Əminəm ki, bir çoxlarınız bu yaxınlarda eşitmiş və ya oxumusunuz Əzm Marsa eniş, və tezliklə Qırmızı Planet artıq Ərəb Ümidini və Çin Tianwen-1-i gözləyir. Maraqlıdır, bütün bu zondlar öz tədqiqatlarının məlumatlarını Yerə necə ötürür? Kosmik rabitə bu gün müzakirə olunacaq.
Başqa planetlərə uçuşlar həmişə bəşəriyyətin arzusu olub. Bu mövzuda çoxlu bədii və sənədli filmlər çəkilib, onlar uçuş prosesinin özünün necə baş verdiyini, ekipaj üzvlərinin necə hiss edəcəyini və ya hiss edəcəyini, belə bir mühitdə nə etmək lazım olduğunu demək olar ki, təfərrüatı ilə izah edir.
Bu yaxınlarda bütün dünya "Perseverance" roverinin Qırmızı Planetin səthinə enməsini və enişdən sonra ilk şəkilləri çəkməsini böyük məmnuniyyətlə izləyib. Artıq 18 fevral 2021-ci ildə Marsa eniş edən roverdən ilk fotolar, eləcə də cihazın özünün ilk fotosu artıq əlimizdə var.
Bunlar yerə endikdən dərhal sonra çəkilmiş texniki fotoşəkillər, təkərlərin fotoşəkilləri, həmçinin eniş zamanı roverin özünün raket moduluna quraşdırılmış kameralar tərəfindən çəkilmiş fotoşəkilləridir.
Amma mən həmişə özümü düşünürdüm ki, onlar necə tez Yerə qoşula bilirlər və kadrları ötürə bilirlər? Maraqlıdır, bu həqiqətdir, yoxsa elmi fantastika? Bu gün bu mövzu ilə bağlı fikirlərimi bölüşməyə çalışacam.
Həmçinin oxuyun: Əzm və ixtiraçılıq Marsda nə edəcək?
Mars nə qədər uzaqdır və bu nə deməkdir?
Nəzərinizə çatdırım ki, Mars mövsümdən asılı olaraq Yerdən təxminən 55-401 milyon kilometr aralıda yerləşir. Burada hər şey Günəş ətrafında da daxil olmaqla fırlanma orbitlərinin təsadüfündən asılıdır. Və rabitənin ən sürətli forması elektromaqnit dalğaları olduğu üçün Qırmızı Planetə məlumat göndərmək üçün lazım olan vaxt işığın sürəti ilə müəyyən ediləcək. Yəni, əgər biz belə bir roverə və ya probaya əmr göndərmək və ya məlumat almaq istəsək, bir az gözləməli olacağıq.
Maşınlar siqnal gecikmələrinə insanlar kimi təsir edə bilməz, buna görə də gecikmə 60 ms-ə qədər ola bilər. Və bu müddət ərzində radiosiqnal təqribən 18 kilometr yol qət edəcək. Kosmik nəqliyyat vasitələrinə gəldikdə, bu fenomenin mənfi tərəfi onları real vaxtda idarə etməyin mümkünsüzlüyüdür. Qalan yeganə şey avtonom əməliyyata keçiddir və bu, Perseverance-in özünə və yəqin ki, daha çox yaxın bir neçə on gündə 000 günlük missiyasına başlamalı olan İngenuity helikopterinə aiddir. Yəni, Marsın səthindən biz əhəmiyyətli gecikmə ilə siqnal alırıq, lakin müasir qurğular onu demək olar ki, minimuma endirib. Bəli, bu, bizi Yerdən cihazları idarə etmək imkanından məhrum etdi, lakin bu cür cihazların daha da böyük avtomatlaşdırılmasının inkişafına təkan verdi.
Həmçinin oxuyun: 10-ci ildə kəşf edilən nəhəng qara dəliklər haqqında ən yaxşı 2020 fakt
Yerlə Marsda fəaliyyət göstərən missiyalar arasında birbaşa əlaqə necədir
Əminəm ki, bu sual oxşar missiyaları izləyən demək olar ki, hər kəsi maraqlandırır. Beləliklə, bunun üçün SCaN (Space Communication and Navigation) adlı daha böyük strukturun bir hissəsi olan Dərin Kosmik Şəbəkə (DSN) adlı radioteleskoplar şəbəkəsi yaradıldı.
Bu mərkəz kosmosda kosmik gəmilər və astronavtlarla əlaqə saxlamaq üçün istifadə edilən Yerdəki bütün ötürücü və qəbulediciləri birləşdirir. DSN NASA-nın Jet Propulsion Laboratoriyası tərəfindən idarə olunur.
