اين فضاپيما گردش خود را از جولاي سال 2000 با ورود به مدار آغاز كرد كه چهار سال طول خود كشيد و در نهايت اين فضاپيما 70 دور در مدار مي‌چرخد تا انواع اطلاعات مختلف را درباره سياره و برخي از اقمار آن به ويژه تيتان جمع‌آوري كند. از اهداف اصلي ماموريت بررسي و جست‌وجوي حلقه‌ها و موقعيت‌هاي آن‌ها و نيز اندازه‌گيري اتمسفر مغناطيس و جو كيوان است.
بازرسي جو و سطح سازنده تيتان هدف اصلي ديگري است كه ابزارهاي مختلف كاسيني تاكنون اين ماموريت‌ها را آغاز كرده‌اند. به ويژه، كاوشگر هويگنس چند ماه پيش براي جمع‌آوري مقياس‌ها درباره‌ي تركيبات شيميايي جو تيتان به سمت اين قمر رها شد.
به همراه آن ابزار مربوطه تصويري از كيوان و اقمار آن را با جزييات درباره، دما، حوزه‌هاي پرتوي، تركيبات سطح و اتمسفر، ذرات داغ و خنثي، بادهاي خورشيدي و ... ترسيم خواهند كرد.
در ادامه اين ماموريت، فضاپيماي كاسيني بارها دور منظومه كيوان خواهد چرخيد و اندازه‌گيري‌هايي را از خارج فضاپيما تهيه خواهد كرد؛ البته هيچ كاوشگر ديگري شبيه هويگنس كه فضاپيما را ترك كند وجود ندارد.»
ايسنا: عمر مفيد فضاپيماي «كاسيني» چقدر است؟ اين فضاپيما پس از پايان ماموريت چه سرنوشتي خواهد داشت؟
« طول مدت ماموريت اين فضاپيما چهار سال است ولي به رغم ماموريت‌هاي اوليه اگر پس از پايان چهار سال كاسيني هنوز به خوبي كار كند، اين ماموريت احتمالا افزايش خواهد يافت. در حال حاضر اين امر مشخص نيست، اما ممكن است در صورت سالم ماندن سيستم‌ها و وجود بودجه كافي ناسا تصميم به ادامه ماموريت بگيرد. پروژه موسوم به فضاپيماي دوقلو نمونه بارزي از تمديد ماموريت‌هاي فضايي است كه 27 سال ادامه پيدا كرد و به لبه منظومه شمسي رسيد.
البته وضعيت كاسيني متفاوت است، چرا كه در مدار منظومه كيواني مي‌گردد و بنابراين نمي‌تواند رها شود. به اين ترتيب حتي در صورت افزايش مدت ماموريت دوباره به مدار خود بازخواهد گشت.»
ايسنا: طرح عظيم «هويگنس ـ كاسيني» چقدر هزينه مالي داشته است و چه كشورهايي در اين طرح همكاري دارند؟
« هزينه پروژه كاسيني در حدود 3/3 ميليارد دلار تخمين مي‌زنند. من از جزييات اين بودجه اطلاع ندارم اما بايد متذكر شد كه بخش عمده اين هزينه‌ها صرف ادامه ماموريت مي‌شود و تنها صرف توليد آن نشده است. هميشه يك نگراني در تصميمات گسترش مدت ماموريت وجود دارد. سهم ناسا از بودجه تاكنون بيشتر از آژانس‌هاي فضايي اروپا و ايتاليا بوده است و ناسا بيش از دو سوم بودجه را پرداخت كرده است.»
ايسنا: با توجه به اين كه برنامه‌ريزي ماموريت «هويگنس» از سال‌ها قبل انجام شده بود آيا در اين مدت با مشكل پيش‌بيني نشده‌اي در سيستم ارتباطي «كاسيني» و «هويگنس» مواجه نشديد؟ چطور اين مشكل را رفع كرديد؟
« يك اشكال مهم در طراحي خط ارتباطاتي ميان فضاپيماي كاسيني و كاوشگر هويگنس وجود داشت. اين اشكال از اين واقعيت نشات گرفت كه وقتي يك موج (مانند امواج صوتي و راديويي) از يك منبع در حال حركت منتقل مي‌شوند، يك گيرنده در جلوي منبع شاهد افزايش در فركانس موج خواهد بود، در حالي كه گيرنده پشت منبع فركانس پايين‌تري را اندازه‌گيري خواهد كرد.
