science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Twee Voyagers leerden ons luisteren naar de ruimte

Om te 'praten' met het verre ruimtevaartuig Voyager, NASA moest een sprong voorwaarts maken in de communicatietechnologie in de ruimte. Op de afbeelding hierboven, een 64 meter brede antenneschotel in Goldstone, Calif. wordt uitgebreid tot 70 meter. Krediet:NASA/JPL-Caltech

Toen NASA's tweeling Voyager-ruimtevaartuig ons begrip van het zonnestelsel veranderde, ze zorgden ook voor een sprong in de communicatie van ruimtevaartuigen.

De impact van de missie is nog steeds zichtbaar in de Mojave-woestijn in Californië. Daar, bij NASA's Goldstone Deep Space Communications Complex, de bogen van antenneschotels gluren uit over steile heuveltoppen. Goldstone was de eerste plaats waar de twee Voyagers het landschap begonnen te veranderen. Hoe verder ze reisden, hoe groter deze schotels moesten zijn, zodat ze radiogolven konden verzenden en ontvangen die nodig waren om de sondes te volgen en ermee te communiceren.

Vanaf de jaren 70, bouwploegen bouwden nieuwe gerechten en breidden oude uit. Deze schotels torenen nu uit boven de woestijn:de grootste heeft een diameter van 70 meter, een echte kolos. Zijn kleinere broers en zussen hebben een diameter van 34 meter, langer dan twee schoolbussen op hun breedste punten. De gerechten moesten groeien van hun oorspronkelijke 210 voet (64 meter) en 85 voet (26 meter), respectievelijk.

De uitgebreide schaalgroottes werden gespiegeld op NASA's andere Deep Space Network (DSN) -sites, gevestigd in Madrid, Spanje, en Canberra, Australië. De DSN wordt beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, onder leiding van het Space Communication and Navigation (SCaN)-programma van het bureau.

De Voyager-missie heeft deze evolutie gestimuleerd. Vandaag, de Voyagers zijn meer dan 10 miljard mijl van de aarde verwijderd, en Voyager 1 is voorbij de heliosfeer gegaan - de bel die de zon bevat, de planeten en de zonnewind. De enorme afstanden tussen de sondes en de aarde hebben grotere en betere "oren" nodig om hun steeds zwakkere signalen te horen.

"In zekere zin Voyager en de DSN zijn samen opgegroeid, " zei Suzanne Dodd van JPL, directeur van het Interplanetary Network Directorate en Voyager's projectmanager sinds 2010. "De missie was een proeftuin voor nieuwe technologie, zowel in de diepe ruimte als op aarde."

De DSN werd formeel opgericht in 1963, met hardware en personeel dat voldeed aan de vroege behoeften van NASA. De Apollo-missies; de verkenning van Mars in het Viking-programma; de Pioneer- en Mariner-sondes:deze waren allemaal afhankelijk van de radioantennes van de DSN.

Maar tegen het einde van de jaren zeventig het netwerk onderging een aantal snelle veranderingen. Naast het uitbreiden van de schaalgroottes, NASA was ook bezig met het verkennen van het concept van het rangschikken van antennes, zei Marie Massey, zaakvoerder van Goldstone. Door meerdere antennes op het Voyager-ruimtevaartuig te richten, operators kunnen hun signaal versterken, waardoor ze de kracht van één gigantische antenne hebben.

"De DSN bewees het concept, " zei Massey, die in 1978 begon te werken als een Goldstone-stationoperator.

Er werden ook arrays uitgevoerd op de andere locaties van de DSN in Madrid en Canberra. Er zouden verschillende antennes nodig zijn op elk van de locaties van de DSN om de beelden van de Voyager 2 van Uranus in 1986 te verzamelen - en de eerste array te creëren voor een planetaire ontmoeting in diepe ruimtecommunicatie.

Drie jaar later, Voyager 2 kwam Neptunus tegen, waarvoor meer veranderingen nodig waren. Het signaal was zo zwak dat de arrays die in 1986 werden gebruikt niet voldoende waren. NASA voltooide de uitbreidingen van de 230-voet schotels van de DSN net voor de flyby, het toevoegen van een extra signaalversterking.

Het bureau had ook wat hulp van niet-DSN-antennes. Het National Radio Astronomy Observatory bood zijn Very Large Antenna aan in New Mexico; Ook het Australische Parkes Observatory en het Japanse Usuda Deep Space Center leenden hun oren naar de wetenschap van Voyager.

"Vandaag, ruimteagentschappen lenen routinematig antennes om elkaar te helpen, iets dat begon met Voyager, " zei Leslie Deutsch van JPL, adjunct-directeur van het directoraat Interplanetair Netwerk. Deutsch hielp bij het onderzoeken hoe de eerste arrays van NASA konden worden uitgevoerd en hoe de niet-DSN-antennes in dat werk konden worden opgenomen.

Arrays die deze enorme antennes gebruiken, zijn nog steeds van vitaal belang voor de verre signalen van de Voyager-missie. De zender op elk van de Voyagers is net sterk genoeg om een ​​gewone koelkastlamp van stroom te voorzien. Tegen de tijd dat die signalen de aarde bereiken, ze zijn een tiende van een miljardste-biljoenste van een watt.

Er waren andere wijzigingen in de DSN, te. Een door JPL ontworpen telemetriesysteem zou de manier waarop gegevens werden verzonden veranderen. De Voyagers waren het eerste ruimtevaartuig dat de Reed-Solomon-foutcorrigerende code gebruikte, die hun datasnelheid verhoogden.

Dit alles maakte het voor de Voyagers gemakkelijker om nieuwe ontdekkingen te doen en iconische afbeeldingen zoals 'het familieportret' terug te sturen. Maar ze betekenden ook dat de DSN zelf aan het veranderen was:het evolueerde naar een nieuw ruimtetijdperk, een waarin exploratie rijk en frequent was.

"We zijn van één primaire planetaire missie gegaan naar het onderzoeken van veel locaties in ons zonnestelsel tegelijkertijd, ' zei Dodd.