დარწმუნებული ვარ, ბევრ თქვენგანს გსმენიათ ან წაიკითხავთ ამ უკანასკნელის შესახებ გამძლეობა მარსზე დაშვება, და მალე წითელი პლანეტა უკვე ელოდება Arabian Hope-ს და ჩინურ Tianwen-1-ს. საინტერესოა, როგორ გადასცემს ყველა ეს ზონდი დედამიწას მათი კვლევის მონაცემებს? კოსმოსური კომუნიკაცია დღეს განიხილება.
სხვა პლანეტებზე ფრენები ყოველთვის კაცობრიობის ოცნება იყო. ამ თემაზე უამრავი მხატვრული და დოკუმენტური ფილმია გადაღებული, რომელიც თითქმის დეტალურად მოგვითხრობს, თუ როგორ მიმდინარეობს თავად ფრენის პროცესი, რას გრძნობენ ან იგრძნობენ ეკიპაჟის წევრები, რა უნდა გაკეთდეს ასეთ გარემოში.
ცოტა ხნის წინ, მთელი მსოფლიო აღფრთოვანებით უყურებდა, როგორ დაეშვა როვერი Perseverance წითელი პლანეტის ზედაპირზე და დაშვების შემდეგ პირველი სურათები გადაიღო. ჩვენ უკვე გვაქვს პირველი ფოტოები როვერიდან, რომელიც, შეგახსენებთ, მარსზე 18 წლის 2021 თებერვალს დაეშვა, ასევე თავად აპარატის პირველი ფოტო.
ეს არის დაშვებისთანავე გადაღებული ტექნიკური ფოტოები, ბორბლების ფოტოები, ასევე თავად როვერის ფოტო დაშვებისას, რომელიც გადაღებულია რაკეტის მოდულზე დამონტაჟებული კამერებით.
მაგრამ მე ყოველთვის ვიჭერდი ჩემს თავს ფიქრში, როგორ ახერხებენ ისინი ასე სწრაფად დედამიწასთან დაკავშირებას და კადრების გადაცემას? მაინტერესებდა ეს სიმართლე იყო თუ სამეცნიერო ფანტასტიკა? დღეს შევეცდები გაგიზიაროთ ჩემი აზრი ამ თემაზე.
ასევე წაიკითხეთ: რას გააკეთებს გამძლეობა და გამომგონებლობა მარსზე?
რა მანძილზეა მარსი და რას ნიშნავს ეს?
შეგახსენებთ, რომ მარსი, სეზონის მიხედვით, დედამიწიდან დაახლოებით 55-დან 401 მილიონ კილომეტრამდეა დაშორებული. აქ ყველაფერი დამოკიდებულია ბრუნვის ორბიტების დამთხვევაზე, მათ შორის მზის გარშემო. და რადგან კომუნიკაციის ყველაზე სწრაფი ფორმა ელექტრომაგნიტური ტალღებია, წითელ პლანეტაზე ინფორმაციის გაგზავნის დრო განისაზღვრება სინათლის სიჩქარით. ანუ თუ გვსურს ასეთ როვერზე ან ზონდზე ბრძანების გაგზავნა ან მონაცემების მიღება, ცოტა ლოდინი მოგვიწევს.
მანქანებს არ შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ სიგნალის შეფერხებებზე ისევე, როგორც ადამიანებს შეუძლიათ, ამიტომ დაყოვნება შეიძლება იყოს 60 ms-მდე. და ამ დროის განმავლობაში, რადიოსიგნალი გაივლის დაახლოებით 18 კილომეტრს. კოსმოსური მანქანების შემთხვევაში, ამ ფენომენის უარყოფითი მხარეა მათი რეალურ დროში კონტროლის შეუძლებლობა. რჩება მხოლოდ ავტონომიურ ოპერაციაზე გადასვლა და ეს ეხება თავად Perseverance-ს და, ალბათ, უფრო მეტად Ingenuity-ის შვეულმფრენს, რომელმაც 000-დღიანი მისია მომდევნო რამდენიმე ათეულ დღეში უნდა დაიწყოს. ანუ, მარსის ზედაპირიდან ჩვენ ვიღებთ სიგნალს მნიშვნელოვანი დაგვიანებით, მაგრამ თანამედროვე მოწყობილობებმა იგი თითქმის მინიმუმამდე დაიყვანეს. დიახ, მან დაგვაკარგვინა დედამიწიდან მოწყობილობების კონტროლის შესაძლებლობა, მაგრამ ამან ბიძგი მისცა ასეთი მოწყობილობების კიდევ უფრო დიდი ავტომატიზაციის განვითარებას.
