Про космическую связь
На зонде LADEE, который два дня назад был запущен к Луне для изучения ее атмосферы (да, вы не ослышались, именно для изучения атмосферы Луны), есть одно крайне любопытное устройство - оптическая система передачи данных LLCD (Lunar Laser Communication Demonstration).
Чем же она так интересна? Общеизвестно, что недостаточно просто запустить зонд к другой планете - без надежной системы связи, любая миссия скорее всего завершится после первой же внештатной ситуации. Да и нельзя забывать, что собранные данные еще нужно как-то передать на Землю - а сделать это зачастую не так то и просто. Так как же можно получить информацию от космических аппаратов?
Самый примитивный способ - физическая передача данных. Известно, что первые спутники-шпионы к примеру сбрасывали капсулы с отснятой пленкой на Землю (и разумеется, были идеи сбрасывать на Землю со спутников кое-что еще - но до этого к счастью вроде бы не дошло).
Вот так примерно выглядел этот процесс
Можно вспомнить астронавтов программы "Аполлон", которые помимо 300 килограмм лунного грунта привезли на Землю кучу отснятой ими пленки. Но конечно сейчас такие методы является анахронизмом.
Второй способ, это разумеется радиосвязь. На ближних дистанциях проблем с передачей данных не возникает - но как насчет случаев, когда передать информацию приходится к примеру с орбиты Плутона? Из-за ослабления радиосигнала и ограничений, накладываемых на габариты и мощность бортовой аппаратуры, это может стать проблемой. Зонд “Новые горизонты”, который как раз направляется к бывшей девятой планете Солнечной системы, сможет передавать оттуда информацию на Землю в среднем со скоростью где-то 1 килобит в секунду. Отсюда даже родилась такая характеристика миссии - “неделя на работу, год на передачу всех собранных данных”.
Еще пример. Информация с удаленного от Земли на расстоянии 18 миллиардов километров "Вояджера-1" передаетcя через установленную на борту зонда параболическую антенну диаметром 3,65 метра. Через нее на частотах 2295 МГц и 8418 МГц шлют сигналы два радиопередатчика мощностью по 23 ватта (для надежности каждый из них дублирован). Большая часть данных транслируется на Землю со скоростью 160 бит в секунду. Для приема сигнала на Земле используется 34-метровые антенны сети Deep space network, но в некоторых случаях используются самые большие 70-метровые антенны, и тогда скорость удается поднять до 600 и даже до колоссальных 1400 бит в секунду.
Общее правило таково: чем дальше аппарат от Земли, тем слабее его сигнал. Чем слабее сигнал, тем хуже будет соотношение сигнал/шум (шумы в эфире могут идти как скажем от микроволнового реликтового излучения, так и от земных источников) и тем больше времени будет уходить на передачу каждого бита.
И вот здесь на сцену и выходит установленная на LADEE система LLCD, использующая для передачи информации не радиоволны, а лазерный луч. Длина волны лазерного излучения в десятки тысяч раз меньше, чем в радиодиапазоне, поэтому расходимость лазерного луча будет куда меньшей меньшей чем при существующей технологии. Это позволит существенно (на порядки) поднять скорость передачи данных при более низком энергопотреблении.
Конечно, у лазерной связи есть и некоторые недостатки: она нуждается в более точном нацеливании передатчика, и, кроме того, на ее работоспособность существенным образом влияют погодные условия, в первую очередь облака. Для решения этой проблемы предлагается использовать орбитальные спутники и высотные аэростаты оснащенные приемо-передающими модулями, которые могли бы сыграть роль ретрансляторов.
Но преимущества, которые можно получить от такой системы с лихвой перекрывают все потенциальные проблемы. Скажем, тестируемая технология позволит передавать данные с орбиты Луны со скоростью 622 мегабита в секунду, а с орбиты Плутона - до 2000 килобит в секунду. В случае успеха технологии, предполагается что такой связью будут обеспечены не только аппараты, отправляющиеся к другим планетам, но и спутники, находящиеся на околоземной орбите. А если все пойдет хорошо, то возможно дело наконец дойдет и до создания анонсированного NASA межпланетного интернета - единого протокола передачи данных, который позволит всем космическим аппаратам свободно обмениваться между собой информацией. А там глядишь, в недалеком будущем в космосе появятся и все остальные сетевые радости вроде социальных сетей, твиттера и Instagram...
Чем же она так интересна? Общеизвестно, что недостаточно просто запустить зонд к другой планете - без надежной системы связи, любая миссия скорее всего завершится после первой же внештатной ситуации. Да и нельзя забывать, что собранные данные еще нужно как-то передать на Землю - а сделать это зачастую не так то и просто. Так как же можно получить информацию от космических аппаратов?
Самый примитивный способ - физическая передача данных. Известно, что первые спутники-шпионы к примеру сбрасывали капсулы с отснятой пленкой на Землю (и разумеется, были идеи сбрасывать на Землю со спутников кое-что еще - но до этого к счастью вроде бы не дошло).
Вот так примерно выглядел этот процесс
Можно вспомнить астронавтов программы "Аполлон", которые помимо 300 килограмм лунного грунта привезли на Землю кучу отснятой ими пленки. Но конечно сейчас такие методы является анахронизмом.
Второй способ, это разумеется радиосвязь. На ближних дистанциях проблем с передачей данных не возникает - но как насчет случаев, когда передать информацию приходится к примеру с орбиты Плутона? Из-за ослабления радиосигнала и ограничений, накладываемых на габариты и мощность бортовой аппаратуры, это может стать проблемой. Зонд “Новые горизонты”, который как раз направляется к бывшей девятой планете Солнечной системы, сможет передавать оттуда информацию на Землю в среднем со скоростью где-то 1 килобит в секунду. Отсюда даже родилась такая характеристика миссии - “неделя на работу, год на передачу всех собранных данных”.
Еще пример. Информация с удаленного от Земли на расстоянии 18 миллиардов километров "Вояджера-1" передаетcя через установленную на борту зонда параболическую антенну диаметром 3,65 метра. Через нее на частотах 2295 МГц и 8418 МГц шлют сигналы два радиопередатчика мощностью по 23 ватта (для надежности каждый из них дублирован). Большая часть данных транслируется на Землю со скоростью 160 бит в секунду. Для приема сигнала на Земле используется 34-метровые антенны сети Deep space network, но в некоторых случаях используются самые большие 70-метровые антенны, и тогда скорость удается поднять до 600 и даже до колоссальных 1400 бит в секунду.
Общее правило таково: чем дальше аппарат от Земли, тем слабее его сигнал. Чем слабее сигнал, тем хуже будет соотношение сигнал/шум (шумы в эфире могут идти как скажем от микроволнового реликтового излучения, так и от земных источников) и тем больше времени будет уходить на передачу каждого бита.
И вот здесь на сцену и выходит установленная на LADEE система LLCD, использующая для передачи информации не радиоволны, а лазерный луч. Длина волны лазерного излучения в десятки тысяч раз меньше, чем в радиодиапазоне, поэтому расходимость лазерного луча будет куда меньшей меньшей чем при существующей технологии. Это позволит существенно (на порядки) поднять скорость передачи данных при более низком энергопотреблении.
Конечно, у лазерной связи есть и некоторые недостатки: она нуждается в более точном нацеливании передатчика, и, кроме того, на ее работоспособность существенным образом влияют погодные условия, в первую очередь облака. Для решения этой проблемы предлагается использовать орбитальные спутники и высотные аэростаты оснащенные приемо-передающими модулями, которые могли бы сыграть роль ретрансляторов.
Но преимущества, которые можно получить от такой системы с лихвой перекрывают все потенциальные проблемы. Скажем, тестируемая технология позволит передавать данные с орбиты Луны со скоростью 622 мегабита в секунду, а с орбиты Плутона - до 2000 килобит в секунду. В случае успеха технологии, предполагается что такой связью будут обеспечены не только аппараты, отправляющиеся к другим планетам, но и спутники, находящиеся на околоземной орбите. А если все пойдет хорошо, то возможно дело наконец дойдет и до создания анонсированного NASA межпланетного интернета - единого протокола передачи данных, который позволит всем космическим аппаратам свободно обмениваться между собой информацией. А там глядишь, в недалеком будущем в космосе появятся и все остальные сетевые радости вроде социальных сетей, твиттера и Instagram...