Az űrhajó kommunikációs rendszere

A nagy ünneplések közepette ne feledkezzünk meg a Holdra leszálló űrhajók kommunikációs rendszereiről sem, hiszen ezek nélkül aligha jöhetett volna létre a nagy kaland. Az Apolló missziók hihetetlenül bonyolultak voltak, több járművel, távol a Földtől összetett manővereket végeztek, amit pontosan követni kellett az irányító központban. Az Apolló 11-nek sokkal nagyobb adatforgalomra volt szüksége, mint az előző NASA küldetéseknek, és erre jött még pluszban a televíziós jel továbbítása.

Amikor a projekt elkezdődött, nem álltak rendelkezésre a megfelelő eszközök, ezért mindegyiket ki kellett fejleszteni és tökéletesíteni, hogy a program kezdetére üzembiztosan működjenek. Az indulásig kiépült a 25 állomásból álló követőhálózat, amik az űrhajóról érkező jeleket fogták. Ezek úgy helyezkedtek el a Föld különböző pontjain, hogy legalább kettő mindig vegye az űrhajók jeleit, de legtöbbjük csak a Föld körül keringő űrjárművekkel tudott kommunikálni, vagy maximum hang és adatkapcsolatot az Apollóval. Az állomásoknak egymással is kellett egyeztetni, és mindegyik össze volt kötve houstoni központi irányítóteremmel. A mélyűr kapcsolatra stabilan csak a nagyobb antennával rendelkező állomások voltak képesek, ezek 3 olyan helyszínen helyezkedtek el, hogy egy mindig lássa az űrhajót. Egyik volt a Madrid Deep Space Communications Complex (MDSCC), amely 1969-ben egy 34 méter átmérőjű tükörrel volt felszerelve, másik a Goldstone Deep Space Communications Complex (GDSCC) , amely a Mojave sivatag közelében helyezkedett el Kaliforniában és 64 méteres parabola antennával rendelkezett akkoriban, valamint Ausztráliában Honeysuckle Creek (lenti képek) és még két másik - Parkes (64 méter) és Canberra (26 méter) - állomás, ezek össze tudtak dolgozni szükség esetén. A NASA a hatvanas években jelentős összegeket költött az ausztrál követő állomások korszerűsítésére, mert ideális pozícióban helyezkedtek el, mivel a legtöbb űrhajó indítás után a legkritikusabb szakaszban felettük haladt keresztül. A televíziós jelek vételére is a mélyűr állomások voltak a legalkalmasabbak.

A Scottsdale városában található Motorola üzem több száz dolgozója látott neki a munkának 1962-ben, bár a hivatalos szerződés csak egy évvel később lépett hatályba. Ez volt a kormányzat speciális elektronikai osztálya, később a Voyager küldetésekhez is ők készítették a kommunikációs eszközöket. A feladat nem volt egyszerű, hiszen ha itt a Földön elromlik valami, akkor valaki megjavítja, de az űrben más a helyzet, ott emberéletek múlhatnak egy hibás készüléken, ráadásul szélsőséges hőmérsékleti körülmények és különféle sugárzások mellett kell működőképesnek maradnia az eszközöknek és szerviz sincs a közelben. 12 darab különböző hírközlő berendezést fejlesztettek ki a mérnökök a küldetéshez.

Az Apolló űrhajórendszer három fő egységből állt: a parancsnoki és visszatérő modul (CM - Command Module), a műszaki egység (SM - Service Module) és a holdmodul, vagy holdkomp (LM - Lunar Module), amivel leszálltak égi kísérőnk felszínére.

A hagyományos URH adó-vevők maximum pár ezer kilométerig használhatóak az űrben, ezért az űrhajósok egymás közötti beszélgetésére, valamint a holdkomp és a parancsnoki modul kapcsolattartására megfelelnek, de a távolsági összeköttetés biztosításához kellett egy új rendszer. Konkrétan egy mikrohullámú kapcsolat az űrhajó és a Föld között. Ennek frekvenciáját 2,2 GHz (S-sáv) környékére választották, ugyanis a világűr zaja itt a legkisebb. Az Apollo Unified S-Band rendszer - amit a Collins Radio Company fejlesztett ki - a 2025-2110 MHz-es sávot használta a Föld-űr átvitelhez, visszirányba pedig a 2200-2290 MHz közötti tartományt. Amikor az űrhajó elhagyta a Földet, egy darabig még tudtak kommunikálni az irányítóközponttal a kézi adó-vevőkön keresztül, de amint 30000 mérföldnél távolabbra kerültek az S-sávos mikrohullámú transzponder jelentette az egyetlen kapcsolatot. Ezen keresztül kellett továbbítani az összes telemetriai adatot, az űrhajósok életjeleit, valamint a hang és kép jeleket. A szerviz modul oldalán elhelyezkedő nagy nyereségű 4 darab antennából álló rendszer (lenti képen láthatunk egy múzeumi darabot) sugározta a mikrohullámú jelcsomagot a Föld felé, valamint a holdkompon is volt egy 66 centiméter átmérőjű kis tükör, de annak jeleit csak a legnagyobb állomások tudták tisztán venni.