ასევე წაიკითხეთ: 10 წელს აღმოჩენილი ტოპ 2020 ფაქტი მასიური შავი ხვრელების შესახებ
როგორ არის პირდაპირი კომუნიკაცია დედამიწასა და მარსზე მოქმედ მისიებს შორის
დარწმუნებული ვარ, რომ ეს კითხვა აინტერესებს თითქმის ყველას, ვინც მსგავს მისიებს მიჰყვება. ამრიგად, ამისათვის შეიქმნა რადიოტელესკოპების ქსელი, სახელწოდებით ღრმა კოსმოსური ქსელი (DSN), რომელიც არის კიდევ უფრო დიდი სტრუქტურის ნაწილი, სახელწოდებით SCaN (კოსმოსური კომუნიკაცია და ნავიგაცია).
ეს ცენტრი აკავშირებს დედამიწაზე არსებულ ყველა გადამცემს და მიმღებს, რომლებიც გამოიყენება კოსმოსურ ხომალდებთან და კოსმონავტებთან კომუნიკაციისთვის. DSN-ს აკონტროლებს NASA-ს რეაქტიული ძრავის ლაბორატორია.
რადიოტელესკოპები, რომელთაგან ყველაზე დიდი დიამეტრის 70 მეტრს აღწევს, განლაგებულია მადრიდის მახლობლად ესპანეთში, კანბერასთან ავსტრალიაში და გოლდსტოუნთან მოხავეს უდაბნოში აშშ-ში. ეს განლაგება დედამიწის ზედაპირის სხვადასხვა წერტილში ამცირებს კომუნიკაციის შეფერხების რისკს და შესაძლებელს ხდის გაზარდოს სიგნალის მიღებისა და გადაცემის სიჩქარე.
საინტერესოა, რომ ჩინეთმა, სხვა ქსელებისგან დამოუკიდებლობის მიზნით, ააშენა საკუთარი რადიოტელესკოპი, ასევე დაახლოებით 70 მ ზომის, რომლითაც კომუნიკაციას უწევს Tianwen-1-ს. სხვათა შორის, ამ ორბიტიდან გადაიღეს პლანეტის პირველი სურათები.
ასევე წაიკითხეთ: რა შეგვიშლის ხელს მარსის კოლონიზაციაში?
დიდი განსხვავებაა გამომავალ და მიღებულ სიგნალის სიმძლავრეს შორის
ახლა მოდით გადავიდეთ ამ გადამცემების ტექნიკურ შესაძლებლობებზე. აქაც ბევრი საინტერესო რამ არის. ასე რომ, ჩვენ ვიცით, რომ ამ ანტენებზე დაყენებულ და კოსმოსურ ობიექტებზე გამიზნულ გადამცემებს აქვთ სიმძლავრე 20 კვტ-დან X-ზოლში (სიხშირეები 8-დან დაახლოებით 12 გჰც-მდე) 400 კვტ-მდე (მაგრამ უნდა გვახსოვდეს, რომ 100-ზე მეტი სიმძლავრის გამოყენება. კვტ მოითხოვს კორექტირებას ჰაერის შემადგენლობისა და მოძრაობის მენეჯმენტის მიხედვით S- ზოლში (სიხშირეები დაახლოებით 2-დან 4 გჰც-მდე, ანუ სახლის Wi-Fi-ს ან ზოგიერთი მობილური ქსელის მსგავსი). შედარებისთვის, უძლიერესი 5G საბაზო სადგურის გადამცემების სიმძლავრე 120 ვატია, მაგრამ, როგორც წესი, გაცილებით დაბალია და სხივი სხვაგვარად ყალიბდება, ვიდრე კოსმოსურ ხომალდზე გადაცემის შემთხვევაში.
