Мен ишенем, силердин көбүңүздөр жакында уккан же окугансыздар Туруктуу конуу Марска, жана жакында Кызыл планета буга чейин Араб үмүтүн жана кытай Tianwen-1 күтүп жатат. Кызык, бул зонддордун бардыгы өз изилдөөлөрүнүн маалыматтарын Жерге кантип өткөрүп беришет? Космостук байланыш бүгүн талкууланат.
Башка планеталарга учуу адамзаттын ар дайым кыялы болгон. Бул темада кеп сандаган керкем жана документалдуу фильмдер тартылды, алар учуу процессинин озу кандай журуп жаткандыгы, экипаждын мучелеру кандай сезе тургандыгы же сезе тургандыгы, мындай шартта эмне кылуу керек экендиги женунде дээрлик толук баяндайт.
Жакында Кызыл планетанын бетине «Персверанс» роверинин конгонуна жана конгондон кийинки алгачкы сүрөттөрдү тартканына бүткүл дүйнө кубануу менен карап турду. Бизде 18-жылдын 2021-февралында Марска конгон ровердин алгачкы сүрөттөрү, ошондой эле аппараттын өзүнүн биринчи сүрөтү бар.
Бул конгондон кийин дароо тартылган техникалык сүрөттөр, дөңгөлөктөрдүн сүрөттөрү, ошондой эле ракетанын модулуна орнотулган камералар тарабынан тартылган конуу учурундагы ровердин өзүнүн фотосу.
Бирок мен ар дайым ойлончумун, алар кантип Жерге мынчалык тез туташып, кадрларды өткөрүп алышат? Бул чынбы же илимий фантастикабы деп ойлоп калдым. Бүгүн мен бул тема боюнча өз оюмду бөлүшүүгө аракет кылам.
Ошондой эле окуңуз: Туруктуулук жана тапкычтык Марста эмне кылат?
Марс канчалык алыс жана бул эмнени билдирет?
Эске сала кетейин, Марс мезгилге жараша Жерден болжол менен 55 миллиондон 401 миллион километрге чейин. Бул жерде бардыгы айлануу орбиталарынын, анын ичинде Күндүн айланасынын дал келишине көз каранды. Ал эми байланыштын эң ылдам түрү электромагниттик толкундар болгондуктан, Кызыл планетага маалымат жөнөтүү убактысы жарыктын ылдамдыгы менен аныкталат. Башкача айтканда, эгерде биз мындай роверге же зондго буйрук жөнөтүүнү кааласак, же маалыматтарды алгыбыз келсе, анда бир аз күтүүгө туура келет.
Машиналар сигналдын кечигүүсүнө адамдардай таасир бере албайт, андыктан кечигүү 60 мс чейин болушу мүмкүн. Ал эми бул убакыттын ичинде радиосигнал 18 километрге жакын жолду басып өтөт. Космостук аппараттарга келсек, бул кубулуштун терс жагы аларды реалдуу убакыт режиминде башкаруунун мүмкүн эместиги болуп саналат. Автономдук операцияга өтүү гана калды, бул Perseverance өзүнө жана, балким, андан да көбүрөөк Ingenuity тик учагына тиешелүү, ал 000 күндүк миссиясын жакынкы бир нече ондогон күндө башташы керек. Башкача айтканда, Марстын бетинен биз олуттуу кечигүү менен сигнал алабыз, бирок заманбап аппараттар аны дээрлик азайтты. Ооба, ал бизди Жерден приборлорду башкаруу мумкунчулугунен ажыратты, бирок мындай приборлорду дагы алда канча автоматташтыруу-нун енугушуне туртку берди.
Ошондой эле окуңуз: 10-жылы ачылган чоң кара тешиктер тууралуу эң мыкты 2020 факт
Жер менен Марста иштеген миссиялардын ортосунда түз байланыш кандай болот
Бул суроо ушуга окшош миссияларды аткаргандардын дээрлик бардыгын кызыктыраарына ишенем. Ошентип, бул үчүн SCaN (Космостук байланыш жана навигация) деп аталган андан да чоң структуранын бир бөлүгү болгон Deep Space Network (DSN) деп аталган радио телескоптор тармагы түзүлгөн.
Бул борбор космостогу космос кораблдери жана космонавттар менен байланыш учун колдонулуучу Жердеги бардык передатчиктерди жана кабыл алгычтарды бириктирет. DSN НАСАнын реактивдүү кыймылдоо лабораториясы тарабынан көзөмөлдөнөт.
Диаметри 70 метрге жеткен эң чоң радиотелескоптор Испаниядагы Мадридге, Австралиядагы Канберрага жана АКШдагы Мохаве чөлүндөгү Голдстонго жакын жайгашкан. Жер бетинин ар кандай чекиттеринде мындай жайгашуу байланыштын үзгүлтүккө учурашынын коркунучун азайтат жана сигналды кабыл алуунун жана берүүнүн ылдамдыгын жогорулатууга мүмкүндүк берет.
