После того, как сеть дальней космической связи НАСА едва не вышла из строя, она «хорошо заработала» на борту миссии «Артемида II».

«Некоторые миссии используют больше ресурсов, чем указано в их документах».

Фотография 70-метровой антенны в комплексе дальней космической связи Голдстоун НАСА в Калифорнии. Автор фото: NASA/JPL- Caltech.

Почти четыре года назад во время миссии «Артемида-1» НАСА вывело свою сеть дальней космической связи за пределы её возможностей. Глобальная сеть антенн дальней космической связи не справлялась с обычными задачами 40 роботизированных научных миссий и чрезвычайно высоким уровнем нагрузки, который требовался космическому кораблю «Орион» НАСА во время его полета вокруг Луны.

Опыт конца 2022 года привел к сокращению или задержке передачи данных с нескольких важных научных миссий, включая космический телескоп Джеймса Уэбба и марсоходы, поскольку приоритет в коммуникационной сети НАСА был отдан миссии Artemis I, требующей больших объемов данных. И это было еще до первой миссии Artemis с астронавтами на борту. Когда 1 апреля стартовала миссия Artemis II, НАСА снова обратилось к сети дальней космической связи (DSN) для соединения Центра управления полетами с капсулой Orion, которая находилась на расстоянии более четверти миллиона миль от Земли.

Благодаря экипажу из четырех человек, находившемуся внутри космического корабля, потребность агентства в данных с «Ориона» в рамках миссии «Артемида II» была даже выше, чем в рамках миссии «Артемида I». Но миссия «Артемида II», длившаяся чуть более девяти дней, была короче, чем 25 дней, проведенных в космосе миссией «Артемида I», что помогло снизить коммуникационную нагрузку. В рамках миссии «Артемида I» также были запущены 10 небольших кубсатов в дальний космос, многим из которых требовались услуги слежения и телекоммуникации от сети DSN. Миссия «Артемида II» вывела на орбиту меньше кубсатов.

«Мы многому научились во время миссии Artemis I, и в преддверии Artemis II мы внедрили ряд новых процессов, в основном касающихся координации и планирования всех миссий, а не только самого космического корабля Orion», — сказал Грег Хеклер, заместитель руководителя программы развития возможностей в программе космической связи и навигации НАСА. «Я думаю, это сработало хорошо».

Уроки, извлеченные из опыта

Хеклер заявил, что научное подразделение НАСА, ответственное за большинство миссий, использующих DSN, предоставило руководителям сети «положительные отзывы» после миссии Artemis II. Однако ограничения сети и высокая потребность продолжают «создавать определенные разногласия» между миссиями НАСА.

«Во время миссии Artemis I у нас была подсистема под названием Private Cloud Appliance (PCA). Эта подсистема вышла из строя во время Artemis I. Из-за этой поломки и высокой огласки мы получили дополнительные ресурсы от нашей программы «От Луны до Марса», и смогли установить, по сути, новую подсистему перед миссией Artemis II», — сказал Хеклер.

Спрос на сигналы только растёт. НАСА и его коммерческие и международные партнёры планируют запустить множество миссий на Луну в ближайшие несколько лет. НАСА сотрудничает с коммерческими поставщиками для создания наземных антенн для специализированной сети лунных миссий, называемой Lunar Exploration Ground Sites (LEGS), чтобы высвободить больше пропускной способности сети DSN для поддержки других космических аппаратов. Коммерческие компании также разрабатывают спутники-ретрансляторы данных для выведения на орбиту вокруг Луны, поддерживая будущие посадочные модули и строительство лунной базы. Высокоскоростная оптическая связь может стать ещё одним решением. НАСА успешно протестировало лазерный коммуникационный терминал на космическом корабле «Орион» в рамках миссии «Артемида II».

«Нам придётся работать сообща, чтобы справиться с возросшим уровнем напряженности во время самих миссий «Артемида», но мы делаем всё возможное, чтобы создать не-DSN или новую инфраструктуру, способную взять на себя эту нагрузку», — заявил Хеклер в среду на заседании Группы по оценке малых тел.

Прошу еще

В настоящее время нагрузка приходится примерно на 40 действующих миссий, которые полагаются на антенны сети DSN в Калифорнии, Испании и Австралии для поддержания связи с Землей. Большинство миссий НАСА превышают свой первоначальный расчетный срок службы, поэтому они создают дополнительную нагрузку на сеть по мере запуска агентством новых космических аппаратов.

По прогнозам, в течение следующих 10 лет сети DSN потребуется еще около 40 миссий, и многие из 40 миссий, которые в настоящее время используют сеть, вероятно, будут продолжать работу и в течение этого времени. Запуск одной из самых ресурсоемких миссий НАСА, космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман, запланирован на август. Он передаст через DSN больше данных, чем все предыдущие астрофизические миссии НАСА вместе взятые.

Десять кубсатов, запущенных в качестве дополнительных полезных нагрузок в рамках миссии Artemis I, создали непредвиденную нагрузку на сеть DSN. Некоторые из этих небольших спутников были потеряны вскоре после отделения от ракеты, и их операторы обратились к сети DSN с просьбой использовать свои гигантские антенны для поиска кубсатов, направлявшихся в дальний космос, что еще больше усугубило проблемы со связью, которые сеть уже испытывала с космическим кораблем Orion.

«Перед тем как принимать новые миссии в сеть DSN, мы теперь строго требуем проведения технико-экономического обоснования, чтобы определить, достаточно ли мощностей для выполнения таких обязательств», — сказал Хеклер. «Поэтому мы пытаемся с помощью данных и анализа сбалансировать новые потребности системы с теми устаревшими миссиями, которые мы должны поддерживать до тех пор, пока они не будут отправлены в путь по естественным причинам».

Менеджеры DSN также работают со старыми миссиями НАСА, некоторые из которых продолжают использовать сеть спустя десятилетия после запуска, чтобы понять, какой объем пропускной способности они будут использовать. По мере продления сроков выполнения этих старых миссий, некоторые из них не обновляли информацию о своих потребностях в сети. «Некоторые миссии используют больше ресурсов, чем указано в их документах», — сказал Хеклер.

«Как только это будет налажено, по мере того, как мы будем продвигаться вперед с новыми задачами, мы, я думаю, станем более целенаправленными и ориентированными на процессы, чтобы иметь возможность принимать решения о выполнении новых задач или нет», — сказал Хеклер.

Ключевая антенна отключена

Одно из ограничений сети DSN связано с прошлогодней аварией, в результате которой одна из трех 70-метровых (230-футовых) антенн сети вышла из строя на полигоне дальней космической связи Голдстоун недалеко от Барстоу, штат Калифорния. Эта антенна, наряду с аналогичными в Испании и Австралии, используется для связи с некоторыми из самых удаленных миссий НАСА.

В сентябре прошлого года 70-метровая антенна, отслеживавшая космический аппарат НАСА «Юнона» у Юпитера, «слишком сильно повернулась», повредив кабели и водопроводные трубы системы пожаротушения. По оценкам, основание антенны затопило 200 000 галлонов воды. Вода содержала гликоль, что, согласно отчету, составленному по итогам расследования аварии, делает ее опасной для окружающей среды. В результате затопления антенна стала непригодной для использования.

Следователи назвали несколько технических и технологических причин. После устранения неполадки в системе аварийного останова антенны, технические специалисты в Голдстоуне «обошли и проигнорировали несколько защитных механизмов, которые обычно предотвращали бы чрезмерное вращение», — говорится в отчете.

«В ходе расследования были выявлены неадекватная подготовка персонала, недостаточное количество письменных процедур, опора на незадокументированные действия и неявные знания, а также недостатки в логике управления антенной», — написали официальные лица. «В дополнение к перечисленным выше первопричинам, было обнаружено, что гидравлическая система ограничения — последний предохранительный механизм от чрезмерного вращения — была серьезно повреждена до такой степени, что стала неработоспособной в результате неизвестного и незадокументированного инцидента, произошедшего ранее».

Согласно рабочим журналам, гидравлическая система ограничения нагрузки в последний раз тестировалась в 2004 году.

Представители НАСА оценивают стоимость ремонта и восстановления работоспособности антенны в сумму от 4,1 до 4,6 миллионов долларов. «Наш план в отношении этой системы состоит в том, чтобы объединить любые работы по устранению последствий аварии с уже запланированным циклом модернизации, который позволит поддерживать работу системы до 2028 года», — сказал Хеклер.

Источник: arstechnica.com