یکی از سه آنتن شبکه ی DSN  در گلدستون کالیفرنیا

حدود دو ماه پس از فرود کاوشگرهای «اسپیریت» و «آپورچونیتی» در سیاره ی سرخ، تصاویر و داده های ارسالی توسط این دو مریخ نورد، همچنان دانشمندان را سرگرم خود کرده است. ارتباط با این دو روبات شش چرخ، در فاصله ی حدود 250 میلیون کیلومتری زمین، چگونه برقرار می شود؟

  شبکه ی فضای ژرف (Deep Space Network) ناسا یک شبکه ی بین المللی از آنتن های رادیویی است که امکان برقراری ارتباط دانشمندان و مهندسان بر روی زمین را با مریخ نوردهای «اسپیریت» و «آپورچونیتی» بر روی مریخ فراهم می کند.

  شبکه ی DSN، بزرگترین و حساس ترین سامانه ی ارتباط از راه دور علمی جهان است که برای پشتیبانی فضاپیماهای بین سیاره ای و مشاهدات نجوم رادیویی در منظومه ی شمسی و جهان بکار می رود. DSN شامل سه ایستگاه رادیویی غول پیکر است که با زاویه ی تقریبا 120 درجه در سه نقطه ی مختلف کره ی زمین بر روی یک دایره قرار گرفته اند:
 1- گلدستون؛ ایالت کالیفرنیای آمریکا    2- مادرید؛ اسپانیا     3- کانبرا؛ استرالیا
 

  نحوه ی آرایش این سه بشقاب رادیویی، امکان برقراری تماس دائم با فضاپیماهای فرستاده شده به فضا را در تمام ساعات شبانه روز فراهم می کند. با استفاده از آنتن های شبکه ی DSN می توان داده های دورسنجی فضاپیماها را دریافت و فرمانهای لازم را برای آنها ارسال کرد و موقعیت و سرعت آنها را در هر لحظه بدست آورد.
  این شبکه در حال حاضر حدود 28 فضاپیمای مختلف در حال انجام ماموریت در منظومه ی شمسی و مرزهای بیرونی آن را تحت کنترل و هدایت دارد. برای ردگیری همزمان تمامی این 28 فضاپیما، سامانه ی زمان بندی بسیار پیچیده ای طراحی شده است تا اولویتهای کاری هر یک از سه آنتن شبکه ی DSN دقیقا مشخص شود.

  شبکه ی DSN متعلق به سازمان هوانوردی و فضایی آمریکا (NASA) است و توسط آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL) در پاسادینای کالیفرنیا اداره می شود. آزمایشگاه JPL وابسته به موسسه ی فناوری کالیفرنیا (Caltech) است.
از شبکه ی DSN برای برقراری ارتباط با برخی ماهواره های زمین گرد نیز استفاده می شود. کشورهای اسپانیا و استرالیا بیشترین همکاری را با آمریکا در جنگ عراق داشتند که البته این قضیه هیچ ربطی به شبکه ی DSN ندارد !!

  هر یک از مریخ نوردهای دوقلوی «اسپیریت» و «آپورچونیتی»، مجموعا دارای چهار نوع آنتن است:

 1-  آنتن یو.اچ.اف (UHF)       

 2-  آنتن دریافت ضعیف (LGA) 
 3-  آنتن دریافت متوسط (MGA)  

 4-  آنتن دریافت قوی (HGA)
  این آنتن ها امکان برقراری ارتباط بین مریخ نورد و زمین و همچنین ارتباط بین مریخ نورد و فضاپیماهایی که هم اکنون در مدار مریخ قرار دارند را فراهم می کند.

  ارتباط بین مریخ نورد و زمین در مرحله ی ورود کاوشگر به جو مریخ، سقوط در جو  و نهایتا فرود بر سطح سیاره، توسط دو آنتن دریافت ضعیف (LGA) که یکی بر روی محفظه ی نگهدارنده ی مریخ نورد و دیگری بر روی خود مریخ نورد نصب شده است صورت می گیرد. یک آنتن دریافت متوسط (MGA) نیز بر روی محفظه ی نگهدارنده ی کاوشگر قرار دارد که تنها در مراحل فرود کاوشگر در سیاره، وظیفه ی هدایت آن را بر عهده دارد. (محفظه و سپر گرمایی کاوشگر به همراه چترهای بازشونده، کمی قبل از فرود مریخ نورد بر سطح مریخ، از مریخ نورد جدا شدند.)   

 کاوشگر «اسپیریت» در 13 دی و کاوشگر «آپورچونیتی» در 5 بهمن 1382 با موفقیت در مریخ فرود آمدند. از آن هنگام تاکنون، تماس این دو کاوشگر با زمین، به دو شکل مستقیم و غیر مستقیم همچنان ادامه دارد.

تماس مستقیم

  ارتباط مستقیم کاوشگرهای «اسپیریت» و «آپورچونیتی» با زمین از طریق آنتن دریافت ضعیف (LGA) و آنتن دریافت قوی
(HGA) نصب شده بر روی آنها انجام می شود.
  آنتن LGA امواج رادیویی را با سرعت پایین و در تمام جهات به آنتن های شبکه ی DSN در زمین ارسال و فرمانهای ارسالی از زمین را دریافت می کند. آنتن HGA بر خلاف آنتن LGA، باریکه ای از اطلاعات را تنها در یک جهت خاص با سرعت بسیار بالا به زمین ارسال می کند. این آنتن بصورت یک قرص مدوّر است و قابلیت چرخش و تماس با هر یک از آنتن های شبکه ی DSN در استرالیا، اسپانیا یا آمریکا را دارد.

تماس غیر مستقیم

  تماس غیر مستقیم کاوشگرهای ناسا با زمین، از طریق آنتن «یو.اچ.اف» نصب شده بر روی آنها انجام می شود. هم اکنون دو  فضاپیمای «ادیسه ی مریخ 2001» و «نقشه بردار سراسر مریخ» ناسا و نیز فضاپیمای «مارس اکسپرس» آژانس فضایی اروپا (اسا) در ارتفاع تقریبا 400 کیلومتری بدور مریخ می گردند انجام می شود.
  داده های جمع آوری شده توسط کاوشگرها از طریق آنتن «یو.اچ.اف» به این سه فضاپیما فرستاده و سپس از طریق آنها به زمین ارسال می شود. دانشمندان گروه کنترل کاوشگرهای «اسپیریت» و «آپورچونیتی» همچنین از طریق این سه مدارگرد، می توانند فرمانهای لازم را از روی زمین به مریخ ارسال می کنند.

امواج رادیویی
  ارتباط بین آنتن های شبکه ی DSN (در استرالیا، اسپانیا و آمریکا) با کاوشگرهای ناسا در مریخ، بصورت مستقیم یا غیر مستقیم، از طریق امواج رادیویی X-band انجام می شود. «X-band» نوعی موج رادیویی است که بسامد آن بسیار بیشتر از امواج رادیویی مورد استفاده در ایستگاههای FM است.
  سرعت انتقال مستقیم داده های مریخ نوردها به زمین، بین 12000 تا 3500 بیت در ثانیه (تقریبا یک سوم سرعت انتقال داده در مودم های معمولی) است. ولی سرعت انتقال داده بین کاوشگرها و مدارگردهای اطراف مریخ، مقدار ثابت 128000 بیت در ثانیه (چهار برابر مودم های معمولی) است.

  مدت زمانی که هر یک از مدارگردهای «ادیسه ی مریخ 2001»، «نقشه بردار سراسر مریخ» و «مارس اکسپرس» در هر روز مریخ، می توانند با هر یک از کاوشگرها ارتباط داشته باشند حدود 8 دقیقه است. در این مدت، امکان ارسال حدود 60 مگابیت داده توسط هر یک از کاوشگرها به این مدارگردها وجود دارد.
  مدارگردهای مریخ در هر روز، حدود 16 ساعت می توانند با زمین ارتباط برقرار کنند، در حالیکه خود مریخ نوردها به دلیل محدودیت انرژی و نیز تغییر حدود 100 درجه ای دما در روز و شب مریخ، بیشتر از 3 ساعت نمی توانند بصورت مستقیم با زمین ارتباط برقرار کنند. فاصله ی مریخ و زمین در مدت ماموریت اصلی کاوشگرها، از 170 تا 320 میلیون کیلومتر تغییر می کند.