Pro velký ohlas k článku pojednávajícím o přetížení Deep Space Network jsem se rozhodl, že by bylo dobré se více podívat na historii tohoto systému, který je nesmírně důležitý pro podporu pilotovaných i nepilotovaných misí v rámci výzkumu vesmíru. Dále bychom se zaměřili i na budoucnost provozu DSN. V předešlém článku jsme se věnovali problémům, kterým nyní celá síť čelí. Tyto problémy způsobuje především narůstající počet vesmírných misí v kombinaci se zpožděním modernizace sítě a zmenšujícím se rozpočtem. Tato kombinace tlačí vedení DSN do situace, kdy bude muset striktně odmítat pokusy o spojení s družicemi, které se odmlčí. Sama ředitelka DSN, Suzanne Dodd, uvedla k celé situaci: „Pokud neuslyšíme váš signál, vaše mise je u konce“. Problémy hrozící síti byly známy již delší dobu, ale mise Artemis I ukázala, že se nejedná o malý problém.

Historie

Poušť Mohave v roce 1958, budoucí domov DSN stanice Goldstone
Zdroj: gdscc.nasa.gov

Po druhé světové válce nastal okamžitý rozvoj nové raketové technologie. Tato technologie umožňovala přesunovat jaderné hlavice na obrovské vzdálenosti a tím zasahovat nepřítele na druhé straně světa. Společně s tím, ale rostla i potřeba možnosti sledovat/trasovat vypouštěné stroje s možností navádění a přijímání dat. Právě díky rozvoji raketové techniky a jejímu použití bylo nutné vyvíjet technologii schopnou přenosu dat. Touto problematikou se v USA začala zabývat laboratoř JPL (Jet Propulsion Laboratory), která v té době patřila pod USAF. Důvodem proč se tímto směrem JPL zabývala, byl vlastní výzkum v oblasti raketové techniky. Zde si dovolím malou odbočku k JPL, jelikož DSN a JPL spolu úzce souvisí. JPL byla během druhé světové války požádána armádou, aby provedla analýzu německého programu V-2, který objevila rozvědka. V době, kdy byla o tuto analýzu laboratoř požádaná, se ještě nejmenovala JPL, ale jednalo se o uskupení postgraduálních studentů z Caltechu, kteří se zabývali raketovou technikou. Nedlouho po této žádosti se ale skupina už oficiálně v dokumentech označovala jako Jet Propulsion Laboratory. Právě skupina JPL po válce vyvinula střelu Sergeant. Už v projektu střely Sergeant došlo k vývoji myšlenek rádiového navádění. Zlomem pak bylo vypuštění Exploreru 1 v roce 1958. Právě za účelem sledování Exploreru 1 vyvinula JPL zařízení Microlock na konci padesátých let, což byla síť doppler-telemetrických stanic. Do této doby byla JPL pod záštitou armády, která i financovala laboratoř, ale to se mělo změnit vypuštěním sovětské družice Sputnik 1. První umělá družice vedla v roce 1958 ke vzniku agentury NASA a právě v tom samém roce byla JPL převedena z armádního zařazení pod křídla NASA, jak to známe dnes.

Star rakety Juno-1 s první americkou družicí Explorer-1 31. ledna 1958
Zdroj: jpl.nasa.gov

Změnou v posunu technologie sledovacích stanic byly mise Pioneer 3 a 4, které zamířily k Měsíci. Tyto družice už mířily mimo nejbližší zemský prostor a byly už mimo praktický dosah, do té doby používaných systémů, Microlock a Minitrack. Tuto nastalou situaci začala řešit agentura ARPA (Advanced Research Projects Agency). Bylo jasné, že pro cesty mimo zemský prostor bude třeba zajistit po stránce přenosu dat a trasování a za tímto účelem začala vznikat tzv. ARPA Network. ARPA Network byla síť tří anténních stanic určených ke komunikaci se zařízeními mimo oběžnou dráhu Země. JPL se zabývala už při vývoji rakety Sergeant zařízením pro sledování rakety a díky tomu měla základ, na kterém bylo možné pokračovat ve vývoji dalších systémů. NASA díky získání laboratoře JPL získala i systém Microlock a následně i systém námořnictva Minitrack.