Ən böyüyü diametri 70 metrə qədər olan radioteleskoplar İspaniyada Madrid, Avstraliyada Kanberra və ABŞ-da Moxave səhrasında Qoldstone yaxınlığında yerləşir. Yer səthinin müxtəlif nöqtələrində bu tənzimləmə rabitənin kəsilməsi riskini minimuma endirir və siqnalın qəbulu və ötürülməsi sürətini artırmağa imkan verir.
Maraqlıdır ki, Çin digər şəbəkələrdən müstəqil olmaq üçün Tianven-70 ilə əlaqə quran, həmçinin təxminən 1 m ölçüdə öz radioteleskopunu qurdu. Digərləri arasında planetin ilk şəkilləri də bu orbitdən çəkilib.
Həmçinin oxuyun: Marsın koloniyalaşdırılmasına nə mane ola bilər?
Çıxış və qəbul edilən siqnal gücü arasında böyük fərq var
İndi keçək bu ötürücülərin texniki imkanlarına. Burada da çox maraqlı şeylər var. Beləliklə, bilirik ki, bu antenalara quraşdırılmış və kosmik obyektlərə yönəlmiş ötürücülər X diapazonunda 20 kVt-dan (8-dən təxminən 12 GHz-ə qədər tezliklər) 400 kVt-a qədər gücə malikdirlər (lakin yadda saxlamaq lazımdır ki, 100-dən çox gücün istifadəsi. kVt S-zolağında (təxminən 2 ilə 4 GHz tezliklər, yəni ev Wi-Fi və ya bəzi mobil şəbəkələrə bənzər) havanın tərkibindən və trafikin idarə edilməsindən asılı olaraq düzəlişlər tələb edir. Müqayisə üçün qeyd edək ki, ən güclü 5G baza stansiyası ötürücülərinin gücü 120 vatt təşkil edir, lakin o, adətən xeyli aşağıdır və şüa kosmik gəmilərə ötürülmə ilə müqayisədə fərqli şəkildə formalaşır.
Siqnal qəbul edərkən, DSN şəbəkəsinin ən böyük antenaları 10-18 Vt gücündə bir şüa tutmağa qadirdir. Belə güc, məsələn, Voyager 2-dən gələn siqnala malikdir. Zondların məsafəsi və məhdud enerji resursları nəzərə alınmaqla, Marsdan gələn siqnallar da təxminən bu sıraya aiddir.
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) hər bir X diapazonu üçün iki 100 vattlıq siqnal gücləndiricisinə malikdir, əsaslardan biri uğursuz olarsa, bir ehtiyat nüsxə ilə. O, həmçinin Ka bandında (26-40 GHz diapazonunda tezliklər) işləyən eksperimental ötürücüyə malikdir və 35 vatt gücündə, lakin yalnız sınaq məqsədləri üçün ötürülür.
DSN səhifəsi məlumatların hazırda kimə və ya kimdən göndərildiyini və ya qəbul edildiyini aydın şəkildə göstərir. Digər şeylər arasında, missiyanı göstərən qısa yola kliklədikdən sonra əlavə məlumatları görə bilərik. Perseverance rover qısaca M20 adlanır və məlumatlar əsasən MRO-dan gəlir.
Həmçinin oxuyun: Kompüterinizdə yer: astronomiya üçün ən yaxşı 5 proqram
Kosmosa nə qədər uzaq olsa, siqnal bir o qədər yavaş olur
DSN digər zondlarla da əlaqə qurur, lakin siz bilirsiniz ki, onlar Yerdən nə qədər uzaqda olsalar, məlumat sürəti bir o qədər yavaş olur. Verilən kosmik gəmidə ötürücünün gücündən də çox şey asılıdır. Yerdən ən uzaq olan Voyager 1, 160-ci illərin ilk modemlərindən yalnız bir qədər sürətlə, 1950 bps sürətlə məlumat ötürür. Veb sayt açmaq üçün root-nation.com bu qədər uzaqdan bu mətnlə bir gündən çox gözləməli olacaqsınız.
Öz növbəsində, Yerdən zonda çatan siqnal xeyli güclüdür, lakin Voyager 1-in antennasının diametri cəmi 3,7 metrdir ki, bu da təbii ki, siqnal qəbulunu 70 metrlik antena ilə müqayisədə xeyli zəiflədir.
Həmçinin oxuyun: Parker Solar Probe Veneranın gecə tərəfini göstərdi
Mars zond və ya rover öz missiyası zamanı nə qədər məlumat ötürür?