Mivel a normál C-sávos jeladók - amiket a Föld körül keringő eszközök helymeghatározásánál használtak - a nagy távolság miatt nem működtek, a Hold felé közelítő űrhajó telemetriai adatainak meghatározásához teljesen más módszert kellett alkalmazni. Ezt a Földön végezték a mikrohullámú transzponder felhasználásával. Működési elv a következő: a Földről sugárzott mikrohullámú jelet az űrhajó vevőkészüléke veszi, kisebb átalakítás után, erősíti és visszasugározza a Földre. A Földön az adott és visszakapott jel összehasonlításával a Doppler elv felhasználásával a relatív sebességet és a gyorsulást is meg lehet határozni. A távolságmérés úgy történt, hogy megmérték mennyi idő szükséges a Földről elindított jelnek a visszaérkezéshez, és mivel a rádióhullámok terjedési sebessége ismert, ebből és a mért időből a távolság meghatározható.

Az űrruhának is tartalmaznia kellett a kommunikációs berendezéseket. Az űrhajósok egy olyan sapkát (Snoopy cap) viseltek, amibe headset volt beépítve, dupla mikrofonnal - az üzembiztonság fokozása végett. Az adó-vevő készülék mérete kb. 32x15x2 cm, súlya 3,5 kg. Ez tartalmazott két AM adás vételére alkalmas egységet, két AM adóberendezést vagy egy AM és egy FM adót. Ezek a VHF frekvenciatartományban működtek 250 MHz környékén. A berendezések kezelő szervei (hangerőszabályzó, üzemmód és csatornaváltó, au­tomatikus vagy kézi adásindítás) az űrruhák mellrészén helyezkedtek el, míg az antennát a fej mögé függőlegesen szerelték be. A lenti képen láthatjuk, hogy a felhasznált készülékek segítségével a kommunikáció minden variációját tudták biztosítani.

A holdkomp egy reléállomássá alakult át, amikor az űrhajósok elhagyták. Az űrruhában lévő adó-vevők rajta keresztül kapcsolódtak a Hold körül keringő parancsnoki modulhoz, ha nem volt lehetséges a vétel, akkor pedig közvetlenül a földi irányítóközponthoz az S-sávon keresztül. A kapcsolat javítása érdekében az űrhajósok telepítettek egy esernyőként összecsukható 3 méteres parabolaantennát a felszínre. Ezt 60 kilométer hosszú, a hajszálnál is vékonyabb arany vezetékből fonták, ezzel elérték, hogy mindössze 7 kilogrammot nyomott a Földön mérve. Így lényegesen stabilabb volt a vétel, mint a holdkomp saját antennájával. A Föld felé maximum 18 Watt teljesítménnyel tudtak sugározni (ez két LED lámpa teljesítménye 384 000 kilométer távolságból!), ennek vételéhez minimum 8 méter átmérőjű parabola antenna kellett. Visszafelé legalább 10 kilowatt adóteljesítmény szükségeltetett a megfelelő vételhez. Minden berendezésből 2 darabot vittek az üzembiztosság növelése érdekében, de más trükköket is alkalmaztak. Például az adó egység több sorba kapcsolt fokozatból állt, ha valamelyik modul meghibásodott azt kiiktatták, bár így csökkent a teljesítmény, de az összeköttetés nem szakadt meg. Különböző vészhelyzeti üzemmódok voltak rendszeresítve a kapcsolat romlása esetén. A hangvivőnek biztosítottak nagyobb sávszélességet első lépésben, hiszen ez volt a legfontosabb, ha túlzottan leromlott a kapcsolat, és már a biztonsági hang mód sem működött, akkor a legénység Morze kóddal is tudott üzenni. Bár ezt az üzemmódot tesztelték (Apolló 7-en) soha nem volt szükség rá a missziók során.

Mivel a parancsnoki modul a Hold körül keringett, volt olyan helyzet, amikor senkivel nem tudott kapcsolatba lépni, ilyenkor az űrhajósok beszélgetését és az adatokat egy mini orsós magnetofonnal rögzítették, ami a lenti képen látható.