Systém Microlock s ukázkou rozmístění a fyzickou podobou zařízení.
Zdroj: A HISTORY OF THE DEEP SPACE NETWORK

Ještě před převodem JPL pod NASA se laboratoř kromě Microlocku zabývala i jinými projekty sledovacích stanic. Dalším systémem, který běžel společně s Microlock byl TRACE (Tracking and Communication Extraterrestrial). Oba tyto systémy byly zkonstruovány pro potřeby sledování raket a vesmírných družic. Jeden ze zásadních problémů v počátcích vesmírných cest byla omezená hmotnost vesmírných lodí a družic. Omezení hmotnosti totiž nutilo konstruktéry omezovat i rádiové vybavení, tedy jejich výkon, aby byl ušetřen každý možný gram. To však o to více kladlo nároky na pozemní infrastrukturu, která musela dokázat zpracovat velmi nízkou úroveň přijímaného signálu, který mohl být i zahlcen šumem. Tuto problematiku se JPL snažilo řešit několika způsoby a v zásadě bylo použito zúžení šířky přijímaného pásma a snížení úrovně generovaného šumu pozemními přijímači. Během řešení problematiky komunikace s vesmírnými sondami pracovala JPL od roku 1958 na redukci šířky pásma pomocí principu phase-locked loop (Fázový závěs).

Nyní se vrátíme k systému TRACE. Tento systém byl vlastně prvním provozovaným systémem DSN. Rozhodně se ale nejednalo o systém celosvětového rozsahu, ale pouze o systém s dosahem na západní polokouli, což znamenalo, že systém ještě nebyl schopen 24hodinového sledování. Pro systém TRACE byly postaveny tři antény, které byly umístěny v Goldstone, Cape Canaveral a Mayagüez v Portoriku. Umístění jedné ze stanic na mysu Cape Caveral bylo velmi prosté. Tak jako dnes se využívá DSN pro předletové testy vesmírných lodí a družic, tak i v případě TRACE tomu bylo podobně, navíc byla stanice využívána i během startu. Po vzletu přicházela na řadu stanice v Mayagüez, která sledovala startující objekt, který byl ještě v relativně nízké výšce a tím pádem stačila menší anténa. Pro další sledování objektu, který zamířil mimo zemskou orbitu, byla zvolena stanice v Goldstone. Tato stanice byla postavena v prachu Mohavské pouště. Důvodem, proč byla vybrána tato lokace byla odlehlost toho místa, kde nebylo žádné zarušení od jiné infrastruktury. Navíc se jednalo o vojenskou oblast, ve které byly v minulosti prováděny raketové testy. Zde byla postavena 26 metrů velká paraboloidní anténa. K systému TRACE byl stále používán i MICROLOCK, který obstarával komunikaci s objekty v blízkém dosahu Země.

Schéma použití systému TRACE během letů Pioneer 3 a 4
Zdroj: A HISTORY OF THE DEEP
SPACE NETWORK

ARPA si plně uvědomovala nedostatky systému, hlavně omezení pouze na západní polokouli a plánovala rozšířit TRACE na plnohodnotnou světovou komunikační síť. Zatímto účelem vypracovala JPL plán, který počítal se stavbou dvou nových stanic v Luzonu na Filipínách a v Nigérii. ARPA s takovým plánem souhlasila, ale kdo ho naopak zpochybnil, bylo Ministerstvo obrany – DOD (U. S. Department of Defense). Důvodem zpochybnění byla otázka maximální užitečnosti pro všechny americké vesmírné programy, což vybrané lokace nenaplňovaly. JPL tedy provedla nové přezkoumání umístění stanic. Z nové studie vyplynulo, že lepšího pokrytí by bylo dosaženo použitím lokalit v jižním Portugalsku nebo Španělsku, což odpovídalo původní Nigerijské stanici a pro filipínskou lokalitu byla zvolena Austrálie. Zejména pokrytí drah o sklonu 34° až 51° mělo být mnohem lepší. Pro zajímavost uvedu, že dnešní DSN je přesně v těchto lokalitách. ARPA však neměla šanci dotáhnout do konce tento plán, protože zformovaná agentura NASA převzala tento úkol.

