NASA's Deep Space Network vor Belastung durch wachsende Anfragen
30/08/23 15:42
Die wachsende Nachfrage bei begrenzten Mitteln belastet das Deep Space Network (DSN) der NASA und beeinträchtigt dessen Fähigkeit, Kommunikation für wissenschaftliche Missionen und die Artemis-Mondexpeditionen zu gewährleisten.
Trotz des anhaltenden Drucks auf das DSN, ein Netzwerk von Antennen in Australien, Kalifornien und Spanien, das hauptsächlich zur Kommunikation mit Raumfahrzeugen außerhalb der Erdumlaufbahn dient, haben die Anforderungen der Artemis-1-Mission die zukünftigen Herausforderungen für die NASA deutlich gemacht, warnten Vertreter.
"Sobald Artemis aktiv ist, räumt alles andere das Feld, und das beeinträchtigt alle wissenschaftlichen Missionen", erklärte Suzanne Dodd, Direktorin der Abteilung für interplanetare Netzwerke am Jet Propulsion Laboratory der NASA, bei einer Sitzung des Wissenschaftsausschusses des NASA-Beirats am 29. August.
Während der Artemis-1-Mission im letzten Herbst beanspruchte allein das Orion-Raumschiff 903 Stunden DSN-Zeit, während acht Cubesats-Starts als Nebennutzlasten zusätzliche 871 Stunden erforderten. Wissenschaftliche Missionen, die das DSN nutzen, verloren während dieser Zeit insgesamt 1.585 Stunden, darunter das James Webb Space Telescope, das allein 185 Stunden verlor. Zusätzlich wurden Wartungsarbeiten am DSN während Artemis 1 verschoben, um weitere 509 Stunden freizugeben.
Die Planung von Artemis-Missionen stellt auch terminliche Herausforderungen dar, da Datenverschiebungen auftreten können, mit denen das DSN aufgrund von Verzögerungen umgehen muss. "Während Artemis aktiv ist, müssen wir entweder alle anderen vom Netzwerk entfernen oder wir haben Probleme - unsere Erfahrung mit Artemis 1 zeigt, dass wir Schwierigkeiten hatten, alle zu koordinieren und an das Startdatum von Artemis 1 anzupassen."
Die intensive Nutzung des DSN für Cubesats überraschte das Wissenschaftskomitee und führte bei Dodd zu Frustration. "Ich frage mich, wer auf die Idee kam", diese Cubesats auf Artemis 1 zu setzen", sagte sie. "Ich denke nicht, dass dies eine gute Nutzung ist, wenn das DSN bereits überlastet ist."
Viele der für die Cubesats verwendeten DSN-Stunden entfielen auf "Such- und Rettungs"-Operationen, wenn Probleme auftraten. Dodd schlug vor, dass die NASA bei zukünftigen Artemis-Missionen auf solche Bemühungen verzichten sollte.
"Wir haben wahrscheinlich viel Zeit darauf verwendet, nach diesen Cubesats und nicht funktionierenden Dingen zu suchen. In der Zukunft sollten wir das wohl unterlassen", betonte sie. "Wenn wir dein Signal nicht empfangen, ist deine Mission gescheitert."
Die Anforderungen steigen, während die Budgets schrumpfen.
Das DSN wird auch in Zukunft Spitzen in der Nachfrage von zukünftigen Artemis-Missionen sowie insgesamt durch das zunehmende Aufkommen einer steigenden Anzahl anderer Missionen sehen, von denen viele kommerzielle oder staatliche robotische Mondmissionen sind. "Wir verdoppeln praktisch die Belastung des DSN", sagte Dodd. "Die Belastung nimmt zu und das stresst uns sehr."
Das wird, so Dodd, durch verringerte Budgets für den Betrieb des DSN noch verstärkt. Das jährliche Budget ist von 250 Millionen US-Dollar im Jahr 2010 auf heute 200 Millionen US-Dollar gefallen, wobei erwartet wird, dass das Budget bis zum Ende des Jahrzehnts weiter abnimmt. "Wenn wir in die 2030er Jahre schauen, macht uns das auf dem DSN wirklich Angst."
Es gab in der Vergangenheit mehrere Berichte, die auf Belastungen des DSN hingewiesen haben. Dazu gehört auch eine Prüfung des DSN, die am 12. Juli vom Büro des Generalinspektors der NASA veröffentlicht wurde. In diesem Bericht wurde festgestellt, dass das Netzwerk "derzeit überbucht ist und weiterhin durch die Anforderungen, die durch eine steigende Anzahl von Tiefraummissionen entstehen, überlastet sein wird", und dass die Bemühungen zur Verbesserung des DSN mit neuen Antennen hinter dem Zeitplan liegen und das Budget überschritten haben.
"Dabei handelt es sich um großartige und, ich würde sagen, sehr genaue Lehren aus der Vergangenheit", sagte Dodd zu diesem Bericht und anderen. "Es kommt kein Geld, um diese Herausforderungen zu bewältigen."
Sie führte als Beispiel einen Vorfall während der Artemis-1-Mission an, bei dem ein System namens "private Cloud Appliance" an einem DSN-Standort in Goldstone, Kalifornien, ausfiel und eine Ausfallzeit von 33 Stunden verursachte. Das Netzwerk entwickelte eine Lösung, die sie als nicht "übertrieben" bezeichnete, um zu verhindern, dass dies erneut geschieht. "Für das haben wir keine Finanzierung bekommen."
Die NASA ergreift Maßnahmen, um der Nachfrage nach dem DSN von Artemis-Missionen zu begegnen, sagte Philip Baldwin, amtierender Leiter der Abteilung für Netzwerkdienste des Raumfahrtkommunikations- und Navigationstechnik-Programms der NASA. Er skizzierte während des Treffens einen Vier-Punkte-Plan, der Upgrades der DSN-Antennen, die Installation eines neuen Satzes von 18-Meter-Antennen namens LEGS für lunare Erkundungsdienste, die Entwicklung von Kommunikations- und Navigationsrelaisdiensten um den Mond herum und erhöhte internationale Partnerschaften beinhaltet.
Er räumte jedoch ein, dass diese Schritte allein, wie das sechzehn-antennenstarke LEGS-Netzwerk, nicht alle Probleme des DSN lösen werden. "Wir sprechen über sechzehn Antennen, wo wir einen Mangel von mehr als diesem haben."
Studien helfen der NASA, Lücken im DSN zu identifizieren, sagte Baldwin, aber die Beamten müssen sorgfältig darlegen, was sie angesichts begrenzter Budgets benötigen. "Wir können hier nicht übertreiben. Wir können nicht einfach sagen, wir verdoppeln das DSN-Budget", sagte er und wies darauf hin, dass die NASA aufgrund einer im Juni erlassenen Schuldenobergrenzenvereinbarung, die die nicht-verteidigungsdiscretionäre Ausgaben, einschließlich NASA, auf dem Stand von 2023 für das Haushaltsjahr 2024 hält, keine zusätzliche Finanzierung für DSN erwartet.
"Wir haben einen wirklich kritischen Punkt mit der alternden Infrastruktur des DSN erreicht", sagte Sandra Cauffman, stellvertretende Direktorin der Abteilung für Astrophysik der NASA, die an Studien über das Netzwerk beteiligt war, und wies darauf hin, dass die Herausforderungen auch bei Upgrades wie LEGS weiterhin bestehen werden. "Das macht uns sehr Angst."
Das beunruhigte auch Mitglieder des Wissenschaftsausschusses. "Wir haben definitiv eine Fünf-Alarm-Feuerglocke bekommen", sagte ein Ausschussmitglied, Marc Weiser von RPM Ventures.
Das DSN "befindet sich in einem tiefen Defizit, und ich glaube, der einzige Weg, wie wir daraus herauskommen, ist, die notwendigen Ressourcen auszugeben, um nicht nur die Kapazität wiederherzustellen, sondern auch zu erhöhen", sagte Vint Cerf von Google, ein weiteres Ausschussmitglied.
Die Mitglieder des Ausschusses verbrachten einen Teil des Treffens damit, Empfehlungen an die NASA zu erarbeiten, um die Probleme des DSN anzugehen, und erwogen, das Problem dem Nationalen Raumfahrtrat zu unterbreiten. Allerdings wies Ellen Williams, Vorsitzende des Wissenschaftsausschusses, darauf hin, dass Empfehlungen erst dann formell an die NASA übermittelt werden können, wenn sie vom gesamten NASA Advisory Council genehmigt wurden, der voraussichtlich nicht vor November tagen wird.
