När NASA:s rymdteleskop James Webb lanseras 2021, det kommer att skriva ett nytt kapitel i kosmisk historia. Detta främsta rymdforskningsobservatorium kommer att söka de första stjärnorna och galaxerna, utforska avlägsna planeter runt andra stjärnor, och lösa det egna solsystemets mysterier. Webb kommer att kontrolleras från Mission Operations Center (MOC) vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.

För att förbereda lanseringen, flygoperationsteamet genomförde nyligen två framgångsrika kommunikationstester. Den första simulerade den komplexa kommunikationen mellan många enheter under den kritiska uppskjutningsperioden under de första sex timmarna av flygningen. Den andra visade att MOC framgångsrikt kunde kommunicera med teleskopet.

En komplicerad dans

Från det ögonblick Webb lanserar, och under de första sex timmarna av flygningen, fem olika leverantörer av telekommunikationstjänster runt om i världen kommer växelvis att förmedla kommando- och telemetridata till uppdragets operationsteam i MOC. Den första övningen visade det komplexa utbytet mellan dessa anläggningar.

Dessa olika leverantörer behövs på grund av jordens geometri i förhållande till Webbs omloppsbana och höjd. "Medan de flesta lågjordsuppdrag kan använda TDRSS (The Tracking and Data Relay Satellite System) eller någon annan typ av kommunikationssatellit i omloppsbana runt jorden för att vidarebefordra data, vi är så långt borta att vi måste använda andra faciliteter, " förklarade NASA:s Carl Starr, uppdragschefen, eller "MAMMA, " för Webb på NASA:s Goddard Space Flight Center, Grönt bälte, Maryland.

Senast sex timmar efter lyftet, Webb kommer att vara ungefär halvvägs till månen och sex gånger högre i höjd än den geosynkrona jordens omloppsbana (GEO) där TDRSS och många kommunikationssatelliter vistas. När teleskopet når sin destination, det kommer att vara nästan en miljon miles från jorden – ungefär 45 gånger längre bort än GEO.

"Det är mycket att gå fram och tillbaka, " sa Starr. "Du måste ändra konfigurationer, du behöver en stabil anslutning med Webb vid varje byte, du måste upprätta nätverksanslutningarna, du måste bearbeta data - och du måste göra det flera gånger med olika stationer och göra det sömlöst."

"Och för att göra saker ännu mer komplicerade, " fortsatte Starr, "alla vi pratar om är på olika platser. Du har rymdnätverket ute i New Mexico, Deep Space Network i Kalifornien, och Europeiska rymdorganisationens Malindi-station i Kenya och European Space Operations Center i Tyskland. Det blir ett mycket komplicerat test att göra, eftersom ingen är i samma tidszon – och all denna data kommer in och ut ur den här byggnaden."

Detta test var ett viktigt steg för att demonstrera flygoperationskapaciteten och -processerna för att stödja lanseringsdagens kommunikation. Efter den första dagen, teamet går över till en normal installation med bara de tre Deep Space Network-terminalerna runt om i världen.

"Teamen kunde prata med de externa enheterna, och bevisa konceptet att vi kan manipulera kommunikationen på lanseringsdagen här i byggnaden för uppdraget, " sa Starr. "Vi kommer att ha andra färdighetsövningar senare, men det var första gången vi gjorde det, och det var mycket lyckat."

Pratar med teleskopet

Inget uppdrag skulle vara möjligt utan att kommunicera med teleskopet. Flygoperationsteamet i Baltimore gjorde nyligen det för första gången, pratar med själva rymdfarkosten Webb på marken medan den integreras och testas över hela landet vid Northrop Grumman-anläggningen i Los Angeles, Kalifornien.

"Vi behandlade Webb som om den var en miljon mil bort, " sa Starr. För att göra detta, flygoperationsteamet kopplade rymdfarkosten till Deep Space Network. Dock, eftersom Webb inte riktigt är i rymden än, specialutrustning användes för att efterlikna den verkliga radiolänken som kommer att finnas mellan Webb och Deep Space Network när Webb flyger.

"Vi kan styra och styra fordonet nu, och kör tester med den härifrån, utan att behöva resa till Northrop Grumman, " Starr förklarade. "Det är verkligen att använda teknik för att hålla schemat."

Det spelade egentligen ingen roll var Webb var under testet. "När det gäller oss, det kan vara i källaren i den här byggnaden, och vi skulle inte veta annorlunda, " lade Starr till. "Du är bara vid din konsol, du har en datalinje, din skärm... allt är väldigt avlägset. Jag skulle kunna tänka mig att det måste vara hur drönarpiloter känner. De är inte i närheten av var deras fordon är."

Under övningen, teamet utförde icke-operativa kommandon och initierade en recorderuppspelning. Detta viktiga test visade flygoperationsteamets förmåga att befalla Webb från MOC i Baltimore.

Under större delen av driftsättningen, MOC kommer att vara i ständig kommunikation med Webb. Efter driftsättning, cirka 180 dagar efter lanseringen, teamet kommer att kommunicera i 8 timmar om dagen med teleskopet. Under tiden, Operatörer kommer att skicka upp paket med kommandon för teleskopet att köra autonomt och nedlänka vetenskapsdata.

Det kommer mera

Fler tester kommer att följa, men dessa var de första som visade MOC:s framgångsrika kommunikation med Webb och med de många leverantörerna av kommando- och telemetritjänster. Det faktum att dessa övningar genomfördes felfritt är ett bevis på flygoperationsteamets hårda arbete, såväl som team över hela landet och runt om i världen.

Rymdteleskopet James Webb kommer att bli världens främsta rymdforskningsobservatorium. Webb kommer att lösa mysterier i vårt solsystem, se bortom till avlägsna världar runt andra stjärnor, och undersöka de mystiska strukturerna och ursprunget till vårt universum och vår plats i det. Webb är ett internationellt projekt som leds av NASA med sina partners, European Space Agency (ESA) och Canadian Space Agency (CSA).