Projekt Echo

V roce 1959 začal projekt Echo, který provádělo výzkumné středisko Langley Research Center. Cílem projektu bylo vyhodnotit možnost použití velkých balónů jako družic pro pasivní komunikaci. NASA měla v plánu vyslat do výšky 1000 mil (cca 1609 km) kovový balón o průměru 30 m, který by odrážel signály od východního pobřeží k západnímu s terminálem v Goldstone. JPL v rámci spolupráce na projektu nabídla své středisko v Goldstone, kde byla postavena další anténa s průměrem 26 metrů a vysílačem o výkonu 10 kW pracujícím s frekvencí 2390 MHz. První balón Echo 1 byl vypuštěn 12. srpna 1960 a druhý exemplář Echo 2 pak v roce 1964. Už dvě hodiny po vypuštění přenesl Echo 1 záznam projevu prezidenta Eisenhowera ze západní části USA na východní. Experiment byl neplánovaně významnější, protože v té době sluneční poruchy vážně omezily komunikaci na velké vzdálenosti. Celý projekt Echo se ukázal mnohem obtížnější díky orbitálním poruchám satelitu způsobené změnami v hustotě atmosféry. Navíc se jednalo o družici s velkým průřezem, ale malou hmotností a tím byly více ovlivnitelné. Po dokončení experimentů, byla pozemní anténa systému převzata agenturou NASA a přesunula se v oblasti Goldstone. K doplnění uvedu, že každý balón byl ještě vybaven majákem systému Minitrack, který poskytoval informace o poloze pro Goddardovo středisko vesmírných letů v Greenbelt ve státě Maryland. Pro zajímavost uvedu, že program Echo poskytl také astronomické referenční body potřebné k přesné lokalizaci Moskvy . O tuto zlepšenou přesnost usilovala americká armáda za účelem cílení mezikontinentálních balistických střel. Vývoj pasivních komunikačních systémů ještě nějakou dobu pokračoval. NASA však později zcela opustila pasivní komunikační systémy ve prospěch aktivních satelitů.

Zobrazení projektu Echo vlevo. Vpravo je balón Echo-1
Zdroj: nasa.gov

Celý projekt Echo, jak pozemní anténa s průměrem 26 m a samotný balón, prokázal schopnost JPL vyvíjet hodnotné systémy. Jedním z úspěchů JPL, který nelze opomenout, se stal 10. března roku 1961. V ten den došlo k návratu radarového signálu z planety Venuše. Vyslaný signál se navíc vrátil v dobré kvalitě. Právě pro tento experiment byla použita i anténa z projektu Echo, kterou však JPL patřičně upravila. Samotný výkon antény byl 13 kW. Díky tomuto radarovému odrazu mohli vědci dojít k závěru, že rotace Venuše je velmi pomalá. Tento experiment mnohonásobně zvýšil „hlad“ astronomů po dalších možnostech měření a výzkumu. Znamenal však i další formování sítě DSN. V zásadě se celá síť začala rychle vyvíjet s počátkem studené války a s tím spojeným závodem o dobývání vesmíru. Od prvních programů vesmírných družic až po první pilotované programy. Každý jednotlivý program posouval celý systém vpřed a každý tento program měl i své specifické nároky. Vývojem všech těchto programů tedy bylo jasné, že bude nutná komunikační síť schopná obsluhovat všechny mise mířící mimo orbitu naší Země. Civilní program zastupovala agentura NASA a za vojenskou část vystupovala zase ARPA. Armáda sama měla velký zájem na monitorování cislunárního prostoru a za tímto účelem také požadovala svou vlastní síť World Net. Stanice Goldstone byla již v rukou NASA a ARPA zakoupila dvě antény, určené k odeslání do zahraničních lokalit. Dne 10. ledna 1959 se pak obě organizace dohodly na společném postupu vybudovat síť pěti stanic po celém světě s anténami o průměru 26 m. NASA měla provozovat stanice v Goldstone, jižní Africe a Austrálii. ARPA pak měla mít stanice ve Španělsku a Japonsku. Vojenský zájem o hluboký vesmír však postupně vyprchal. Díky tomu mohla NASA odkoupit stanici v jižní Africe od ARPA, kterou využila v rámci své plánované sítě tří stanic.

