Existe un estándar internacional para comunicaciones espaciales https://ccsds.org/ Por lo tanto, no es más difícil que WiFI

En la actualidad, los principales expertos en comunicaciones espaciales de 27 países colaboran en el desarrollo de los estándares de manejo de datos y comunicaciones espaciales mejor diseñados del mundo.

La siguiente tabla enumera las misiones que se sabe que utilizan los protocolos recomendados por CCSDS. Para las misiones enumeradas, el uso del protocolo CCSDS varía desde tramas de transferencia CCSDS versión 1 para telemetría (misiones iniciales) hasta el conjunto completo de protocolos de telemetría y telecomando de sistemas orbitales avanzados (AOS) y/o convencionales. Muchas de estas misiones también siguen las recomendaciones de CCSDS para el archivo de datos, los servicios de extensión de enlace espacial (SLE), los formatos de código de tiempo y la compresión de datos sin pérdidas; la mayoría cumple con las recomendaciones CCSDS para sistemas de modulación y radiofrecuencia. https://public.ccsds.org/implementations/missions.aspx

• Beagle-2
• DS-2
• EXOMARS ROVER
• marte netlander
• Odisea de Marte
• MARTE-1-ZX
• Orbitador de reconocimiento de Marte
• Explorador de Marte
• Espíritu, etc.

Interconexión del sistema abierto:

PS banda X (8025-8400 MHz)

SISTEMAS DE RADIOFRECUENCIA Y MODULACIÓN — PARTE 1 ESTACIONES TERRESTRES Y NAVE ESPACIAL

Bajo la limitación de ancho de banda de 12 MHz de SFCG (Recomendación 23-1) para misiones fuera de Marte en la banda de 8 GHz sin interferencias, la velocidad máxima de símbolos de telemetría usando GMSK BTS = 0.5 es 9.3 Ms/s. Para las misiones a Marte en la banda de 8 GHz y las misiones que no son de Marte que interfieren con las misiones a Marte, la velocidad máxima de símbolos de telemetría utilizando GMSK BTS=0,5 es de 6,2 Ms/s.

Haciendo historia en Marte: Proximity-1, clave para las comunicaciones en Marte

Esta asociación exitosa entre ISO y CCSDS también se evidencia en Marte, donde todas las naves espaciales han implementado protocolos de comunicación de datos estándar desarrollados por CCSDS y aceptados por ISO en sus enlaces de larga distancia de regreso a la Tierra. El mes pasado, durante la reunión bianual de CCSDS que se llevó a cabo en Toulouse, ISO TC 20/SC 13 consideró la última novedad de CCSDS en Marte, un protocolo de comunicaciones especializado llamado Proximity-1. Durante las demostraciones patrocinadas por la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) en febrero de 2004, Proximity-1 fue fundamental para establecer la primera comunicación en órbita entre la NASA y la nave espacial de la ESA, así como la primera red de comunicaciones internacionales en funcionamiento alrededor de un planeta que no sea Tierra.

Antes del desarrollo de Proximity-1, misiones anteriores como Mars Pathfinder tenían que transmitir datos directamente desde la superficie marciana a millones de millas de la Tierra. Debido a la gran distancia entre los dos planetas, así como al transmisor limitado del rover, las señales de transmisión que usaban esta ruta de comunicación eran débiles y la confiabilidad de los datos era limitada.

Por ejemplo Hablando con marcianos: Comunicaciones con Mars Curiosity Rover

En términos de capacidades de comunicación, MRO tiene transceptores en tres bandas de frecuencia diferentes:

Banda X: 8 GHz Comunicaciones primarias con la Tierra durante la etapa de lanzamiento y crucero y también durante la órbita de Marte. Las frecuencias centrales utilizadas son 8,439 GHz para transmisión (Tx) y 7,183 GHz para recepción (Rx). Se asigna un ancho de banda de 50 MHz. Banda Ka: carga útil experimental de 32 GHz para investigar el rendimiento de las comunicaciones del espacio a la Tierra en comparación con el uso de la banda X. MRO solo utiliza transmisión. La frecuencia central es de 32,0 GHz. Se asigna un ancho de banda de 500 MHz para la banda Ka. UHF: 400 MHz Se utiliza para transmitir comandos y datos de los rovers en la superficie de Marte a la Tierra. MRO tiene 16 canales preestablecidos, que varían en frecuencia desde 390 MHz hasta 450 MHz. Cuando se usa half-duplex (transmitir o recibir, no ambos), se puede elegir cualquier canal,

TL;DR

Todos menos los chinos usan la Red de Espacio Profundo, por lo que el DSN está a cargo de la coordinación. Las naves espaciales también necesitan una cantidad sorprendentemente baja de tiempo de comunicación con el suelo, y tienen una identificación única para verificar que los mensajes que reciben estén destinados a ellos. Los operadores de naves espaciales conocen la frecuencia exacta de las radios de sus naves espaciales y se lo comunican a los operadores.