სიგნალის მიღებისას, DSN ქსელის უდიდეს ანტენებს შეუძლიათ დაიჭირონ სხივი, რომლის სიმძლავრეა 10-18 ვტ. ასეთი სიმძლავრე, მაგალითად, აქვს სიგნალი ვოიაჯერ 2-დან. სიგნალები მარსიდანაც დაახლოებით ამ რიგისაა, თუ გავითვალისწინებთ ზონდების მანძილს და შეზღუდული ენერგიის რესურსებს.
Mars Reconnaissance Orbiter-ს (MRO) აქვს ორი 100 ვატიანი სიგნალის გამაძლიერებელი თითოეული X-ზოლისთვის, ერთი სარეზერვო საშუალებით, თუ ერთ-ერთი მთავარი ვერ ხერხდება. მას ასევე აქვს ექსპერიმენტული გადამცემი, რომელიც მუშაობს Ka დიაპაზონში (სიხშირეები 26-40 გჰც დიაპაზონში), რომელიც გადასცემს 35 ვტ-ზე, მაგრამ მხოლოდ ტესტირების მიზნით.
DSN გვერდი ნათლად აჩვენებს, ვისგან ან ვისგან ხდება მონაცემების გაგზავნა ან მიღება. სხვა საკითხებთან ერთად, მისიის მითითებულ მალსახმობზე დაწკაპუნების შემდეგ, ჩვენ შეგვიძლია ვიხილოთ დამატებითი მონაცემები. Perseverance როვერს მოკლედ M20 ჰქვია და მონაცემები ძირითადად MRO-დან მოდის.
ასევე წაიკითხეთ: სივრცე თქვენს კომპიუტერზე: 5 საუკეთესო პროგრამა ასტრონომიისთვის
რაც უფრო შორს არის სივრცეში, მით უფრო ნელია სიგნალი
DSN ასევე ურთიერთობს სხვა ზონდებთან, მაგრამ თქვენ იცით, რაც უფრო შორს არიან ისინი დედამიწიდან, მით უფრო ნელია მონაცემთა სიჩქარე. ასევე ბევრი რამ არის დამოკიდებული მოცემულ კოსმოსურ ხომალდზე გადამცემის სიმძლავრეზე. ვოიაჯერ 1, დედამიწიდან ყველაზე შორს, მონაცემებს გადასცემს 160 bps სიჩქარით, მხოლოდ ოდნავ უფრო სწრაფად, ვიდრე 1950-იანი წლების პირველი მოდემები. ვებსაიტის გასახსნელად root-nation.com ამ ტექსტით ასეთი მანძილიდან დღეზე მეტი მოგიწევთ ლოდინი.
თავის მხრივ, დედამიწიდან ზონდამდე მიმავალი სიგნალი გაცილებით ძლიერია, მაგრამ Voyager 1-ის ანტენის დიამეტრი მხოლოდ 3,7 მეტრია, რაც, რა თქმა უნდა, სიგნალის მიღებას ბევრად სუსტს ხდის, ვიდრე ეს 70 მეტრიანი ანტენა ყოფილიყო.
ასევე წაიკითხეთ: Parker Solar Probe-მ აჩვენა ვენერას ღამის მხარე
რამდენ მონაცემს გადასცემს მარსის ზონდი ან როვერი მისიის დროს?
მარსის მისიებს, როგორც წესი, სჭირდება ორი საბაზისო წელი პლუს გაფართოებული მისიის ხანგრძლივობა და შეიძლება გაგრძელდეს ათ წელზე მეტი. ზონდები და ინსტრუმენტები, რომლებიც ასრულებენ ვიზუალურ დაკვირვებებს, საჭიროებენ ყველაზე დიდ სიჩქარეს, რადგან ფოტოები მინიმუმ მეგაბაიტიანი მონაცემებია. სიგნალი შეიძლება შეიცავდეს ბევრად მეტ ციფრულ მონაცემს, რომელიც ახასიათებს სხვა გაზომვებს, ატმოსფეროს პარამეტრებს, მაგნიტურ ველს, ტემპერატურას და ა.შ. ამიტომ, დროა კოსმოსური ზონდების სასარგებლოდ. ძალიან სწრაფად არ მაუწყებლობენ, მაგრამ ამას დაჟინებით აკეთებენ წლების განმავლობაში.