Zobrazení prvních stanovišť systému DSN na Zemi.
Zdroj: hartrao.ac.za

Samotný plán budování stanic v zahraničí byl citlivou záležitostí, protože mnoho států dávalo najevo svoji averzi vůči vojenským operacím USA. NASA musela od začátku nasadit novou strategii vyjednávání se státy, kde žádala o možnost výstavby sledovací stanice. Hlavním architektem této strategie byl Edmond Buckley z ústředí NASA. NASA se na každém jednání snažila vždy zdůraznit nevojenský účel stavby. Nabízela zapojení lokálních firem do stavby a možnosti zvýšení technologické úrovně lokálního průmyslu se zapojením místních odborníků do provozu stanice. První zámořskou stanicí se tak stala stanice v australské Woomeře, která byla přibližně 110° západně od Goldstone. Další výhodou byl i úřední jazyk, tedy angličtina. Další lokalitou se stala jižní Afrika, i když původně první volbou bylo Španělsko. ARPA se však obávala dalších vyjednávání, protože trvala na umístění antény na již pronajatém pozemku, a proto od tohoto záměru opustila a posléze prodala agentuře NASA stanici v jižní Africe. Nakonec se poloha v jižní Africe ukázala být výhodnou díky možnosti sledovat už start z Cape Canaveral. Místní vláda byla navíc nakloněna tomuto záměru. Samotné místo v blízkosti Johannesburgu bylo poblíž přehrady Hartebeestpoort. Tak vznikla síť zvaná DSIF (Deep Space Intrumentation Facility)

Při značně rychlém vývoji po roce 1959 začínalo být jasné, že stávající síť antén s průměrem 26 m bude pro další mise nedostačující. Možností bylo použít výkonnější vysílače na palubách vesmírných strojů nebo použitím citlivějších přijímačů na Zemi. Vzhledem k omezeným možnostem vesmírných strojů, omezení váhy i energetického úseku, bylo schůdnější variantou postavit větší antény. Navíc v případě závady energetického úseku by loď musela šetřit energií a použití silného vysílače se neslučuje s akutní potřebou šetření energie, což ukázala i budoucnost. Celou touto problematikou se začala opět zabývat JPL. V zásadě se nabízely tři možnosti dalšího vývoje.

1. Řiditelné paraboloidy (například anténa Sugar Grove provozovaná námořnictvem)
2. Pevné paraboloidy s pohyblivými posuvy (Arecibo)
3. Pole malých, oddělených antén

Volba nakonec padla na velké antény s možností řízení, schopné nepřetržitého provozu za všech povětrnostních podmínek. JPL na základě tohoto rozhodnutí vyzvala odborný průmysl k předložení svých návrhů. Obecné studie, dodané do JPL, se shodovaly na možnosti proveditelnosti v použití antény o průměru 60 m. Ze studií byla nakonec vybrána společnost Black Knox, která připravila detailní studii i s předběžným konstrukčním návrhem antény s průměrem 64 m. Studie byla dokončena do 17. července 1962. To znamenalo položení základu podsítě antén s průměrem 64 m systému DSN.

Anténa s průměrem 70 m stanice Goldstone
Zdroj: honeysucklecreek.net

Ještě jednou se vrátíme k budování mezinárodní sítě DSN. Ačkoliv byla jižní Afrika vyhodnocena, jako ideální místo pro stavbu stanice i vzhledem k možnosti sledování samotného startu z Cape Canaveral, tak lokalita přinášela i specifické otázky. Hlavním hlasem, který zastával myšlenku vybudování další stanice, v tomto případě již čtvrté, byl profesor Eberhardt Rechtin. Správně bylo vyhodnoceno, že vztahy mezi vládami obou zemí se mohou v budoucnu zhoršit, vlivem politiky apartheidu. Rechtin obhajoval vznik další stanice i tím, že pokud by došlo ke zhoršení vztahů mezi USA a Jižní Afrikou znamenalo by to jistě i značné omezení funkce místní stanice, což by vedlo k rychlému budování nové stanice, ale za mnohonásobně větší náklady. Proto tedy došlo k dalšímu výběru lokality. Výzkumný tým zkoumal například lokalitu kolem Říma v Itálii, ale ta nebyla zvolena díky svému nepříznivému postavení vůči Goldstone. Výslednou lokalitou se nakonec stalo opět Španělsko, konkrétně Robledo de Chevala západně od Madridu. Dohoda o vzniku stanice byla podepsána 29. ledna 1964.

Nyní se zastavíme u Eberhardta Rechtina. Inženýr Eberhardt Rechtin byl systémový inženýr pracující v JPL a je označován jako „Otec Deep Space Network“. Rechtin pracoval na vývoji rádiového navádění a telemetrie raket. Tento obor přinesl další směr vývoje, a to telekomunikaci a sledování vesmírných strojů v nově vznikajícím odvětví výzkumu vesmíru. Právě v tomto odvětví se pohyboval i Rechtin a stal se uznávanou kapacitou. Podílel se na rozšíření matematických základů tzv. phase-lock systémů pracujících ve stižených podmínkách rušení, kódovaného digitálního přenosu a na komunikaci s vysokorychlostními stroji. Svými rozhodnutími a předvídavostí vedl vývoj DSN směrem, jaký známe dnes. Po ukončení svého působení v JPL se stal Rechtin dále ředitelem ARPA a následně pokračoval jako náměstek ministra obrany pro telekomunikace.

Eberhardt Rechtin, v září 1960, kdy byl vedoucím oddělení výzkumu elektroniky JPL
Zdroj: wikipedia.

První anténa o velkém průměru 64 m byla zprovozněna roku 1966 a do roku 1973 následovalo postupné zprovoznění i dalších antén, které byly montovány ve světě. Například stanice v Goldstone byla už v roce 1978 opět rozšířena o další antény s průměrem 26. Další rozšíření přišlo kvůli potřebě rozšíření o pásmo X (8,4 GHz) a zvýšení zisku antény pro mise sond Voyager. V následujících letech byly takto rozšířeny i ostatní stanice systému. Tento systém měl nyní dosah k Jupiteru a Saturnu, ale mise se rozšiřovaly a bylo nutné opět řešit dosah celé sítě. Došlo tak k dalšímu rozšíření celé sítě o nové antény, tentokrát o průměru 34 m. Nynější kombinace antén o průměru 70 m a 34 m dovolila vytvoření tříprvkového pole, což v kombinaci s přeprogramováním počítačů Voyagerů povolilo vyšší přenosovou rychlost.