Mars missiyaları adətən iki əsas il və uzadılmış missiyanın müddətini alır və on ildən çox davam edə bilər. Vizual müşahidələr aparan zondlar və alətlər ən çox bant genişliyi tələb edir, çünki fotoşəkillər ən azı meqabayt məlumatdır. Siqnal digər ölçmələri, atmosferin parametrlərini, maqnit sahəsini, temperaturu və s. Ona görə də zaman kosmik zondların xeyrinədir. Çox sürətli yayımlamazlar, amma bunu illərlə israrla edirlər.
2005-ci ildən Marsın fotoşəkillərini çəkən Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) artıq planetin ətrafında 50 000-dən çox orbit və planetin səthinin 90%-ni əhatə edən 000 99-dən çox fotoşəkil çəkib (2017-ci ilə qədər). Bundan əlavə, o, Mars aparatlarından yayımları və təsvirləri ötürür. Məsələn, Curiosity artıq bir milyona yaxın xam fotoşəkil çəkib (onların heç də hamısı heyran olduğumuz şəkillərə çevrilməyib). MRO-dan Yer kürəsində toplanmış məlumatların miqdarı 0,5 petabata yaxınlaşır (2021-ci ilin əvvəlinə olan təxmini məlumatlar).
Bununla belə, MRO foto və məlumat yönümlü bir missiyadır. Müqayisə üçün qeyd edək ki, bir neçə ildir ki, Saturn və onun peyklərini tədqiq edən Cassini zondu 635 fotoşəkildən ibarət cəmi 453 GB məlumatı Yerə qaytarıb. Öz növbəsində, rover Oppo15 il ərzində Mars ətrafında səyahət edən rtunity 2018-ci ilə qədər 225-dən çox fotoşəkil göndərdi (biz onunla əlaqəmizi həmişəlik kəsdikdən az sonra).
Marsa göndərilən məlumatların miqdarı daha azdır. Bunlar əsasən əmrlər və onların icrasının təsdiqi və ya proqram təminatının düzəldilməsi (ən vacib olan) olduğundan, onları ötürmək üçün hətta çox güclü ötürücülərə də ehtiyac yoxdur.
Həmçinin oxuyun: Yerin atmosfer oksigeninin nə vaxt tükənəcəyi məlum olub
Zond və ya rover Yerlə necə “danışır”?
Biz artıq Marsdan məlumatların Yer kürəsində necə qəbul edildiyini bilirik, lakin Qırmızı Planetdəki cihazlardan rabitə necə başlanır? Orbitdə olan zondlar Yerlə əlaqə saxlamaq və böyük həcmdə məlumat göndərmək üçün daha əlverişli şəraitə malikdir. Belə rabitə üçün ən çox adı çəkilən X diapazonundan istifadə olunur.Curiosity kimi Perseverance rover rabitə üçün bu diapazonda işləyən iki ötürücüdən (aşağı və yüksək güclü) istifadə edir.
Onların köməyi ilə rover müstəqil olaraq evə "zəng edə" bilər, lakin güclü ötürücüdən məlumat ötürmə sürəti siqnal 800 metrlik antenna tərəfindən qəbul edildikdə maksimum 70 bps və ya 160 metrlik olduqda 34 bps təşkil edir. antenna. Aşağı güclü ötürücü yalnız son çarədir, çünki o, yalnız ötürülməsi üçün 10 bitlik kanala və məlumatların qəbulu üçün 30 bitlik kanala malikdir.
Buna görə də, bu gün Curiosity və Perserance roverləri adətən ilk olaraq UHF diapazonunda Mars orbitindəki "baza stansiyasına" - daha böyük ötürücü antenalara malik zondlara qoşulurlar. Bunun üçün MRO, MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN), Mars Odyssey və European Mars Express və TGO (Trace Gas Orbiter) istifadə olunur. Onlar MRN (Mars Relay Network) adlı şəbəkə yaradırlar.
Belə bir rele şəbəkəsi qurulmazdan əvvəl Viking 1 və 2 kimi kosmik gəmilər yoldaş orbitlərinə etibar etməli idilər. Yerlə birbaşa əlaqə üçün 20 Vt ötürücülər və S diapazonundan istifadə edildi, rabitə bugünkü roverlərə bənzər 381 MHz (UHF diapazonu) tezliyində həyata keçirildi.
Həmçinin oxuyun: Crew Dragon tək deyil: yaxın illərdə hansı gəmilər kosmosa gedəcək
Mars-Yer rabitəsinin maksimal sürəti nə qədərdir?
Burada çoxlu nüanslar var. Beləliklə, Perserance əvvəlcə roverin arxasında, radioizotop termoelektrik generator ekranının yanında yerləşən antennadan istifadə edərək 400 MHz tezliyində orbitə çıxan zondlara şəkillər və digər məlumatları göndərir. Qırmızı planetin səthindən orbitinə qədər rabitə xəttinin ötürmə qabiliyyəti 2 Mbit/s-ə qədərdir. Marsın orbiti ilə əlaqənin səmərəliliyi onun Yerdən uzaqlığından asılıdır və bu, bildiyiniz kimi, geniş şəkildə dəyişir.
