Есть международный стандарт космической связи https://ccsds.org/ Поэтому не сложнее чем WiFI

Сегодня ведущие специалисты в области космической связи из 27 стран сотрудничают в разработке самых совершенных в мире стандартов космической связи и обработки данных.

В таблице ниже перечислены миссии, которые, как известно, используют протоколы, рекомендованные CCSDS. Для перечисленных миссий использование протокола CCSDS варьируется от кадров передачи CCSDS версии 1 для телеметрии (ранние миссии) до полного набора протоколов телеметрии и телеуправления обычных и / или усовершенствованных орбитальных систем (AOS). Многие из этих миссий также следуют рекомендациям CCSDS для архивирования данных, услуг расширения космической связи (SLE), форматов временного кода и сжатия данных без потерь; большинство из них соответствуют рекомендациям CCSDS для систем радиочастот и модуляции. https://public.ccsds.org/implementations/missions.aspx

• БИГЛЬ-2
• ДС-2
• РОВЕР ЭКЗОМАРС
• Марс Нетландер
• Марс Одиссея
• МАРС-1-ZX
• Марсианский разведывательный орбитальный аппарат
• Марсианский следопыт
• дух и т. д.

Открытое системное взаимодействие:

PS X-диапазон (8025–8400 МГц)

РАДИОЧАСТОТНЫЕ СИСТЕМЫ И МОДУЛЯЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ . ЧАСТЬ 1 НАЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ И КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ

В соответствии с SFCG (рекомендация 23-1) ограничением полосы пропускания 12 МГц для немарсианских миссий в диапазоне 8 ГГц на основе отсутствия помех максимальная скорость передачи символов телеметрии с использованием GMSK BTS=0,5 составляет 9,3 Мс/с. Для миссий на Марс в полосе 8 ГГц и миссий, не связанных с Марсом, которые создают помехи для миссий на Марс, максимальная скорость передачи символов телеметрии с использованием GMSK BTS=0,5 составляет 6,2 Мс/с.

Создание истории на Марсе: Proximity-1, ключ к марсианской связи

Это успешное партнерство между ИСО и CCSDS также подтверждается на Марсе, где все космические аппараты внедрили стандартные протоколы передачи данных, разработанные CCSDS и принятые ИСО на их дальнемагистральных линиях связи с Землей. В прошлом месяце, во время встречи CCSDS, проводимой раз в два года в Тулузе, ТК 20/ПК 13 ИСО рассмотрел последний ньюсмейкер CCSDS на Марсе, специализированный коммуникационный протокол под названием Proximity-1. Во время демонстраций, спонсируемых НАСА и Европейским космическим агентством (ЕКА) в феврале 2004 года, Proximity-1 сыграл важную роль в установлении первой на орбите связи между космическими кораблями НАСА и ЕКА, а также в первой работающей международной сети связи вокруг планеты, отличной от Земля.

До разработки Proximity-1 более ранние миссии, такие как Mars Pathfinder, должны были передавать данные непосредственно с марсианской поверхности за миллионы миль на Землю. Из-за большого расстояния между двумя планетами, а также из-за ограниченного передатчика марсохода сигналы передачи по этому каналу связи были слабыми, а надежность данных была ограниченной.

Например, «Разговор с марсианами: связь с марсоходом Curiosity».

Что касается возможностей связи, MRO имеет приемопередатчики в трех различных диапазонах частот:

X-диапазон: 8 ГГц Основная связь с Землей на этапах запуска и полета, а также на орбите Марса. Используемые центральные частоты составляют 8,439 ГГц для передачи (Tx) и 7,183 ГГц для приема (Rx). Выделена полоса пропускания 50 МГц. Ka-диапазон: 32 ГГц Экспериментальная полезная нагрузка для исследования производительности связи космос-Земля по сравнению с использованием X-диапазона. MRO использует только передачу. Центральная частота составляет 32,0 ГГц. Для Ka-диапазона выделена полоса пропускания 500 МГц. UHF: 400 МГц Используется для передачи команд и данных от марсоходов на поверхности Марса обратно на Землю. MRO имеет 16 предустановленных каналов с частотой от 390 до 450 МГц. При использовании полудуплекса (передача или прием, но не оба) можно выбрать любой канал,

TL;DR

Все, кроме китайцев, используют Deep Space Network, поэтому DSN отвечает за координацию. Космическим кораблям также требуется удивительно мало времени для связи с землей, и у них есть уникальный идентификатор для проверки того, что сообщения, которые они получают, действительно предназначены им. Операторы космических кораблей знают точную частоту своих космических радиостанций и сообщают об этом операторам.

Наземные станции

ExoMars, EMM/Amal/Hope и Mars 2020 Perseverance используют сеть дальнего космоса НАСА (DSN) по крайней мере для части миссии. Текущий набор миссий (ссылка на общедоступный файл Excel за апрель 2019 г. ) ExoMars, EMM и Mars 2020 имеет дату запуска, будущее критическое событие и ожидаемые даты окончания миссии (соответственно строки 44, 11 и 29 в списке за апрель 2019 г.).

DSN состоит из трех коммуникационных сайтов: Goldstone, Canberra и Madrid. Это позволяет миссиям в дальний космос постоянно находиться в поле зрения двух площадок. У ESA есть Estrack , но они по-прежнему будут использовать DSN для критических событий ( src ):

Подсеть наземных станций и связи НАСА (DSN), которую следует рассматривать для «критических фаз», таких как безопасный режим (ы) или загрузка полетного программного обеспечения, или для «экстремальных непредвиденных обстоятельств», таких как потеря ориентации SCC.

Требования к связи

Телекоммуникации могут быть сложными для космических аппаратов, особенно для научных миссий. Ученые хотят собрать как можно больше данных, чтобы выполнить множество расчетов на земле. Инженеры определяют пропускную способность данных, доступную для космического корабля, на основе скорости передачи элементарных сигналов, модуляции данных, несущей частоты и пропускной способности, зарезервированной для телеметрии (показатели, используемые для оценки состояния космического корабля). Кроме того, навигаторы космических кораблей должны выполнять измерения слежения с космическим кораблем: для этого требуется антенное время, но не обязательно передача данных между землей и космическим кораблем.

Подводя итог: космическому кораблю в дальнем космосе потребуется антенное время для отслеживания каждые несколько дней в течение 4–8 часов (при условии, что измерение отслеживания выполняется каждые 60 секунд, что является обычной частотой дискретизации для отслеживания DSN). Затем, после отслеживания, антенна резервируется еще от 30 минут до 2 часов (в зависимости от миссии) только для передачи данных. Следовательно, космический корабль дальнего космоса общается менее дюжины часов каждые несколько дней.

Источник: я, как инженер-навигатор космического корабля в предстоящей миссии на Луну.

Координация

Поскольку все миссии придерживаются одних и тех же диапазонов частот связи . Они указаны Международным союзом электросвязи (МСЭ), и все миссии в дальний космос, запускаемые из страны, входящей в МСЭ, должны подчиняться этим правилам (кратко из Википедии ).

Поскольку связь довольно ограничена (как мы видели выше), задача DSN — сообщать операторам космических кораблей, когда они будут связываться со своими космическими кораблями. Обычно это замораживается за две недели до прохождения отслеживания и связи.

Более того, существует международное соглашение о форматах данных для космической связи: Консультативный комитет по системам космических данных (CCSDS). Одно из (очень многих) соглашений заключается в том, что пакеты космического корабля должны начинаться с идентификатора космического корабля, который однозначно идентифицирует космический корабль. Список этих идентификаторов доступен для поиска здесь . Как правило, радиостанции космических кораблей включают идентификатор космического корабля в схемы декодирования и кодирования таким образом, чтобы его нельзя было перезаписать или исказить излучением. Так же, как сетевая карта Ethernet или Wi-Fi, радиостанции запрограммированы на игнорирование всех получаемых ими пакетов, которые не начинаются с идентификатора их космического корабля (в случае с сетевыми картами компьютеров вы можете делать некоторые низкоуровневые действия, чтобы по-прежнему читать эти пакеты, но это совсем другой разговор).

Частоты

Используют ли космические корабли одни и те же частоты? Нет. Все они имеют несколько разные частоты в одном и том же диапазоне телекоммуникаций. Для космических аппаратов, которые будут использовать DSN, частота должна быть одобрена отделом распределения частот НАСА (и это может быть долгим процессом).

Операторы космических кораблей и DSN знают точную частоту передачи каждого космического корабля. DSN также может скорректировать ожидаемый доплеровский сдвиг из-за относительной скорости космического корабля по сравнению с наземной станцией. DSN также знает о каждом критическом событии миссии.

Если космический корабль сталкивается с аномалией, DSN попытается запланировать временной интервал раньше, чтобы инженеры могли устранить проблему. Также важно отметить, что каждый сайт DSN состоит из нескольких антенн, и одна антенна может передавать на нескольких несколько разных частотах, что позволяет мультиплексировать связь с помощью антенны. Будет ли DSN выделять одну антенну данному космическому кораблю во время прохода связи, зависит от радиомощности космического корабля и критичности ситуации. Я полагаю, что для аномалии «Фобос-ворчание» DSN выделит антенну для отслеживания и попытки связаться с зондом.

Центральные частоты каналов сети дальнего космоса определены в Справочнике по проектированию телекоммуникационных каналов DSN , документ 810-005, модуль 201, « Назначение частот и каналов ». Различия между центрами соседних каналов, по состоянию на Ревизию D от 04.09.2020, составляют

• S-диапазон
  • Восходящий канал 341 кГц (2110–2120 МГц)
  • Нисходящий канал 370 кГц (2290–2300 МГц)
• Х-диапазон
  • Восходящая линия 1156 кГц (7145–7190 МГц)
  • Нисходящий канал 1358 кГц (8400–8450 МГц)
• Ка Группа
  • Восходящая линия 5554 кГц (34200 МГц - 34700 МГц)
  • Нисходящий канал 5136, 5160 или 5185 кГц (31800 МГц - 32300 МГц)

В других частях справочника и Каталоге служб DSN определяются некоторые другие аспекты типов сигналов, которые может использовать DSN, которые сильно различаются по фактической занимаемой ими полосе пропускания, но дополнительные сведения о назначении каналов для конкретных миссий не описываются. Вместо этого он говорит только

Выбор канала также сильно зависит от соображений пропускной способности. План каналов был разработан для размещения как низкоскоростных космических аппаратов, работающих в одном канале, так и высокоскоростных космических аппаратов, которым требуется один или несколько соседних каналов по обе стороны от номинального рабочего канала. Прежде чем выбирать рабочие частоты или каналы для проекта, разработчик телекоммуникаций должен проконсультироваться с Управлением обязательств по управлению частотным спектром JPL, чтобы избежать частотных помех другим космическим кораблям, существующим или планируемым.

Эта ссылка ведет на веб-сайт Управления обязательств Межпланетной сети (IND), где говорится, что его персонал

будет помогать лицам, разрабатывающим новые миссии, которые планируют получить поддержку от Сети дальнего космоса (DSN)... предоставят потенциальным клиентам информацию о средствах DSN, возможностях, стоимости и планах... рассмотрят проекты телекоммуникационных линий, чтобы обеспечить совместимость с DSN и окажет помощь в разработке проектов полетов в заключении предварительного соглашения об обслуживании DSN.

Для тех, кто заинтересован в подготовке предложения для миссии, для которой потребуются услуги DSN, они размещают «онлайн-инструмент DSN RF Aperture Fee» по адресу https://dse.jpl.nasa.gov/ext/ , который может оказаться интересным. для изучения доступного пространства параметров.

Другие подразделения НАСА, такие как Отдел политики и планирования использования спектра , фактически ведут переговоры с международными партнерскими организациями, такими как МСЭ и CCSDS, упомянутые в других ответах. Кажется, единственная организация, которая занимается точным распределением частот на уровне этого вопроса, – это Координационная группа по космическим частотам . Их вспомогательная база данных открыта только для членов (то есть людей, которые представляют свои страны на заседаниях комитета), но руководство пользователя этой базы данныхобщедоступный, и он содержит несколько скриншотов того, как выглядела база данных несколько лет назад, включая центральные частоты и полосы пропускания с небольшого количества спутников. Однако из-за способа сортировки базы данных в этих примерах (по имени, а не по частоте) они не помогают ответить на вопрос, насколько реально существует перекрытие полосы пропускания.

Поиск в разделе «Управление спектром сети дальнего космоса» привел меня к https://sites.nationalacademies.org/cs/groups/bpasite/documents/webpage/bpa_048958.pdf , который включает в себя лучшую картину того, что я смог найти. Я думаю, вы действительно хотите увидеть:

Если вам нужен учебник по тому, что они на самом деле моделируют, чтобы решить, какие частотные присвоения сделать, вам лучше всего вернуться в JPL DESCANSO для главы 11, Выбор радиочастоты и предотвращение помех, Норман Ф. де Гроот, страницы 517- 555 Инженерных систем телекоммуникаций для дальнего космоса под редакцией Джозефа Х. Юэна, 1982 г.