Každá nová mise, kterou NASA podnikla, znamenala i další posun pro samotnou DSN. Docházelo postupně k přechodům na vyšší pásma a zvyšování citlivosti a výkonu systému. Popsat jednotlivě každou misi NASA a dopad těchto misí na DSN by vydalo na obsáhlou knihu, které už navíc byly napsány. Nyní se systém ustálil na třech pracovištích, přičemž stanice v jižní Africe byla zrušena po roce 1974 a stávající zařízení slouží k astrofyzikálním pozorováním. Celý systém sestává nyní z antén o průměru 70 m, 34 m a 26 m. Největší antény, tedy 70 m byly díky programu Voyager zvětšeny z původních 64 m. Menší průměr antén, 34 m, je na každé stanici ve dvou typech. Vysokoúčinná anténa a paprsková vlnová anténa. Vlnová anténa, či anténa s vlnovodem, obsahuje pět vysoce přesných vysokofrekvenčních zrcadel, která odrážejí rádiové signály podél trubice od antény do místnosti pod zemí. Tato konstrukce umožňuje, aby citlivá elektronika byla v místnosti s klimatizací místo venku, ve středu antény. Nejmenší z antén, 26 m, se dnes používá především ke sledování kosmických lodí na oběžné dráze Země, které obíhají 100 až 620 mil (160 až 1 000 kilometrů) nad planetou. Pro tuto možnost mají tyto antény speciální montáž základny, která dovoluje namířit anténu nízko na obzor. Díky tomu zachytí rychle prolétající loď s rychlostí sledování 3°/s. Původně sloužily antény pro podporu programu Apollo.

Anténa s vlnovodem o průměru 34 m se zobrazením vedení vln
Zdroj: microwaves101.com

Využití více antén najednou

DSN použila v 70. letech poprvé nové uspořádání kombinující více antén z různých lokalit, aby fungovaly jako jedna velká anténa. Toto uspořádání antén kombinuje signály přijímané z více antén najednou a používá se především ke zlepšení zisku slabých signálů. Tento princip je vhodný především pro komunikaci s družicemi, které jsou v hlubokém vesmíru a jejich signál je velmi slabý. Právě družice jako Voyager či Pioneer 11 ukázaly inženýrům cestu, jak získat zvýšenou citlivost signálů. Například během průletu Voyageru 2 kolem Uranu kombinovalo DSN signály hned ze čtyř antén.

Systém DSN jako takový není určen pouze ke komunikaci a trasování těles na oběžné dráze Země a v hlubokém vesmíru. Systém samotný dokáže provádět i vědeckou práci. Příkladem může být družice Cassini, která v roce 2017 zanikla v atmosféře Saturnu. DSN měřila poslední signály družice, které pomohly vědcům ke kalkulaci hmotnosti prstence B. Další činností systému je tzv. radarová věda, kdy systém odráží radarové signály od prolétajících asteroidů. Dalším oborem, který je DSN schopna podporovat je radioastronomie. Jedním z úspěchů systému byla například komunikace s družicí Galileo, u které došlo k nerozložení hlavní antény. Tato anténa měla vysílat vědecká data v pásmu X (8,4 GHz) rychlostí 134 kbit/s. Tím, že nedošlo k rozložení antény, musela být použita záložní anténa, která využívala pásmo S (2,8 GHz) s rychlostí 160 bit/s. Využitím celého systému DSN, se podařilo získat vědecká data i při takovém problému. Při použití pouze jedné stanice by to znamenalo ztrátu dat.

Zobrazení celého systému DSN i s počtem a typem antén
Zdroj: semanticscholar.org

Samotná síť DSN je zařízením NASA a pro NASA ji spravuje a provozuje společnost JPL. Hlavní operační středisko celé sítě se nachází v Pasadeně, stát Kalifornie. S tímto střediskem komunikují všechny komplexy systému. Samotné středisko vzniklo v roce 1963. Před vznikem centrálního operačního střediska, které postavila agentura NASA, se jednalo o provizorní zařízení, ve kterém byly instalovány počítače pro výpočet drah a základní zázemí pro personál. Stavbou nového střediska došlo k posunu na plnohodnotné středisko SFOF (Space Flight Operations Facility). Dnes je středisko pojmenováno podle sítě, a to Deep Space Network Operations Center.