Кызыктуусу, Кытай башка тармактардан көз карандысыз болуу үчүн Тянвэнь-70 менен байланышып турган 1 метрге жакын өзүнүн радиотелескобун куруп алган. Башкалардын арасында планетанын алгачкы сүрөттөрү ушул орбитадан алынган.
Ошондой эле окуңуз: Марсты колониялаштырууга эмне тоскоол болот?
Чыгуу жана кабыл алынган сигналдын кубаттуулугунун ортосунда чоң айырма бар
Эми бул өткөргүчтөрдүн техникалык мүмкүнчүлүктөрүнө өтө кетели. Бул жерде дагы көптөгөн кызыктуу нерселер бар. Ошентип, биз бул антенналарга орнотулган жана космостук объектилерге багытталган өткөргүчтөрдүн X диапазонундагы 20 кВттан (8ден 12 ГГцге чейинки жыштыктарга) 400 кВтка чейин (бирок 100дөн ашык кубаттуулукту колдонуу керек экенин эстен чыгарбоо керек) экенин билебиз. кВт абанын курамына жана трафикти башкарууга жараша S-диапазондо (2ден 4 ГГцке чейинки жыштыктар, б.а. үйдөгү Wi-Fi же кээ бир мобилдик тармактарга окшош) түзөтүүлөрдү талап кылат. Салыштыруу үчүн, эң күчтүү 5G базалык станциясынын өткөргүчтөрүнүн күчү 120 ватт, бирок ал, адатта, бир топ төмөн жана нур космостук аппараттарга өткөргүчтөргө караганда башкача түзүлөт.
Сигналды кабыл алууда DSN тармагынын эң чоң антенналары 10-18 Вт кубаттуулуктагы нурду кармай алышат. Мындай күч, мисалы, Voyager 2 сигналы бар. Марстан сигналдар да болжол менен ушул тартипте, зонддордун аралыкты жана чектелген энергетикалык ресурстарын эске алуу менен.
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ар бир X диапазону үчүн эки 100 ватттык сигнал күчөткүчкө ээ, негизгилеринин бири иштебей калса, бир резервдик көчүрмөсү бар. Ал ошондой эле Ка диапазонунда (26-40 ГГц диапазонундагы жыштыктар) иштеген эксперименталдык өткөргүчкө ээ, ал 35 ваттта өткөрөт, бирок сыноо максатында гана.
DSN баракчасы учурда кимге же кимден маалыматтар жөнөтүлүп же кабыл алынып жатканын так көрсөтөт. Башка нерселер менен катар, миссияны көрсөткөн жарлыкты басканда, биз кошумча маалыматтарды көрө алабыз. Perseverance ровери кыскача M20 деп аталат жана маалыматтар негизинен MROдон келет.
Ошондой эле окуңуз: Компьютериңиздеги мейкиндик: астрономия үчүн эң мыкты 5 программа
Космоско канчалык алыс болсо, сигнал ошончолук жайыраак болот
DSN башка зонддор менен да байланышат, бирок алар Жерден канчалык алыс болсо, маалымат ылдамдыгы ошончолук жайыраак болорун билесиз. Берилген космостук аппараттагы өткөргүчтүн кубаттуулугунан да көп нерсе көз каранды. Жерден эң алыс жайгашкан Voyager 1 маалыматтарды 160 бит/сек ылдамдыкта өткөрөт, бул 1950-жылдардагы биринчи модемдерден бир аз гана ылдамыраак. Вебсайт ачуу үчүн root-nation.com бул текст менен мындай алыстан, бир күндөн ашык күтүүгө туура келет.
Өз кезегинде Жерден зондго жеткен сигнал алда канча күчтүү, бирок Voyager 1дин антеннасынын диаметри болгону 3,7 метрди түзөт, бул албетте сигналды кабыл алууну 70 метрлик антеннага караганда алда канча начар кылат.
Ошондой эле окуңуз: Parker Solar Probe Венеранын түн жагын көрсөттү
Марстык зонд же ровер өзүнүн миссиясы учурунда канча маалымат берет?
Марстагы миссиялар, адатта, эки базалык жылды жана узартылган миссиянын узактыгын талап кылат жана он жылдан ашык созулушу мүмкүн. Визуалдык байкоолорду жүргүзгөн зонддор жана приборлор эң көп өткөрүү жөндөмдүүлүгүн талап кылат, анткени сүрөттөр эң аз дегенде мегабайт маалыматтардан турат. Сигнал башка өлчөөлөрдү, атмосферанын параметрлерин, магнит талаасын, температураны ж. Ошондуктан, убакыт космостук изилдөөлөрдүн пайдасына туура келет. Алар өтө тез эфирге чыгышпайт, бирок көп жылдар бою тынымсыз кылып беришет.
