Životni put najnaprednijeg svemirskog teleskopa James Webb pratili smo sa zanimanjem i mjesecima prije nego je lansiran u svemir, a kada je, prošloga Božića, to uspješno učinjeno, isto tako nestrpljivo smo očekivali njegove prve znanstvene rezultate. Tijekom proteklih pola godine s vremena na vrijeme Webb je slao fascinantne i nikada viđene prizore iz dubokog svemira i snimke koje će u narednim godinama produbiti naše poznavanje astronomije.

Osim astronomskih izazova, i onih s izbjegavanjem svemirske prašine koja ga može oštetiti, kontrola misije svemirskog teleskopa James Webb morala je riješiti i ključno pitanje – kako s njega podatke poslati na Zemlju? Upravo ovim smo se, informatičko-telekomunikacijskim pitanjem pozabavili povodom prve godišnjice lansiranja Webba.

Bežični prijenos na 1,5 milijun km

Svemirski teleskop James Webb od Zemlje je udaljen 1,5 milijun kilometara, otprilike 3 tisuće puta dalje od prethodnika mu, Hubblea, a u stanju je svojim instrumentima proizvesti do 57 gigabajta podataka na dan (Hubble tu mjeri 2 gigabajta, što je za tehnologiju s početka 1990-ih prilično impresivno). Ne stvori se svakoga dana maksimalna količina podataka, je ne rade svi instrumenti cijelo vrijeme, no deseci gigabajta podataka i dalje moraju biti poslani na Zemlju. Webb prikupljene podatke zapisuje na SSD uređaj, Solid State Recorder, kapaciteta 68 gigabajta, od čega je 65 GB rezervirano za znanstvene podatke. Ostatak otpada na razne inženjerske podatke i telemetriju.

Jednom pohranjeni, podaci se moraju, pomoću dviju antena (K_a-band antene promjera 60 cm i S-band antene promjera 20 cm) poslati na Zemlju. Tamo ih prima NASA-in sustav Deep Space Network, s antenama u Australiji, SAD-u i Španjolskoj te s maksimalnom protočnošću od 3,5 MB/s. Podaci se ne šalju konstantno, niti je brzina prijenosa uvijek jednaka – sve to ovisi o položaju teleskopa i antena kao i o brojnim drugim faktorima.

Dvaput na dan po 4 sata

U praksi to izgleda otprilike ovako. U vrijeme dok znanstveni instrumenti ne obavljaju promatranja, antena teleskopa može mijenjati orijentaciju i usmjeriti se prema prijemnicima na Zemlji. Okretanje antena zabranjeno je za vrijeme astronomskih snimanja zbog vibracija koje bi mogle kompromitirati znanstvene podatke. Ono se, dakle, može obaviti otprilike svakih 2 sata i 42 minute. Jednom kada su antene ispravno orijentirane, prijenos podataka započinje i traje po 4 sata.

U dva takva prijenosa na dan, razmaknutih oko 12 sati, na Zemlju se prenese ukupno najmanje 28,6 GB podataka. Zbog toga je i kapacitet SSD-a nešto veći od 60 GB, kako bi pružio najmanje 24-satni buffer za pohranu podataka prije slanja, u slučaju da se koji "prozor" za slanje podataka propusti iz bilo kojeg razloga. No, vidimo kako podaci ne ostaju dugo u svemiru već se vrlo brzo šalju u podatkovne centre na Zemlji. Zbog utjecaja zračenja, stručnjaci predviđaju da bi kapacitet Webbove pohrane mogao pasti na 60 GB kroz deset godina.

Svemirske telekomunikacije

Kad je riječ o bežičnom prijenosu podataka na ovako velikoj udaljenosti, i uz sve probleme koje rad instrumenata u svemiru donosi, NASA je morala osmisliti sustav koji će biti otporan na sve izazove. Frekvencijsko područje K_a-band mikrovalno je područje, na frekvenciji 25,9 GHz. Valovima u tom području Webb može poslati 28 megabita podataka u sekundi i to je glavni kanal komunikacije s teleskopa prema Zemlji. Njime se šalju fotografije koje svi volimo vidjeti i glavnina znanstvenih podataka.

Drugi kanal je S-band na 2,27 GHz, koji šalje tek 40 kilobita u sekundi. Taj se kanal koristi za slanje inženjerskih podataka, onih o radnom statusu teleskopa i njegovih instrumenata, zdravlju sustava i slično. Treći kanal je također S-band, na 2,09 GHz, koji ide u suprotnom smjeru, sa Zemlje prema teleskopu. Uz propusnost od 16 kilobita u sekundi taj uplink služi za slanje uputa teleskopu, odnosno usmjeravanje njegovih zrcala prema željenim metama te za upravljanje svim njegovim sustavima.

Bonus: službena JWST galerija na Flickru