deep space networkHace aproximadamente un año se celebraba el 50 aniversario de la llegada del hombre a la Luna. Pero la aventura espacial no se reduce solo a la capacidad de llevar a un ser humano al espacio exterior. La conquista del espacio ha llevado al ser humano a idear artículos que van más allá de los confines de nuestro sistema solar. Para que resultasen exitosos, todos ellos han aunado el trabajo y el talento de ingenieros de diversas ramas.


Un aspecto esencial en todas estas misiones es la posibilidad de comunicarse con la Tierra para transmitir cualquier descubrimiento, independientemente de la distancia. Este sistema de comunicación se conoce como Deep Space Network (DSN ).

¿Qué es la DSN?

La DSN tiene como misión dar apoyo a las naves y misiones de la NASA y otras agencias espaciales. La red DSN es un elemento básico de las misiones basado en un sistema de telecomunicaciones robusto y fiable, capaz de comunicarse con la Tierra mediante sondas espaciales a muy larga distancia. Se presenta como el sistema de comunicaciones de mayor sensibilidad y radio del mundo, con una versatilidad excepcional y capacidad para comunicarse, por ejemplo, con el pequeño robot Curiosity (a más de 58 millones de kilómetros de la Tierra) o con la Voyager 1, fuera ya de nuestro sistema solar.

La DSN se apoya en tres puntos de observación que se encuentran en tres lugares diferentes del planeta:
California (EE. UU.).
• Camberra (Australia).
• Madrid (España).

Esto proporciona cobertura automática para las telecomunicaciones de todas las misiones espaciales. Cada punto de observación está a una distancia aproximada equivalente a 1/3 de la longitud de la Tierra con respecto a los otros dos. El objetivo es garantizar que cualquier misión, sonda o aparato espacial permanezca siempre visible para uno de los tres centros, cuyas antenas están separadas por unos 120 grados.

deep space network                                                                                 Deep Space Network

Todas las antenas utilizadas en la DSN son reflectores cuasi-parabólicos. Con ello se consigue una gran directividad y ganancia con ondas electromagnéticas del rango de microondas, de frecuencia superior a 1 GHz.

Las antenas parabólicas son capaces de concentrar en un solo punto, llamado foco, todos los rayos incidentes que llegan paralelos entre ellos. La forma de la parábola tiene, además, la ventaja de obligar a todo el frente de ondas incidente que rebota en los distintos puntos, a recorrer la misma distancia hasta llegar a este foco, permitiendo así mantener la “fase” de todas ellas.

Además, algunas de las parábolas de los tres centros son del tipo cassegrain. Al contar con dos reflectores (el primario y el secundario), la configuración cassegrain permite evitar la localización del transmisor/receptor en el punto focal. Asimismo, facilita el acceso a los equipos electrónicos situados en el reflector secundario para un fácil mantenimiento.

Otra ventaja frente a las parábolas de un solo reflector es la gran reducción del tamaño del disco principal, lo que significa menor volumen, peso y esfuerzo para su movimiento.

La señal de emisión y recepción es similar a un radioenlace común de microondas. Las señales de microondas se transmiten por el espacio, por un medio no guiado. Las ondas en el vacío se propagan en línea recta a la velocidad de la luz (es decir, a 300.000 km/s, aunque esta velocidad no es constante).

deep space network                                                                 Antena de transmisión de señal.

Aunque se tiene una percepción de velocidad de propagación constate durante el viaje de las ondas electromagnéticas en el espacio, la realidad es otra. La velocidad variará cuando las ondas atraviesen medios más densos, como pueden ser atmósferas planetarias, conglomerados de gas o polvo cósmico. Por este motivo, dada la gran distancia entre el emisor y el receptor, y los diferentes medios que cruzan las ondas electromagnéticas, las sondas lejanas se verán más afectadas.
Para poder interpretar correctamente las débiles ondas electromagnéticas que llegan desde las sondas espaciales, el ingenio de las citadas antenas parabólicas se combina con un sistema de amplificación de microondas basado en un máser (Mircoware Amplification by Stimuled Emission of Radiation). Este amplificador se centra en las microondas, y su funcionamiento se basa en el fenómeno de emisión estimulada enunciado por Albert Einstein.

Tipos de datos que se manejan en la Deep Space Network

• Seguimiento de misiones: las sesiones de comunicación comienzan con un intercambio de ondas portadoras entre la antena en la Tierra y en la nave espacial. Los tonos puros se utilizan para rastrear la posición, un factor clave para los ingenieros que se encargan de la navegación. Los datos de rango ayudan a determinar (con un margen de error de 1 metro) la distancia a la nave espacial. El desplazamiento Doppler, medido en la onda portadora del enlace descendente, determina la velocidad (en fracciones de un milímetro por segundo).
• Telemetría: es la información de ingeniería digital recopilada. Incluye temperatura de las piezas clave de la nave espacial, datos científicos e imágenes imponentes de lugares como Saturno y Titán, captadas por la misión Cassini, o de la superficie de Marte, enviadas por el rover Curiosity.
• Comando: órdenes enviadas a naves espaciales. Instrucciones para nuevos experimentos o correcciones de curso para naves espaciales en ruta.
• Recepción de radio: las señales cambian ligeramente a medida que pasan a través de la atmósfera de un planeta, de lunas o del Sol, o a través de anillos planetarios o campos gravitatorios. Los receptores de radio registran estos cambios para su estudio.

La red Deep Space Network ha permitido a miles de científicos desarrollar sus investigaciones espaciales durante más de medio siglo, lo que sin duda es una credencial que demuestra la fiabilidad y calidad de la red.

No obstante, la continua evolución social obliga a las comunidades científicas a desarrollar nuevos sistemas de comunicación que permitan una tasa de transmisión de datos mucho más elevada y rápida.
Del mismo modo, en el grupo Teldat, evolucionamos constantemente para adaptar las nuevas tecnologías al mundo de la comunicación.


Fuente: https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/outreach/


Sobre el autor

Fernando Hernández
Fernando Hernández
Fernando Hernández Sánchez es Ingeniero Informático (Universidad Politécnica de Madrid) y trabaja en el departamento de I+D. Dentro de dicho departamento trabaja en el grupo de Cloud Appliances como Ingeniero de Software.

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