Estaciones terrestres

ExoMars, EMM/Amal/Hope y Mars 2020 Perseverance utilizan la Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA durante al menos una parte de la misión. El conjunto de misiones actual (enlace al archivo de Excel público de abril de 2019 ) ExoMars, EMM y Mars 2020 tienen la fecha de lanzamiento, el futuro evento crítico y las fechas previstas de finalización de la misión (respectivamente, filas 44, 11 y 29 en la lista de abril de 2019).

El DSN está compuesto por tres sitios de comunicación: Goldstone, Canberra y Madrid. Esto permite que las misiones en el espacio profundo estén a la vista de dos sitios en todo momento. ESA tiene Estrack , pero seguirán usando el DSN para eventos críticos ( src ):

Las estaciones terrestres y la subred de comunicación (DSN) de la NASA, que se considerarán para "fases críticas" como Modo(s) seguro(s) o carga de software de vuelo o para "contingencias extremas" como la pérdida de actitud SCC

Requisitos de comunicación

Las telecomunicaciones pueden ser complicadas para las naves espaciales, especialmente para las misiones científicas. Los científicos quieren recopilar la mayor cantidad de datos posible para realizar muchos cálculos sobre el terreno. Los ingenieros determinan el ancho de banda de datos disponible para la nave espacial en función de la tasa de chip, la modulación de datos, la frecuencia de la portadora y el ancho de banda reservado para la telemetría (medidas utilizadas para el estado de salud de la nave espacial). Además, los navegantes de naves espaciales deben realizar mediciones de seguimiento con la nave espacial: estas requieren tiempo de antena, pero no necesariamente transfieren datos entre la tierra y la nave espacial.

Resumiendo: las naves del espacio profundo necesitarán tiempo de antena para rastrear cada pocos días durante 4 a 8 horas (suponiendo una medición de rastreo cada 60 segundos, que es la frecuencia de muestreo común para el rastreo de DSN). Luego, después del seguimiento, la antena se reserva durante otros 30 minutos a 2 horas (dependiendo de la misión) solo para la transferencia de datos. Por lo tanto, una nave espacial del espacio profundo solo se comunica menos de una docena de horas cada pocos días.

Fuente: yo, como ingeniero de navegación de naves espaciales en una próxima misión a la Luna.

Coordinación

Dado que todas las misiones se adhieren a las mismas bandas de frecuencia de comunicación . Estos están especificados por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), y todas las misiones al espacio profundo que se lancen desde un país que sea parte de la ITU deben obedecer estas reglas (resumidas en Wikipedia ).

Dado que la comunicación es bastante limitada (como vimos anteriormente), es el trabajo del DSN decirles a los operadores de naves espaciales cuándo se comunicarán con su nave espacial. Esto generalmente se congela dos semanas antes del pase de seguimiento y comunicación.

Además, existe un acuerdo internacional sobre los formatos de datos para la comunicación espacial: Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS). Uno de los (muchísimos) acuerdos es que los paquetes de naves espaciales deben comenzar con una ID de nave espacial, que identifica de manera única a una nave espacial. La lista de estos ID se puede buscar aquí . Por lo general, las radios de las naves espaciales incluyen la ID de la nave espacial en los circuitos de decodificación y codificación de una manera que no puede sobrescribirse ni corromperse con la radiación. Al igual que una tarjeta de red Ethernet o Wifi, las radios están programadas para ignorar todos los paquetes que reciben que no comienzan con su ID de nave espacial (en el caso de las tarjetas de red de computadoras, puede hacer algunas cosas de bajo nivel para seguir leyendo esos paquetes, pero esa es una conversación completamente diferente).

frecuencias

¿Las naves espaciales utilizan las mismas frecuencias? No. Todos tienen frecuencias ligeramente diferentes en la misma banda de telecomunicaciones. Para las naves espaciales que utilizarán el DSN, la oficina de asignación de frecuencias de la NASA debe aprobar la frecuencia (y esto puede ser un proceso largo).

Los operadores de naves espaciales y el DSN conocen la frecuencia de transmisión exacta de cada nave espacial. El DSN también puede corregir el cambio Doppler esperado debido a la velocidad relativa de la nave espacial en comparación con la estación terrestre. DSN también está al tanto de cada evento crítico de la misión.

Si la nave espacial enfrenta una anomalía, el DSN intentará programar un intervalo de tiempo antes para que los ingenieros solucionen el problema. También es importante tener en cuenta que cada sitio DSN se compone de varias antenas, y una antena puede transmitir en varias frecuencias ligeramente diferentes, lo que permite el multiplexado de la comunicación por antena. El hecho de que DSN dedique o no una antena a una nave espacial determinada durante un pase de comunicación depende de la potencia de radio de la nave espacial y de la criticidad de la situación. Creo que para la anomalía de Phobos Grunt, DSN dedicaría una antena para rastrear e intentar comunicarse con la sonda.

Las frecuencias centrales del canal de la red de espacio profundo se definen en el Manual de diseño de enlaces de telecomunicaciones de DSN , documento 810-005, módulo 201, " Asignaciones de canales y frecuencias ". Las diferencias entre los centros de canales adyacentes, a partir de la Revisión D, con fecha 04/09/2020, son

• Banda S
  • Enlace ascendente 341 kHz (2110-2120 MHz)
  • Enlace descendente 370 kHz (2290-2300 MHz)
• Banda X
  • Enlace ascendente 1156 kHz (7145-7190 MHz)
  • Enlace descendente 1358 kHz (8400-8450 MHz)
• Banda Ka
  • Enlace ascendente 5554 kHz (34200 MHz - 34700 MHz)
  • Enlace descendente 5136, 5160 o 5185 kHz (31800 MHz - 32300 MHz)

Otras partes del manual y el Catálogo de servicios de DSN definen algunos otros aspectos de los tipos de señales que DSN puede usar, que varían mucho en cuanto a la cantidad de ancho de banda que realmente ocupan, pero no se describen detalles adicionales de las asignaciones de canales para misiones específicas. En cambio, dice sólo

La selección de canales también depende en gran medida de las consideraciones de ancho de banda. El plan de canales se elaboró ​​para adaptarse tanto a naves espaciales de baja velocidad que operan dentro de un solo canal como a naves espaciales de alta velocidad que requieren uno o más canales adyacentes a cada lado del canal operativo nominal. Antes de seleccionar frecuencias o canales operativos para un proyecto, el diseñador de telecomunicaciones debe consultar con la Oficina de Compromisos de Gestión del Espectro de Frecuencias del JPL para evitar la interferencia de frecuencias con otras naves espaciales, presentes o previstas.

Ese enlace lleva al sitio web de la Oficina de Compromisos de la Dirección de Redes Interplanetarias (IND), que dice que su personal

asistirá a las personas que diseñen nuevas misiones que estén planificando el apoyo de la Red de Espacio Profundo (DSN)... proporcionará a los clientes potenciales información sobre las instalaciones, las capacidades, los costos y los planes de la DSN... revisará los diseños de enlaces de telecomunicaciones para garantizar la compatibilidad con el DSN y ayudará a los proyectos de vuelo de desarrollo a completar un acuerdo de servicio de DSN preliminar.

Para aquellos interesados ​​en preparar una propuesta para una misión que requerirá servicios de DSN, alojan "la herramienta en línea DSN RF Aperture Fee" en https://dse.jpl.nasa.gov/ext/ , que puede encontrar una forma entretenida para explorar el espacio de parámetros disponible.

Otras partes de la NASA, como la División de Política y Planificación del Espectro , en realidad negocian con organizaciones internacionales asociadas como la UIT y CCSDS mencionadas en otras respuestas. El único que parece manejar la asignación precisa de frecuencias al nivel de esta pregunta es el Grupo de Coordinación de Frecuencias Espaciales . Su base de datos satelital solo está abierta para que accedan los miembros (es decir, las personas que representan a sus países en las reuniones del comité), pero la guía del usuario para esa base de datos esaccesible públicamente, y contiene varias capturas de pantalla de cómo se veía la base de datos hace unos años, incluidas las frecuencias centrales y los anchos de banda de una pequeña cantidad de satélites. Sin embargo, debido a la forma en que se ordena la base de datos en esos ejemplos (por nombre en lugar de por frecuencia), no ayudan a responder la pregunta de cuánta superposición de ancho de banda existe realmente.

La búsqueda de "Gestión del espectro de la red del espacio profundo" me llevó a https://sites.nationalacademies.org/cs/groups/bpasite/documents/webpage/bpa_048958.pdf , que incluye la mejor imagen que he podido encontrar de lo que Creo que realmente quieres ver:

Si desea un tratamiento de libro de texto de lo que realmente modelan para decidir qué asignaciones de frecuencia hacer, su mejor opción es volver al JPL DESCANSO para el Capítulo 11, Selección de radiofrecuencia y prevención de interferencias, por Norman F. de Groot, páginas 517- 555 de Deep Space Telecommunications Systems Engineering , editado por Joseph H. Yuen, 1982.