2005-жылдан бери Марсты сүрөткө тартып келе жаткан Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) буга чейин планетанын айланасында 50 000ден ашык орбита жана планетанын бетинин 90%ын камтыган 000 99ден ашык сүрөт тарткан (2017-жылга карата). Кошумчалай кетсек, ал Марсты изилдөөчүлөрдөн уктурууларды жана сүрөттөрдү берет. Мисалы, Curiosity буга чейин дээрлик бир миллион чийки сүрөттөрдү тарткан (алардын баары биз суктанган сүрөттөргө айланган эмес). MROдан Жер бетинде чогултулган маалыматтардын көлөмү 0,5 петабайтка жакындап баратат (2021-жылдын башына карата болжолдуу маалыматтар).
Бирок, MRO бул сүрөткө жана маалыматка багытталган миссия. Салыштыруу үчүн, бир нече жылдан бери Сатурнду жана анын жандоочуларын изилдеген Кассини зонд Жерге 635 453 сүрөттү камтыган 000 ГБ гана маалымат жөнөткөн. Өз кезегинде, ровер OppoМарсты 15 жыл айланып жүргөн rtunity 2018-жылга чейин 225 000ден ашык сүрөттү кайра Жерге жөнөттү (биз аны менен байланышты биротоло үзгөндөн көп өтпөй).
Марска жөнөтүлгөн маалыматтардын көлөмү алда канча аз. Булар негизинен буйруктар жана алардын аткарылышын тастыктоо, же программалык камсыздоону оңдоо (эң маанилүүсү) болгондуктан, аларды өткөрүү үчүн өтө күчтүү өткөргүчтөрдү талап кылбайт.
Ошондой эле окуңуз: Жердин атмосфералык кычкылтеки качан түгөнө турганы белгилүү болду
Зонд же ровер кантип Жер менен "сүйлөшөт"?
Биз буга чейин Марстан маалыматтар Жерде кандай кабыл алынганын билебиз, бирок Кызыл планетадагы түзмөктөр менен байланыш кантип башталат? Орбитада турган зонддор Жер менен байланышуу жана чоң көлөмдөгү маалыматтарды жөнөтүү үчүн ыңгайлуу шарттарга ээ. Мындай байланыш үчүн эң көп айтылган X диапазону колдонулат. Perseverance ровери Curiosity сыяктуу байланыш үчүн ушул тилкеде иштеген эки өткөргүчтү (төмөн жана жогорку кубаттуулукта) колдонот.
Алардын жардамы менен ровер үйгө өз алдынча “чакырышы” мүмкүн, бирок кубаттуу өткөргүчтөн маалымат берүүнүн ылдамдыгы сигнал 800 метрлик антенна тарабынан кабыл алынганда максимум 70 бит/сек, же 160 метрлик болгондо 34 бит/сек түзөт. антенна. Төмөнкү кубаттуулуктагы өткөргүч акыркы чара болуп саналат, анткени анда берүү үчүн 10 биттик канал жана маалыматтарды кабыл алуу үчүн 30 биттик канал бар.
Ошондуктан, бүгүнкү күндө Curiosity жана Perserance роверлери, адатта, биринчи жолу UHF диапазонунда Марс орбитасында өздөрүнүн "базалык станциясына" - алда канча чоңураак өткөрүүчү антенналары бар зонддорго туташат. Бул үчүн MRO, MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN), Mars Odyssey жана European Mars Express жана TGO (Trace Gas Orbiter) колдонулат. Алар MRN (Mars Relay Network) деп аталган тармакты түзөт.
Мындай релейлик тармак түзүлгөнгө чейин Viking 1 жана 2 сыяктуу космостук аппараттар орбиталарга таянышы керек болчу. Жер менен түз байланыш үчүн 20 Вт өткөргүчтөр жана S диапазону колдонулган, байланыш азыркы роверлерге окшош 381 МГц (UHF диапазону) жыштыгында жүргүзүлгөн.
Ошондой эле окуңуз: Crew Dragon жалгыз эмес: жакынкы жылдарда кайсы кемелер космоско чыгат
Марс-Жер байланышынын максималдуу ылдамдыгы кандай?
Бул жерде көптөгөн нюанстар бар. Ошентип, Perserance алгач ровердин арткы жагында, радиоизотоптук термоэлектрдик генератордун экранынын жанында жайгашкан антеннаны колдонуу менен 400 МГц орбиталык зонддорго сүрөттөрдү жана башка маалыматтарды жөнөтөт. Кызыл планетанын жер бетинен орбитасына чейинки байланыш линиясынын өткөрүү жөндөмдүүлүгү 2 Мбит/сек чейин. Марстын орбитасы менен байланыштын эффективдүүлүгү анын Жерден алыстыгына жараша болот жана бул, өзүңүзгө белгилүү болгондой, ар түрдүү.