Maksimum əlaqə sürəti Mars Yerdən ən uzaqda olduqda 500 kbps-dən, Mars planetimizə ən yaxın olduqda 3 Mbps-dən çox dəyişir. Adətən gündə təxminən 34 saat 8 m DSN antenaları istifadə olunur. Bununla belə, bu o demək deyil ki, ötürülmə həmişə DSN antenalarının məlumatlarından görünə bilən maksimum sürətdədir.
Planetin orbitində olan zondlardan yan keçərək, Yerlə Marsın səthində olan qurğular arasında birbaşa əlaqə yaratmaq imkanı da var. Ancaq bu cür əlaqələr yalnız fövqəladə hallarda və ya yalnız sadə idarəetmə əmrləri göndərmək üçün edilə bilər. Bu cür məhdudiyyətlər planetin orbitindən Marsa siqnalın ötürmə qabiliyyətinin Yerdən Marsın səthinə birbaşa ötürülməsi ilə müqayisədə 3-4 dəfə böyük olması ilə əlaqədardır. X diapazonunda işləyən antenalar həm Yerdə, həm də roverdə belə rabitə üçün istifadə olunur.
Amma ünsiyyətdə də fasilələr var ki, biz bu gün təsir edə bilmirik. Onların səbəbi Günəşdir. Günəş özü onun yaxınlığından keçən zondlardan məlumatların ötürülməsinə mane ola bilər, çünki Qırmızı Planet sadəcə olaraq zaman-zaman bizdən gizlənir. Günəş sistemində hələ yaxşı inkişaf etmiş bir rabitə şəbəkəmiz olmadığından, Mars hər iki ildən bir günəş diskinin yanından sürüşmək üçün təxminən 10 gün çəkir. Məhz bu dövrdə rovers və zondlarla əlaqə tamamilə yoxdur.
Bəzən başqa çıxış yolu olmur, çox çalışmalı və günlərlə, hətta aylarla data gözləməlisən
Xoşbəxtlikdən, Mars missiyaları ilə bağlı elm adamları indiyə qədər belə problemlərlə üzləşməyiblər. Amma hər hansı biriniz 1990-cı illərin Galileo zondunu xatırlayırsınızsa, bilirsiniz ki, o zaman yerdən idarəetmə ilə bağlı böyük problemlər var idi. Zondun ötürmə antenası yalnız qismən yerləşdirilmişdi, ona görə də nəzərdə tutulan 134 kbps-lik bant genişliyinə nail ola bilmədi. Alimlər zondla əlaqəni itirməmək üçün yeni məlumatların sıxılma üsullarını inkişaf etdirməli olublar. Onlar ikinci aşağı qazanclı antenanın işini 8-16 bps-dən (bəli, saniyədə bit) 160 bps-ə, sonra isə təxminən 1 kbit/s-ə çatdıra bildilər. Hələ çox az idi, amma missiyanı xilas etmək üçün kifayət etdi.
Digər tərəfdən, çox uzaq kosmik gəmilər çox güclü ötürücü antenalar və enerji mənbələri ilə təchiz edilməlidir, çünki ötürülmə uzun müddət çəkir. Ötürücü antenası 12 Vt gücündə olan New Horizons zondundan elm adamları Pluton yaxınlığında uçduqdan sonra aylarla ötürülən məlumatların tam dəstini gözlədilər.
Bu problemi həll etmək olarmı? Bəli, mümkündür, lakin bunun üçün bütün günəş sistemi boyunca rabitə şəbəkələri qurmalıyıq, lakin bu, çox vaxt və əlbəttə ki, böyük maliyyə infuziyaları tələb edir.
Bundan sonra nə gözləyə bilərik?
Əminəm ki, bizi Marsın səthindən və ondan kənarda çoxlu maraqlı məlumatlar gözləyir. Bəşəriyyət Yerdən qoparaq uzaq planetləri və digər günəş sistemlərini tədqiq etməyə can atır. Ola bilsin ki, bir neçə onillikdən sonra mənim bu məqaləm yalnız Marsda və ya Alpha Centauridə bir yerdə məktəbliləri güldürəcək. Bəlkə o zaman bəşəriyyət bizim indi Kiyevdən Nyu-Yorka qədər asan və sadə şəkildə başqa planetlərə uçacaq. Mən bir şeyə əminəm, bəşəriyyətin kosmosu araşdırmaq istəyini dayandırmaq mümkün deyil!
Həmçinin maraqlıdır:
