Hárommilliárd kilométerre a Földtől egy tíz éve hipermodernnek számító űrkamera pásztázza a Naprendszer legkülső (újabban csak törpe)bolygójának felszínét. Az egyhetes feltérképezést tíz évnyi repülés, valamint egy, az utolsó pillanatban fellépő váratlan üzemzavar előzte meg, de a New Horizons űrszonda végül célba ért: 12 500 kilométerrel a Plútó felett repül el. Elkészíti a képeket, és elkezdi a képek továbbítását a mélyűri hálózaton.
A Plútó bolygórendszerének körbefényképezésével a New Horizons a terv szerint végezhette el a megfigyeléseket. Az űrszonda mostanra több mint hárommilliárd kilométerre, a Föld–Nap távolság 32-szeresére jár a Földtől.
A kamera sosem látott képeket rögzített a felszínről, majd hozzálátott az adatok továbbításához a mélyűri hálózaton (Deep Space Network, DSN). Mire a világ legnagyobb rádióteleszkópjai befogták az első biteket, 4 óra 25 perc telt el; eddig tart, amíg a fénysebességű rádióhullámok megteszik az utat a New Horizons antennájáig és vissza. Az első, nagy felbontású képek csak hónapok múlva töltődhetnek le.
A tudományos méréseket végző fedélzeti szenzorok által begyűjtött adatokat, illetve az elkészült fotókat a New Horizons elképesztő távolságból továbbítja a Földre a négy antennás rendszerével. A szonda a világ legnagyobb rádiófrekvenciás teleszkópjain át tartja a kapcsolatot a földi irányítással. A több milliárd kilométer távolságból érkező jel gyenge; csak a 70 méter átmérőjű rádióteleszkópok észlelhetik. Ezekből csak három van a világon, és az ő idejük is véges.
Mélyűri adatátvitelnél a távolság is meghatározza az átvitel sebességét. A New Horizons ilyen távolságból legfeljebb másodpercenként 1 kilobitnyi adatot küldhet át. Nem kilobyte-ot: kilobitet. 125 bájtot másodpercenként. Igen, ez kevesebb, mint egy Twitter-üzenet.
Képzeljék el, meddig tarthat, amíg a LORRI (Long Range Reconnaissance Imager, a New Horizons nagyfelbontású kamerája) átküld egyetlen képet ezen a pocsék minőségű űrhálózaton! Tényleg, meddig? Számoljunk.
Lehetne – ha csak a fotókra lenne szükség. A New Horizons fedélzeti műszerei által begyűjtött adatokat viszont szintén vissza kell juttatni a Földre, és ez sem két percig tart.
Közben ketyeg az óra. A Földön csak három, 70 méteresnél nagyobb rádióteleszkóp van, és sokan szeretnék használni őket. A New Horizons jó esetben egy kapcsolódási lehetőséget kap naponta.
A New Horizons adatátviteli sebessége egy ügyes trükkel megduplázható. Az űrszonda rádiórendszere, a Traveling Wave Tube Amplifiers (TWTA) felerősíti a jeleket, mielőtt továbbítja őket a New Horizons 2,1 méter átmérőjű tányérantennájára.
A TWTA-kból kettő is van az űrszondán, és egymás biztonsági tartalékaiként működnek: ha az egyik erősítővel sikertelen az átvitel, a másik továbbíthatja a kihagyott adatot. A két erősítőnek viszont más a körpolarizációja, így mindkét erősítő jele továbbítható a Föld felé mutató tányérantennákra.
A Földön a Deep Space Network elkülönítve foghatja a két, másképp polarizált jelet, a kettőjük kombinációjával pedig felerősíthetik a jelet. A jobb jelerősség gyorsabb adatátvitelt jelent - 1,9-szer gyorsabbat, mint az egy TWTA-val elérhető kapcsolaton. A lehetőséggel viszont jó eséllyel nem fognak élni, mert az űrszonda nukleáris energiaforrásai az elmúlt évtizedben elapadtak, így nem tudják meghajtani az energiaigényes erősítőket.
Ilyen távolságnál nehéz biztosítani a zökkenőmentes adatátvitelt. A New Horizons kutatócsoportja ezért egy háttéradatbázist is összeállít, ahová begyűjtik a sikertelen átviteli kísérletek során begyűjtött adatokat, hogy később letölthessék a hiányzó részt. A New Horizons természetesen nem tud folyamatos adatátvitelt biztosítani, így a körbefényképezett területeket és a mérési adatokat két, egyenként 8 gigabjátos merevlemezen tárolja.
A mélyűri hálózat jellegéből adódóan javíthatatlan: ha egy berendezés elromlik, a szakértők megpróbálják megkerülni a problémát, vagyis más módot találnak az adatok továbbítására. Ha viszont a kommunikációs rendszer tönkremegy, a mélyűrből érkező adatok végleg elveszhetnek. Ehhez nem kell tervezési hiba, csak egy apró mikrometeorit, ami eltalálja a kommunikációs modult.
És ott van az interferencia is. A mélyűri járművekre szerelt adó-vevők előre meghatározott frekvencián sugároznak; ezt a jelet fogják be a földi állomások. De a hiperérzékeny rádióteleszkópok nemcsak az űr neszeit, hanem a Föld zajait is rögzítik, és emiatt az adatátvitel minősége éppúgy leromolhat, mint ahogy a rádió sercegése elnyomja a zenét.
Ilyen adatátviteli sebességgel több mint 2 óráig tartana letölteni egy képet a mobiltelefonodról! Vagyis a következő 16 hónapot az adatok Földre továbbításával tölthetjük.
– mondta Curt Niebur, a NASA kutatója a Redditen. A NASA hivatalos sajtóközleménye ugyanakkor 9 hónapot említ; ez nyilván az optimista becslés, amikor nem zavar se interferencia, se hibás hálózati eszközök, csak csorognak a bitek az űrből.
A New Horizons a pályája csúcsára ért; kár, hogy útközben túlnőtt rajta a feladata. Az eszköz nagyobb megrázkódtatások nélkül kibírta az évtizedes utat, de közben elavulttá vált. A NASA modernebb űreszközein például már a Ka-frekvenciasávot (27-40 gigahertz) használják az adattovábbításhoz; ezzel a Plútó és a rádióteleszkópok közti adatforgalom is sokkal gyorsabb lehetne.