Více než třicet let Národní úřad pro letectví a kosmonautiku NASA (National Aeronautics and Space Administration) provádí vědecký výzkum sluneční soustavy pomocí automatických sond. Tyto vysoce technicky promyšlené výzkumné systémy přinesly překvapivé informace o Merkuru, Venuši, Marsu, Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu. Žádná z těchto vědeckých misí by ale nebyla možná bez systému označovanému jako Deep Space Network, který zajišťuje rádiovou komunikaci mezi řídícími a kontrolními terminály NASA a všemi meziplanetárními sondami NASA.

Deep Space Network je dosud největší a nejcitlivější vědecký telekomunikační systém a nejpřesnější radionavigační síť na světě. Tato síť umožňuje přenos dat mezi pozemskými řídícími středisky a meziplanetárními sondami a radioastronomický výzkum sluneční soustavy a vesmíru. Systém Deep Space Network tvoří oddělenou část Úřadu vesmírných komunikací NASA (Office of Space Communications) a je spravován Laboratoří tryskových pohonů NASA (Jet Propulsion Laboratory) Kalifornského institutu technologie (Caltech) v Pasadeně v Kalifornii.

Systém Deep Space Network je schopen zajistit spojení také některým sondám a raketoplánům na oběžné dráze kolem Země, zejména těm, které obíhají ve velké vzdálenosti od Země. Protože však požadavky na komunikaci satelitů Země jsou poněkud jiné, než požadavky komunikace meziplanetárních sond, je spojení s těmito satelity zajištěno druhou největší sítí NASA Tracking and Data Relay Satellite Systems.

Myšlenka komunikační sítě se objevila začátkem roku 1958, kdy Laboratoř tryskových pohonů JPL (Jet Propulsion Laboratory) dostala zakázku od armády Spojených států amerických vytvořit mobilní radiové stanice v Nigérii, Singapuru a Kalifornii pro příjem telemetrických dat první vojenské družice Explorer 1, aby bylo možno určit její polohu na oběžné dráze. Národní úřad pro letectví a kosmonautiku NASA byl oficiálně založen 1.10. 1958, aby sloučil do té doby oddělené programy kosmického výzkumu prováděné armádou, námořnictvem a letectvem do jediné civilní organizace.

3. prosince 1958 byla Laboratoř JPL převedena ze struktury armády Spojených států do struktury Národního úřadu pro letectví a kosmonautiku NASA a začala se podílet na návrzích a realizaci různých měsíčních a planetárních výzkumných programů s použitím automatických sond. Krátce nato NASA přišla s koncepcí systému Deep Space Network jako samostatně spravovaného a řízeného komunikačního systému pro všechny plánované kosmické mise. Tím se odstranila potřeba pro každý kosmický projekt vytvářet vlastní komunikační systém. Technicky a organizačně Deep Space Network byl schopen provádět vlastní výzkum, vývoj a podporu pro všechny své uživatele. Díky této koncepci se Deep Space Network stal světovou špičkou ve vývoji přijímačů s nízkým šumem, telemetrie a povelových systémů, digitálního zpracování signálu a navigace ve vesmíru.

Hlavním úkolem systému Deep Space Network je zajistit z každé kosmické sondy NASA spolehlivý příjem vědeckých dat v přijatelné kvalitě po celou dobu její životnosti. Aby byl tento požadavek splněn i v budoucnosti, je systém Deep Space Network periodicky vylepšován použitím nových komunikačních technologií. V současné době se systém skládá ze tří komunikačních komplexů umístěných na třech kontinentech: v Goldstone v poušti Mojave Desert v jižní Kalifornii, poblíž Madridu ve Španělsku a poblíž Canberry v Austrálii. Každý komplex obsahuje čtyři stanice s velkými parabolickými anténami.

Operační řídící středisko, které řídí a monitoruje činnost všech tří komplexů, je umístěno v JPL (Jet Propulsion Laboratory) v Pasadeně. Pozemní komunikační zařízení zajišťuje hlasovou a datovou komunikaci mezi všemi komplexy a řídícím střediskem v Pasadeně a mezi dalšími operačními středisky kosmických letů ve Spojených státech a v zámoří.

Planetární a jiné vesmírné výzkumné projekty podporované systémem Deep Space Network jsou řízeny úřadem NASA Office of Space Science nebo neamerickými vesmírnými agenturami, jako je ESA (European Space Agency) v Evropě. Deep Space Network každému projektu samostatně zajišťuje základní služby, jako je příjem telemetrických signálů z kosmické sondy, přenos povelů pro řízení operačních módů kosmické sondy a přenos navigačních dat, která se používají pro zjišťování polohy kosmické sondy a pro navádění k jejímu cíli. Deep Space Network dále poskytuje planetárním a solárním astrofyzikům vědecká rádiová data, která se skládají ze záznamu fáze a frekvence signálů sondy při jejím pohybu poblíž některé planety nebo Slunce. Změny dynamiky signálu poskytuje astrofyzikům řadu důležitých informací o struktuře a hmotě planet a o gravitačních a elektromagnetických polí v jejich okolí. Deep Space Network lze také použít pro radioastronomická pozorování, která provádějí jak američtí tak zahraniční vědci.

Každá americká kosmická mise je navržena tak, aby mohla probíhat neomezená radiová komunikace mezi pozemním řídícím střediskem a kosmickou sondou. Takové vesmírné mise vyžadují několik pozemních anténních stanic na různých místech Země, aby se kompenzovala rotace naší planety kolem osy. Každou sekundu se Země otočí o 0,004 stupně a stejnou rychlostí změní zdánlivou polohu na nebeské sféře všechna vesmírná tělesa. Komplexy Deep Space Network ve Španělsku, Austrálii a Kalifornii jsou umístěny v místech, jejichž zeměpisná délka se liší zhruba o 120 stupňů. Proto každý komplex může zajišťovat rádiovou komunikaci po dobu osmi až 14 hodin, přičemž oblasti rádiového příjmu se překrývají.

Jednotlivé komplexy jsou umístěny daleko od městských nebo průmyslových aglomerací, v kopcovitém terénu, aby se zamezilo případné radiové interferenci s jinými zdroji rádiového záření. Australský komplex je umístěn asi 25 kilometrů jihozápadně od Canberry, španělský komplex je umístěn v Robledo de Chavella v oblasti El Escorial asi 60 kilometrů západně od Madridu. Komplex Goldstone se nachází na hranicích výcvikového vojenského prostoru Fort Irwin National Training Center v Mojave Desert asi 72 kilometrů severně od Barstow.

Každý komplex se skládá ze čtyř stanic s parabolickými anténami a ultracitlivými přijímacími systémy. Jsou zde umístěny dvě antény o průměru 34 metrů, jedna anténa o průměru 26 metrů a jedna anténa o průměru 70 metrů, která je připojena na velmi silný vysílač o výkonu 400 kiloWattů. Komplex Goldstone navíc zahrnuje anténu o průměru 34 metrů, která se používá především pro výzkum a vývoj telekomunikačních systémů Deep Space Network. Stanice jsou řízeny vzdáleně ze střediska centralizovaného zpracování signálů, v nichž jsou umístěny elektronické subsystémy jednotlivých antén, systémy pro příjem a zpracování telemetrie, systémy pro vysílání povelů a pro přenos navigačních dat. Veškerá činnost je monitorována a řízena z komplexu pomocí týmu šesti lidí.

Každý komplex je navíc vybaven všesměrovou anténou o průměru 13 cm, která přijímá signály ze satelitů NAVSTAR systému GPS (Global Positioning System). Tyto signály se používají pro přesné určení zeměpisné polohy, která je nutná pro kalibraci navigačních dat a pro přesné určení drah satelitů na oběžné dráze kolem Země.

Antény o průměru 70 metrů, které jsou nejcitlivější, se používají pro komunikaci s meziplanetárními sondami. Dvě antény o průměru 34 metrů se používají jak pro komunikaci se sondami na oběžné dráze kolem Země, tak s meziplanetárními sondami. Protože signály z kosmických sond u vnějších planet, jako je Saturn, jsou někdy velmi slabé, používá se pro příjem kombinace všech těchto antén.

Antény o průměru 26 metrů a přídavná anténa o průměru 9 metrů v komplexu Goldstone se používají především pro komunikaci se sondami na oběžné dráze kolem Země, jejichž charakteristika dráhy se zásadním způsobem liší od sond v meziplanetárním prostoru. Většina pozemských satelitů se pohybuje ve vzdálenosti 200 až 12 000 kilometrů od Země a nad obzorem jsou viditelné průměrně 35 minut, přičemž mininum je asi 10 minut. Signály z těchto satelitů jsou relativně silné a nevyžadují velké antény a ultracitlivé přijímače s nízkým šumem, jako meziplanetární sondy. Kvůli těmto zásadním rozdílům většina takových vědeckých satelitů, včetně Hubbleova vesmírného teleskopu a raketoplánů s lidskou posádkou, komunikuje pomocí Tracking and Data Relay Satellite Systems, který je spravován a provozován Goddardovým střediskem vesmírných letů (Goddard Space Flight Center) v Greenbeltu v Marylandu.

Tento satelitní systém se skládá ze tří komunikačních satelitů na geostacionárních dráhách asi 36 tisíc kilometrů nad Zemí a jedné pozemní stanice umístěné ve White Sand v New Mexico. Komunikace je přepínána z jednoho geostacionárního satelitu na druhý podle dosahu k pohybujícímu se satelitu na oběžné dráze, takže pozemní středisko ve White Sands přijímá a vysílá signály téměř nepřetržitě.

Některé vědecké satelity se pohybují ve velké vzdálenosti od Země za hranicemi dosahu uvedeného systému, které leží asi 1,7 miliónu kilometrů od Země. Takové satelity jsou pak obsluhovány anténami o průměru 26 metrů systému Deep Space Network. Tyto antény jsou schopny se pohybovat rychlostí až 3 stupňů za sekundu a mohou se sklonit až nízko nad obzor. Antény pro komunikaci se vzdálenými meziplanetárními sondami se pohybují mnohem nižší rychlostí, obvykle 0,004 stupně za sekundu, jak se otáčí Země kolem osy.

Řídící středisko v JPL (Jet Propulsion Laboratory) v Pasadeně představuje operační uzel sítě. Pracovníci řídícího střediska určují a monitorují činnost všech tří komplexů a vyhodnocují spolehlivost celého systému vzhledem k zasílaným povelům a množství a kvalitě předávaných telemetrických a navigačních dat z kosmických sond uživatelům systému. Pracovníci také vytvářejí a předávají rozvrhy viditelnosti jednotlivých satelitů a provádějí určení jejich dráhy.

Pozemní komunikační zařízení zajišťuje řízení komunikačních obvodů, které propojují všechny tři komplexy s řídícím střediskem v JPL a s ostatními řídícími středisky ve Spojených státech nebo v zámoří. Hlasová a datová komunikace mezi jednotlivými místy se provádí pomocí telefonních linek, podmořského kabelu, pozemních mikrovlnných spojů a komunikačních satelitů. Přenosová média jsou pronajímána a poskytována pozemnímu komunikačnímu zařízení podle potřeby. Data z kosmických sond zasílaná těmito linkami jsou kontrolována na výskyt chyb přenosu pomocí softwarové detekce, která automaticky detekuje a označí datové bloky, které byly přijaty s nějakou chybou.

Pracovní tým Deep Space Network ve Spojených státech se skládá z administrativního, inženýrského a technického personálu JPL v Pasadeně, s inženýrů a techniků komunikačního komplexu v Goldstone, operačního řídícího střediska a konečně pozemního komunikačního střediska v JPL. Španělský a australský komplex je obsluhován a provozován agenturami kosmického výzkumu španělské a australské vlády. Celkově mezinárodní pracovní tým Deep Space Network má více než 1600 lidí.

Od svého vzniku v roce 1958 do roku 1993 systém Deep Space Network zajišťoval navádění, telemetrii a přenos povelů pro 30 projektů kosmických letů. Mezi těmito projekty byly kosmické lety sond Pioneer 3 a 4, Ranger, k Měsíci, sond Surveyor 1 až 7, které přistály na jeho povrchu a pěti sond Lunar Orbiter, které přinesly snímky a data z povrchu Měsíce.

Při průzkumu vnitřních planet se systém Deep Space Network od roku 1962 podílel na zajištění komunikace se sondami JPL Mariner k Merkuru, Venuši a Marsu, se sondou Mars v roce 1971, která se stala oběžnicí Marsu. Konkurencí ke kosmickým letům byly mise Amesova výzkumného střediska (Ames Research Center) Pioneer.

První kosmickou misí k vnějším planetám byly sondy Pioneer 10 a Pioneer 11 k Jupiteru a Saturnu v letech 1972 a 1973. Sondy Pioneer 12 a Pioneer 13 provedly úspěšný průzkum atmosféry Venuše v roce 1978. Během 60. a na počátku 70. let 20. století systém Deep Space Network zajišťoval komunikační podporu se sondami Apollo, které přistály na Měsíci.

V polovině 70. let 20. století systém Deep Space Network zajišťoval americko-západoněmecký projekt Helios 1 a 2 výzkumu slunečního okolí a projekt Langleyho výzkumného střediska NASA Viking 1 a Viking 2 průzkumu Marsu. V roce 1977 sondy Voyager 1 a Voyager 2 projektu JPL s podporou Deep Space Network začaly zkoumat vnější planety Jupiter, Saturn, Uran a Neptun.

Systém Deep Space Network se podílel zajištěním komunikace na řadě projektů, které jsou podrobněji popsány např. na URL [X1]. Patří mezi ně sondy nejen sondy Pioneer a Voyager, ale také sonda Magellan, která přistála na Venuši nebo sonda Galileo, která provádí detailní průzkum Jupiteru a jeho velkých měsíců.

V roce 1978 byla na nízkou dráhu vyslána sonda Nimbus 7, která denně monitoruje znečištění zemské atmosféry a oceánů.

Evropská agentura pro vesmír ESA (European Space Agency) v roce 1990 vyslala na průzkum okolí Slunce sondu Ulysses, která využila pro svůj let silné gravitační pole Jupitera. Systém Deep Space Network byl využit také při průzkumu komet, např. v roce 1985 při výzkumu Halleyovy komety.

V roce 1992 odstartovala sonda Mars Observer, která dorazila k Marsu v roce 1993 a pořídila řadu snímků celého povrchu Marsu s velmi vysokým rozlišením. Koncem března a začátkem dubna 1993 sonda provedla společně se sondami Galileo a Ulysses experiment detekce gravitačních vln. Krátce po dosažení oběžné dráhy Marsu se sonda odmlčela a četné pokusy navázat s ní nové spojení zcela selhaly.

V roce 1997 byla vyslána k průzkumu Saturnu sonda Cassini, která má k cíli dorazit v červnu 2004. Sonda bude zkoumat Saturn, jeho atmosféru, systém prstenců, magnetosféru a velké měsíce do konce roku 2008.

Kosmické sondy určené k průzkumu sluneční soustavy jsou promyšlená a složitá technická zařízení. Při jejich sestrojení je použita špičková technologie elektrických napájecích systémů, vědeckých přístrojů, digitálních počítačů, zpracování a ukládání dat, telekomunikace, optiky, pohonu, navigace a řízení. Obvykle takové sondy nesou videokamery, řadu detektorů a senzorů k měření různých geologických, fyzikálních a biologických charakteristik planet a jejich měsíců. Sondy jsou určeny nejen k výzkumu planet nebo měsíců, ale také komet, asteroidů, ionizovaných plynů nebo magnetických polí v okolí planet nebo v meziplanetárním prostoru.

Sondy obvykle pracují jako téměř autonomní systémy po velmi dlouhou dobu své existence. Aby jejich činnost vedla k potřebným výsledkům, vyžadují dokonalou komunikaci s pozemním střediskem, které sondě předává řídící povely, nastavuje přístroje, zavádí nebo mění řídící programy, naviguje k cílům a shromažďuje vědecká data.

Základem všech vesmírných meziplanetárních misí je tedy obousměrná komunikace mezi sondou a Zemí. Jedním směrem jsou zasílány povely jako kódované instrukce pro řízení sondy a jejích přístrojů, druhým směrem přicházejí telemetrická data, tedy vědecká data a stavové informace sondy. Navigační data se tvoří měřením a porovnáváním frekvencí přenosu v obou směrech. Tímto způsobem lze zjistit polohu a rychlost satelitu.

Hlavním cílem komunikace sondy s pozemním řídícím střediskem je pochopitelně přenos vědeckých informací. Při tomto přenosu je důležitá kvalita, která je dána rychlostí přenosu a četností chyb při přenosu.

V principu radiové spojení mezi sondou a pozemním střediskem odpovídá mikrovlnné komunikace, ale s velmi podstatnými rozdíly. Spojení se realizuje na velmi velkou vzdálenost a signál je velmi slabý. Uvádí se, že signál přicházejí ze sondy z oblasti vnějších planet, jako je Jupiter nebo Saturn, má výkon jen 10^-18 Wattu, což je zhruba miliardkrát méně, než je výkon signálu komerční televize na domácím televizním přijímači. Výkon vysílače je omezen především hmotností napájecích zdrojů a velikostí antény, které může sonda unést. Výkonnější vysílač by zvýšil hmotnost sondy a mnohonásobně by zvýšil její cenu. Proto se daleko větší péče věnuje přijímacím systémům, jejichž citlivost se zvyšuje na maximální možnou míru pomocí velikosti antén.

Výkon vysílače sondy je obvykle omezen 20 Watty. Tento malý výkon přesto spotřebuje 25% energie zdroje. Anténa vysílače sondy soustřeďuje signál do velmi úzkého paprsku. Přesto tento paprsek vyslaný například z oblasti planety Saturn se rozptýlí natolik, že pokrývá oblast kolem 1000 poloměrů Země. Proto pozemní anténa přijímá jen nepatrnou část celkového výkonu signálu. Navíc je tento velmi slabý signál znehodnocován rádiovým šumem, který je způsoben spontánním pohybem elektronů v anténě. Kromě signálu ze sondy je z vesmíru přijímán rádiový šum objektů ve vesmíru včetně Slunce a Země. Konečně vlastní přijímací systém generuje šum během zpracování signálu.

Přijímač musí být schopen signál zesílit na užitečnou úroveň. Protože šum je trvalou součástí přijímaného signálu, je důležitý poměr signálu k šumu, tedy schopnost přijímacího systému oddělit náhodný šum od užitečného signálu. Aby se dosáhlo požadované úrovně, používají se frekvence v oblasti mikrovln a technologie telemetrického kódování.

Pro komunikaci mezi dvěma místy se používají tři pásma rádiových vln: dlouhé vlny (550 až 1650 kHz) pro standardní AM rádiové vysílání, krátké vlny (1650 kHz až 30 MHz) pro amatérské rádiové stanice, radiotelefony, pro komunikaci policie, letadel atd., mikrovlny (30 MHz až 100 GHz) pro televizi, FM radiové vysílání (88 až 108 MHz), celulární telefony, datové komunikační sítě, radary, umělé satelity Země a meziplanetární sondy.

Dlouhé vlny, s vlnovou délkou zhruba od 300 metrů do jednoho kilometru, se šíří po povrchu Země, který funguje jako vodič, jsou vhodné pro komunikaci na relativně krátké vlny. Krátké vlny se odrážení od ionosféry, části zemské atmosféry ve výšce asi 113 kilometrů nad Zemí, kde jsou vysoké koncentrace iontů a volných elektronů. Odrazy od ionosféry umožňují šíření krátkých vln na velké vzdálenosti, ikdyž kvalita přenosu kolísá podle místních atmosférických podmínek.

Mikrovlny (30 MHz až 100 GHz), označované jako prostorové vlny, se šíří stejným způsobem jako světlo po přímce. Mohou se odrážet od hladkého povrchu, lze je soustřeďovat a zakřivovat jejich dráhu pomocí odražečů. Velmi vysoká frekvence mikrovln umožňuje v některých pásmech kmitočtů jejich průchod ionosférou. Ionosférické podmínky mohou tento jev narušit, ale určitá "okna" frekvencí tento problém minimalizují. Výkon vln se snižuje také deštěm a vodními párami. Nejdůležitější vlastností mikrovln je skutečnost, že při vyšších frekvencích se snižuje nežádoucí šum. Pro meziplanetární komunikaci se proto používají frekvenční pásma 2100 až 2300 MHz (pásmo S, vlnová délka 13 cm), 7145 až 8450 MHz (pásmo X, vlnová délka 3 cm). Frekvence mezi 32 až 34 GHz (pásmo K, vlnová délka 1 cm) ještě čekají na své využití v budoucnosti.

Rychlost datového přenosu a množství šumu výrazně ovlivňují přijímací antény. Na kosmických sondách a přijímacích pozemních stanicích jsou parabolické zrcadlové antény s vysokým ziskem, vysokou účinností a velkým odstup signálu od šumu. Ziskem antény je schopnost vyzařovat určité množství energie v jednom směru ve srovnání s teoretickou izotropní anténou, která stejné množství vyzařuje do všech směrů. Čím větší je průměr parabolického zrcadla antény, tím lépe anténa soustřeďuje přicházející záření z daného směru. Zisk antény je stejný jak pro příjem, tak pro vysílání.

Účinností přijímací antény je poměr množství rádiové energie, kterou anténa přijímá a množství energie, které je předáno na vstup přijímače. Část energie je rozptýlena a pohlcena anténou. Přicházející vlny jsou přijímány povrchem antény a jsou odráženy do ohniska, ve kterém je umístěn nízkošumový přijímač. Pro kvalitu antény je podstatný přesný parabolický tvar a hladkost celého povrchu. Rádiové vlny musí přicházet na vstup přijímače ve stejné fázi. Proto musí být dráha od bodu odrazu k bodu přijímače ve všech bodech parabolického zrcadla přesně stejná. Vlny, které nejsou ve stejné fázi, se navzájem ruší, což vede k útlumu přijímaného signálu. Aby se zajistila dostatečná účinnost antény, nesmí se povrch zrcadla odchylovat o více než 1/40 vlnové délky přijímaného signálu.

Aby bylo možno přijímat všechny vlnové délky rádiových vln používaných sondami kosmickými sondami, nesmí se přijímací anténa odchylovat o více než 0,25 milimetru od okraje k okraji. To klade značné požadavky na celistvost a pevnost struktury antény, která se nesmí při svém pohybu nikde prohýbat nebo zakřivovat. Přitom celková hmotnost největšího zrcadla o průměru 70 metrů je asi 2,7 miliónu kilogramů.

Důležitá je také přesnost antény při zaměření sondy. Protože je vysílaný svazek rádiových vln velmi úzký, musí být zaměřen přesně na sondu jak při příjmu, tak při vysílání.

Nízkošumový přijímač se skládá ze dvou hlavních částí. Jednou z nich je předzesilovač namontovaný v ohnisku zrcadla antény, druhým je vlastní přijímač, umístěný ve středisku pro zpracování signálu. Předzesilovač je schopen zesílit signál na nejvyšší možnou míru (stotisíckrát až sedmsettisíckrát), aniž by tento signál zatížil dalším šumem. Takto zesílený signál je dostatečně silný k tomu, aby byl přiveden koaxiálními kabely k přijímači, který zajišťuje jeho další zesílení, detekci nosné frekvence signálu a demodulaci informace. Prvotní zesílení je kritické, protože zesiluje signál na maximální možnou úroveň.

Pro potlačení zdrojů šumu v signálu se používá kryogenní zesilovač na principu maseru, mikrovlnného generátoru stimulované emise záření (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Jádrem maseru je krystal syntetického rubínu (chrómem dopovaný oxid hlinitý), který je umístěn v silném magnetickém poli a je ochlazen kapalným héliem na teplotu blízkou absolutní nule (což je -273,16 stupňů Celsia).

Silné magnetické pole způsobuje, že atomy chrómu v krystalu se vzájemně vyrovnají ve směru magnetických siločar a rozdělí se do diskrétních energetických hladin v závislosti na směru spinu jejich elektronů. Záření z přiváděného mikrovlnného signálu způsobí přeskok atomů z vyšší energetické hladiny do hladiny s nižší energií za vzniku fotonu, kvanta energie signálu. Takto vzniklé fotony stimulují další atomy k emisi fotonů, čímž rychle vzniká svazek fotonů se stejnou frekvencí a se stejnou polarizací jako měl původní signál. Zesílení signálu je umocněno použitím struktury, která procházející vlny při průchodu rubínem zpomaluje. Vlny pak mají více času pro interakci s excitovanými atomy. Potřebného zesílení se dosáhne pouze pokud je maser ochlazen na velmi nízkou teplotu kapalným héliem.

Systém Deep Space Network je jeden z prvních, který použil maserový zesilovač a vedl tak k rozvoji maserové technologie v této oblasti aplikací.

Telemetrie kosmické sondy se skládá z informací z vědeckých přístrojů a různých senzorů, které monitorují stav sondy a její činnost. Přenášená informace je kódována do binárního kódu. Každý přenášený znak je kódován osmi bity, jak je běžné u počítačů. Kódováním se rychlost přenosu informací nutně zpomaluje.

Organizace a kódování datové informace pro přenos je v sondě zajištěna kodérem, který vzorkuje různé přístroje a senzory s určitou požadovanou sekvencí, třídí, ukládá a časově značkuje data, pak tato data kóduje a převádí do binárního tvaru, aby je bylo možno odeslat do pozemního střediska.

Pozemní přijímací systém zachytává jednotlivé bity, dekóduje a formátuje informaci pro další zpracování.

Pokud by neexistoval žádný šum, pak by kódování a dekódování bylo relativně jednoduché a přímočaré. Šum vznikající při přenosu signálu z kosmické sondy do pozemního střediska ale způsobuje chybnou detekci jednotlivých bitů, kdy bit 0 je zaměněn za bit 1 a naopak. Pokud je energie na přenos jednoho bitu dostatečně vysoká (je tedy vysoký poměr signálu k šumu), počet dekódovaných chyb bude malý a chybovost přenosu bude nízká (např. pět chybných bitů na sto tisíc bitů). Pokud je počet chybně přijatých bitů vysoký, pak se musí snížit přenosová rychlost (počet bitů za sekundu), protože dekodér potřebuje více času na dekódování každého bitu. Základním úkolem komunikace ale je co nejvyšší možná přenosová rychlost z vědeckých přístrojů během celé mise. Jak bylo již uvedeno, zvýšení energie vysílače by vyžadovalo vyšší hmotnost napájecího zdroje. Mnohem levnější metodou proto je použití určitých kódovacích mechanismů, které k vysílanému signálu přidávají dodatečnou informaci pro korekci případných chyb dekodérem.

Takovou dodatečnou informací jsou paritní znaky (ve výpočetní technice známé např. jako CRC, Check Redundancy Code). Tyto znaky jsou vypočítávány pomocí rovnic kontroly parity, které lze použít pro korekci chybně přijatých bitů. Dekodér provádí sérii analýz a testuje, zda přijatá posloupnost bitů splňuje rovnice kontroly parity. Struktura rovnic kontroly parity je taková, že umožňují korekci chyb jednotlivých bitů nebo některých skupin bitů. Po provedení korekce dekodér nadbytečné paritní znaky odstraňuje a předává sekvenci dat uživatelům. Stejný mechanismus se používá pro přenos řídících povelů z pozemního střediska k sondě.

Překvapivě mechanismy detekce chyb a opravy kódu mohou zvýšit rychlost přenosu až sedmkrát nebo více ve srovnání s přenosy bez detekce chyb a jejich korekce. Další výzkum vedl ke vzniku nových kódovacích mechanismů pro zajištění spolehlivosti přenosu kanálem s náhodným šumem. V poslední době systém Deep Space Network používá "zřetězeného" kódu, který je kombinací dvou oddělených kódů a umožňuje snížit úroveň chyb přenosu na jeden chybný bit z miliónu.

Systém Deep Space Network se průběžně vyvíjí, aby byl schopen i v budoucnu zajišťovat stále náročnější požadavky kosmických misí při průzkumu vzdálených oblastí sluneční soustavy.

Literatura:

[X1] Deep Space Network.

(c) 1998 Intellectronics

časopis o přírodě, vědě a civilizaci