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), რომელიც მარსს 2005 წლიდან იღებდა, უკვე გადაიღო 50-ზე მეტი ორბიტა პლანეტის გარშემო და 000-ზე მეტი ფოტო, რომელიც მოიცავს პლანეტის ზედაპირის 90%-ს (000 წლის მონაცემებით). გარდა ამისა, ის გადასცემს მაუწყებლებს და სურათებს მარსის როვერებიდან. მაგალითად, Curiosity-მ უკვე გადაიღო თითქმის მილიონი ნედლი ფოტო (ყველა მათგანი არ გადაიქცა სურათებად, რომლითაც ჩვენ აღფრთოვანებული ვართ). დედამიწაზე MRO-დან შეგროვებული მონაცემების რაოდენობა უახლოვდება 99 პეტაბაიტს (სავარაუდო მონაცემები 2017 წლის დასაწყისისთვის).
თუმცა, MRO არის ფოტო და მონაცემებზე ორიენტირებული მისია. შედარებისთვის, კასინის ზონდმა, რომელიც სატურნს და მის მთვარეებს რამდენიმე წელია სწავლობს, დედამიწას მხოლოდ 635 GB მონაცემი გაუგზავნა, რომელიც მოიცავდა 453 000 ფოტოს. თავის მხრივ, როვერი Opportunity-მ, რომელიც მარსის ირგვლივ 15 წლის განმავლობაში მოგზაურობდა, 2018 წლისთვის 225 000-ზე მეტი ფოტო გამოაგზავნა დედამიწაზე (მას შემდეგ რაც სამუდამოდ დავკარგეთ კონტაქტი).
მარსზე გაგზავნილი მონაცემების რაოდენობა გაცილებით მცირეა. ვინაიდან ეს არის ძირითადად ბრძანებები და მათი შესრულების დადასტურებები, ან პროგრამული უზრუნველყოფის შესწორებები (რაც ყველაზე მნიშვნელოვანია), მათ გადასაცემად არ სჭირდებათ თუნდაც ძალიან ძლიერი გადამცემები.
ასევე წაიკითხეთ: ცნობილი გახდა, როდის ამოიწურება დედამიწის ატმოსფერული ჟანგბადი
როგორ "ელაპარაკება" დედამიწას ზონდი ან როვერი?
ჩვენ უკვე ვიცით, როგორ მიიღება მონაცემები მარსიდან დედამიწაზე, მაგრამ როგორ ხდება კომუნიკაცია წითელ პლანეტაზე არსებული მოწყობილობებიდან? ორბიტაზე მყოფ ზონდებს უფრო ხელსაყრელი პირობები აქვთ დედამიწასთან კომუნიკაციისა და დიდი რაოდენობით მონაცემების გასაგზავნად. ასეთი კომუნიკაციისთვის გამოიყენება ყველაზე ხშირად ნახსენები X-ზოლი. Perseverance rover, ისევე როგორც Curiosity, იყენებს ამ ზოლზე მომუშავე ორ გადამცემს (დაბალი და მაღალი სიმძლავრის) კომუნიკაციისთვის.
მათი დახმარებით როვერს შეუძლია დამოუკიდებლად "დარეკოს" სახლში, მაგრამ მონაცემთა გადაცემის სიჩქარე მძლავრი გადამცემიდან არის მაქსიმუმ 800 bps, როდესაც სიგნალს იღებს 70 მეტრიანი ანტენა, ან 160 bps, როდესაც ის 34 მეტრია. ანტენა. დაბალი სიმძლავრის გადამცემი არის მხოლოდ უკანასკნელი საშუალება, რადგან მას აქვს მხოლოდ 10-ბიტიანი არხი გადაცემისთვის და 30-ბიტიანი არხი მონაცემების მისაღებად.
