Es gibt einen internationalen Standard für Weltraumkommunikation https://ccsds.org/ Daher ist es nicht schwieriger als WiFi

Heute arbeiten führende Weltraumkommunikationsexperten aus 27 Nationen zusammen, um die ausgereiftesten Weltraumkommunikations- und Datenverarbeitungsstandards der Welt zu entwickeln.

Die folgende Tabelle listet Missionen auf, von denen bekannt ist, dass sie CCSDS-empfohlene Protokolle verwenden. Für die aufgeführten Missionen reicht die Nutzung des CCSDS-Protokolls von CCSDS Version 1 Transfer Frames für Telemetrie (frühe Missionen) bis hin zur vollständigen Suite konventioneller und/oder Advanced Orbiting Systems (AOS) Telemetrie- und Telekommunikationsprotokolle. Viele dieser Missionen befolgen auch die CCSDS-Empfehlungen für Datenarchivierung, Space Link Extension (SLE)-Dienste, Zeitcodeformate und verlustfreie Datenkomprimierung; die Mehrheit entspricht den CCSDS-Empfehlungen für Hochfrequenz- und Modulationssysteme. https://public.ccsds.org/implementations/missions.aspx

• BEAGLE-2
• DS-2
• EXOMARS-ROVER
• Mars Netländer
• Mars-Odyssee
• MARS-1-ZX
• Mars Reconnaissance Orbiter
• Mars-Pfadfinder
• Geist usw

Offene Systemvernetzung:

PS X-Band (8025-8400 MHz)

RADIOFREQUENZ- UND MODULATIONSSYSTEME – TEIL 1 ERDFUNKTIONEN UND RAUMFAHRZEUGE

Gemäß der SFCG (Empfehlung 23-1) 12-MHz-Bandbreitenbegrenzung für Nicht-Mars-Missionen im 8-GHz-Band auf einer nicht störenden Basis beträgt die maximale Telemetrie-Symbolrate unter Verwendung von GMSK BTS = 0,5 9,3 Ms/s. Für Marsmissionen im 8-GHz-Band und Nicht-Marsmissionen, die Marsmissionen stören, beträgt die maximale Telemetriesymbolrate unter Verwendung von GMSK BTS = 0,5 6,2 Ms/s.

Auf dem Mars Geschichte schreiben: Proximity-1, Schlüssel zur Marskommunikation

Diese erfolgreiche Partnerschaft zwischen ISO und CCSDS zeigt sich auch auf dem Mars, wo alle Raumfahrzeuge Standarddatenkommunikationsprotokolle implementiert haben, die von CCSDS entwickelt und von ISO auf ihren Langstreckenverbindungen zurück zur Erde akzeptiert wurden. Letzten Monat befasste sich das ISO TC 20/SC 13 während des halbjährlichen CCSDS-Meetings in Toulouse mit CCSDSs neuestem Newsmaker bei Mars, einem spezialisierten Kommunikationsprotokoll namens Proximity-1. Während der von der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gesponserten Demonstrationen im Februar 2004 war Proximity-1 maßgeblich am Aufbau der ersten In-Orbit-Kommunikation zwischen NASA und ESA-Raumfahrzeugen sowie am ersten funktionierenden internationalen Kommunikationsnetz um einen anderen Planeten als beteiligt Erde.

Vor der Entwicklung von Proximity-1 mussten frühere Missionen wie Mars Pathfinder Daten direkt von der Marsoberfläche Millionen von Kilometern zur Erde übertragen. Aufgrund der großen Entfernung zwischen den beiden Planeten sowie des begrenzten Senders des Rovers waren die Übertragungssignale auf diesem Kommunikationsweg schwach und die Datenzuverlässigkeit begrenzt.

Zum Beispiel Talking to Marsians: Communications with Mars Curiosity Rover

In Bezug auf die Kommunikationsfähigkeiten verfügt MRO über Transceiver in drei verschiedenen Frequenzbändern:

X-Band: 8 GHz Primäre Kommunikation mit der Erde während der Start- und Reisephase und auch während der Umrundung des Mars. Die verwendeten Mittenfrequenzen sind 8,439 GHz zum Senden (Tx) und 7,183 GHz zum Empfangen (Rx). Eine Bandbreite von 50 MHz wird zugeteilt. Ka-Band: 32 GHz Experimentelle Nutzlast zur Untersuchung der Leistung für die Weltraum-Erde-Kommunikation im Vergleich zur Verwendung des X-Bands. Nur die Übertragung wird von MRO verwendet. Die Mittenfrequenz beträgt 32,0 GHz. Für das Ka-Band ist eine Bandbreite von 500 MHz zugeteilt. UHF: 400 MHz Wird zur Übertragung von Befehlen und Daten von Rovern auf der Marsoberfläche zurück zur Erde verwendet. MRO verfügt über 16 voreingestellte Kanäle mit einer Frequenz von 390 MHz bis 450 MHz. Bei Verwendung von Halbduplex (Senden oder Empfangen, nicht beides) kann jeder Kanal gewählt werden,

TL;DR

Alle außer den Chinesen nutzen das Deep Space Network, also ist das DSN für die Koordination zuständig. Raumfahrzeuge benötigen auch eine überraschend geringe Kommunikationszeit mit dem Boden, und sie haben eine eindeutige ID, um zu überprüfen, ob die empfangenen Nachrichten tatsächlich an sie gerichtet sind. Raumfahrzeugbetreiber kennen die genaue Frequenz ihrer Raumfahrzeugfunkgeräte und teilen diese den Betreibern mit.

Bodenstationen

ExoMars, EMM / Amal / Hope und Mars 2020 Perseverance nutzen alle zumindest für einen Teil der Mission das Deep Space Network (DSN) der NASA . Das aktuelle Missionsset (Link zur öffentlichen Excel-Datei vom April 2019 ) ExoMars, EMM und Mars 2020 haben das Startdatum, das zukünftige kritische Ereignis und das erwartete Ende der Missionsdaten (jeweils Zeilen 44, 11 und 29 in der Liste vom April 2019).

Das DSN besteht aus drei Kommunikationsstandorten: Goldstone, Canberra und Madrid. Dadurch können Deep-Space-Missionen jederzeit in Sichtweite von zwei Standorten sein. Die ESA hat Estrack , aber sie verwenden weiterhin den DSN für kritische Ereignisse ( src ):

Das NASA Ground Stations & Communication Subnet (DSN), das für „kritische Phasen“ wie Safe Mode(s) oder Flight Software Upload oder für „extreme Eventualitäten“ wie den Verlust der SCC-Einstellung in Betracht gezogen werden soll

Kommunikationsanforderungen

Telekommunikation kann für Raumfahrzeuge schwierig sein, insbesondere für wissenschaftliche Missionen. Wissenschaftler wollen so viele Daten wie möglich sammeln, um viele Berechnungen am Boden durchzuführen. Ingenieure bestimmen die dem Raumfahrzeug zur Verfügung stehende Datenbandbreite basierend auf der Chiprate, der Datenmodulation, der Trägerfrequenz und der für die Telemetrie reservierten Bandbreite (Metriken, die für den Gesundheitszustand des Raumfahrzeugs verwendet werden). Darüber hinaus müssen Raumfahrzeugnavigatoren Verfolgungsmessungen mit dem Raumfahrzeug durchführen: Diese erfordern Antennenzeit, übertragen aber nicht notwendigerweise Daten zwischen dem Boden und dem Raumfahrzeug.

Zusammenfassend: Deep-Space-Raumfahrzeuge benötigen alle paar Tage 4 bis 8 Stunden lang Antennenzeit für die Verfolgung (unter der Annahme einer Verfolgungsmessung alle 60 Sekunden, was die übliche Abtastrate für die DSN-Verfolgung ist). Dann wird die Antenne nach dem Tracking für weitere 30 Minuten bis 2 Stunden (je nach Mission) nur für die Datenübertragung reserviert. Daher kommuniziert ein Deep-Space-Raumschiff nur alle paar Tage weniger als ein Dutzend Stunden.

Quelle: ich, als Raumfahrzeug-Navigationsingenieur auf einer bevorstehenden Mondmission.

Koordinierung

Da alle Missionen dieselben Kommunikationsfrequenzbänder verwenden . Diese werden von der International Telecommunications Union (ITU) festgelegt, und alle Deep-Space-Missionen, die von einem Land starten, das Teil der ITU ist, müssen diese Regeln befolgen (zusammengefasst auf Wikipedia ).

Da die Kommunikation ziemlich begrenzt ist (wie wir oben gesehen haben), ist es die Aufgabe des DSN, den Betreibern von Raumfahrzeugen mitzuteilen, wann sie mit ihrem Raumfahrzeug kommunizieren werden. Dies wird normalerweise zwei Wochen vor dem Tracking- und Kommunikationspass eingefroren.

Darüber hinaus gibt es eine internationale Vereinbarung über die Datenformate für die Weltraumkommunikation: Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS). Eine der (sehr vielen) Vereinbarungen ist, dass die Raumfahrzeugpakete mit einer Raumfahrzeug-ID beginnen müssen, die ein Raumfahrzeug eindeutig identifiziert. Die Liste dieser IDs kann hier durchsucht werden . Typischerweise beinhalten Raumfahrzeug-Funkgeräte die Raumfahrzeug-ID in den Decodier- und Codierschaltkreisen auf eine Weise, die nicht durch Strahlung überschrieben oder beschädigt werden kann. Genau wie eine Ethernet- oder WLAN-Netzwerkkarte sind die Funkgeräte so programmiert, dass sie alle empfangenen Pakete ignorieren, die nicht mit ihrer Raumfahrzeug-ID beginnen (im Fall von Computer-Netzwerkkarten können Sie einige Dinge auf niedriger Ebene tun, um diese Pakete trotzdem zu lesen, aber das ist ein ganz anderes Gespräch).

Frequenzen

Verwenden Raumfahrzeuge dieselben Frequenzen? Nein. Sie haben alle leicht unterschiedliche Frequenzen im selben Telekommunikationsband. Für Raumfahrzeuge, die das DSN verwenden, muss die Frequenz vom Frequenzzuweisungsbüro der NASA genehmigt werden (und dies kann ein langwieriger Prozess sein).

Raumfahrzeugbetreiber und das DSN kennen die genaue Sendefrequenz jedes Raumfahrzeugs. Das DSN kann auch die erwartete Dopplerverschiebung aufgrund der relativen Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs im Vergleich zur Bodenstation korrigieren. DSN ist auch über jedes kritische Ereignis der Mission informiert.

Wenn das Raumfahrzeug mit einer Anomalie konfrontiert ist, wird das DSN versuchen, früher ein Zeitfenster für Ingenieure festzulegen, um das Problem zu beheben. Es ist auch wichtig zu beachten, dass jeder DSN-Standort aus mehreren Antennen besteht und eine Antenne auf mehreren leicht unterschiedlichen Frequenzen senden kann, was ein Multiplexing der Kommunikation per Antenne ermöglicht. Ob DSN einem gegebenen Raumfahrzeug während eines Kommunikationsdurchgangs eine Antenne zuweist oder nicht, hängt von der Funkleistung des Raumfahrzeugs und der Kritikalität der Situation ab. Ich glaube, dass DSN für die Phobos Grunt-Anomalie eine Antenne für die Verfolgung und den Versuch, mit der Sonde zu kommunizieren, einsetzen würde.

Die Kanalmittenfrequenzen des Deep Space Network sind im DSN Telecommunications Link Design Handbook , Dokument 810-005, Modul 201, " Frequency and Channel Assignments ", definiert. Die Unterschiede zwischen den Mitten benachbarter Kanäle, Stand Revision D, vom 09.04.2020, sind

• S-Band
  • Uplink 341 kHz (2110-2120 MHz)
  • Downlink 370 kHz (2290-2300 MHz)
• X-Band
  • Uplink 1156 kHz (7145-7190 MHz)
  • Downlink 1358 kHz (8400-8450 MHz)
• Ka-Band
  • Uplink 5554 kHz (34200 MHz - 34700 MHz)
  • Downlink 5136, 5160 oder 5185 kHz (31800 MHz - 32300 MHz)

Andere Teile des Handbuchs und des DSN-Dienstekatalogs definieren einige andere Aspekte der Signaltypen, die DSN verwenden kann, die sich stark in der Bandbreite unterscheiden, die sie tatsächlich belegen, aber zusätzliche Details der Kanalzuweisungen zu bestimmten Missionen werden nicht beschrieben. Stattdessen heißt es nur

Die Kanalauswahl hängt auch stark von Bandbreitenüberlegungen ab. Der Kanalplan wurde entwickelt, um sowohl Raumfahrzeuge mit niedriger Rate, die in einem einzigen Kanal arbeiten, als auch Raumfahrzeuge mit höherer Rate aufzunehmen, die einen oder mehrere benachbarte Kanäle auf jeder Seite des nominellen Betriebskanals erfordern. Vor der Auswahl von Betriebsfrequenzen oder -kanälen für ein Projekt sollte der Telekommunikationsdesigner das JPL Frequency Spectrum Management Commitments Office konsultieren , um Frequenzinterferenzen mit anderen vorhandenen oder geplanten Raumfahrzeugen zu vermeiden.

Dieser Link führt zur Website des Commitments Office des Interplanetary Network Directorate (IND), das seine Mitarbeiter angibt

wird Personen helfen, die neue Missionen entwerfen, die Unterstützung durch das Deep Space Network (DSN) planen ... wird potenziellen Kunden Informationen über DSN-Einrichtungen, -Fähigkeiten, -Kosten und -Pläne liefern ... wird Telekommunikationsverbindungsdesigns überprüfen, um die Kompatibilität mit sicherzustellen dem DSN und unterstützt Entwicklungsflugprojekte beim Abschluss eines vorläufigen DSN-Servicevertrags.

Für diejenigen, die daran interessiert sind, einen Vorschlag für eine Mission vorzubereiten, die DSN-Dienste erfordert, hosten sie „das Online-Tool DSN RF Aperture Fee“ unter https://dse.jpl.nasa.gov/ext/ , das Sie möglicherweise auf unterhaltsame Weise finden um den verfügbaren Parameterraum zu erkunden.

Andere Teile der NASA, wie die Spectrum Policy and Planning Division , führen tatsächlich die Verhandlungen mit internationalen Partnerschaftsorganisationen wie der ITU und CCSDS, die in anderen Antworten erwähnt wurden. Die einzige, die eine genaue Frequenzzuweisung auf der Ebene dieser Frage zu handhaben scheint, ist die Raumfrequenz-Koordinierungsgruppe . Ihre Satellitendatenbank ist nur für Mitglieder zugänglich (dh die Personen, die ihre Länder bei Ausschusssitzungen vertreten), aber das Benutzerhandbuch für diese Datenbank ist zugänglichöffentlich zugänglich, und es enthält mehrere Screenshots davon, wie die Datenbank vor einigen Jahren aussah, einschließlich Mittenfrequenzen und Bandbreiten von einer kleinen Anzahl von Satelliten. Aufgrund der Art und Weise, wie die Datenbank in diesen Beispielen sortiert ist (nach Namen und nicht nach Häufigkeit), helfen sie jedoch nicht bei der Beantwortung der Frage, wie viel Bandbreitenüberlappung es wirklich gibt.

Die Suche nach „Deep Space Network Spectrum Management“ führte mich zu https://sites.nationalacademies.org/cs/groups/bpasite/documents/webpage/bpa_048958.pdf , das das beste Bild enthält, das ich finden konnte Ich denke, Sie wollen wirklich sehen:

Wenn Sie eine Lehrbuchbehandlung dessen wünschen, was sie tatsächlich modellieren, um zu entscheiden, welche Frequenzzuweisungen vorgenommen werden sollen, wenden Sie sich am besten an JPL DESCANSO für Kapitel 11, Hochfrequenzauswahl und Interferenzvermeidung, von Norman F. de Groot, Seiten 517- 555 von Deep Space Telecommunications Systems Engineering , herausgegeben von Joseph H. Yuen, 1982.