在本模块中,学生将学习 NASA 深空网络 (DSN) 背景下的以下四个概念:通信、延迟、性能和网络。这些概念是现代电信的基础,随着我们想要通信的距离越来越远,这些概念变得越来越重要。本指南将挑战学生在他们之前对通信的理解(例如有关波、光速、太阳系和网络的知识)的基础上,了解 NASA 深空网络的创建、运行和规模。学生将有机会像计算机一样进行通信,方法是将数据编码为二进制或十六进制或解码数据;计算地球和太阳系中不同物体之间的延迟时间;模拟信号如何传递、延迟或降级;并将所有这些概念交织到更广泛的网络概念中。每个活动中的各种额外资源不仅可以增强体验,还可以让学生直观地看到这些概念如何影响他们的日常生活。鼓励教育工作者和辅导员探索每个活动中提供的额外内容,因为深空通信会根据研究不断变化。虽然 NASA 通信技术几乎可以在学生的生活中随处找到,但以下两个例子重点介绍了 NASA 最近开发的与深空通信研究相关的衍生技术。
在本模块中,学生将学习 NASA 深空网络 (DSN) 背景下的以下四个概念:通信、延迟、性能和网络。这些概念是现代电信的基础,随着我们想要通信的距离越来越远,这些概念变得越来越重要。本指南将挑战学生在他们之前对通信的理解(例如有关波、光速、太阳系和网络的知识)的基础上,了解 NASA 深空网络的创建、运行和规模。学生将有机会像计算机一样进行通信,方法是将数据编码为二进制或十六进制或解码数据;计算地球和太阳系中不同物体之间的延迟时间;模拟信号如何传递、延迟或降级;并将所有这些概念交织到更广泛的网络概念中。每个活动中的各种额外资源不仅可以增强体验,还可以让学生直观地看到这些概念如何影响他们的日常生活。鼓励教育工作者和辅导员探索每个活动中提供的额外内容,因为深空通信会根据研究不断变化。虽然 NASA 通信技术几乎可以在学生的生活中随处找到,但以下两个例子重点介绍了 NASA 最近开发的与深空通信研究相关的衍生技术。
• 指挥 - 通过莫尔黑德的 SLE • 遥测和跟踪 - 通过 JPL 的 SLE 目前进展 • 运行并为 CAPSTONE、Lunar IceCube、HMAP 等提供支持。参考文献:B. Malphrus,深空站 17:美国宇航局深空网络上由大学运营的附属节点,用于行星际小型卫星任务,第 73 届国际宇航大会,法国巴黎,2022 年 9 月 18 日至 22 日
NASA:CAPSTONE 的开发由空间技术任务理事会通过位于加利福尼亚州硅谷的 NASA 艾姆斯研究中心的小型航天器技术和小型企业创新研究项目提供支持。NASA 探索系统开发任务理事会内的 Artemis 活动开发部门支持发射和任务操作。NASA 位于佛罗里达州肯尼迪航天中心的发射服务计划负责发射管理。NASA 喷气推进实验室通过 NASA 的深空网络、Iris 无线电设计和突破性的单向导航算法支持通信、跟踪和遥测下行链路。
Verma 已在 JPL 担任软件架构师 15 年,专注于端到端解决方案,使数据对科学界有用且相关。他曾在实验室参与过各种各样的项目:机器人建模、深空网络、癌症生物标志物研究、国防、气候科学数据系统设计和开源软件战略。目前,他是遥感分析终端用户观测产品科学数据系统组件的首席架构师和系统工程师,也是多任务地面系统和服务计划办公室赞助的开源项目的经理。他还与 JPL 设计师合作开展与数据可视化相关的外展工作。
摘要 — 下一代通信技术将通过地面网络与由高空平台站和卫星组成的非地面网络 (NTN) 之间的合作成为可能。此外,随着人类踏上在其他星球上建立新栖息地的漫长道路,NTN 和深空网络 (DSN) 之间的合作将是必要的。在这方面,我们建议使用可重构智能表面 (RIS) 来改善这些网络之间的协调,因为 RIS 完全符合在太空中运行的尺寸、重量和功率限制。提出了一个全面的 RIS 辅助非地面和行星际通信框架,指出了挑战、用例和未解决的问题。此外,根据模拟结果讨论了 RIS 辅助 NTN 在太阳闪烁和卫星阻力等环境影响下的性能。
美国宇航局的空间通信和导航 (SCaN) 项目部由两个网络组成,即近太空网络和深空网络。近太空网络由戈达德太空飞行中心运营,着眼于未来,并有意与航空航天界建立合作伙伴关系。商业化、创新和协同 (CIS) 办公室是美国宇航局近太空网络的一部分,致力于培养美国宇航局、工业界、学术界和其他政府机构之间的合作机会。作为 CIS 的行业参与负责人,Ali Hale 正在战略性地将行业专家与美国宇航局联系起来,以建立合作伙伴关系并就近太空网络的新技术和创新技术交换意见。她将与美国宇航局分享合作途径,最终目标是融合新技术和现有技术,为市场提供富有创意、经济高效的解决方案。
创建一个“南亚太空联盟”,以利用区域合作并扩大印度的太空影响。使用空间能力来实施“太空外交倡议”,用于国际发展和灾难管理。积极参与制定国际太空法和政策,以确保代表印度的利益。增强太空基础设施和设施:在东部海岸开发更多的太空港,以提高发射能力和灵活性。在全国范围内建立一个“迷你太空中心”网络,用于测试,组装和专业研究。创建一个具有多个地面站的最先进的深空网络,以增强深空任务功能。开发一个“国家空间云”,用于有效的数据存储,处理和基于空间的信息的分布。加强国内供应链:启动“太空组成部分土著任务”,以在2030年到达关键组件中的最大定位。
我们经常在媒体上听到有关新的太空任务的消息。它涉及距离、行进速度、仪器、研究目标和时间范围。但获取的数据如何从太空探测器传输到地球通常没有被提及。例如,几乎所有任务的共同特征——美国航天局NASA的深空网络——几乎不为公众所知。本书对此进行了较为详细的介绍,并描述了卫星、空间站、太空探测器和着陆器如何与地球通信。选定的卫星系统和太空任务作为说明性示例。最后,读者将了解星际通信需要考虑哪些因素,如何以现实的方式处理 SETI 主题,以及激光束和量子在太空通信中发挥什么作用。从内容上看:
考虑到正在进行的国家科学院太阳和空间物理十年调查旨在探索 2050 年前的各种可能性,提高我们的深空通信能力对于未来任务的成功至关重要。包括在每个 L2-L5 航天器上安装一个深空指向通信天线,整个系统可以用作一组固定的深空通信信标,以增强现有的 NASA 深空网络,并可以提供更自主和几乎连续的深空任务监控水平,因为人类开始进一步进入太阳系——无论是通过探索性航天器(如星际探测器)还是通过殖民火星和小行星带。该系统未来的增强功能可以包括利用其他行星的其他拉格朗日点来部署地球第一个行星间通信网络。