ამიტომ, დღეს, Curiosity და Perserance როვერები, როგორც წესი, პირველად უკავშირდებიან UHF დიაპაზონში მარსის ორბიტაზე არსებულ თავიანთ „საბაზო სადგურს“ - ზონდებს, რომლებსაც გაცილებით დიდი გადამცემი ანტენები აქვთ. ამისათვის გამოიყენება MRO, MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN), Mars Odyssey და European Mars Express და TGO (Trace Gas Orbiter). ისინი ქმნიან ქსელს სახელწოდებით MRN (Mars Relay Network).
სანამ ასეთი სარელეო ქსელი ჩამოყალიბდებოდა, კოსმოსურ ხომალდებს, როგორიცაა Viking 1 და 2, უნდა დაეყრდნოთ კომპანიონ ორბიტებს. დედამიწასთან პირდაპირი კომუნიკაციისთვის გამოიყენებოდა 20 ვტ გადამცემები და S-band, კომუნიკაცია ხდებოდა 381 MHz სიხშირით (UHF band), დღევანდელი როვერების მსგავსი.
ასევე წაიკითხეთ: Crew Dragon არ არის ერთადერთი: რომელი გემები გაემგზავრებიან კოსმოსში უახლოეს წლებში
რა არის მარსი-დედამიწის კომუნიკაციის მაქსიმალური სიჩქარე?
აქ ბევრი ნიუანსია. ასე რომ, Perserance ჯერ აგზავნის სურათებს და სხვა მონაცემებს ორბიტაზე 400 MHz სიხშირეზე ანტენის გამოყენებით, რომელიც მდებარეობს როვერის უკანა მხარეს, რადიოიზოტოპური თერმოელექტრული გენერატორის ეკრანის გვერდით. საკომუნიკაციო ხაზის გამტარუნარიანობა ზედაპირიდან წითელი პლანეტის ორბიტამდე 2 მბიტ/წმ-მდეა. მარსის ორბიტასთან კავშირის ეფექტურობა დამოკიდებულია დედამიწიდან მის დაშორებაზე და ეს, როგორც მოგეხსენებათ, ძალიან განსხვავდება.
კავშირის მაქსიმალური სიჩქარე მერყეობს 500 კბიტ/წმ-დან, როცა მარსი დედამიწიდან ყველაზე შორს არის 3 მბიტ/წმ-ზე მეტს, როცა მარსი ჩვენს პლანეტასთან ყველაზე ახლოსაა. ჩვეულებრივ გამოიყენება 34 მ DSN ანტენები, დღეში დაახლოებით 8 საათის განმავლობაში. თუმცა, ეს არ ნიშნავს, რომ გადაცემა ყოველთვის არის მაქსიმალური სიჩქარით, რაც ჩანს DSN ანტენების მონაცემებიდან.
ასევე არის შესაძლებლობა დაამყაროს პირდაპირი კავშირი დედამიწასა და მოწყობილობებს შორის, რომლებიც მარსის ზედაპირზე არიან, პლანეტის ორბიტაზე მყოფი ზონდების გვერდის ავლით. მაგრამ ასეთი კავშირები შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ საგანგებო სიტუაციებში ან მხოლოდ მარტივი კონტროლის ბრძანებების გაგზავნით. ასეთი შეზღუდვები გამოწვეულია იმით, რომ პლანეტის ორბიტიდან მარსზე მიმავალი სიგნალის გამტარობა 3-4-ჯერ მეტია, ვიდრე დედამიწიდან მარსის ზედაპირზე პირდაპირი გადაცემით. ასეთი კომუნიკაციისთვის გამოიყენება X ზოლში მომუშავე ანტენები, როგორც დედამიწაზე, ასევე როვერზე.
