심우주 통신망

3. 시설

심우주 통신망(DSN)은 전 세계 3곳에 주요 통신 시설을 두고 있다. 각 시설은 전파 간섭을 최소화하기 위해 반산악 지형에 위치하며, 지구 자전에 따라 우주선을 지속적으로 관찰할 수 있도록 전략적으로 배치되어 있다.^[4][5] 이러한 시설들은 미국 캘리포니아주 패서디나에 있는 제트 추진 연구소(JPL)의 심우주 운영 센터(DSOC)에서 원격으로 제어 및 운영된다.^[3]

각 시설에는 다음과 같은 안테나가 설치되어 있다.^[2]

• 3개 이상의 빔 도파관 안테나 (BWG)
• 1개의 안테나

4. 기술적 특징

심우주 비행체의 추적은 저궤도 임무 추적과는 상당히 다르다. 심우주 임무는 지구 표면의 넓은 부분에서 오랫동안 관측할 수 있으므로 소수의 기지만 필요하다. DSN에는 단 세 곳의 주요 기지가 있다. 그러나 이러한 소수의 기지는 광대한 거리를 송수신하기 위해 거대한 안테나, 초고감도 수신기 및 강력한 송신기가 필요하다.

• 3개 이상의 34m 빔 도파관 안테나 (BWG)
• 1개의 70m 안테나.

4. 1. 주파수 대역

4. 2. 신호 처리

5. 운영 및 관리

심우주 통신망(DSN)은 미국 항공우주국(NASA)의 시설이며, 캘리포니아 공과대학교(Caltech)의 일부인 제트 추진 연구소(JPL)가 NASA를 대신하여 관리 및 운영한다.^[22] JPL 내의 행성간 네트워크 국(Interplanetary Network Directorate, IND)이 프로그램 관리, 개발, 운영을 담당한다.^[22] IND는 통신, 행성간 항법, 정보 시스템, 정보 기술, 컴퓨팅, 소프트웨어 엔지니어링 및 기타 관련 기술과 관련된 모든 문제에 대한 JPL의 핵심 부서이다.^[22]

스페인과 호주의 시설은 해당 정부의 과학 기관과 공동으로 소유 및 운영된다. 호주에서는 연방 과학 산업 연구 기관(CSIRO)이 캔버라 심우주 통신 단지의 일상적인 운영, 엔지니어링 및 유지 관리 활동을 관리한다.^[24] 티드빈빌라의 대부분의 직원은 호주 정부 직원이며, 토지와 건물은 호주 정부 소유이다. NASA는 자금 대부분을 지원하고, 대형 안테나와 전자 장비 등 NASA가 비용을 지불한 동산의 소유권을 가지며, 안테나의 방향을 결정할 권한을 갖는다.^[25] 스페인에서는 Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial(INTA)의 전액 출자 자회사인 Ingenieria de Sistemas para la Defensa de España S.A.(ISDEFE)가 마드리드 심우주 통신 단지(마드리드)를 운영하고 유지 관리한다.^[24]

Peraton(구 Harris Corporation)은 심우주 통신망의 운영 및 유지 관리를 위해 JPL과 계약을 맺고 있다.^[26] Peraton은 골드스톤 단지 관리, DSOC 운영, 심우주 통신망 운영, 임무 계획, 운영 엔지니어링 및 물류를 담당한다.^[26]

6. 국제 협력

심우주 통신망(DSN)은 우주 데이터 시스템 자문 위원회 표준에 따라 운영되므로 다른 우주 기관의 네트워크와 상호 운용이 가능하다. 여기에는 소련 심우주 네트워크, 중국 심우주 네트워크, 인도 심우주 네트워크, 일본 심우주 네트워크, 유럽 우주국의 ESTRACK가 포함된다.^[6] 이러한 기관들은 더 나은 임무 범위를 위해 종종 협력한다. 특히 DSN은 ESA와 상호 지원 협정을 맺어 두 네트워크를 상호 사용할 수 있도록 한다.^[7] 파크스 천문대 또는 그린뱅크 망원경과 같은 전파 천문 시설이 DSN 안테나를 보완하기 위해 사용되는 경우도 있다.

7. 도전 과제 및 한계

NASA 감사관실 보고서에 따르면, 심우주 통신망은 여러 문제에 직면해 있다.^[36]

• 과도한 사용으로 인해 임무에 영향을 미치고 일정 관리가 어렵다.
• 유인 아르테미스 계획 임무가 시작되면 용량 제한이 더욱 심화될 것으로 예상된다.
• 용량 제한, 백업 부족, 번거로운 절차 때문에 심우주 통신망 사용 일정 관리가 어렵다.
• 업그레이드가 지연되고 비용이 증가하고 있다.
• 국제 파트너와의 협력 및 프로젝트 관리에 어려움이 있다.^[36]

• 심우주 통신망 노드가 모두 지구에 있어, 우주선과의 데이터 전송 속도가 지구와의 거리 때문에 제한된다. 화성 중계 네트워크의 화성 궤도선을 이용하여 화성 궤도선 및 착륙선과의 통신을 개선할 수 있다.^[37] 행성간 인터넷을 구축하기 위해서는 다자간, 다중 임무를 처리할 수 있는 전용 통신 위성이 우주에 추가되어야 한다.
• 보이저 계획처럼 원래 수명이 종료된 후에도 작동하는 "레거시" 임무를 지원해야 하며, 이러한 임무는 가장 큰 안테나를 필요로 한다.
• 주요 구성 요소를 교체하는 동안 안테나를 수개월 동안 사용할 수 없다.
• 구형 70m 안테나의 수명이 다해가고 있어 교체가 필요하다. 소형 안테나 배열이 고려되었지만,^[38][39] 최근에는 각 기지에 34m BWG 안테나를 최대 4개까지 제공하기로 결정했다.^[40]
• 지구 중심 궤도 너머의 임무를 수행하는 새로운 우주선은 비콘 모드 서비스를 사용하여 심우주 통신망 없이 작동할 수 있다.^[41] NASA는 달 탐사 지상 기지 네트워크를 구축하여 달 및 아르테미스 미션의 수요를 분담하고 있다.

8. 전파 과학

심우주 통신망은 심우주 탐사 임무에 포함된 전파 과학 실험의 일부를 구성하며, 우주선과 지구 간의 무선 통신 링크를 사용하여 행성 과학, 우주 물리학 및 기초 물리학을 연구한다. 이 실험에는 전파 엄폐, 중력장 결정 및 천체 역학, 이중 산란, 도플러 바람 실험, 태양 코로나 특성 분석, 기초 물리학 시험 등이 포함된다.^[42]

예를 들어, 심우주 통신망은 주노의 중력 과학 실험의 한 구성 요소이다. 여기에는 주노에 탑재된 특수 통신 하드웨어와 통신 시스템이 사용된다.^[43] 심우주 통신망은 Ka-대역 업링크를 방사하며, 이는 ''주노''의 Ka-대역 통신 시스템에 의해 수신된 다음 KaTS라는 특수 통신 상자에 의해 처리된 후 이 새로운 신호가 다시 심우주 통신망으로 전송된다.^[43] 이를 통해 시간에 따른 우주선의 속도를 정밀하게 결정할 수 있으며, 이를 통해 목성의 중력장을 보다 정확하게 결정할 수 있다.^[43][44]

참조

_[1] 서적 How We Get Pictures From Space https://ntrs.nasa.go[...] NASA 2013-09-19
_[2] 웹사이트 About the Deep Space Network http://deepspace.jpl[...] JPL 2012-06-08
_[3] 간행물 Space Telecommunications, how? Civil Aviation Technology College 2021-04
_[4] 웹사이트 DSN:antennas http://deepspace.jpl[...] JPL, NASA
_[5] 웹사이트 Bracing for an Interplanetary Traffic Jam https://science.nasa[...] NASA 2018-05-17
_[6] 웹사이트 Deep Space Network (DSN) Mission Services and Operations Interface for Small Deep Space Missions https://trs.jpl.nasa[...] Jet Propulsion Laboratory 2013-04-23
_[7] 간행물 ESA and NASA extend ties with major new cross-support agreement https://www.esa.int/[...] ESA 2020-07-05
_[8] 웹사이트 Deep Space Network Operations Control Center at the Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California http://deepspace.jpl[...] NASA/JPL 2014-01-26
_[9] 웹사이트 NASA Facts: Deep Space Network http://www.jpl.nasa.[...] JPL 2011-03-25
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_[11] 간행물 NASA's Deep Space Network: Big Antennas with a Big Job https://dataverse.jp[...] JPL 2012-06-24
_[12] 웹사이트 201, Rev. B: Frequency and Channel Assignments http://deepspace.jpl[...] 2014-07-13
_[13] 간행물 Ka-band high-rate telemetry system upgrade for the NASA deep space network
_[14] 웹사이트 NASA's New Experimental Antenna Tracks Deep Space Laser https://www.jpl.nasa[...]
_[15] 서적 Uplink-Downlink: A History of the Deep Space Network, 1957–1997 https://www.nasa.gov[...] National Aeronautics and Space Administration
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