Az amerikai Mars-expedíció földi közreműködőinek az első napok sikereit követő általános derűlátása után ijedtséget okoztak a múlt hét közepén fellépett kommunikációs problémák. Ezek újra igazolták, hogy a mégoly magas technológiai fejlettség ellenére is sebezhetőek az űrkommunikáció legújabb berendezései.

A vörös bolygón hét éve 93 napig kóborló Jövevény (Sojourner) nevű Mars-járó még csak úgy tudta a NASA földi irányítóközpontjába juttatni az általa gyűjtött adatokat, hogy egy strapabíró, ám egyszerű URH-rádióadón keresztül továbbította azokat a tőle maximum 20 méterre lévő Nyomkereső (Pathfinder) nevű leszállóegységhez, amely aztán jóval nagyobb teljesítményű mikrohullámú adójával, illetve antennájával sugározta azt a Földre. Ehhez képest a január közepe óta a Marson mozgó Spiriten és a hét végén leszállt Opportunityn - két kisebb mellett - van nagy frekvenciájú adóvevő, amellyel napi gyakorisággal (akár három órán át) közvetlenül érintkezhetnek a földi központtal.

Ezen a közvetlen csatornán csak a legéletbevágóbb információkat, parancsokat cserélik, mert e két Mars-járó egy másik antennával - ráadásul több mint tízszerte nagyobb sebességgel - küld mérési eredményeket és színes képeket arra a két, Mars körüli pályán álló műholdra, amelyek aztán a Föld felé továbbítják az adatfolyamot. Erre - a holdak keringése miatt - naponta négyszer nyolc perc áll rendelkezésre. Ez alatt a bő fél óra alatt mintegy tíz megabájtnyi (nyomtatva több ezer oldalnyi) hasznos információ indulhat útra nem egyetlen fogadóhelyre, hanem a földi vevőállomások valóságos hálózatára.

Abból a szempontból persze minden, a világűrbe küldött jármű hasonló helyzetben van, hogy a köztük és a Föld között a kapcsolatot biztosító elektromágneses hullámok legfeljebb a fény sebességével terjednek, vagyis másodpercenként 300 ezer kilométert képesek megtenni. Emiatt nagyjából kilenc-tíz percre van szükség, hogy bármely adat - a Föld és a Mars jelenlegi állása szerint - a Spirittől és az Opportunitytől a körülbelül 170 millió kilométerre lévő irányítóközpontba érkezzen. "Nem véletlen egyébként, hogy éppen most, 2004 legelejére érkezett három űrszonda a Marshoz, hiszen amikor a vörös bolygó a Napnak a Földdel ellentétes oldalán jár, akkor közel háromnegyed óráig is eltarthat, amíg egy parancs eljut oda, és válasz érkezik rá" - magyarázza a mostani Mars-kutatási dömpinget Ferencz Csaba, az Eötvös Loránd Tudományegyetem geofizikai tanszéke űrkutató csoportjának vezetője.

Nem működik persze spontán módon - pusztán a jelek kibocsátásával - a fény, vagyis az elektromágneses hullámok használata sem. Amikor 1946 elején Bay Zoltán, utóbb az USA-ba emigrált világhírű fizikus - alig néhány héttel elmaradva az amerikaiak első ilyen kísérletétől - Budapestről a nagyjából 384 ezer kilométerre lévő Holdra irányított radarjeleket, még bonyolult, hosszú ideig tartó jelátalakítás kellett, mire észlelte azok visszaverődését. A Holdra 1969 júliusában elsőként leszálló Apollo-11 űrhajó legénysége viszont már a távolságból és a jelek haladási sebességéből adódóan elvárható, mindössze két-három másodperces időeltolódással értekezhetett a földi irányítóközponttal. A kommunikáció (és időtartamának, sebességének) problémája nem is ekkor vált igazán égetővé az űrkutatást végzők számára, hanem részben korábban, amikor az 1960-as évek első felében a Föld közvetlen szomszédai, a Vénusz és a Mars felé útnak indították a - csak részben sikeres - amerikai és szovjet űrszondákat. De még sokkal inkább az 1970-es években, a Naprendszer nagy bolygóit kutató programok (Pioneer- és Voyager-sorozatok) kapcsán, amelyek addig nem ismert kihívásokat jelentettek: a Jupiter ugyanis 780 millió kilométerre kering a Naptól, a Szaturnusz pedig még ennél is 650 millió kilométerrel távolabb.

Ennek érdekében telepítette a NASA már az 1960-as évektől azt a globális földi irányító-, követő- és hírközlő rendszert (angolul: Deep Space Network, DSN), amelynek fő állomásait egymástól 120 hosszúsági fokra - nagyjából 13 ezer kilométernyire - a kaliforniai Mojave-sivatagban, Spanyolországban Madrid mellett és Ausztráliában Canberra közelében építették meg. Mindezt azért, hogy 24 órán keresztül mindig legyen legalább egy antenna, amelyik befogja a világűr egy bizonyos részét. A vevőberendezések érzékenysége alapkérdés: az űrszondák energiatakarékossági okokból igen kicsi teljesítménnyel sugározzák adásukat, ami - mondjuk a Marsról - a Földre érve oly mértékben legyengül, hogy annál a hétköznapi tévéadások jelei akár ezermilliárdszor is erősebbek. Ennek érzékelése nem kis műszaki feladat, ezért a DSN-bázisokon 70 méter átmérőjű parabolaantennák is vannak, és munkájukat különleges, a "civilizációs zajokat" a lehetőség szerint kiszűrő berendezések is segítik.

Mérnöki találékonyságra és trükkökre is szükség volt hát, hogy javítsák a Földtől jelentősen eltávolodó szondákkal való kapcsolattartás esélyeit. Például az elektromágneses hullámokon való adatátvitel hatékonyságának és sebességének növeléséhez egyre magasabb rezgésszámú frekvenciákat használnak, nem csupán azért, mert az kisebb adóteljesítményt (következésképpen kevesebb energiát) igényel, hanem mert így a hullámok is jobban irányíthatóak. Az űrkutatásban az 1960-as években használt néhány tíz centiméteres hullámhosszúságú L-sáv és a több centiméteres S-sáv után 1977-ben, a Naprendszer távoli részeit kutató Voyager űrszondáknál vezették be a (ma legelterjedtebb) centiméteres hullámhosszúságú, úgynevezett X-sáv használatát, ám folynak a kísérletek már a milliméteres hullámhosszon dolgozó Ka-sávval is. Egy 1997-es amerikai kutatás szerint ezen a sávon a nagy tömegű adatmennyiség továbbításához akár 60 százalékkal kevesebb energia szükséges, mint a ma használatos módszerekkel.

Az ilyen magas frekvenciákon adott és vett információkhoz viszont elengedhetetlen, hogy az űrjármű antennája és a földi hálózat jól lássák egymást. Ezt az 1972-ben a Jupiter és a Szaturnusz felé indított Pioneer-10 óta "rendszerint úgy oldják meg, hogy a szondát, a Földre irányított nagy teljesítményű antennája mint tengely körül, búgócsigaszerűen megpörgetik, minek következtében a szonda csak igen lassan tud elfordulni az előre meghatározott irányból" - említ egy bevett (űr)kommunikációs fogást Ferencz Csaba. Hozzátéve, hogy "az egyre jobb kódolási és érzékelési technológiák is sokat segítettek, hogy az információk a nagy távolságokba is biztosabban jussanak el".

A módszer hatékonysága akkor mutatkozott meg igazán, amikor a NASA által 1989-ben a Jupiter felé pályára állított Galileo űrszonda 1991 áprilisában sikertelenül próbálta meg kinyitni az előbb említett típusú, nagy frekvenciájú antennáját. A misszió csaknem kudarcba fulladt, mivel a szonda csak a hagyományos modemek sebességénél 5500-szor lassabb adatátvitelre képes tartalék adóját tudta használni. A földi irányítók azonban nemcsak az adatok kódolását javították menet közben, hanem megoldották azt is, hogy több földi antennát összekapcsolva azok mint egyetlen óriás adóvevő működjenek, így érzékelve a Galileo már alig fogható jeleit. Ennek segítségével végül a szonda tudományos programjának mintegy 70 százalékát mégiscsak teljesíthette.

Nem véletlen az sem, hogy az űrjárműveket tervezők megpróbálnak minél több automatizmust - egyfajta primitív mesterséges intelligenciát - beépíteni ezekbe a rendszerekbe. A cél, hogy e berendezések maguk is meghozhassák a legszükségesebb döntéseket. Egy, a Jupiter közelében tartózkodó műhold számára ugyanis másfél órát vesz igénybe egy-egy "postafordulta", míg az idén július elején a Szaturnuszhoz érkező Cassini nemzetközi űrszonda számára majdnem három órát tart majd, amíg az általa továbbított jelek eljutnak a Földig, és azokra onnan reakció érkezhet. Érthető hát, hogy irányítói még útközben is fejlesztették - és a rádiókapcsolaton keresztül eljuttatták hozzá - azokat a programokat, amelyek kisebb-nagyobb függetlenséget biztosítanak majd a számára, amikor az óriásbolygó gyűrűin áthaladva új útirányt választ, vagy tudományos mérésekbe kezd.

A Spiritnél a múlt héten fellépett zavarok nemcsak a kapcsolattartás törékenységére figyelmeztetnek, hanem arra is, hogy ennek biztonságos megoldása alapfeltétel egy, még a Marsnál is közelebb lévő űrbéli bázis valamikori létrehozásához.

ILLÉNYI BALÁZS

Érdekesnek találta cikkünket?
Legyen HVG pártoló tag!

A HVG Pártoló Tagság programja az első olyan kezdeményezés, aminek keretében az olvasóink közelebb kerülhetnek szerkesztőségünkhöz és támogatásukkal segíthetik, hogy újságírói munkánkat továbbra is az eddig megszokott magas színvonalon végezhessük. Tagjainknak heti exkluzív hírlevelet küldünk, rendezvényeket kínálunk, a könyveinkre és egyéb termékeinkre pedig komoly kedvezményt adunk. Támogatóként már heti egy kávé árával is hozzájárulhat a minőségi újságíráshoz! „Amikor annyira eluralkodik a mindennapi életünkön a virtualitás, üdítő igazi emberi kapcsolatokat építeni.”
K. Erna – Pártoló tag


„Régóta olvasom a HVG-t és cikkei között mindennap találok érdekfeszítőt!”
H. Szabolcs - Támogató
Csatlakozzon programunkhoz, támogassa munkánkat egyszeri hozzájárulással vagy fizessen elő a hetilapra!
A HVG Pártoló Tagság programja az első olyan kezdeményezés, aminek keretében az olvasóink közelebb kerülhetnek szerkesztőségünkhöz, és támogatásukkal segíthetik, hogy újságírói munkánkat továbbra is az eddig megszokott magas színvonalon végezhessük. Támogatóként már heti egy kávé árával is hozzájárulhat a minőségi újságíráshoz! Csatlakozzon programunkhoz, támogassa munkánkat egyszeri hozzájárulással vagy fizessen elő a hetilapra!
Tele van szeméttel a szelektív kukák környéke Dunaújvárosban

Tele van szeméttel a szelektív kukák környéke Dunaújvárosban

Meghalt a kórházban a megkéselt gdanski főpolgármester

Meghalt a kórházban a megkéselt gdanski főpolgármester

Álmodott már az egyik leggyakoribb álomfajtával? Ez lehet az oka

Álmodott már az egyik leggyakoribb álomfajtával? Ez lehet az oka

Felkutatják a Dunába lőtt magyar zsidók maradványait

Felkutatják a Dunába lőtt magyar zsidók maradványait

Bozótvágó késsel hadonászó férfi okozott pánikot egy londoni metróállomáson – videó

Bozótvágó késsel hadonászó férfi okozott pánikot egy londoni metróállomáson – videó

Végelszámolás alatt áll Tiborcz István egyik cége

Végelszámolás alatt áll Tiborcz István egyik cége