Максималдуу туташуу ылдамдыгы Марс Жерден эң алыс болгондо 500 кбит/сек чейин, Марс биздин планетага эң жакын болгондо 3 Мбит/сек чейин өзгөрөт. Көбүнчө 34м DSN антенналары күнүнө 8 саатка жакын колдонулат. Бирок бул берүү DSN антенналарынын маалыматтарынан көрүнүп тургандай максималдуу ылдамдыкта болот дегенди билдирбейт.
Ошондой эле планетанын орбитасында турган зонддорду айланып өтүп, Жер менен Марстын бетинде турган аппараттардын ортосунда түз байланышты орнотуу мүмкүнчүлүгү бар. Бирок мындай байланыштарды өзгөчө кырдаалдарда гана жасоого же жөнөкөй башкаруу буйруктарын жөнөтүүгө болот. Мындай чектөөлөр планетанын орбитасынан Марска сигналдын өткөрүү жөндөмдүүлүгү Жерден Марстын бетине түз берилишине караганда 3-4 эсе жогору болгондугу менен шартталган. X тилкесинде иштеген антенналар Жерде да, роверде да мындай байланыш үчүн колдонулат.
Бирок байланышта да үзгүлтүккө учурагандар бар, аларга биз бүгүн таасир эте албайбыз. Алардын себеби Күн болуп саналат. Күн өзү анын жанынан өткөн зонддордон маалыматтардын берилишине тоскоол болушу мүмкүн, анткени Кызыл планета бизден мезгил-мезгили менен жашынып турат. Ал эми бизде али күн системасында жакшы өнүккөн байланыш тармагы жок болгондуктан, Марс эки жылда бир күн дискинин жанынан 10 күн өтүп кетет. Дал ушул мезгилде роверлер жана зонддор менен байланыш таптакыр жок.
Кээде мындан башка жол жок, талыкпай эмгектенип, маалыматтарды күн, атүгүл айлар бою күтүүгө туура келет
Бактыга жараша, Марска миссиялар учурда, илимпоздор буга чейин мындай көйгөйлөр болгон эмес. Бирок араңардан кимдир бирөө 1990-жылдардагы Галилео зондунун эсинде болсо, анда жерди башкарууда чоң көйгөйлөр болгонун билесиң. Зонддун өткөрүүчү антеннасы жарым-жартылай гана орнотулган, ошондуктан ал 134 кбит/с ылдамдыктагы өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө жете алган жок. Илимпоздор зонд менен байланышты жоготпоо үчүн маалыматтарды кысуунун жаңы ыкмаларын иштеп чыгышы керек болчу. Алар экинчи аз кирешелүү антеннанын иштешин 8-16 бит/секундадан (ооба, секундасына бит) 160 бит/сек чейин, андан кийин болжол менен 1 кбит/сек чейин жогорулата алышты. Бул дагы эле аз эле, бирок миссияны сактап калуу үчүн жетиштүү болуп чыкты.
Башка жагынан алып караганда, өтө алыскы космостук аппараттар өтө күчтүү өткөрүүчү антенналар жана энергия булактары менен жабдылышы керек, анткени берүү көп убакытты талап кылат. Берүүчү антеннасынын күчү 12 Вт болгон New Horizons зондунан илимпоздор Плутондун жанынан учуп өткөндөн кийин, берилүүчү маалыматтардын толук топтомун бир нече ай күтүштү.
Бул маселени чечсе болобу? Ооба, мүмкүн, бирок бул үчүн биз бүткүл күн системасында байланыш түйүндөрүн куруубуз керек, бирок бул көп убакытты жана, албетте, чоң каржылык инфузияны талап кылат.
Мындан ары эмнени күтсөк болот?
Бизди Марстын бетинен жана андан тышкары жерлерден көптөгөн кызыктуу маалыматтар күтүп жатканына ишенем. Адамзат Жерден чыгып, алыскы планеталарды жана башка күн системаларын изилдөөгө ынтызар. Балким, бир нече ондогон жылдардан кийин менин бул макалам Марста же Альфа Кентавринин кайсы бир жеринде мектеп окуучуларын жылмаят. Балким, ошондо адамзат башка планеталарга биз азыр Киевден Нью-Йоркко чейин женил жана женекей учуп кетер. Мен бир нерсеге ишенемин, адамзаттын космос мейкиндигин изилдееге умтулуусун токтотуу мумкун эмес!
Ошондой эле кызыктуу:
