Eficiencia de las comunicaciones entre la nave espacial y el centro de control

Los protocolos para la comunicación espacial están especificados por el CCSDS: Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales . Fundada en 1982, "discute y desarrolla estándares para datos espaciales y sistemas de información".

En resumen, proporcionan protocolos para seis áreas:

• Servicios de interconexión de redes espaciales
• Servicios de gestión de información y operaciones de misión
• Servicios de interfaz a bordo de naves espaciales
• Ingeniería de sistemas
• Servicios de soporte cruzado
• Servicios de enlace espacial

Su pregunta no puede ser respondida brevemente porque entrar en todo esto cubrirá página tras página aquí. Simplemente diré que probablemente todo lo que necesita saber se puede encontrar en su sitio web, aquí mismo .

La eficiencia en las comunicaciones afecta todos los aspectos del diseño del sistema de comunicación.
Es útil ver esto en términos de un modelo como el modelo OSI . Ahora que está dirigido a las redes informáticas, pero el principio general es similar:

• en el nivel más bajo, tienes el hardware: transmisor, receptor, antenas. Cualquier cosa que haga aquí influye en el rendimiento total del sistema: una antena más grande o un transmisor más potente = se pueden enviar más datos.
• en niveles más altos, tiene protocolos de comunicación como la codificación turbo utilizada por New Horizons. Esto asegura que pueda enviar su mensaje en la menor cantidad de bits posible.
• el nivel superior es la aplicación: los datos científicos reales y la información de diagnóstico/mantenimiento que le interesan.

A nivel de aplicación, se ha investigado mucho sobre la compresión de datos . Por lo general, desea enviar todos los datos de los instrumentos a la Tierra (sin compresión), o desea enviar suficientes para que los datos originales puedan reconstruirse (compresión sin pérdidas).

En misiones recientes, hemos visto que se utiliza la compresión con pérdida: la nave espacial decide qué partes de sus datos son irrelevantes y se pueden desechar. New Horizons ha hecho esto de dos maneras:

• recortando imágenes. Por ejemplo, esta imagen de una región de Caronte es una región recortada rectangular. El resto de la imagen (que habría mostrado un espacio vacío por lo que no era muy interesante) no se envió en absoluto.
• comprimiendo los datos de la imagen utilizando un algoritmo con pérdida ( JPEG , en este caso). JPEG descarta datos basados ​​en lo que el ojo humano puede ver: las pequeñas diferencias se redondean porque de todos modos se verían iguales. Hay un riesgo en esto: al desechar datos se reduce la utilidad científica de la imagen. Entonces, New Horizons nos envía imágenes comprimidas ahora para que tengamos al menos algo que ver, y enviará el conjunto completo de datos sin comprimir durante el próximo año y medio.

La compresión de datos será más común. Algunos de los nuevos telescopios espaciales generan muchos más datos de los que pueden enviar a la Tierra, por lo que la nave espacial debe contener poderosos algoritmos que ayuden a decidir qué imágenes son lo suficientemente interesantes para enviar a la Tierra.

Nota: esta respuesta se centra principalmente en los datos científicos, ya que serán la mayor parte del volumen de datos. No he encontrado buena información sobre cómo se manejan los datos de limpieza.