Az Apolló 10 volt a Holdra szállás főpróbája és már színes televíziós képátvitelt is teszteltek, de ennek ellenére a NASA-ban intenzív vita zajlott arról, hogy rakjanak e kamerát a holdkompba, mivel ez plusz súlyt jelentene az űrhajónak, ráadásul a parancsnoki modult már felszerelték egy ilyen készülékkel. Végül jóváhagytak egy a Westinghouse által fejlesztett Hold-felszíni fekete-fehér kamerát, amit a holdkomp oldalsó tároló egységébe (MESA) építettek be. Ezt Armstrong levette és a leszálló egységtől 12 méterre felállított háromlábú állványra helyezte. Lenti képen Stan Lebar, a Westinghouse Apollo televíziós kamerák projektjének menedzsere jobb oldalán az Apolló 11 által szállított fekete-fehér kamerával, bal oldalán pedig egy színes készülék, amit a későbbi küldetések során használtak.

A sikeres Holdraszállás után Neil Armstrongnak és Buzz Aldrinnak néhány órát kellett volna aludni, de nem tudtak várni és kérték, hogy kiléphessenek a holdkompból az ütemterv előtt. Ez a kis változás azt jelentette, hogy a Honeysuckle Creek követő állomás Ausztráliában tökéletes helyzetben volt ahhoz, hogy az első néhány percet továbbítsa. A kaliforniai Goldstone-i Megfigyelőközpont is megkapta a jelet, de a kép szemcsés és nehezen kivehető volt. Az utolsó pillanatban a NASA átkapcsolt Goldstone-ról Honeysuckle-ra, ahonnan kb. 8 percig ment a jel, ezután a Parkes rádióteleszkóp (szintén Ausztrália) is befogta az adást érzékenyebb antennájával, és tartotta a kapcsolatot az Apolló 11-el a következő 2,5 órás élő közvetítés időtartamáig.

Az állomások felsugározták a jelet az Intelsat I 'Early Bird' kommunikációs műholdnak, majd továbbították a NASA Manned Spaceflight Center-nek, és műholdas kapcsolatokon keresztül a világ minden táján elhelyezkedő TV-vételi központoknak. Az'Early Bird' műhold 1965-ben segítette az első űrhajókról történő televíziós kísérleteket, majd ideiglenesen újra aktiválták, hogy az Apolló 11 küldetést világszerte sugározzák. A lenti képen a Parkes állomás vezérlőtermében az egyik ellenőrző monitor látható az élő adás során.

A hatalmas távolság miatt a szabványos TV-jel átviteléhez extrém nagy adó teljesítmény, vagy óriási antenna kellett volna, de született erre is megoldás. Másodpercenként 50 félkép helyet csak 10 képet vittek át és a sorok számát 320-ra csökkentették, ezáltal a szokásos 5 MHz helyet 500 kHz-re adódott a sávszélesség. A Földre érkezett jelet természetesen átalakították a műsorszórásban használatos szabványos formátumra. A kép minősége nem volt túl jó, de a célnak megfelelt, hiszen 650 millió ember láthatta a történelmi eseményt.

Az űrhajósok a parancsnoki egységgel tértek vissza a Földre, ami a légkörbe való belépés után ejtőernyővel ereszkedett az óceán vizére. Általában a kabint mindig keresni kellett, ezért több féle jeladó lépett működésbe már a vízre ereszkedés előtt. A szárazföldi állomások számára az űrhajó 10 MHz-es „életjelet” sugárzott. A helymeghatározás megkönnyítésére 243 MHz-en folyamatos jelet adott. A kereső hajókkal illetve repülőgépekkel 296,8 MHz-en tarthatták a kapcsolatot, de szükség esetén a 10 és 243 MHz-es jeladókat is fel lehetett használni beszédátvitelre.

Elméletileg lehallgathatták az Apolló űrhajók kommunikációját, de a szovjet űrinfrastruktúra eltérő frekvenciákat használt, ezért nem biztos, hogy megérte átalakítani a berendezéseket. Nincs róla információ, hogy voltak e ilyen erőfeszítések. A NASA viszont elismerte, hogy több rádióamatőrnek is sikerült otthoni készülékeikkel fogni az űrhajósok kézi adó-vevőit. Az S-sávú jelet is megcsípték páran, pl. a Floridai Egyetem 9 méteres rádiócsillagászati ​​antennáját használták erre a célra, valamint Nyugat-Németországban a Bochum Obszervatóriumban található 20 méteres parabolával végigkövették majdnem az összes Apolló küldetés jeleit.

Források: scienceandmediamuseum.org.uk, skyandtelescope.com, theconversation.com, holdfenyarnyek.wordpress.com, www.ab9il.net