DSN a budoucnost

V minulém článku o DSN jsme hovořili především o problémech této unikátní sítě. Narůstající počet vesmírných misí a omezení v rozpočtu vede pouze k narůstajícímu tlaku na celý systém. Síť byla v průběhu let modernizována, ale skutečnost, že kapacita sítě bude nedostatečná se věděla delší dobu. Výstavba nových antén v rámci modernizace a rozšíření systému se opozdilo o mnoho let, a právě například mise Artemis 1 ukázala, o jaký problém se jedná. DSN poskytuje i sdílené služby, tzn. poskytuje svůj provozní čas i ostatním agenturám v rámci jejich misí a v případě jakékoliv havarijní situace je to právě DSN, kdo dokáže řešit situaci. Sdílené služby, poskytované pro různé mise znamenají také, že dochází ke sčítání času každé DSS (Deep Space Station), jinak také antény využité na jednu misi. Jako příklad uvedu misi Artemis 1, která odebrala systému 903 hodin provozu, ačkoliv mise trvala okolo 610 hodin. Je to výsledek kombinace využití více antén, které jsou v provozu.

V lednu 2021 byla vybudována další anténa systému DSN. Tato nová 34 metrů široká anténa ve Španělsku s označením Deep Space Station 56 (DSS-56) je anténou „vše v jednom“. Dříve konstruované antény mají omezená frekvenční pásma, která mohou přijímat a vysílat, což je často omezuje na komunikaci s konkrétní vesmírnou misí. DSS-56 je první stanice, která využívá celý rozsah komunikačních frekvencí DSN. Krátce po této anténě byla dokončena modernizace DSS-43, což je anténa s průměrem 70 m, v Austrálii. Stejně tak dojde k modernizace i zbývajících dvou antén v Goldstone a Španělsku. V poslední době dochází k přechodu sítě na nový protokol provozu nazvaný „Follow the Sun“, kdy se každý komplex střídá v řízení celé sítě během své denní směny. Po ukončení své směny předá řízení dalšímu komplexu. Jedná se tak vlastně o 24hodinovou štafetu. Podle starého protokolu byl každý komplex provozován lokálně. Díky novému provozu došlo tak k finanční úspoře, která mohla být využita pro další modernizaci sítě. Navíc je nyní možné dohlížet na více misí současně. To znamená, že došlo k automatizaci procesu a operátor tak může obsluhovat více misí najednou.

Modernizace systému stále pokračuje a pokračovat bude, protože se jedná o klíčový prvek ve výzkumu vesmíru. Služby DSN využívá nejen NASA, ale další vesmírné agentury. Navíc, jak ukázala minulost, je i neocenitelným pomocníkem v případě krize mise. Příkladem může být mise Apolla 13, která je přímo ukázková. Ztráta energie a velmi omezené možnosti využití zbytkové energie by nedovolily vysílat dostatečně silný signál. Díky vlastnostem DSN však bylo možné spojení i s velmi slabým signálem a bylo možné dovést loď zpět na Zemi. V rámci projektu DAEP (DSN Aperture Enhancement Project) dochází k instalaci nových antén u všech komplexů. I tak jsou stále obavy z toho, zda bude stačit kapacita, protože deficit sítě je stále větší. Celý systém nyní přechází na nová pásma K a Ka. Standardní komunikace probíhá v pásmu X (8,5GHz) pro hluboký vesmír, ale snahou je vybavit každý komplex alespoň jednou anténou používající pásma K a Ka. Pásmo K (26GHz) by mělo být využito pro lunární mise a librační body Země-Slunce. Pásmo Ka (32GHz) by mělo umožnit vyšší přenosovou rychlost pro mise za libračními body Země-Sluce.

Tabulka zobrazující současné a nejbližší schopnosti NASA Deep Space Network
Zdroj: The Deep Space Network
Enabling Richer Data Sets for Future Planetary Science Missions

Důvodem snahy vybavit alespoň jednu anténu tak, aby pracovala v pásmech K a Ka je především vysoké využití pásma X. Samotné pásmo X používá užší pásmo, které umožňuje nižší datové rychlosti. V pásmu X se jedná o šířku pásma 50 MHz oproti 1500MHz v pásmech K a Ka. Navíc počet misí využívající pásmo X, se značně zvýšil a přenosy tím mohou být komplikovány. Nejvíce se tento problém projevuje u misí na Marsu.

V dlouhodobém horizontu je tak investováno do nových laserových komunikačních technologií, které umožní vyšší datový přenos s větší účinností. Jedná se o systém Deep Space Optical Communications (DSOC). V rámci této nové technologie plánuje DSN upravit jednu anténu o průměru 34 m, která bude zahrnovat společnou radiofrekvenční laserovou komunikaci při použití tzv. optické hybridní antény. To znamená, že standardní DSN bude používat současnou odrazovou plochu a pro optickou část bude ve středu antény namontováno několik zrcadel složených do průměru cca 8 m, čímž se minimalizuje ovlivnění na RF část antény. Současně probíhá příprava této technologie v Goldstone s plánovaným uvedení do provozu okolo roku 2027.

Jedním z budoucích limitujících faktorů sítě se tak nemusí stát přenos dat z kosmické lodi či družice k DSN, ale schopnost palubních sběrnic zpracovat plánovaný datový tok.

NASA ve své snaze zajistit neustálou dostupnost DSN se snaží navazovat strategické dohody s ostatními vesmírnými agenturami, které mohou propojit svou vlastní komunikační síť s DSN a vytvořit tak výkonnější strukturu s rozdělením úkolů. Další snahou je propojit DSN s další síti NASA, a to Near Earth Network.

Budoucnost DSN vypadá slibně, ale nyní není v nejlepší pozici a tlak na síť je značný. Není se, proto čemu divit, když vedení DSN jasně říká, že pokud se mise odmlčí, je konec.

Zobrazení ilustrace nové hybridní antény s průměrem 34 m vlevo a rozpis důležitých milníku vývoje DSN vpravo.
Zdroj: The Deep Space Network
Enabling Richer Data Sets for Future Planetary Science Missions

Dovolím si přidat odkaz na stránku JPL/NASA, kde může čtenář vidět aktuální využití DSN
eyes.jpl.nasa.gov/dsn/

Rozpis používaných pásem a s frekvenční rozsahy DSN
Zdroj: microwaves101.com

EDIT 24. října 13:45
Přikládám odkaz na celou sérii dokumentů souvisejících s provozem DSN
deepspace.jpl.nasa.gov/

EDIT 24. října 14:00
Přikládám článek o podpoře misí
nasa.gov/technology/

EDIT 25. října 11:45
Po upozornění čtenářem došlo k úpravě odkazu phase-locked loop (Fázový závěs) a k přidání odkazu o anténě s vlnovodem

Zdroje informací:
(NASA-CR-151915) A HISTORY OF THE DEEP SPACE NETWORK, Autor William R. Corliss, Rok vydání 1976
Uplink-Downlink, A History of the Deep Space Network 1957-1997, Autor Douglas J. Mudgway, Rok vydání 2001
The Origin and Evolution of the Deep Space Network, Autor Craig B. Waff, Rok vydání 1992
A History of the Deep Space Network, Autor N. A. Renzeffi, Rok vydání 1971
The Deep Space Network Enabling Richer Data Sets for Future Planetary Science Missions ,Autor Brian Giovannoni, Rok vydání 2020
www.jpl.nasa.gov/
www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
arstechnica.net/wp-content/
www.gdscc.nasa.gov/
www.jpl.nasa.gov/who-we-are/history
upload.wikimedia.org/wikipedia/
upload.wikimedia.org/wikipedia
www.nasa.gov/sites/
www.hartrao.ac.za/
en.wikipedia.org/
www.microwaves101.com/
honeysucklecreek.net/other_stations/
semanticscholar.org/
(NASA-CR-151915) A HISTORY OF THE DEEP SPACE NETWORK, strana 11
(NASA-CR-151915) A HISTORY OF THE DEEP SPACE NETWORK, strana 21
(NASA-CR-151915) A HISTORY OF THE DEEP SPACE NETWORK, strana 25
The Deep Space Network Enabling Richer Data Sets for Future Planetary Science Missions, strana 3
The Deep Space Network Enabling Richer Data Sets for Future Planetary Science Missions, strana 6
The Deep Space Network Enabling Richer Data Sets for Future Planetary Science Missions, strana 6