La Red de Vuelos Espaciales Tripulados (abreviada MSFN , pronunciada " misfin ") fue un conjunto de estaciones de seguimiento construidas para apoyar los programas espaciales estadounidenses Mercury , Gemini , Apollo y Skylab .
En ese momento, existían otras dos redes de comunicación espacial de la NASA: la Red de Seguimiento de Naves Espaciales y Adquisición de Datos (STADAN, por sus siglas en inglés) para el seguimiento de satélites en órbita terrestre baja, y la Red de Espacio Profundo (DSN, por sus siglas en inglés) para el seguimiento de misiones no tripuladas más distantes. Después del final de Skylab, la MSFN y la STADAN se fusionaron para formar la Red de Seguimiento de Vuelos Espaciales y Datos (STDN, por sus siglas en inglés). La STDN fue reemplazada a su vez por el Sistema Satelital de Seguimiento y Retransmisión de Datos (TDRSS, por sus siglas en inglés) basado en satélites durante el programa del Transbordador Espacial [actualizar], que se utilizó a partir de 2009. [1]
El seguimiento de vehículos en órbitas terrestres bajas (LEO) es bastante diferente del seguimiento de misiones en el espacio profundo. Las misiones en el espacio profundo son visibles durante largos períodos de tiempo desde una gran parte de la superficie de la Tierra, por lo que requieren pocas estaciones (la DSN utiliza solo tres, a fecha de 20 de febrero de 2010 [actualizar]). Sin embargo, estas pocas estaciones requieren el uso de antenas enormes y receptores ultrasensibles para hacer frente a las señales muy distantes y débiles. Las misiones en órbita terrestre baja, por otro lado, solo son visibles desde una pequeña fracción de la superficie de la Tierra a la vez, y los satélites se mueven por encima rápidamente, lo que requiere una gran cantidad de estaciones de seguimiento, distribuidas por todo el mundo. Las antenas necesarias para el seguimiento y la comunicación en órbitas bajas no tienen por qué ser tan grandes como las que se utilizan para el espacio profundo, pero deben poder realizar un seguimiento rápido.
Estos diferentes requisitos llevaron a la NASA a construir una serie de redes de seguimiento independientes, cada una optimizada para su propia misión. Antes de mediados de la década de 1980, cuando los satélites del Sistema de seguimiento y retransmisión de datos por satélite (TDRSS) entraron en funcionamiento, la NASA utilizó varias redes de antenas terrestres para rastrear y comunicarse con las naves espaciales en órbita terrestre. Para las misiones Mercury , Gemini y Apollo , estos fueron los principales medios de comunicación, y a la Red de Espacio Profundo (DSN) se le asignó un papel de apoyo/respaldo. [1]
La Red de Vuelos Espaciales Mercury ( MSFN ) se completó en 1961 y constaba de 18 estaciones de seguimiento terrestre y dos barcos en los océanos Atlántico e Índico para cerrar las brechas entre las estaciones terrestres. [2] [3] [4]
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Hubo algunas variaciones entre los vuelos. Por ejemplo, entre el MA-6 y el MA-7, el buque del Atlántico Medio fue retirado y el buque del Océano Índico fue reposicionado en el Canal de Mozambique.
En el vuelo de Gordon Cooper en el MA-9 de 1963 se utilizaron un barco del Océano Pacífico ( USNS Wheeling ) y el Complejo de Comunicaciones del Espacio Profundo Goldstone (GDS), California . En el MA-9, el radar Bermuda FPS-16 era el único radar de toda la red que tenía un seguimiento durante la inserción de la cápsula en una trayectoria orbital y, por lo tanto, era vital para la verificación de la órbita adecuada. La siguiente estación que tuvo contacto fue la de las Islas Canarias. El vuelo de Cooper se retrasó 24 horas debido a un mal funcionamiento en el sistema de datos de la antena del radar Bermuda FPS-16. El equipo de radar no pasó una prueba CADFISS, en la que todas las estaciones de la red tenían que transmitir información a la NASA para garantizar que se pudiera obtener información precisa. La pieza defectuosa se reemplazó en 3 horas, pero cuando el comunicador de la cápsula pidió una estimación realista, le dijeron que 24 horas. La misión se canceló inmediatamente por un día.
La red se amplió para los vuelos más largos del Proyecto Gemini , que incluían operaciones de encuentro entre dos naves espaciales. Un avance hacia una mayor informatización y una menor compatibilidad de voz para Gemini hizo posible una red más centralizada con menos estaciones primarias y más estaciones secundarias, aunque esas instalaciones principales estaban mejor equipadas. Algunas estaciones Mercury fueron abandonadas; muchas fueron complementadas con nuevo hardware. [5]
Sitios de la red Gemini : [5]
La Red de Vuelos Espaciales Tripulados (MSFN) durante la era Apolo también se conocía como Red Apolo . De un informe técnico de la NASA sobre la historia de la MSFN: [6]
Los hechos técnicos eran los siguientes: los radares de las redes Mercury y Gemini obviamente no podían rastrear dos naves espaciales que orbitaran la Luna a un cuarto de millón de millas de distancia; tampoco podían las pequeñas antenas de telemetría MSFN captar la telemetría y los mensajes de voz en las débiles señales que llegaban desde las inmediaciones de la Luna. Traducido a términos de hardware de red, Apollo requeriría al menos los siguientes cambios en la MSFN:
- Se debería incorporar un sistema de seguimiento de alcance y velocidad de alcance, como GRARR o el sistema de alcance y velocidad de alcance del JPL, para rastrear con precisión la nave espacial distante mientras estaba fuera del alcance del radar.
- Habría que añadir a la MSFN grandes antenas parabólicas con altas ganancias, como los paraboloides de 26 m empleados en STADAN y DSN, para rastrear y comunicarse a distancias lunares.
- Las estaciones MSFN existentes no pudieron monitorear adecuadamente las fases críticas de la misión, cuando la nave espacial se insertó en su trayectoria lunar y cuando se sumergió en el estrecho corredor de reentrada en el viaje de regreso. El resultado fue que la MSFN tuvo que ser ampliada con barcos, aviones y sitios terrestres adicionales.
- Habría que añadir pequeñas antenas paraboloidales en algunos sitios de MSFN para comunicarse con la nave espacial Apollo mientras todavía estaba por debajo del horizonte para las antenas de 26 m (por debajo de unos 16.000 km) pero más allá del alcance de las antenas de telemetría Gemini.
- El tráfico de comunicaciones durante las misiones Apolo sería varias veces superior al previsto para Gemini. Habría que aumentar las líneas NASCOM.
Para cumplir con estos requisitos, la MSFN utilizó una combinación de recursos. Se seleccionó un sistema del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) llamado " Banda S Unificada ", o USB, para las comunicaciones de Apolo, que permitió que el seguimiento, la medición de distancia, la telemetría y la voz utilizaran el mismo transmisor de banda S. El seguimiento cercano a la Tierra se proporcionó mediante la actualización de las mismas redes utilizadas para Mercury y Gemini. Se construyeron nuevas antenas grandes para la fase lunar explícitamente para la MSFN, y se utilizaron antenas grandes de la Red de Espacio Profundo (DSN) para las fases de misión de respaldo y críticas.
Aunque normalmente se encargaba de rastrear naves espaciales no tripuladas, la Red del Espacio Profundo (DSN) también contribuyó a la comunicación y el seguimiento de las misiones Apolo a la Luna , [7] aunque la responsabilidad principal siguió siendo de la Red de Vuelos Espaciales Tripulados (MSFN). La DSN diseñó las estaciones MSFN para la comunicación lunar y proporcionó una segunda antena en cada sitio MSFN (los sitios MSFN estaban cerca de los sitios DSN precisamente por esta razón). Se necesitaban dos antenas en cada sitio ya que los anchos de haz que requerían las antenas grandes eran demasiado pequeños para abarcar tanto el orbitador lunar como el módulo de aterrizaje al mismo tiempo. La DSN también proporcionó algunas antenas más grandes según fuera necesario, en particular para transmisiones de televisión desde la Luna y comunicaciones de emergencia como la del Apolo 13. [1]
De un informe de la NASA que describe cómo el DSN y el MSFN cooperaron para el Apolo: [6]
Otro paso crítico en la evolución de la red Apolo llegó en 1965 con la llegada del concepto DSN Wing. Originalmente, la participación de las antenas DSN de 26 m durante una misión Apolo se limitaría a una función de respaldo. Esta fue una de las razones por las que los sitios MSFN de 26 m se ubicaron junto con los sitios DSN en Goldstone, Madrid y Canberra. Sin embargo, la presencia de dos naves espaciales bien separadas durante las operaciones lunares estimuló el replanteamiento del problema del seguimiento y la comunicación. Una idea fue agregar un sistema de RF de banda S dual a cada una de las tres antenas MSGN de 26 m, dejando las antenas DSN de 26 m cercanas todavía en una función de respaldo. Sin embargo, los cálculos mostraron que un patrón de antena de 26 m centrado en el módulo lunar aterrizado sufriría una pérdida de 9 a 12 db en el horizonte lunar, lo que dificultaría, quizás imposibilitaría, el seguimiento y la adquisición de datos del módulo de servicio de comando en órbita. Tenía sentido utilizar simultáneamente las antenas MSFN y DSN durante las importantísimas operaciones lunares. Naturalmente, el JPL se mostraba reacio a comprometer los objetivos de sus numerosas naves espaciales no tripuladas cediendo tres de sus estaciones DSN a la MSFN durante largos períodos. ¿Cómo podrían alcanzarse los objetivos de la misión Apolo y de la exploración del espacio profundo sin construir una tercera antena de 26 m en cada uno de los tres emplazamientos o socavar las misiones científicas planetarias?
La solución llegó a principios de 1965 en una reunión en la sede de la NASA, cuando Eberhardt Rechtin sugirió lo que ahora se conoce como el "concepto de ala". El enfoque del ala implica la construcción de una nueva sección o "ala" para el edificio principal en cada uno de los tres sitios DSN involucrados. El ala incluiría una sala de control MSFN y el equipo de interfaz necesario para lograr lo siguiente: 1. Permitir el seguimiento y la transferencia de datos bidireccional con cualquiera de las naves espaciales durante las operaciones lunares. 2. Permitir el seguimiento y la transferencia de datos bidireccional con las naves espaciales combinadas durante el vuelo a la Luna. 3. Proporcionar respaldo para el seguimiento pasivo del sitio MSFN ubicado en el mismo lugar (enlaces de RF de nave espacial a tierra) de la nave espacial Apolo durante las fases translunar y transterrestre. Con este arreglo, la estación DSN podría cambiar rápidamente de una misión de espacio profundo a Apolo y viceversa. El personal de GSFC operaría el equipo MSFN completamente independientemente del personal DSN. Las misiones al espacio profundo no se verían comprometidas tanto como si todo el equipo y el personal de la estación se entregaran a Apolo durante varias semanas.
Los detalles de esta cooperación y operación están disponibles en un informe técnico de dos volúmenes del JPL. [8] [9]
A partir del 20 de febrero de 2010 [actualizar], se utilizan tres redes diferentes de la NASA: la Red de Espacio Profundo (DSN), la Red Cercana a la Tierra (NEN) y la Red Espacial/ Sistema de Satélites de Seguimiento y Retransmisión de Datos (TDRSS). La DSN, como su nombre lo indica, rastrea sondas en el espacio profundo (a más de 10.000 millas (16.000 km) de la Tierra), mientras que la NEN y el TDRSS se utilizan para comunicarse con satélites en órbita terrestre baja. El TDRSS utiliza una red de 10 satélites de comunicación geoestacionarios y una única estación terrestre en las instalaciones de pruebas de White Sands . [1]
Después de la misión Apolo , la MSFN ya no necesitaba las grandes antenas que se habían utilizado para la comunicación lunar, que finalmente fueron entregadas a la DSN. En 1985, la antena de la estación de seguimiento Honeysuckle Creek se trasladó al sitio de la DSN del Complejo de comunicaciones del espacio profundo de Canberra (CDSCC), y la antena de Fresnedillas se trasladó a la ubicación existente de la DSN en Robledo. La antena del Complejo de comunicaciones del espacio profundo Goldstone todavía se encuentra en su ubicación original. [7]