زماني كه هم فرستنده و هم گيرنده حركت مي‌كنند، سرعت نسبي آن‌ها در طول خطي كه آن‌ها را به هم مرتبط مي‌كند. اين جهش در فركانس مشاهده شده را نشان مي‌دهد. اين وضعيت «Doppler Shift» ناميده مي‌شود كه براي مثال زماني اتفاق مي‌افتد كه ما صداي آژير آمبولانسي را مي‌شنويم.
در ابتدا ما صدايي با فركانس پايين را مي‌شنويم (صداي بم) و هرچه آمبولانس نزديك‌تر مي‌شود، موج صوتي دريافتي شدت بيشتري پيدا مي‌كند (صداي زير)، براي خط ارتباطاتي كاسيني ـ هويگنس، اين پديده بايد به گونه‌اي مناسب در نظر گرفته مي‌شد، چرا كه در طول مهم‌ترين مرحله از فرود هويگنس بر روي تيتان، در حالي كه كاسيني، سفينه مادر در مدار بالا مي‌گردد، سرعت نسبي ميان اين دو بين 5/5 كيلومتر در ثانيه خواهد بود كه نتيجه آن يك Doppler Shift 38 كيلوهرتزي است.
مهندسان آژانس فضايي اروپا پي بردند در حالي كه خط ارتباطي طوري طراحي شده است كه اين جهش در فركانس حاصل سيگنال‌هاي هويگنس به سمت كاسيني در نظر گرفته شد، يك حقيقت ظريف و مربوط ديگر ناديده گرفته شد.
در سيستمهاي ارتباطاتي، ارسال سيگنال حاوي اطلاعات در راس يك سيگنال حامل امري متداول است؛ بنابراين اطلاعات، كه يك سيگنال با پهناي باند كوچكتر است، در راس يك موج حامل با فركانس بالاتر حركت مي‌كند. طرح‌هاي گوناگوني براي كد گذاري سيگنال اطلاعاتي جهت دسترسي به كميت و كيفيت بالاي اطلاعاتي براي يك پهناي باند موجود كم در اطراف فركانس حامل متمركز شده وجود دارد.
خط ارتباطاتي ميان كاسيني و هويگنس از يك طرح كدگذاري موسوم به «Phase-Shift Keying » يا PSK براي انتقال بيت‌هايي از جريان داده‌ها شامل يك‌ها و صفرها استفاده مي‌كند. در PSK، مرحله سيگنال ديجيتالي دريافتي مشخص مي‌شود كه آيا به يك بيت «1» يا به يك بيت «0» در مقايسه با يك سيگنال مرجع ترجمه شده است يا نه.
اين امر نيازمند زمان‌بندي دقيقي بين سيگنال دريافتي و سيگنال مرجع است. اگر زمان‌بندي اشتباه باشد، بيت‌ها به اشتباه رمزگشايي مي‌شوند به طوري كه ممكن است يك بيت «1» به اشتباه به بيت «0» تعبير شده و بنابراين كل سيگنال اطلاعاتي در هم ريخته و مغشوش مي‌شود.
اشكال در طراحي خط كاسيني ـ هويگنس اين بود كه اگرچه بر روي سيگنال حامل Doppler Shift توضيح داده شد، فاقد يك طرح مشابه براي سيگنال اطلاعاتي واقعي بود كه بر روي حامل حركت مي‌كند. در نتيجه اين امر باعث گم شدن هم‌زماني ميان دو سيگنال مي‌شود و در نهايت سيگنال مربوطه قابل رمزگشايي نخواهد بود.
يك مهندس سوئدي به نام «بوريس المرز»، كه براي آژانس فضايي اروپا كار مي‌كند، موفق به كشف اين مشكل شد زماني كه وي مهندسان و مديريت پروژه «كاسيني» را در اين واقعيت مطرح كرد، تيمي براي حل اين مشكل تشكيل شد. اگر «كاسيني» هنوز بر روي زمين مي‌بود، راه حل بسيار ساده بود؛ اما با توجه به اين كه فضاپيما تا آن هنگام در مسير حركت بود و بنابراين تعمير نرم‌افزار ثابت كه پارامترهاي سيستم ارتباطاتي را كنترل مي‌كند غير ممكن بوده و بايد راه‌حل‌هاي ديگري پيدا مي‌شد، پس از بررسي بسياري از گزينه‌هاي پيشنهادي، آخرين موردي كه درباره آن به توافق رسيدند، تغيير مسير طراحي شده فضاپيماي «كاسيني» بود به طوري كه در طول فرود «هويگنس» بر سطح «تيتان»، «كاسيني» و «هويگنس» سرعت نسبي صفر در طول خطي كه آن‌ها را به هم مرتبط مي‌كند، داشته باشند.
تنها سرعت نسبي آن‌ها حالت عمود نسبت به آن خط بود كه باعث يك Doppler Shift نمي‌شد. تاثير اين تغيير بر روي ماموريت اين بود كه برخورد با «تيتان» به مدت يك ماه به تاخير افتاد كه پس از آن «كاسيني» قرار بود به مدار از قبل برنامه‌ريزي شده خود بازگردد. از آن جا كه ذخيره سوختي موشك كافي بود، آتش كردن اضافي موشك‌ها تغيير مهمي در ادامه ماموريت ايجاد نمي‌كرد.»
ايسنا: لطفا قدري هم درباره سيستمهاي سخت‌افزاري و نرم‌افزاري رادار فضاپيماي «كاسيني» توضيح دهيد.
« سيستمهاي سخت‌افزاري «كاسيني» شامل ابزارهاي اندازه‌گيري علمي مختلف، زيرسيستم‌هاي انرژي مسوول تهيه انرژي براي سيستمهاي سخت‌افزاري مختلف ديگر (با استفاده از ژنراتورهاي راديو ايزوتوپ ترموالكتريكي)،سيستم كنترل موقعيتي و صوتي براي كنترل وضعيت، آوا و تعيين موقعيت فضاپيما، الگوي رانشي براي ايجاد اطمينان در هنگام تغيير ضروري مسير و جهت فضاپيما، زيرسيستم‌هاي فركانس راديويي و آنتني براي ارتباط گيري با زمين (در اين جا يك آنتن با گيرندگي بالا و دو آنتن باگيرندگي پايين وجود دارد كه براي ارسال اطلاعات و داده‌ها و نيز تبادل دستور و كنترل سيگنال‌ها به كار مي‌روند)، زيرسيستم كنترل فرمان و داده‌ها كه تمام زيرسيستم‌ها و دسته‌بندي‌هاي اطلاعاتي را كه از كنترل كننده‌هاي زميني دريافت مي‌كند براي فرمان دادن به هرچيز ديگري در فضاپيما، كنترل مي‌كند، دستگاه ثبت داده براي جمع‌آوري و ضبط داده‌ها از تمام ابزار بار مفيد علمي (اين وسيله بر خلاف وسايل ضبط نواري قبلي جامد است)، يك زيرسيستم ساختاري براي ايجاد حمايت ساختاري و متحد كردن تمام تجهيزات و چندين زيرسيستم سخت‌افزاري ديگر از جمله زيرسيستم‌هاي سيم‌كشي، زيرسيستم‌هاي دسته‌بندي الكترونيك و زيرسيستم كنترل دما است.
« كاسيني» همچنين داراي سيستمهاي نرم‌افزاري مختلف براي كنترل سخت‌افزار و ايجاد ارتباط بين آن‌ها، فضاپيما و زمين است.»
ايسنا: «كاسيني» براي ارتباط با زمين و «هويگنس» از چند رادار و سيستم ارتباطي استفاده مي‌كند؟ آيا براي پيشگيري از مشكلات احتمالي رادارهاي جايگزين هم براي آن پيش‌بيني شده است؟
« ارتباطات با زمين از طريق آنتن‌هايي با گيرندگي بالا (HGA) و دو آنتن با گيرندگي پايين (LGA-2 و LGA-1) صورت مي‌گيرد.
اين دو منتقل كننده خودكار مسير ارتباط دو طرفه ميان «كاسيني» و تعدادي از ايستگاه‌هاي رديابي بر روي زمين كه شبكه فضايي عميق ناسا را تشكيل مي‌دهد، ايجاد مي‌كند. آنتن‌هاي ضعيف‌تر برنامه پشتيباني براي ارتباط گيري در موقعيت‌هاي اضطراري مانند نقص در جريان برق ارايه مي‌كند.
به طور طبيعي آنتن قوي‌تر ارتباط با زمين را برقرار مي‌كند. اين آنتن همچنين به عنوان آنتني براي رادار تصويري كاسيني و وسيله راديومتري استفاده مي‌شود. در طول بخش ابتدايي از سفر، اين آنتن به عنوان يك چتر محاظفت از خورشيد براي فضاپيما عمل مي‌كند.»
ايسنا: فضاپيماي «كاسيني» چطور از اين فاصله بسيار زياد اطلاعات خود را به زمين مي‌رساند؟
« اطلاعات از «كاسيني» و به سمت آن از طريق شبكه فضايي عميق (DSN) ناسا كه يك شبكه گسترده از آنتن‌هاي بزرگ بر روي زمين است، منتقل مي‌شوند. ايستگاه‌هاي اين شبكه در سه موقعيت اساسي متمركز مي‌شوند. يك رديف آنتن در گلداستون در كاليفرنياي آمريكا، يكي نزديك مادريد در اسپانيا و مجموعه ديگر نزديك كانبرا در استراليا قرار دارد.
اين موقعيت‌ها تقريبا 120 درجه از طول جغرافيايي از هم فاصله دارند و امكان نظارت‌هاي دايمي از فضاپيماي مختلف هم‌زمان با چرخش زمين را فراهم مي‌كند. هم مقر اين شبكه مجموعه‌اي از آنتن‌هاي منعكس كننده سلجمي شكل با گيرندگي قوي دارد.»
ايسنا: آيا در جريان ارسال اين اطلاعات پارازيت يا اختلالي ايجاد نمي‌شود؟
« امكان بروز اختلال يا قطع ارتباطات همواره وجود دارد. اين مشكلات حتي مي‌توانند در سايت‌هاي شبكه فضايي ناسا كه ممكن است يك يا چندين آنتن آن گهگاهي دچار اشكال شود و يا بر روي كاسيني به وجود آيند. در اغلب موارد مشكلات دايمي و يا بسيار جدي نيستند. اگر يكي از اين پايگاه‌ها دچار اشكال شود، معمولا دو مقر ديگر دريافت و انتقال داده‌ها را ادامه مي‌دهند.»
ايسنا: آيا كنترل «كاسيني» صرفا از طريق ايستگاه‌هاي زميني است؟( يعني اگر ارتباط آن با زمين براي مدتي قطع شود، امكان ادامه فعاليت آن وجود دارد؟)
« بله، «كاسيني» هم‌اكنون تنها از طريق ايستگاه‌هاي زميني كنترل مي‌شود. از آن جا كه فضاپيما تاكنون از زمين دور بوده است، مگر اين كه سيگنال بسيار قوي از آن و يا به سمت آن مخابره شود، ارتباطات قابل اطمينان قابل برقرار شدن نيستند. قدرت يك سيگنال پس از مسافرت در مسافت بالاي يك ميليارد كيلومتر بسيار كمتر مي‌شود؛ بنابراين، يك سيستم آنتي بسيار حساس بر روي زمين مورد نياز است.
در حال حاضر هيچ مقر ديگري بر روي زمين يا در مدار اطراف زمين وجود ندارد كه برق محدود يا نياز به جريان را براي ماموريت كاسيني هماهنگ كند.»
ايسنا: سيستم ارتباطي كاسيني چگونه طيف متنوع ديتاها مثل اطلاعات دريافتي از «هويگنس» شامل عكس، صدا و اطلاعات به دست آمده از ابزارهاي مختلف آن را دريافت و به زمين ارسال مي‌كند؟
« داده‌هاي جمع‌آوري شده توسط هويگنس از طريق سيستمهاي گوناگون جمع‌آوري صدا، تصوير و داده‌هاي راديويي ابتدا ديجيتالي شده و سپس از طريق سيستمهاي ارتباطاتي خود آن‌ها به فضاپيماي كاسيني فرستاده شد. در پاسخ سوال‌هاي قبل برخي از ويژگي‌هاي اين سيستم توضيح داده شد.
اطلاعات ارسال شده به كاسيني از هويگنس ضبط شدند و سپس با گذشت زمان به زمين بازگردانده شدند. آنچه در طول فرود هويگنس اتفاق افتاد، اين بود كه يكي از دو كانال ارتباطاتي ميان آن‌ها (در فضاپيماي كاسيني) به اشتباه روشن نشد و بنابراين برخي از داده‌هاي جمع‌آوري شده به سفينه مادر منتقل نشدند.
ايستگاه فضايي اروپا مسووليت اين خطاي كوچك را بر عهده گرفته است. خوشبختانه، چندين تلسكوپ راديويي زميني در آمريكا، استراليا، ژاپن و چين براي گوش دادن به هويگنس در طول اين مدت طراحي شده بودند به طوري كه حجم زيادي از داده‌ها دوباره احيا شدند و در نهايت در اختيار دانشمندان قرار خواهند گرفت.»
__________________
مرا سر نهان گر شود زير سنگ -- از آن به كه نامم بر آيد به ننگ
به نام نكو گر بميــرم رواست -- مرا نام بايد كه تن مرگ راست
|