მაგრამ ასევე არის შეფერხებები კომუნიკაციაში, რაზეც დღეს ჩვენ ვერ ვიმოქმედებთ. მათი მიზეზი მზეა. თავად მზეს შეუძლია ხელი შეუშალოს მის მახლობლად გამავალი ზონდების მონაცემების გადაცემას, რადგან წითელი პლანეტა დროდადრო უბრალოდ გვემალება. და რადგან ჩვენ ჯერ არ გვაქვს კარგად განვითარებული საკომუნიკაციო ქსელი მზის სისტემაში, მარსს დაახლოებით 10 დღე სჭირდება მზის დისკზე ყოველ ორ წელიწადში ერთხელ გაცურვას. სწორედ ამ პერიოდშია როვერებთან და ზონდებთან კომუნიკაცია სრულიად არ არსებობს.
ზოგჯერ სხვა გამოსავალი არ არის, უნდა იშრომო და ელოდო მონაცემებს დღეების ან თვეების განმავლობაში
საბედნიეროდ, მარსის მისიების შემთხვევაში მეცნიერებს ასეთი პრობლემები აქამდე არ ჰქონიათ. მაგრამ თუ რომელიმე თქვენგანს ახსოვს 1990-იანი წლების გალილეოს ზონდი, გეცოდინებათ, რომ მაშინ სახმელეთო კონტროლის დიდი პრობლემები იყო. ზონდის გადამცემი ანტენა მხოლოდ ნაწილობრივ იყო განლაგებული, ამიტომ მან ვერ მიაღწია დანიშნულ სიჩქარეს 134 kbps. მეცნიერებს უნდა შეემუშავებინათ მონაცემთა შეკუმშვის ახალი მეთოდები, რათა არ დაეკარგათ კონტაქტი ზონდთან. მათ შეძლეს მეორე დაბალი სიმძლავრის ანტენის მუშაობის გაზრდა 8-16 bps-დან (დიახ, ბიტი წამში) 160 bps-მდე და შემდეგ დაახლოებით 1 kbit/s-მდე. ეს ჯერ კიდევ ძალიან ცოტა იყო, მაგრამ საკმარისი აღმოჩნდა მისიის გადასარჩენად.
მეორეს მხრივ, ძალიან შორს მყოფი კოსმოსური ხომალდი აღჭურვილი უნდა იყოს ძალიან ძლიერი გადამცემი ანტენებით და ენერგიის წყაროებით, რადგან გადაცემას დიდი დრო სჭირდება. New Horizons-ის ზონდიდან, რომლის გადამცემი ანტენის სიმძლავრე 12 W-ია, პლუტონთან ფრენის შემდეგ მეცნიერები თვეების განმავლობაში ელოდნენ გადაცემული მონაცემების სრულ კომპლექტს.
შეიძლება ამ პრობლემის მოგვარება? დიახ, შესაძლებელია, მაგრამ ამისათვის ჩვენ გვჭირდება საკომუნიკაციო ქსელების აშენება მთელ მზის სისტემაში, მაგრამ ამას დიდი დრო და, რა თქმა უნდა, უზარმაზარი ფინანსური ინფუზიები სჭირდება.
რას შეიძლება ველოდოთ შემდეგში?
დარწმუნებული ვარ, ბევრი საინტერესო ინფორმაცია გველოდება მარსის ზედაპირიდან და მის ფარგლებს გარეთ. კაცობრიობას სურს გამოვიდეს დედამიწიდან და გამოიკვლიოს შორეული პლანეტები და მზის სხვა სისტემები. შესაძლოა, რამდენიმე ათწლეულში ჩემი ეს სტატია მხოლოდ მარსზე ან სადმე ალფა კენტავრის სკოლის მოსწავლეებს გაუღიმებს. შესაძლოა, მაშინ კაცობრიობა სხვა პლანეტებზე გაფრინდეს ისეთივე მარტივად და მარტივად, როგორც ახლა ვართ კიევიდან ნიუ-იორკში. ერთ რამეში დარწმუნებული ვარ, შეუძლებელია შეაჩერო კაცობრიობის სურვილი, გამოიკვლიოს სივრცე!
ასევე საინტერესოა:
