Antena Deep Space Network komunikasi pesawat ruang angkasa berapa lama sinyal sampai

Misi ruang angkasa Mars berhenti 2 minggu November 2023
Nasa menghentikan komunikasi ke semua peralatan eksplorasi ruang angkasa untuk misi Mars selama 2 minggu.
Walau semua instrumen tetap bekerja, dari rover dan satelit Mars Explorer tidak lagi terhubung ke Bumi.

Setiap 2 tahun, posisi Mars terjadi konjungsi dengan matahari.
Dimana matahari tepat segaris dengan Bumi dan Matahari, dan sinyal dari Mars dan Bumi terganggu.

Rover akan di parkir selama 2 minggu, dan sinyal dari Bumi ke semua instrumen ke Mars dihentikan.
Gas panas dari matahari yang terioniassi seperti korona matahari dapat menganggu sampai merusak sinyal yang dikirim menjadi salah.
Nasa tidak mengambil resiko tersebut, dan komunikasi berhenti mulai pertengahan dan akhir November 2023.
Selama 2 minggu, ada 2 hari total yang benar benar hening.

Dibawah ini tantangan tim Nasa sementara menghentikan komunikasi ke Mars, karena posisi konjungsi dengan Matahari.

DSN
Yang ini bukan komunikasi biasa seperti komunikasi satelit dan pesawat. Atau probe, teleskop ruang angkasa dan satelit yang ada di sekitar Bumi.

Tapi komunikasi khusus untuk pesawat ruang angkasa, seperti pesawat ruang angkasa Voyager yang terbang melewati planet bahkan sampai di tepian tata surya.

Disebut DSN atau Deep Space Network adalah sistem antena yang berada di 3 negara. Berfungsi khusus memantau dan komunikasi pesawat ruang angkasa di Bumi.

Mengapa ditempatkan di 3 negara. Karena posisi antena komunikasi di Bumi mengikuti orbit Bumi dan posisinya akan berubah seperti terhalang permukaan bumi.

DSN ditempat di 3 negara, dan ditangani oleh tim Nasa JPL. Tim ini juga bertanggung jawab menerima dan mengirim sinyal ke pesawat ruang angkasa dari misi diluar Nasa.

Setiap posisi antena DSN memiliki posisi 120 derajat dan melingkar di 3 tempat agar tercipta sudut 360 derajat.
Sehingga berkomunikasi dengan pesawat ruang angkasa dapat dipantau selama 24 jam.
Walau antena berada di 3 negara, data dikirim kembali ke pusat kendali pesawat ruang angkasa.

Ketiga lokasi antena berada di Barstow California, Madrid Spanyol dan Canberra Australia.
Satu antena paling kuat ada di Australia dengan nama DSN 43.
Ukuran antena diperbesar, khusus menangani sinyal pesawat Voyager yang terbang terus menjauh dari Bumi.

Deep Space Station 43 ( November 2020)
Antena dengan lebar 70 meter perbaikan dan peningkatan pada Maret 2020, setelah beroperasi sejak 47 tahun lalu.
Nasa selesai memperbaiki Oktober 2020, dan mengirim sinyal ke pesawat Voyager 2 pada 29 Oktober 2020.
Dari semua antena DSS, hanya dapat menerima pesan dari pesawat Voyager. Antena DSS siap bekerja mulai Februari 2021
Untuk mengirim perintah, hanya melalui antena DSS 43 tersebut.
Voyager 2 yang diluncurkan tahun 1977, sekarang sudah mencapai jarak 19 miliar km dari Bumi, komunikasi dua arah membutuhkan waktu 35 jam, atau 17 jam 35 menit sekali mengirim perintah.

Ukuran dan Sinyal
Diameter: 70 metres

Tinggi: 73 metres
Transmit:     X-Band (7145-7190 MHz),  S-Band (2090-2120 MHz)
Receive:     X-Band (8200-8600 MHz),  S-Band (2200-2300 MHz),  L-Band (1400-1900 MHz),  K-Band (18.0-26.0 GHz)




Antena DSN-23 ke 5 (2020)
Antena milik Nasa ke 5 untuk eksplorasi sain dan ruang angkasa mulai di bangun, ada 6 antena yang direncanakan sistem jaringan komunikasi Nasa.
Dan berada di seluruh sisi dunia untuk mengirim dan menerima sinyal selama 24 jam

Tempat antena DSN Goldstone California agak berbeda dibanding antena lain. Diperkirakan selesai dalam 2,5 tahun. Nantinya dapat digunakan untuk komunikasi misi Mars.
Memiliki ukuran diameter 34m. Disebut Deep Space Station-23, dengan disk khusus yang mendukung sinyal radio dan komunikasi laser.
Kecepatan sinyal laser dapat membawa data 10x lebih banyak dibanding komunikasi dengan frekuensi radio.
Dengan kecepatan sinyal radio cepat, tetapi jarak di ruang angkasa membuat semuanya menjadi lambat. Sehingga data perlu dipadatkan agar menampung informasi lebih besar.

Juni 2023
Pesawat ruang angkasa dan probe yang di monitor oleh antena DSN.
Total antena, lokasi Madrid 6, GoldStone 4, dan Canberra 4.
Maven, Lunar Flashlight, SOHO. Parker Solar Probe, Osiris REx, TDRS 8, Mars Reconnaissance Orbiter untuk misi Mars
 
Februari 2020, DSN fokus misi Mars 2020 Perseverance
4 antena DSN 43, 34, 35 dan 36 di Australia menangani beberapa komunikasi misi Mars
Mars 2020 Perseverance dan kontrol Rover Curiosity ditangani antena 43 dan 36 terbesar di Canberra Australia.
Mars Odyssey dengan antena DSS 35 untuk misi Mars.
Bulan Februari 2021 adalah masa sibuk dari eksplorasi ruang angkasa.
China, Nasa dan UAE, masing masing 1 pesawat ke Mars, total 3 pesawat ruang angkasa telah tiba di orbit Mars.
Dengan 2 misi pendaratan untuk menurunkan rover atau penjelajah. Nasa terlihat lebih dahulu mendaratkan rover di bulan Februari 2021.

New Horizons pesawat ruang angkasa untuk melihat planet Pluto, masih meneruskan misinya. Sudah mencapai 7,5 miliar km ditangani antena DSN 64 Madrid, komunikasi membutuhkan waktu 14 jam

Osiris-REX jarak 320 juta km DSN 55 misi mengejar asteroid Benu
SOHO pesawat pemantau matahari dengan DSN 54 Madrid
Parker Solar Probe ditangani DSN 65 dengan jarak 250 juta km dari Bumi

Dibawah ini antena DSN 43 yang resmi beroperasi setelah mendapat upgrade Februari 2021

Komunikasi dengan antena parabola DSN ke pesawat ruang angkasa seperti

• Spacecraft Dawn membutuhkan waktu komunikasi 59 menit ke satu arah dengan jarak 537 juta km
• Spacecraft Soho, pemantau matahari 11 detik dengan jarak 1,68 juta km
• Spacecraft Ace, pemantau matahari 10 detik dengan jarak 1,57 km
• Spacecraft Odyssey yang saat ini berada di planet Mars
• Spacecraft Stereo A untuk observasi matahari berada pada jarak 290 juta km, membutuhkan waktu 32 menit
• Spacecraft New Horizon (Feb2021) 7,5 milyar km, waktu 13,9 jam
• Spacecraft Parker, (Feb2021) 249 juta km, 27 menit. Menjelajah ke matahari
  
• Spacecraft Voyager 1 (Feb2021) jarak 22,7 miliar km, komunikasi 1,76 hari
• Rover Mars Perseverance (Feb2021) jarak 202 juta km, 22,54 menit mendarat 18 Feb2021
  
• Spacecraft Hope Mars Emirates (Feb2021) tiba di Mars
• Spacecraft Voyager 2 yang sekarang sudah berada pada jarak 16,5 miliar km dari Bumi  Sekali berkomunikasi dengan Voyager membutuhkan waktu 1,28 hari. Voyager 2 dan 1 adalah pesawat ruang angkasa jaman dulu dan sejak tahun 1977 dan masih aktif.

Setiap lokasi antena DSN memiliki 1 antena paling besar, ditambah 3 antena penerima lain berukuran kecil. Kecuali di lokasi Goldstone memiliki 5 antena.

Setiap pesawat ruang angkasa memiliki pengiriman sinyal berbeda beda, tentu pesawat ruang angkasa modern lebih cepat mengirim sinyal data ke Bumi. Frekuensi komunikasi radio dengan pesawat ruang angkasa paling aman dengan frekuensi 8Ghz.

Pengiriman sinyal dari pesawat ruang angkasa memiliki kekuatan sinyal lemah untuk sampai ke Bumi. Antena di Bumi membutuhkan ukuran besar agar dapat menerima sinyal radio yang samar / lemah dari pesawat ruang angkasa.

Berbeda dengan antena di Bumi, lebih mudah mengirim sinyal ke pesawat ruang angkasa, dengan kekuatan ribuan W sinyal radio dan tidak terkendala dengan power. Baik sinyal yang diterima dan dikirim memiliki kecepatan yang sama, yang berbeda adalah jarak, semakin jauh pesawat ruang angkasa pergi, membuat sinyal radio atau data diterima menjadi sangat lambat.

Bahkan membutuhkan hampir setengah untuk menerima sinyal dari pesawat terjauh seperti komunikasi dengan pesawat New Horizons.

Seberapa cepat data komunikasi DSN dengan pesawat ruang angkasa.

Komunikasi pesawat ruang angkasa ke Bumi tidak seperti komunikasi smartphone atau telepon satelit. Kecepatannya tidak melewati 1mbps. Bisa dibayangkan untuk mengirim satu gambar dari pesawat ruang angkasa, membutuhkan berjam jam atau mungkin berhari hari.
Kecepatan  2MB/s Robot Perseverance di Mars ke satelit relai 400Mhz dan 7/8 Ghz mengunakan satelit relai MRO dan Maven untuk komunikasi ke Bumi sekitar 160/500 bit/s sampai 800/3K bit/s. Kelambatan sinyal 5 - 20 menit
Kecepatan 555kb/s pesawat Parker, orbit dan jarak 6 juta km, pengambilan data 10 sampai 24 jam perhari

Kecepatan data 245kb/s, untuk pesawat Soho pada frekuensi 2,25Ghz
Kecepatan data 87,65kb/s untuk pesawat Ace pada frekuensi 2,28Ghz
Kecepatan data 4,57kb/s data bisa turun sampai 3,56kb/s untuk komunikasi New Horizons ketika berada di planet Mars pada frekuensi 8.44Ghz
Kecepatan data 10b/s  mengorbit di asteroid Ceres. Dengan antena terbesar sampai 19,87 kW untuk memantau pesawat Dawn selama observasi asteroid. Mengunakan frekuensi 7.18Ghz. Diluncurkan 2007, berada di planet Mars 2009, mengunjungi Vesta, dan tiba di Ceres. Misi Dawn sudah berakhir tahun 2016
Kecepatan data 160b/s dari Voyager 1, 2, sebagai pesawat ruang angkasa nomor 2 terjauh dan tersisa satu pesawat ini yang masih dapat berkomunikasi rutin dengan frekuensi 8,42Ghz. Tapi komunikasi sekali kirim dan menerima hanya 1 hari sekali.

Pesawat Voyager 1 diluncurkan tahun 1977. Saat ini sudah menembus batas ruang tata surya, disebut wilayah Interstellar mencapai jarak 20 miliar km dari Bumi atau setara 134x pulang pergi dari Bumi ke Matahari. Voyager 1 masih ada tapi dalam mode Sleep atau ditidurkan. Karena pesawat ini memiliki power sangat lemah dan sudah bekerja sejak tahun 1977. Suatu hari nanti Voyager 1 otomatis bekerja kembali dan memantau apa yang ditemukan di area terjauh yang dicapau untuk di observasi kembali oleh para ilmuwan.

Jarak 2 juta km dari Bumi mengunakan frekuensi 2Ghz, 7Ghz dan 34Ghz.
Jarak lebih dari 2km hanya mengunakan band S, X dan K,dari 2Ghz, 7Ghz dan 25Ghz.

Deep Space Network telah mengunakan frekuensi 26-40Ghz KA band. Total 4 band digunakan dari S band, X Band, K Band dan Ka band.
Komunikasi radio tetap sama tapi data yang diterima dan dikirim lebih padat.

Data yang dikirim dari pesawat ruang angkasa.
Voyager 1 dan Voyager 2 menghasilkan data 5TB. Setelah beroperasi lebih dari 40 tahun.
NISAR Earth Science satelit yang rencananya diluncurkan tahun 2020. Diperkirakan dapat membuat gambar 85TB setiap bulan.
Bandingkan teknologi yang digunakan di pesawat ruang angkasa Mars Reconnaissance Orbiter. Baru selesai 20 tahun untuk mengirim data 85TB dari Mars ke Bumi.

Bila tidak ada halangan, teknologi komunikasi radio di tahun 2020 atau awal 2030an. Kecepatan tranfer data dapat ditingkatkan menjadi lebih padat, setidaknya 150Mbps atau lebih tinggi.
Kita hitung dengan matematika, bila pesawat Mars Reconnaissance Orbiter hanya mampu mengirim 1Mbps sampai ke antena 70 meter di Bumi. Untuk mendapatkan kecepatan 150Mbps, link komunikasi dibutuhkan 150 unit antena berukuran 70 meter.
Walau kenyatannya, mencapai 150Mbps untuk komunikasi dengan pesawat ruang angkasa amat sangat sulit. Dan penelitian terhalang oleh spektrum frekuensi yang tersedia, karena sebagian sudah digunakan untuk pemakaian lain.

Bagaimana komunikasi di pesawat ruang angkasa ke Bumi

Pesawat ruang angkasa seperti probe Voyager sudah menempuh miliaran km dan terus menjauh dari Bumi. Atau satelit peneliti yang melakukan observasi ke beberapa planet bahkan matahari.

Pesawat ruang angkasa mengirim sinyal ke Bumi. Setiap pesawat ruang angkasa untuk penelitian memiliki antena dengan kalibrasi khusus untuk tetap mengarah ke arah Bumi.
Kadang sinyal dari pesawat ruang angkasa terputus (terhalang), hal ini sudah biasa dan pesawat dirancang oleh peneliti seperti itu. Misalnya ketika mengorbit ke planet Mars, ketika berada di balik arah permukaan planet Mars, probe tidak dapat mengirim sinyal ke Bumi. Tapi tetap menjalankan tugasnya mengambil data.

Apakah antena di pesawat ruang angkasa mengunakan antena yang kuat. Pesawat ruang angkasa modern saat ini mengandalkan satu antena untuk mengarah ke satu koordinat yaitu antena penerima di Bumi. Menurut peneliti dengan satu antena sebuah pesawat dapat mengirim sinyal lebih efisien dan power lebih rendah, sedangkan di Bumi mengunakan antena lebih besar untuk menangkap sinyal dari pesawat ruang angkasa.

Voyager memiliki antena besar dengan diameter 3,7 meter dengan kekuatan hanya 23W, dan diterima oleh antena di bumi dengan ukuran 34 meter pada frekuensi di 8Ghz. Pesawat ruang angkasa lain umumnya memiliki diameter antena 2-3 meter.

Kunci penting komunikasi di pesawat ruang angkasa ada 3

• Ukuran antena yang besar
• Arah antena dari penerima dan pengirim
• Frekuensi yang bebas dari gangguan.

Setiap pesawat ruang angkasa di rancang untuk menjalankan tugasnya secara otomatis, tanpa perlu diperintahkan dan dipantau dari pusat observasi ruang angkasa. Sedangkan antena penerima di Bumi dilakukan bergantian, bila satu antena terhalang akan digantikan dengan antena di lokasi lain.

Sistem keamanan

Tahun 2016, DSN telah dipasangkan sistem pengamanan VPN dari perusahaan AT&T. Karena antena komunikasi ruang angkasa ini mengatur jaringan antena di 3 negara, Amerika, Spanyol dan Australia. Tidak hanya pesawat ruang angkasa, termasuk memonitor radar dari asteroid yang lewat.

DNS menjadi alat strategis untuk berkomunikasi dengan pesawat ruang angkasa. Ketika satu antena berada di balik cakrawala, antena lain mengantikan tugas.

Tim keamanan AT&T mengatakan, kendala disini bukan node (jumlah perangkat) tapi jaraknya. VPN biasa digunakan sebagai perlindungan peretas yang aktif mengacaukan penguna internet.
Tapi disini sangat kritis, karena nilai investasi pesawat ruang angkasa dakam misi yang sangat besar untuk penelitian. Dan membutuhkan waktu bertahun tahun untuk persiapan dan perjalanan. Bila salah pengaturan, satu misi dapat hilang begitu saja.

Informasi real time komunikasi pesawat ruang angkasa di Bumi dapat dilihat di Deep Space Network

Kebutuhan daya server Ai dan ML meningkatkan pemakaian power listrik. Infineon power supply dirancang lebih efisien sampai 97%. Mengapa data center menjadi momok energi terbarukan. Rancangan GPU mendatang membutuhkan 1000W di data center, bahkan akan terus naik. Amazon sudah menjatah pemakaian Cloud Ai.

Adaptor Ethernet 400G PCIe Gen 5.0 BCM57608, memberi kecepatan transfer 400Gbit perdetik. Mengunakan standar IEEE P802.3bs, dan batas panjang kabel sampai 5 meter untuk koneksi antar perangkat. Memerlukan slot PCIe 5.0, dengan rentang speed 400/200/100/50/25GbE

LiFi menjadi standar IEEE 802.11bb pertama. Dapat melengkapi pengiriman data seperti WIFI tapi lebih aman. Transmisi hanya berada pada jarak ruang dan tidak akan menembus keluar dibanding sinyal WIFI. Desain dapat melengkapi WIFI dan berada di dalam sebuah chip.

Pesawat ruang angkasa New Horizons melewati jarak 50AU. Masuk urutan ke 5 setelah Voyager dan Pioneer. Pengamatan utama meneliti planet Pluto selesai. Misi selanjutnya meneliti wilayah Heliospause dan dampak angin matahari di tepi tata surya kita.

Agustus 2023, Nasa mencoba kirim rover untuk menanjak ke gunung Sharp. Foto awan di planet Mars tinggi 60km Mei 2021. Rover Curiosity mengambil foto selfie di planet Mars Oktober 2020. Robot terlihat sudah berdebu terkena material. Bagian roda robot terlihat berlubang setelah ekspedisi dilakukan sampai sekarang.

Bila tidak ada jaringan tersedia, smartphone dapat mengirim langsung pesan SOS, atau paket SMS melalui satelit. Mengunakan chip Mediatek MT6825 NTN untuk modem tambahan, tidak memerlukan antena khusus. Smartphone dirancang standar anti pecah.

Satelit Bluewalker 3 untuk jaringan 5G membentang panel surya penuh, ukuran 64 meter persegi. Nanti menjadi konstelasi Bluebird, dengan total 100 satelit. Astronom mengatakan itu akan menganggu peneriman sinyal teleskop radio. Masalahnya jaringan Bluebirds digunakan untuk komunikasi 5G.

Setelah renana bertahun-tahun, roket Artemis 1 siap diluncurkan Agustus 2022. Menguji modul Orion untuk terbang mendekati Bulan, tapi misi percobaan tersebut tidak membawa astronot. Masih 1 tahap untuk menguji membawa astronot dan terakhir baru mendarat

Voyager 1 sudah di konfirmasi NASA sudah meninggalkan tata surya. Voyager 2 akan di oprek agar power bekerja untuk instrumen. Voyager 2 memasuki Heliospause. Keduanya telah 46 tahun melakukan perjalanan ruang angkasa. Sempat rusak sejak awal tahun 2022, tapi kembali diaktifkan.

Penampakan lain yang tidak biasa tertangkap penjelajah Mars Perseverance NASA. Kali ini objek ditemukan dan tertangkap di camera penghindar sisi kanan. Mengambil gambar seperti tali, dan penguna internet menyebut spageti galaksi, berada di sebelah batu.

Misi MAV Nasa untuk mengirim batuan Mars ke Bumi tidak semudah rencana awal. Rencana mengirim bersamaan pengambil sampel dan roket keluar dari Mars, belum dapat dilakukan. Nasa meminta batuan ESA mendisain pesawat ruang angkasa untuk mengirim balik ke Bumi.

Nasa akan mengunakan cahaya laser inframerah untuk komunikasi ruang angkasa. LCRD sistem relai dari satu satelit di ruang angkasa untuk komunikasi ke Bumi. Dapat mengirim data lebih besar, dibanding komunikasi sinyal frekuensi.

NASA merencanakan memebuat misi paling lama penganti misi Voyager. Pesawat Voyager yang diluncurkan tahun 1977 akan berakhir. Misi baru direncanakan berlangsung minimal 50 tahun atau lebih. Untuk menjelajah ruang antar bintang dan lebih jauh lagi, pesawat lebih cepat dan teknologi baru.

Satelit BepiColombo akan meneliti ulang planet Merkurius. Mencari jawaban mengapa planet ini menyusut. Satu bukti diambil dari camera pesawat ruang angkasa melihat tebing curam yang disebut Beagle Rupes. Dampak dari teknonik dengan kontraksi pendinginan dan panas membuat permukaan planet keriput

Teori astronom untuk Goldilock, dimana sebuah planet memiliki suhu yang tepat untuk kehidupan. Asisten profesor Washington University, ada faktor penentu baru dengan  ukuran planet bukan hanya besar dan kecil, tapi berdampak mempertahankan magnetik planet, cairan, atmosfer yang ada sesuai bobot ukuran planet.

Laporan cuaca di planet Mars, termasuk ada ribuan gempa di Mars terakhir mencapai 4SR. Misi Insight mungkin tidak lama lagi, panel surya tertutup debu hanya menghasilkan 25% power. Peneliti menyimpulkan inti planet Mars lebih cair dan licin.

Tahun 2004 Nasa mengirim robot Opportunity ke planet Mars, 15 tahun berlalu robot tersebut ada disana. Awalnya untuk misi selama 90 hari. Nasa mendapat kabar buruk, robot Opportunity sementara tidak bekerja masalah baterai. Setelah beberapa bulan tidak mengirim sinyal. Panel surya tertutup debu, membuat robot kehabisan power pada baterai. Kemungkinan tidak dapat bekerja lagi.

Teleskop radio SKA selesai dibangun, setelah tahun 2016 memperlihatkan gambar pertama dari 25% kekuatan teleskop radio. Menjadi teleskop paling sensitif di dunia untuk memetakan langit dengan gelombang radio, dan menangkap paling detil dari sebelumnya. Salah satu yang dicari adalah jejak gas hidrogen.