Wie testet man die Kommunikation des Bodensegments mit einem Raumfahrzeug, das sich noch auf dem Boden befindet, und „verbindet“ Daten von diesem?

Teilantwort..?

Laienhaft ausgedrückt, ich denke, es gibt Verwirrung zwischen einem „ vollständigen End-to-End-Fluss von der Planung der Wissenschaft, die Webb durchführen wird, bis zur Veröffentlichung der wissenschaftlichen Daten im Community-Archiv “-Test und einem „ Umgebungs “-Test, bei dem alles zusammengebaut ist wird an bestimmten Orten wie einem schalltoten Raum getestet .

In diesem Fall sprechen sie nur davon, dass alles als vollständig zusammengebautes Raumschiff miteinander kommuniziert und auch über simuliertes DSN mit dem Bodenunterstützungsnetzwerk kommuniziert und die Daten dann an geeignete Netzwerke auf der Erde gesendet werden. Dazu gehört auch, dass das GSN über dasselbe Netzwerk mit dem zusammengebauten Raumschiff kommuniziert.

Der entscheidende Punkt war, dass mit dem Raumfahrzeug noch nicht als vollständig zusammengebautes Raumfahrzeug kommuniziert worden war. Zuvor wurden die Tests (einschließlich Umgebungstests) nur mit voneinander unabhängigen Einzelsystemen und daher nicht als einzelnes ganzes Raumfahrzeug durchgeführt (z ).

Dies ist das erste Mal, dass sie alle an einem Ort zusammengebracht, miteinander verbunden und dann erwartet werden, dass sie gut miteinander und mit der Erde sprechen.

So, als hätten einzelne Teams bisher monatelang im eigenen Keller gebastelt.

Jetzt kommen sie alle in einem Raum zusammen, schließen alles aneinander und legen einen Schalter um, in der Hoffnung, dass alles funktioniert ...

https://www.universetoday.com/147597/james-webb-is-working-perfectly-on-the-ground-next-trick-doing-it-from-space/#more-147597

Kürzlich führten die Testteams den kritischen „Ground Segment Test“ durch, bei dem das vollständig zusammengebaute Observatorium hochgefahren wurde, um zu sehen, wie es auf Befehle im Weltraum reagieren würde.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beim Bodensegmenttest die Besatzungen den vollständigen End-to-End-Prozess durchführen, der mit der Missionsplanung beginnt und mit der Veröffentlichung der erhaltenen wissenschaftlichen Daten im Community-Archiv endet.

Wie Amanda Arvai, die stellvertretende Abteilungsleiterin für Missionsoperationen bei STScI, in einer kürzlich erschienenen Pressemitteilung der NASA sagte:

„Dies war das erste Mal, dass wir dies sowohl mit der eigentlichen Webb-Flughardware als auch mit dem Bodensystem gemacht haben . Wir haben Teile dieses Tests durchgeführt, als das Observatorium zusammengebaut wurde, aber dies ist der erste und vollständig erfolgreiche End-to-End-Betrieb des Observatoriums und des Bodensegments. Dies ist ein großer Meilenstein für das Projekt und es ist sehr lohnend zu sehen, dass Webb wie erwartet funktioniert."

Um die erforderlichen Entfernungen zu simulieren, sobald sich das JWST im Weltraum befindet – 374.000 km (232.000 Meilen) im Perigäum und 1,5 Millionen km (930.000 Meilen) im Apogäum – verließ sich das Flugbetriebsteam auf einen speziellen Emulator, der eine Funkverbindung zwischen dem Observatorium und dem DSN .

Die Befehle wurden dann über den DSN-Emulator an das JWST weitergeleitet , das sich derzeit im Reinraum der Anlage von Northrop Grumman in Redondo Beach, Kalifornien, befindet. (Beantwortung der Frage von OP vor Ort zum Zeitpunkt der Fragestellung)

https://www.digitaltrends.com/news/nasa-james-webb-ground-segment-test/

https://www.sciencetimes.com/articles/29953/20210302/james-webb-space-telescope-reaches-completion-final-functional-performance-test.htm

Testteams konnten erfolgreich zwei wichtige Meilensteine ​​erreichen, die bestätigten, dass die interne Elektronik des Observatoriums vollständig funktioniert und dass das Raumfahrzeug, einschließlich seiner vier wissenschaftlichen Instrumente, Daten über dasselbe Netzwerk, das sie im Weltraum verwenden werden, angemessen liefern und empfangen kann.

Die genannten Versuche sind als All-Inclusive-Systemtest bekannt, der im Northrop Grumman stattfand, und als Bodensegmentversuch.

Nach den einzelnen Tests und der Gesamtzusammenstellung beginnt der Final Ground Segment Test :

• Erstellen eines simulierten Plans, dem jedes seiner wissenschaftlichen Geräte folgen würde

• Dann wurden Befehle zum chronologischen Einschalten, Bewegen und Bedienen jedes wissenschaftlichen Instruments übertragen

• Das Flugbetriebsteam verband das Raumschiff mit dem Deep Space Network (unter Verwendung der hier beschriebenen Testhardware) – über spezielle Ausrüstung, die verwendet wird, um die tatsächliche Funkverbindung zwischen dem Deep Space Network und Webb zu imitieren

• Für Webb war ein Beispieltest während einer simulierten Flugumgebung, als das Team erfolgreich übte, die Kontrolle nahtlos von seinem Hauptmissionsbetriebszentrum am Space Telescope Science Institute auf das Backup-Missionsbetriebszentrum im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, umzuschalten .

• Software-Patches erfolgreich an das Observatorium senden (siehe andere SE-Beiträge zur OTA-Neuprogrammierung)

• Erstellen Sie einen Backup-Plan, der voraussichtlich nicht benötigt wird, obwohl er geübt und perfektioniert werden muss

• zahlreiche Software-Patches erfolgreich an das Observatorium senden, während es seine befohlenen Operationen durchführt.

• Analysieren Sie die Daten, die das Observatorium zurücksendet, während es seine (wenn auch simulierte) Mission ausführt.

Software:

Der DSN-Simulator ist eine aktualisierte Version der in „ Deep Space Network Array Simulator “ beschriebenen Software.

Diese Software wird für die Computermodellierung von vorgeschlagenen DSN-Einrichtungen verwendet, die Antennenarrays und Sende- und Empfangsgeräte für die Mikrowellenkommunikation mit Raumfahrzeugen auf interplanetaren Missionen umfassen. Eine solche Modellierung wird durchgeführt, um die Anlagenleistung abzuschätzen, Anforderungen zu bewerten, die das Anlagendesign regeln, und vorgeschlagene Verbesserungen in Hardware und/oder Software zu bewerten.

Die vorliegende aktualisierte Version ist in der Lage, das gesamte DSN zu modellieren und bietet konfigurierbare Metriken, die es ermöglichen, Belastungsanalysen für alternative zukünftige DSN-Architekturen und Missionsszenarien durchzuführen. Die vorliegende Version bietet außerdem eine verbesserte Benutzeroberfläche und Schnittstellen für den Datenaustausch mit anderer DSN-Software und mit einer DSN-Missionsmodelldatenbank.

Andere Software:

Der Netzwerk-Simulator

• Der Network Simulator (ns-2) ist ein beliebtes Open-Source-Netzwerksimulationspaket.

Weltraumbasierter Internet-Emulator

• Ein Emulator für Weltraumnetzwerkanwendungen wurde von der University of Kansas entwickelt und heißt Space Based Internet (SBI) Emulator. Die SBI-Software verwendet ein XML-Dokument zur Beschreibung des Szenarios, das SBI im Satellite Tool Kit (STK) über STK/Connect zu Beginn der Emulation erstellt.

• Die im SBI-Emulator modellierten Kommunikationsverbindungen nutzen die vom Linux-Kernel bereitgestellten Quality-of-Service-Mechanismen.

Dieser Twitter-Beitrag scheint zu bestätigen, dass das oben Gesagte passiert ist:

https://twitter.com/NASAWebb/status/1382376679667073029?ref_src=twsrc%5Etfw

Unter Verwendung eines Deep Space Network-Emulators führte Webb Anfang 2021 einen wichtigen Test durch, bei dem der Prozess des Sendens und Empfangens von Daten von seinen wissenschaftlichen Instrumenten simuliert wurde.

„Während des abschließenden vollständigen Systemtests schalteten die Techniker alle verschiedenen elektrischen Komponenten des James-Webb-Weltraumteleskops ein, die auf dem Observatorium installiert waren, und durchliefen ihre geplanten Operationen, um sicherzustellen, dass alle funktionierten und miteinander kommunizierten.“

https://www.viralstuff.ca/nasas-james-webb-space-telescope-completes-final-functional-tests-to-prepare-for-launch/

Die Schaltkästen im Inneren des Teleskops haben eine „A“- und eine „B“-Seite, was Redundanz im Flug und zusätzliche Flexibilität ermöglicht. Während des Tests wurden alle Befehle korrekt eingegeben, alle Telemetriedaten wurden korrekt empfangen und alle Elektrokästen und Backup-Seiten funktionierten wie geplant.

„Es ist ein glücklicher Moment, weil wir Webbs elektrische Einsatzbereitschaft demonstrieren konnten. Wir sind jetzt bereit, mit dem Start und dem Betrieb im Orbit fortzufahren, nachdem diese Bewertung erfolgreich abgeschlossen wurde."

Hardware:

https://deepspace.jpl.nasa.gov/dsndocs/810-005/305/305B.pdf

• Die Testunterstützung kann Elemente der Mikrowellen-, Uplink- und Downlink-Ausrüstung, der Telemetrie-Simulationsbaugruppe (TSA – RF, Generieren von Testdaten für den Kunden), der Systemleistungstestbaugruppe (SPT – Analyse von Daten) und des Servicemanagements (Planung und nicht -Echtzeitschnittstellen zwischen DSN und Clients).

• Die Verbindungen zum und vom Raumfahrzeug werden durch direkte Verkabelung hergestellt , obwohl Ka-Band-Signale normalerweise in der Nähe des Raumfahrzeugs herunterkonvertiert und mit der DSN-Zwischenfrequenz (100 – 600 MHz) an die Downlink-Ausrüstung übertragen werden.

HF-Signalerzeugung

Der HF-Ausgang des Erregers wird in die Downlink-Frequenz übersetzt und kann auf einen beliebigen Pegel gedämpft werden, der geeignet ist, um das erwartete Signal-Rausch-Verhältnis für das Raumfahrzeugsignal während seiner verschiedenen Missionsphasen zu simulieren.

DSN-Kompatibilitätstesteinrichtungen

Es gibt drei DSN-Einrichtungen, die hauptsächlich zur Unterstützung von Kompatibilitätstests bereitgestellt werden:

DTF-21, das sich in der Nähe von JPL in Monrovia, Kalifornien, befindet, ist mit simulierten Frontends für die 70-m- und 34-m-Stationen des DSN, Uplink- und Downlink-Geräten und mindestens einem Satz aller im Signal gefundenen Datenverarbeitungsgeräte ausgestattet Verarbeitungszentren (SPCs).

• Simulatoren für die Antennen, Sender und Mikrowellensteuergeräte werden bereitgestellt, um ihre Reaktionen nachzuahmen.

• Die Kommunikation erfolgt über Standard-Bodenkommunikationsschnittstellen des JPL/NASA Integrated Service Network (NISN), und ein Cäsiumstrahl-Frequenzstandard liefert die Stationszeitsteuerung.

• DTF-21 kann konfiguriert werden, um jede Station bei einem DSCC zu simulieren.

• Diese Funktion bietet eine bequeme Umgebung zum Testen von Project/DSN-Schnittstellen.

• DTF-21 enthält einen HF-abgeschirmten Raum, um die zu testenden Geräte zu isolieren.

• Hat S-Band-Mikrowelle und X-Band-Mikrowelle, aber keinen Ka-Band-Empfang.

CTT-22 ist ein 48-Fuß-Anhänger, der speziell für die Durchführung von Kompatibilitäts- und Telemetrie-Datenflusstests in Produktionsstätten von Raumfahrzeugen und zur Unterstützung des Starts von Raumfahrzeugen von anderen Orten als Cape Canaveral entwickelt und implementiert wurde.

• Es bietet Fähigkeiten, die für diejenigen repräsentativ sind, die bei einem DSCC zu finden sind. Es kann an jeden geeigneten Ort auf der ganzen Welt verlegt werden.

• Hat S-Band-Mikrowelle und X-Band-Mikrowelle, aber keinen Ka-Band-Empfang.

MIL-71 befindet sich im Mission Operations Support Building (MOSB) des Kennedy Space Center in Florida, USA.

• Die Einrichtung wird normalerweise zwischen den Starts in einem Verwalterstatus gehalten und nach Bedarf implementiert, normalerweise um eine 34-m-Beam Waveguide (BWG)-Station zu simulieren, für Pre-Launch-Projekte und DSN-Kompatibilität.

• Hat S-Band-Mikrowellen- und X-Band-Mikrowellen- und Ka-Band-Empfang.

In Summe:

müssen das Internet und entweder ein Modell des DSN verwendet haben, das lokal in S- oder X-Band konvertiert, oder sie haben die Funkverbindung vollständig umgangen.

Ich denke, es ist ein Ja zu all diesen...