proyecto completó la revisión de prueba en la estación terrestre de Baisha en diciembre de 2019 y Enero de 2020, respectivamente., El comité de revisión dijo que el proyecto ha avanzado algo, pero aún existen ciertos riesgos. Hay algunas interferencias de radiofrecuencia en el sitio. La primera revisión operativa formal se llevará a cabo en junio de 2021.
En general, las tres redes centrales de la NASA desempeñan un papel indispensable y clave en el desarrollo de sus misiones espaciales. En tanto en la construcción, operación, mejora y transformación de estas redes de rastreo terrestre, las empresas aeroespaciales comerciales estadounidenses se han aprovechado al máximo. La ventaja de esto es que participan activamente en las misiones espaciales con grupos nacionales  y formar una relación de cooperación complementaria entre los departamentos nacionales y las empresas comerciales. Además, en el funcionamiento de la red mundial de estaciones terrestres, la NASA ha hecho pleno uso de una relación de cooperación con otras agencias espaciales nacionales en Europa, Japón, Rusia, Emiratos Árabes Unidos, Sudáfrica, etc., y ha llevado a cabo una completa y profunda cooperación, en el apoyo a la misión y custodia de equipos de las estaciones terrestres que trabajan en conjunto.  Aunque los entornos de China y Estados Unidos son diferentes, y el modelo de desarrollo de la NASA no es completamente reproducible en China, Estados Unidos, como pionero en el desarrollo aeroespacial mundial, tiene una rica experiencia e innovaciones únicas en la exploración de modelos, que pueden ayuda que para el desarrollo de la industria aeroespacial nacional China ofrece nuevas inspiraciones.

 

«Redes de estaciones de la NASA») Yu Xiaoxing Estrella de control aeroespacial 21/05/2020
«

美国国家航空航天局(NASA)地面跟踪网络简介. «http://www.satelliteherd.com/Home/news/news1/id/269.html    16/01/2022

artículo del «Informe aeroespacial comercial» escrito conjuntamente por la 12.ª Academia de Aeroespacial y SatelliteHerd (航天驭星 Aeroespacial Yuxing) .

Autor: Aeroespacial Yuxingchi Guohua, Yang Licheng. Título original: Introducción a la red de seguimiento terrestre de la NASA
Editor: Qiao Yumeng (qiaoyumeng@ 36kr.com), Shi Yaqiong (syq@ 36kr.com)

SatelliteHerd 航天驭星 Aeroespacial Yuxing:  https ://36kr.com/project/1679716295807752

recuperado de:

编者按:本文来自航天十二院和航天驭星联合撰写的《商业航天简报》,36氪经授权发布。

作者:航天驭星 池国花、杨立成。 原文题目:美国国家航空航天局(NASA)地面跟踪网络简介。编辑:乔雨萌(qiaoyumeng@ 36kr.com)、石亚琼 (syq@ 36kr.com)

2020年,美国国家航空航天局(NASA)共进行了8次航天发射活动,其中包括4次国际空间站货运、2次龙飞船载人航天发射、太阳轨道器(SolO)探测器和毅力号火星车的发射。NASA的2021年航天任务主要包括以下几个方面:

(1)詹姆斯·韦伯太空望远镜;

(2)毅力号火星车将实现火星着陆;

(3)国际空间站货运补给和载人航天活动将继续进行以保证国际空间站的正常运行;

(4)阿尔忒弥斯计划:发射地月空间自主定位系统技术运行与导航实验(CAPSTONE)立方体卫星,对月球近直线晕轨道(NRHO)进行早期验证。

NASA的这些航天任务均离不开地面跟踪网络的支持。分析NASA现有的全球地面站网络布局及运营情况,可以为国内航天的发展提供一定的参考和借鉴。

NASA的地面跟踪网络可根据用途分为三大网络,分别为近地网络、深空网络、天基网络。其中近地网络主要为近地轨道地球科学研究航天器提供支持,深空网络主要用于深空探测任务,天基网络主要服务于国际空间站货运补给和载人航天任务。2016年至2020年NASA三大网络的运营预算高达3.5亿美金,其中深空网络运营所占的比重最高,占到50%以上,天基网络约占35%,近地网络约占13%。

一、近地网络

NASA的近地网络主要提供遥测、遥控、跟踪和数据通信服务,为低地球轨道(LEO)、地球同步轨道(GEO)、高椭圆轨道(HEO)、月球轨道卫星发射早期阶段提供支持。近地网络既支持NASA自身的任务,也为美国和其他国家的政府机构和商业公司提供地面服务。根据2015年公布的报价,NASA自有地面站的服务价格为490美金/圈,每次任务的准备费用另外计算。该近地网络由NASA的戈达德空间研究所负责运营。

近地网络的初身可追溯到19世纪60年代,NASA为了满足水星探测、阿波罗探月计划等太空任务的需求,建立了最初的地面网络。19世纪90年代,随着低轨科学试验卫星数量的增加,NASA进一步扩大了地面网络的覆盖范围,发展为今天的近地网络。

近地网络的具体分布如图1所示。该网络主要由NASA的自有地面站和合作地面站组成,主要的合作地面站包括瑞典SSC公司和挪威KSAT公司的地面站,图中蓝色为自有地面站,共有6个站址,主要分布于美国本土和南极洲;绿色为合作地面站,共有12个站址,分布于各大洲。

 

图1 近地地面站网络

该近地网络支持的任务具体包括NASA的SMAP任务(发射于2015年,主要观测地球表层土壤中的水量)、Aura计划(发射于2004年,测量大气中臭氧,气溶胶和关键气体)、Aqua计划(发射于2002年,主要观测地球水循环信息)等40多个近地轨道卫星的在轨服务,以及美国国家海洋和大气管理局NOAA的国家环境气象卫星数据和信息服务项目下的卫星发射阶段和应急支持。

根据官方统计,2014年该近地网络共运行了47000圈次,2015年运行了59000圈次。2015年,该近地网络每天平均服务了150圈次,其中SSC公司和KSAT公司的地面站使用量占总圈次的30%。2020年,商业地面站和高校的地面站使用率占低轨网络通信和跟踪总任务量的67%,NASA计划进一步提高商业和高校地面站的使用率。

二、深空网络

深空网的前身可追溯到1958年,喷气推进实验室与美国陆军签订了合同,在尼日利亚、新加坡、美国加利福尼亚部署了便携式无线电跟踪站,为美国首颗卫星Explorer 1提供遥测支持。1958年12月3日,喷气推进实验室从美国陆军转移到NASA,负责使用机器人航天器设计并执行月球和行星探索计划。此后不久,NASA明确了深空网的概念,将其作为单独管理和运营的通信设施、可支持所有深空任务,打破了原有的每个项目拥有一个专用通信网络的运作模式,深空网络依然由喷气推进实验室负责运营。

深空网络(DSN)主要支持深空探测任务,包括NASA自身的任务和日本航天研究开发机构(JAXA)和欧空局(ESA)等其他国家航天局的任务。深空网络由三个地面站组成,分别位于美国加利福尼亚、西班牙马德里、澳大利亚堪培拉,每个地面站设有四套天线,分别是1套70米天线、3套34米天线,主要工作频率为S、X频段。为了确保航天器始终与其中一个地面站保持通信,三个地面站的经度位置均匀分布,位于西班牙和澳大利亚的深空站分别由西班牙航天局(INTA)和澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)提供本地技术支持。除了支持深空探测任务以外,深空网络还可以为近地网络和太空网络提供备份。

此外,NASA将为阿尔忒弥斯探月计划建设由18米口径天线组成的天线网络,以满足未来持续月球探测产生的通信和跟踪服务需求。近地网络中的美国弗罗里达州肯尼迪航天中心地面站、美国弗罗里达Ponce de Leon站及位于百慕大的跟踪站将为阿尔忒弥斯探月计划提供发射早期的测控支持;深空网络中的34米天线经过升级后将为阿尔忒弥斯系统提供持续的高速率指挥和遥测服务。

三、天基网络

天基网络主要包含跟踪与数据中继卫星系统(TDRS)和地面终端系统。天基网络的主要目的是通过位于地球同步轨道的天基中继卫星系统,增加与航天器通信的时间和传输到地球的数据量,主要为国际空间站货运补给、载人航天任务、哈勃空间望远镜任务提供通信支持。天基网络由NASA的戈达德空间研究所负责运营,2021财政年度天基网络的服务价格为单次接入94美金/分钟,多次接入接收9美金/分钟,多次接入转发15美金/分钟,对于列入“商业航天发射法”名单的商业航天公司提供3-4折优惠服务价格。

数据中继卫星系统(TDRS)目前由10颗在轨卫星组成,第一颗卫星于1988年发射入轨,最近一次发射于2017年。其中3号、5号、6号、7号卫星为第一代,8号至10号卫星为第二代,11号至13号卫星为第三代。第三代与第二代卫星的主要区别在于波束成型,第二代卫星的多路波束成型在星上完成,第三代卫星则将这一功能转移到了地面,使得规划外的S波段直连式存储(DAS)成为可能。

该卫星系统预计运行到2030年左右,NASA计划将中继卫星系统的更新换代和运营工作交付给商业公司,从而获得商业性的卫星中继服务。2019年,NASA与8个商业公司签署了商业中继网络技术研究合同,合同总额达到400万美金。此外,根据航天新闻12月5日报道,NASA计划建设由三颗赤道轨道卫星组成的商业通信中继星座,服务于未来包括“火星冰测绘者”任务在内的火星探测通信任务。

 

图2 跟踪与数据中继卫星系统(TDRS)

天基网络的地面终端系统位于美国新墨西哥白沙和西太平洋美属关岛。白沙地面站有5套19米口径天线;关岛地面站位于太平洋美海军计算机和电信区总站(NCTAMS),设有一套11米口径天线和一套4.5米天线,可支持S频段和Ku频段。为了升级老旧设备的性能,满足现代通信技术要求,NASA提出了天基网络地面部分维护项目(SGSS),由美国通用动力公司(General Dynamics)担任总承包,完成原有地面站软硬件设施的升级改造和测试。该项目历时多年,项目预算多次上调,根据政府问责局(GAO)2020年4月份的一项评估报告,该项目分别于2019年12月和2020年1月在白沙地面站完成了测试审查,审查委员会称该项目取得了一定进展,但仍然存在一定风险,站址存在一些射频干扰,正式的第一次运行审查将于2021年6月进行。

总的来说,NASA的3个核心网络对其航天任务的开展起到不可或缺的关键作用,在这些地面跟踪网络的建设、运营、升级和改造过程中美国的商业航天公司充分发挥了自身优势,积极参与国家队的航天任务,形成了国家部门与商业公司相辅相成的合作关系。此外,在全球地面站网络的运营方面,NASA充分利用与欧洲、日本、俄罗斯、阿联酋、南非等其他国家航天局之间的合作关系,在地面站共享、任务支持、设备托管等方面开展了全方位的深入合作。尽管中美两国所处的环境有所不同,NASA的发展模式在中国不完全具有可复制性,但美国作为世界航天发展的先驱,对于模式的探索有着丰富的经验和独特的创新,可以为国内航天的发展提供一些新的启发。

 

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: