واگذاری ارتباطات ناسا به ماهواره های تجاری برای آرتمیس

ناسا در حال بازنشسته کردن ستون فقرات ارتباطاتی چند دهه‌ای خود و واگذاری وظایف رله به خوشه‌های ماهواره‌ای تجاری است. این تصمیم که تحت‌تاثیر اولویت‌های جدید مأموریتی برنامه آرتمیس و چشم‌انداز مأموریت‌های سرنشین‌دار آینده به مریخ اتخاذ شده، هدفش به‌روز‌رسانی پیوندهای تلِمتری، ردیابی و داده‌های علمی با نرخ بالا از طریق شبکه‌های خصوصی و ارتباطات لیزری است.

چرا ناسا فراتر از دوران TDRS می‌رود

بیش از نیم قرن، ناسا برای انتقال تلِمتری، ردیابی، فرمان و داده‌های علمی بین فضاپیماها و زمین به سامانه Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) متکی بود. TDRS که از دهه ۱۹۶۰ به‌طور پیوسته به‌روز شده بود، با ترکیب ماهواره‌های زمین‌آهنگ و ایستگاه‌های زمینی پوشش تقریباً پیوسته‌ای برای بسیاری از مأموریت‌ها فراهم می‌کرد. اما چشم‌انداز ارتباطات تغییر کرده است: خوشه‌های ماهواره‌ای در مدار پایین زمین (LEO)، لینک‌های نوری (لیزری) و مسیریابی پیشرفته بین‌ماهواره‌ای اکنون پهنای باند بالاتر، تأخیر کمتر و مدل‌های خدمات رقابتی ارائه می‌دهند که معماری قدیمی TDRS فاقد آن است.

در سال ۲۰۲۲ ناسا یک جهش راهبردی اعلام کرد: به‌جای ساختن یک شبکه رله جدید متعلق به آژانس برای جایگزینی TDRS، خدمات رله تجاری را از اپراتورهای خصوصی خریداری خواهد کرد. این تصمیم هم بازتاب اولویت‌های بودجه‌ای و برنامه‌ای است — تا ناسا بتواند سرمایه‌گذاری بیشتری روی سیستم‌های اکتشاف سرنشین‌دار برای ماه و مریخ انجام دهد — و هم بهره‌گیری از نوآوری سریع بخش خصوصی در ارتباطات فضایی و ارتباط لیزری.

شرکت‌های منتخب چه می‌سازند

ناسا در ابتدا قراردادهای آزمایش و توسعه را به شش شرکت واگذار کرد؛ از آن میان پنج شرکت همچنان فعال هستند: آمازون، SES Space & Defense، SpaceX، Telesat و Viasat. هر شرکت فناوری‌ها و رویکردهای مداری متفاوتی را برای ارائه خدمات تلِمتری، ردیابی و فرمان (TT&C) و رله‌های داده‌ای با نرخ بالا برای علوم پیش می‌برد.

Amazon

آمازون در حال آزمایش لینک‌های نوری با نرخ بالا در سراسر ناوگان برنامه‌ریزی‌شده مدار پایین زمین خود است. ارتباطات لیزری (ارتباطات اپتیکال) وعده افزایش چشمگیر ظرفیت دانلود و مقاومت بیشتر در برابر تراکم طیف فرکانسی را می‌دهد. نمایش‌های آزمایشی آمازون بر توانایی‌های نشانه‌گیری، کسب قفل و ردیابی متمرکز خواهد بود، زیرا اهداف با سرعت از میان مدارهای LEO عبور می‌کنند. آزمایش‌ها قرار است از سال آینده آغاز شوند و به‌تدریج در پیچیدگی رشد کنند تا دستاوردهای فضا-به-فضا و فضا-به-زمین در ارتباطات لیزری را تأیید کنند.

SES Space & Defense

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

آغاز عصر جدید پرتاب های تجاری فضایی در اروپا: رقابت استارتاپ های اروپایی برای دسترسی مستقل به فضا

مقدمه: دوره جدید پرتاب‌های تجاری فضایی اروپا آژانس فضایی اروپا (ESA) مأموریتی تحول‌آفرین را برای متنوع‌سازی...

SES پیش‌تر مجموعه‌ای از خدمات، از جمله انتقال‌های داده با نرخ بالا و TT&C، را با استفاده از شبکه میان‌مداری O3b mPOWER در کنار دارایی‌های GEO نشان داده است. آزمایش‌های اخیر دو حالت رله را تأیید کردند: یک مسیر با نرخ پایین برای ردیابی و فرمان پیوسته و یک مسیر با نرخ بالا برای بارهای عظیم دانلود علمی. SES ترکیبی از لایه‌های مداری مختلف را به‌کار می‌گیرد تا مسیریابی بلادرنگ و بدون درز بین ارتفاعات مختلف فراهم کند — ترکیبی که برای پوشش مأموریت‌های نزدیک‌زمین و پشتیبانی پرتاب اهمیت دارد.

Telesat

خوشه Lightspeed شرکت Telesat بر لینک‌های بین‌ماهواره‌ای نوری و پردازش درون‌ماهواره‌ای برای ایجاد یک شبکه مش مسیریابی‌شده در LEO تأکید دارد. ماهواره‌های Lightspeed هدف دارند داده‌ها را به‌صورت مؤثر بین گره‌ها منتقل کنند و تا دروازه‌های زمینی هدایت کنند. استقرار این خوشه از سال آینده آغاز می‌شود، اما آزمایش‌های عملی ارتباطات فضا-به-فضا احتمالاً تا سال ۲۰۲۷ صورت نخواهند گرفت، که Telesat را در میان نامزدهای دیرتر برای اعتبارسنجی رله قرار می‌دهد.

Viasat

Viasat از ظرفیت GEO برای ارائه پشتیبانی پرتاب، خدمات TT&C و خدمات با نرخ بالا به فضاپیماهای LEO استفاده می‌کند. این شرکت اخیراً عملکرد ردیابی خود را با دنبال‌کردن موشک New Glenn شرکت Blue Origin در هنگام صعود حاوی محموله‌های علمی نشان داد، که نشان می‌دهد چگونه دارایی‌های مبتنی بر مدار زمین‌آهنگ می‌توانند به مراحل اولیه مأموریت و عملیات نزدیک زمین کمک کنند.

SpaceX

SpaceX پرچمدار‌ترین خوشه LEO در قالب Starlink را دارد و اجزایی از مفهوم رله خود را در مأموریت‌های سرنشین‌دار خصوصی مانند Polaris Dawn و Fram2 اثبات کرده است. پوشش جهانی Starlink و سرعت استقرار بالای آن را به یک نامزد برجسته برای خدمات رله عادی تبدیل می‌کند؛ این شرکت همچنین با لینک‌های بین‌ماهواره‌ای نوری برای افزایش ظرفیت انتها-به-انتها آزمایش‌هایی انجام داده است.

پیامدها، جدول زمانی و بستر فنی

جایگزینی TDRS با خدمات تجاری، نقش ناسا را از اپراتور به مشتری تغییر می‌دهد. این تغییر مزایای متعددی در پی دارد: دسترسی به پهنای باند تجمعی بالاتر، چرخه‌های تجدید فناوری سریع‌تر و امکان خرید ظرفیت به‌صورت نیازمحور. درعین‌حال پرسش‌هایی درباره تاب‌آوری، هماهنگی مقرراتی و رله‌های بلندمدت فضای دوردست مطرح می‌شود — حوزه‌هایی که ناسا از طریق آزمایش‌های مداوم اعتبارسنجی خواهد کرد تا مطمئن شود ارائه‌دهندگان تجاری می‌توانند الزامات مأموریتی را برآورده سازند.

الگوهای فنی کلیدی در این گذار عبارت‌اند از:

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

معرفی سرویس پیام رسانی ماهواره ای T-Satellite توسط تی-موبایل؛ پیام کوتاه ماهواره ای برای تمامی اپراتورها

تی-موبایل با رونمایی از سرویس جدید پیام‌رسانی ماهواره‌ای خود با نام T-Satellite در سراسر ایالات متحده،...

• ارتباطات لیزری: لینک‌های اپتیکال نسبت به RF سنتی ارتقای بزرگی در توان خروجی دانلود ارائه می‌دهند، اما نیازمند سامانه‌های دقیق نشانه‌گیری، کسب قفل و ردیابی هستند.
• لینک‌های بین‌ماهواره‌ای و مسیریابی مش: مسیریابی مبتنی بر فضا تأخیرهای زمینی را کاهش می‌دهد و امکان تحویل‌های مؤثرتر بین مدارها را فراهم می‌کند.
• معماری‌های لایه‌ای مداری: ترکیب دارایی‌های LEO، MEO و GEO اجازه می‌دهد خدمات برای پشتیبانی پرتاب، عملیات نزدیک‌زمین و بازده علمی پیوسته بهینه شوند.

ناسا برنامه دارد آزمایش خدمات رله تجاری را حداقل تا سال ۲۰۲۷ ادامه دهد و انتظار می‌رود اولین خریدها برای مأموریت‌های علمی تا ۲۰۳۱ صورت گیرد؛ آن خرید رسماً پایان دوران TDRS را رقم خواهد زد. در همین حال، آژانس می‌کوشد اطمینان یابد که ارائه‌دهندگان تجاری می‌توانند الزامات کانال‌های فرمان امن، تضمین مأموریت و در دسترس‌بودن بلندمدت را برآورده کنند.

دیدگاه کارشناسی

دکتر ماریا چن، مهندس سامانه که در ارتباطات فضای دور تخصص دارد، اظهار داشت: «این چرخش یک مصالحه عملیاتی است. ناسا تمرکز خود را روی آرتمیس و مریخ حفظ می‌کند در حالی که به نوآوری تجاری برای تأمین پهنای باند و انعطاف‌پذیری تکیه می‌کند. چالش اصلی تأمین تضمین سطح خدمات برای مأموریت‌های با اولویت بالا است — نیاز به قراردادهای روشن، افزونگی و آزمون‌های انتها-به-انتها پیش از واگذاری لینک‌های حیاتی وجود دارد.» دیدگاه او تعادل بین فرصت‌های فنی و ریسک مأموریتی را هنگام حرکت ناسا به‌سوی رله‌های تجاری برجسته می‌سازد.

مزایا احتمالی و پرسش‌های باز

برای دانشمندان و طراحان مأموریت، این تغییر وعده تحویل سریع‌تر مجموعه‌داده‌های حجیم از رصدخانه‌های مداری و مأموریت‌های سرنشین‌دار را می‌دهد و امکان تصمیم‌گیری تقریباً بلادرنگ برای آزمایش‌های پیچیده را فراهم می‌سازد. خدمات رله تجاری می‌تواند تأخیر را برای عملیات حساس به زمان کاهش دهد، دسترسی به مدارهای دوردست را بهبود ببخشد و از طریق قیمت‌گذاری رقابتی هزینه‌های پشتیبانی بلندمدت را کاهش دهد — مزایای مهمی برای مأموریت‌های علمی و اکتشافی.

با این حال پرسش‌های باز باقی می‌مانند. چگونه ناسا شبکه‌های تجاری را برای مأموریت‌های حساس به حیات سرنشین‌دار گواهی خواهد کرد؟ چه سطوحی از افزونگی و امنیت سایبری لازم است؟ و فناوری لینک‌های اپتیکال تا چه اندازه و با چه سرعتی می‌تواند فراگیر و آماده عملیات معمول شود فراتر از پروازهای نمایشی؟ پاسخ‌گویی به این سؤالات مرکزی برای موفقیت برنامه خواهد بود.

نتیجه‌گیری

تصمیم ناسا برای گذار از سامانه قدیمی TDRS به خدمات رله ارائه‌شده به‌صورت تجاری یک دگرگونی مهم در سیاست و فناوری است. این رویکرد از دهه‌ها سرمایه‌گذاری خصوصی در خوشه‌های ماهواره‌ای و ارتباطات لیزری بهره می‌برد تا نیازهای رو به رشد داده‌های علمی و اکتشافی را تأمین کند. تا زمان ادامه آزمایش‌ها در طول این دهه، برنامه آرتمیس و اهداف آینده مریخ هم نقش محرک و هم بهره‌بردار از این اکوسیستم ارتباطی نوین خواهند بود.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

ناپدید شدن سیگنال مدارگرد MAVEN و پیامدهای آن برای مریخ

ناسا گزارش داده است که ارتباط با مدارگرد دیرپای مریخ موسوم به MAVEN به‌طور غیرمنتظره‌ای قطع...