Divulgación Sistema de comunicaciones del New Horizons

[Julián]

¿Alguien conoce algún documento donde trate los aspectos técnicos del sistema de comunicaciones del new horizon? en cuanto al ancho de banda, potencia de transmición, ganancia de la antena, modulación, etc.

Según wikipedia consta de una antena de 12 W y 48 dB. Con esto y considerando al distancia a plutón, se obtiene una intensidad de $3.368*{10}^-{21} [W/{m}^{2}]$ de transmición, considerando como dice una antena de 2 m parabólica en conjunto con la ganancia de 48dB. Este nivel de intensidad es relativamente bajo, considerando la relación señal a ruido con esa potencia en la banda 100MHz (centrada en la portadora de 10 GHz). Por lo que el mensaje o información quedaría oculto bajo el ruido a menos que se utilice un proceso de autocorrelación o repetidroas en el espacio. Por ejemplo el ruido en la tierra, a una temperatura de 273 ºK y en un ancho de banda de 100MHz (centrado en la portadora) tiene un valor de -124.23 dBm además hay que sumarla la intensidad de la radiación del fondo de microondas que en ese ancho de banda está en -154.2 dBm, y la transmición del new horizon sería -174.72 dBm. Siendo el valor del ruido mayor. Ahora, sin lugar a dudas hay que aplicar un proceso de correlación.

Ahora viendo me parece que hay una repetidora (por lo menos en el espacio) que es el satélite THEMIS B que según
http://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html
transmite con una potencia de 0.2 KW y una potencia mínima de recepción de -117.94 dBm, aproximadamente lo que sería la señal del new horizon (en plutón!!). Igualmente no alcanzaría, debe haber otras repetidoras más alejadas de la tierra.

Pero quizás la potencia de transmición no sea 12 W como dice wikipedia así que si alguien conoce algún documento, me interesaría. Para hacer los cálculos correctos además necesitaría el ancho de banda o el tipo de modulación, ya que consideré 100MHz por considerar nomás.

Actualización
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Viendo el siguiente link http://www.mdscc.nasa.gov/index.php?Section=Receptores
La potencia del ruido blanco gausiano sería -344.43 dBm, considerado una virtual temperatura de 20K y un ancho de banda de 1000 Hz que según wikipedia es el ancho de banda actual del new horizon.Nunca pensé que se pudiera reducir el ruido en la tierra a ese nivel.

Con el nivel de amplificador de 100000 y un diametro de antena de 70 metro, la antena recibe una señal del new horizon de -82.85 dBm, que a su vez es mayor a la señal de la radiación de fondo de microonda de -150dBm en un ancho de banda que anteriormente consideré mayor por lo que con el ancho de banda de 1000Hz sería mucho menor.
http://www.mdscc.nasa.gov/index.php?...=Antenas_DSS63

Por lo que solucionado el tema de la potencia, solo me faltaría los parámetros del new horizon.

[Alriga]

Re: Sistema de comunicaciones de la New Horizons

Hola Julián, he encontrado este documento del 2003 en donde se describe el diseño y desarrollo del sistema de comunicaciones de la New Horizons. Lo que no sé es si la implementación definitiva del equipo a bordo, cuando se lanzó la nave en 2006, coincidía al 100% con esta descripción.

The RF Telecommunications System for the New Horizons Mission to Pluto

Saludos.

[Julián]

Re: Sistema de comunicaciones del new horizon

Gracias Alriga, pude observar que el sistema es bastante sensillo comparado a los sistemas de comunicaciones satelitas actuales o enlaces de microonda punto a punto, salvando la antena. Esto es lógico ya que a mayor complejidad mayor posibilidad de fallo y es por esto que el sistema de control es implementado por un FPGA y de esta manera no implementar ningun sistema operativo sino un firmware desarrollado exclusivamente en VHLD. Ahora bien, los cálculo de potencia serían los del principio ya que no hay mucha información en ese artículo sobre esto.

[Alriga]

Re: Sistema de comunicaciones de la New Horizons

Aquí en el capítulo 6.1 entiendo que dice que el consumo de cada "command receiver" es de unos 4 W (4 x 2= 8 W), pero no sé si ese es el dato que buscas:

The New Horizons Spacecraft

Saludos.

[Julián]

Re: Sistema de comunicaciones del new horizon

Por lo que he leido, consta de 2 antenas, una de baja ganancia para apoyo con una potencia de 4W para comunicaciones cercanas a la tierra y una antena de gran ganancia (42dBi) y una potencia de 12 W. Por ende cuando new horizon esté cerca de Makemake (o el cinturon de kiuper) llegará una señal de $3.37132*{10}^{-22} [W/{m}^{2}]$ algo que me parecía casi imposible captar lo intelegible de la señal por el ruido pero realmente la nasa se las ingenia con la tecnológica de las antenas de deep space con los amplificadores maser y su baja temperatura como ancho de banda.

[Alriga]

Re: Sistema de comunicaciones de la New Horizons

Un artículo reciente (2015), sobre la electrónica de la New Horizons que podría interesarte es éste, (observa que te permite descargar el pdf):

NASA Deep-Space mission challenges: Antennas to MIPS

Saludos

[Julián]

Re: Sistema de comunicaciones del new horizon

Escribí a la nasa y me respondieron con respecto al sistema de antenas del deep space. Esta es su respuesta:

Buenos días,

Le remitimos la respuesta a su pregunta de uno de nuestros técnicos.

Un saludo,
Equipo del Centro de Visitantes.

Respuesta al mensaje web:

Sin entrar a comprobar sus cálculos, que suenan correctos, le comento que la ganancia del amplificador inicial (no necesariamente Maser) es de aproximadamente 30000.
Es cierto que resulta necesaria una amplificación adicional. El sistema completo tiene una ganancia de 86 dB (41 dB además del amplificador de bajo ruido)

Los amplificadores posteriores al de bajo ruido son amplificadores normales sin ningún grado de sofisticación. Su figura de ruido es normal y no introducen ninguna degradación perceptible porque la señal de entrada se ha amplificado ya 45 dB con un amplificador de muy bajo ruido. Amplifican en la banda de 100 MHz a 600 MHz. (Hay una conversión de frecuencia desde banda X (8400-8450 MHz) a una frecuencia intermedia de 300-350 MHz)

En síntesis a la salida de todas las etapas de amplificador se obtiene una señal de $5.22*{10}^{-10} [W]$ Desde el cinturón de kiuper, que todabía no ha llegao el new horizon

[Alriga]

Re: Sistema de comunicaciones del New Horizons

Hola, hoy he encontrado por casualidad una explicación en castellano del sistema de posicionamiento respecto de la Tierra de la New Horizons, que utilizó por primera vez la tecnología "regenerative ranging":

New Horizons is the first mission to use onboard regenerative ranging to track the distance between the spacecraft and Earth. When a spacecraft is far from home, the ranging tone sent from the ground to measure distance is weak (or “noisy”) by the time it reaches the spacecraft’s communications system. In normal ranging, the spacecraft simply amplifies and sends the noisy tone back to Earth, which adds errors to the range measurement. In regenerative ranging, the spacecraft’s advanced electronics track and “regenerate” the tone without the noise. The ground station on Earth receives a much clearer signal – giving navigators and operators a more accurate lock on the spacecraft’s distance, and improving their ability to guide New Horizons through the solar system

Me ha parecido que podría interesar su consulta a los miembros de La web de Física, y que su mejor ubicación sería este hilo que creó Julián sobre las comunicaciones de la New Horizons.

Es una serie de 3 posts aparecidos en Naukas en 2015 que enlazo a continuación, es interesante leer tanto los posts como los comentarios.

Diez puñeteros metros (I)

Diez puñeteros metros (II)

Diez puñeteros metros (III)

Saludos.

[Alriga]

Re: Sistema de comunicaciones del New Horizons

... a la salida de todas las etapas de amplificador se obtiene una señal de $5.22\cdot 10^{-10} \ W$ desde el cinturón de Kuiper, que todavía no ha llegado el New Horizons ...

Han transcurrido 2 años y medio y la sonda New Horizons (NH) ya está en el Cinturón de Kuiper, a 6 mil cien millones de km de la Tierra (40 veces la distancia Tierra – Sol) y a 262 millones de km de su próximo objetivo, el objeto Ultima Thule

Anteayer despertaron a la NH desde la Tierra. New Horizons había estado en modo hibernación para ahorrar recursos desde el 21 de diciembre. Las señales de radio que confirmaban que New Horizons había ejecutado los comandos de la computadora de a bordo para salir de la hibernación llegaron al centro de operaciones de la misión en Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA a las 2:12 a.m. EDT del 5 de junio.

Durante los próximos tres días el equipo de misión recopilará datos de seguimiento de navegación (usando señales de la Red de Espacio Profundo) y enviará el primero de muchos comandos a las computadoras de a bordo de New Horizons para comenzar los preparativos para el sobrevuelo del enigmático Ultima Thule, del que todavía no se sabe si es un cuerpo doble o dos lóbulos pegados similar al cometa 67P

En agosto el equipo ordenará a New Horizons que comience a hacer observaciones distantes de Ultima Thule, imágenes que ayudarán a refinar el rumbo de la nave para volar cerca del objeto, sobre el que realizará un sobrevuelo a tan solo 3500 km de distancia el 1 de enero de 2019. Igual que como hizo en Plutón, la New Horizons tendrá que hacer todo en modo automático, las señales de radio tardan más de 5 horas y media en llegarle, y si todo va bien en las horas siguientes al encuentro, NH hará una transmisión a la Tierra de los datos más importantes, por si se estropease algo y después no pudiese.

A partir de ahí, se pasará la mayor parte de 2019 transmitiendo pausadamente todos los datos recogidos. Fuente New Horizons Wakes for Historic Kuiper Belt Flyby

Saludos.