***** Francisc Grünberg, YO4PX ***** O pagină dedicată radioamatorilor YO

DX-urile supreme din spaţiul cosmic

Sub titlul «Serious DX: The Deep Space Network» Dan Maloney KC1DJT (K8UYM) a publicat pe pagina Hackaday la 21 iulie 2017 articolul de mai jos, care prezintă interes pentru cei pasionaţi de propagarea semnalelor radio la mari distanţe. Dan este prezent pe această pagină şi cu alte articole interesante care au tangenţă cu radioamatorismul, traduse în limba română, care pot fi accesate prin adresele cu linkuri din subsol.

Umanitatea a devenit o specie călătoare în cosmos abia de şaizeci de ani. În acest răstimp scurt am deprins destul de bine abilitatea de a lansa obiecte pe orbite din jurul Pământului, şi am făcut-o cu atâta elan încât în prezent suntem înconjuraţi de un adevărat nor de obiecte utile sau inutile. Comunicarea cu sateliţi aflaţi pe orbite circumterestre a devenit un lucru aproape banal; telefonul dumneavoastră «ascultă» chiar în acest moment cel puţin o jumătate de duzină de «păsări» GPS geostaţionare şi orice radioamator poate sta la taifas cu astronauţii de la bordul Staţiei spaţiale internaţionale doar cu o portabilă de 30 de dolari şi o antenă autoconstruită.

Însă din momentul în care nava noastră spaţială se ridică cu mult deasupra orbitei geostaţionare comunicaţiile devin niţel mai nesigure. Legea descreşterii cu pătratul distanţei a intensităţii câmpului unei radiaţii şi limitările impuse de bugetul de energie disponibil majorităţii navelor spaţiale îşi pun amprenta pe cantitatea de radiofrecvenţă care poate fi direcţionată îndărăt spe Terra. Însă ştiinţa acestor misiuni pretinde o conexiune fiabilă şi cu suficientă lărgime de bandă atât pentru controlul asupra navei spaţiale cât şi pentru recuperarea «încărcăturii» preţioase a informaţiilor colectate. Aceasta necesită o reţea radio puternică, dotată cu urechi mari şi sensibile - dar, după câte vom putea vedea, NASA nu este singura care poate trage cu urechea la cele ce se întâmplă în spaţiul cosmic îndepărtat.

Triada spaţiului profund

Nevoia de a comunica cu sateliţii a fost o preocupare majoră încă de la primele începuturi ale programului spaţial al Statelor Unite, iar dezvoltarea reţelei de comunicaţii spaţiale, care a ajuns să fie cunoscută sub numele de Reţeaua spaţiului cosmic profund (Deep Space Network, DSN) a urmat pas cu pas progresele din domeniul tehnologiei spaţiale, care a lansat cu rapiditate obiecte din ce în ce mai departe de Terra. Reţeaua DSN a fost construită astfel ca fiecare nouă misiune să nu fie nevoită să-şi găsească propriile sale soluţii de comunicare, ci să poată beneficia de facilităţile reţelei deja existente. De atunci au fost construite reţele pentru Agenţia spaţială europeană (European Space Agency, ESA) şi pentru programele spaţiale ale altor ţări, iar cooperarea între operatorii tuturor reţelelor este un lucru uzual, aceasta mai ales în cursul unor situaţii de urgenţă.

(Credit Deepspace.jpl.nasa.gov)

“The Center of the Universe”, centrul de control al DSN

(Credit JPL)

Trei locaţii au fost alese pentru staţiile terestre ale DSN: Canberra în Australia, Madrid în Spania şi Goldstone, California, S.U.A. Locaţiile sunt spaţiate aproape perfect la 120º una de cealaltă, ceea ce înseamnă că ele asigură o acoperire a cerului la o altitudine de circa 30000 km; orice obiect mai depărtat de Pământ se află întotdeauna în raza vizuală a DSN indiferent de rotaţia Pământului.

Fiecare locaţie deţine antene reflectoare parabolice complet orientabile cu dimensiuni de la 26 de metri până la cele enorme de 70 de metri. Receptoarele lor sensibile şi aparatura digitală de procesare a semnalelor pot sesiza până şi cele mai infime semnale ale navetei spaţiale Voyager, care se află actualmente la o depărtare de peste 30 de ore-lumină de Pământ. Puterea de emisie a semnalelor variază în funcţie de frecvenţă. Emiţătoarele în benzile S şi X au în general amplificatoare de 20 kW, însă există şi un amplificator de 400 kW, care este pus uneori în funcţiune pentru emiţătorul în banda S a parabolicei de 70 de metri diametru printr-o coordonare specială cu autorităţile aeronautice, pentru ca niciun avion să nu zboare prin fascicolul semnalelor emise şi cu o elevaţie a parabolicei limitată la 17º deasupra orizontului, pentru a se evita pârjolirea oricărei fiinţe umane aflate pe sol.

Jet Propulsion Laboratory (JPL) (centru de cercetare şi dezvoltare al NASA, administrat de Institutul de tehnologie din California - nota mea, YO4PX) are o pagină interactivă extrem de interesantă, care prezintă starea actualizată a tuturor antenelor din Reţeaua spaţiului profund şi ce anume fac acestea la un moment dat. În timpul scrierii acestor rânduri parabolica de 70 de metri din Madrid transmite un semnal cu puterea de 19 kW spre Voyager 1 şi recepţionează un semnal de -154.27 dBm. Aceasta înseamnă circa 370 de zeptowaţi, dar încă suficienţi pentru a culege o cantitate de date la viteza de 159 biţi pe secundă.

Ascultarea

Puşi în faţa tuturor acestor echipamente specializate ar fi de la sine înţeles să presupunem că hackerul de nivel mediu nu poate face nimic pentru a auzi semnalele transmise spre DSN. Şi într-adevăr, acei băieţii de treabă de la JPL au dat un răspuns acestei întrebări printr-un categoric «Nu». Se pare însă că nu s-au consultat cu comunitatea pasionaţilor radioului, care îşi îndreaptă în mod curent parabolicele autoconstruite spre cer şi se dau peste cap pentru a capta semnalele DX-urilor supreme.

Cassini cheamă de pe Saturn

(Credit: UHF-Satcom [M0EYT])

Unul dintre aceşti entuziaşti, radioamatorul Paul Marsh M0EYT are suficiente contacte pentru a umple cu informaţii o pagină activă de Twitter. Printre numeroasele imagini captate de el în mod obişnuit de la sateliţii meteo se pot vedea cascadele afişate cu caracteristicele linii în diagonală, cauzate de semnalele supuse efectului Doppler, provenind de la nave spaţiale aflate la mari distanţe de Terra. Recent Paul a recepţionat semnalele sondei spaţiale Cassini, care tocmai parcurge ultimele sale rotaţii în jurul planetei Saturn înainte de a se prăbuşi în gigantul gazos în luna septembrie. Paul şi colegii săi au recepţionat o mulţime de alte semnale emise de sonde spaţiale trimise în spaţiul cosmic profund, inclusiv Mars Reconnaissance Orbiter, misiunea OSIRIS-REx pe brâul unui asteroid, observatoarele solare STEREO-A şi STEREO-B şi misiunea Juno pe Jupiter.

Aparatura întrebuinţată de Paul pentru toate aceste recepţii este dezamăgitor de simplă comparativ cu uriaşele echipamente ale DSN. Parabolica lui este o banală «farfurie» cu focar primar cu diametrul de 1,8 metri, cu aripi extinse la 2,5 metri. Până deunăzi parabolica era poziţionată manual, dar acum este complet motorizată cu o montură altazimutală recuperată din materialele excedente ale Marinei regale britanice. Aparatura de recepţie constă din ceea ce te poţi aştepta să găseşti în shack-ul unui pasionat al microundelor – amplificatoare cu zgomot redus, mixere, filtre –, majoritatea construite la comandă şi optimizate pentru spaţiul cosmic profund. O foaie de calcul din interiorul camerei calculează frecvenţa pe care trebuie să se asculte pentru o anumită navă spaţială, bazată pe deplasarea Doppler cauzată de viteza sa relativă de navigaţie. De aici încolo intră în acţiune răbdarea şi experienţa, care îl ajută pe Paul să extragă din zgomot chiar şi cele mai slabe semnale.

Parabolica lui Paul Marsh M0EYT de 1,8 metri

Şi ce putem spune despre Voyager, cel mai îndepărtat avanpost al umanităţii şi semnalele sale lansate spre casă din spaţiul interstelar cu un semnal de 18 waţi? S-ar putea crede că numai uriaşele urechi ale Reţelei spaţiului cosmic profund le-ar putea recepţiona. Însă dr. Achim Vollhardt DH2VA l-a auzit pe Voyager 1 în 2007 de la o distanţă de 15 miliarde de kilometri folosind o parabolică cu diametrul de 20 de metri. Aşadar e posibil ca şi alţi ascultători ai spaţiului cosmic să-i repete isprava - dar ar face bine să se grăbească, generatorul termal pe radioizotopi al lui Voyager 1 este calculat să mai funcţioneze doar trei ani de acum înainte.

Ca radioamator şi ascultător al undelor scurte (shortwave listener, SWL) pot depune mărturie despre emoţia realizării unor legături cu staţii ale căror semnale slabe abia pătrund prin zgomot şi interferenţe, sucind din butoane în dreapta şi-n stânga, până când planetele se aliniază şi reuşeşti să distingi un indicativ emis de la antipozi. Cu atât mai mare trebuie că e emoţia de a-ţi îndrepta parabolica spre locaţia potrivită, de a calcula frecvenţa de recepţie corectă şi de a zări linia în diagonală de pe cascadă, care îţi indică existenţa unui semnal sosit de la limita sistemului nostru solar!