Ishonchim komilki, ko'plaringiz yaqinda eshitgan yoki o'qigansiz Marsga qat'iyat bilan qo'nish, va tez orada Qizil sayyora allaqachon Arab umidini va Xitoyning Tyanven-1 ni kutmoqda. Qiziq, bu barcha zondlar o'zlarining tadqiqotlari ma'lumotlarini Yerga qanday uzatadi? Kosmik aloqa bugun muhokama qilinadi.
Boshqa sayyoralarga parvoz qilish insoniyatning azaldan orzusi bo'lib kelgan. Ushbu mavzu bo'yicha ko'plab badiiy va hujjatli filmlar suratga olindi, ular parvoz jarayonining o'zi qanday kechishi, ekipaj a'zolari qanday his qilishlari yoki his qilishlari, bunday sharoitda nima qilish kerakligi haqida deyarli batafsil ma'lumot beradi.
Yaqinda “Perseverance” roverining Qizil sayyora yuzasiga qo‘nganini va qo‘ngandan so‘ng ilk suratlarni olganini butun dunyo zavq bilan tomosha qildi. Bizda allaqachon 18-yil 2021-fevralda Marsga qo‘ngan roverning birinchi fotosuratlari, shuningdek, qurilmaning o‘zi ham bor.
Bular qo‘ngandan so‘ng darhol olingan texnik suratlar, g‘ildiraklarning fotosuratlari, shuningdek, qo‘nish vaqtida roverning o‘zi, raketa moduliga o‘rnatilgan kameralar tomonidan olingan surat.
Ammo men har doim o'zimni o'ylab qoldim, ular qanday qilib Yerga bunchalik tez ulanishadi va kadrlarni uzatishadi? Bu haqiqatmi yoki ilmiy fantastikami, deb o'yladim. Bugun men ushbu mavzu bo'yicha o'z fikrlarimni baham ko'rishga harakat qilaman.
Shuningdek o'qing: Qat'iyat va zukkolik Marsda nima qiladi?
Mars qancha masofada va bu nimani anglatadi?
Eslatib o‘taman, Mars faslga qarab Yerdan taxminan 55-401 million kilometr uzoqlikda joylashgan. Bu erda hamma narsa aylanish orbitalarining, shu jumladan Quyosh atrofidagi tasodifiga bog'liq. Va aloqaning eng tezkor shakli elektromagnit to'lqinlar bo'lgani uchun Qizil sayyoraga ma'lumot yuborish vaqti yorug'lik tezligi bilan belgilanadi. Ya'ni, agar biz bunday rover yoki zondga buyruq yubormoqchi bo'lsak yoki ma'lumot olishni istasak, biz biroz kutishimiz kerak bo'ladi.
Mashinalar signal kechikishlariga odamlar kabi ta'sir qila olmaydi, shuning uchun kechikish 60 ms gacha bo'lishi mumkin. Va bu vaqt ichida radio signali taxminan 18 000 kilometr masofani bosib o'tadi. Kosmik transport vositalariga kelsak, bu hodisaning salbiy tomoni - ularni real vaqtda boshqarishning mumkin emasligi. Qolgan yagona narsa - avtonom ishlashga o'tish va bu "Qayg'ulik"ning o'ziga va, ehtimol, kelgusi bir necha o'n kun ichida o'zining 30 kunlik missiyasini boshlashi kerak bo'lgan Ingenuity vertolyotiga ham tegishli. Ya'ni, Mars yuzasidan biz sezilarli kechikish bilan signal olamiz, ammo zamonaviy qurilmalar uni deyarli minimallashtirdi. Ha, bu bizni Yerdan qurilmalarni boshqarish imkoniyatidan mahrum qildi, ammo bunday qurilmalarni yanada kattaroq avtomatlashtirishni rivojlantirishga turtki berdi.
Shuningdek o'qing: 10-yilda topilgan yirik qora tuynuklar haqidagi 2020 ta fakt
Er va Marsda ishlaydigan missiyalar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa qanday
Ishonchim komilki, bu savol shunga o'xshash missiyalarga ergashadigan deyarli har bir kishini qiziqtiradi. Shunday qilib, buning uchun SCaN (Space Communication and Navigation) deb nomlangan yanada kattaroq tuzilmaning bir qismi bo'lgan Deep Space Network (DSN) deb nomlangan radio teleskoplar tarmog'i yaratildi.
Bu markaz koinotdagi kosmik kemalar va astronavtlar bilan aloqa qilish uchun foydalaniladigan Yerdagi barcha uzatuvchi va qabul qiluvchilarni birlashtiradi. DSN NASAning Jet Propulsion Laboratory tomonidan nazorat qilinadi.
Eng kattasi diametri 70 metrgacha boʻlgan radioteleskoplar Ispaniyaning Madrid, Avstraliyaning Kanberra va Qoʻshma Shtatlardagi Moxave choʻlidagi Goldstone yaqinida joylashgan. Yer yuzasining turli nuqtalarida bunday tartibga solish aloqa uzilishlari xavfini minimallashtiradi va signalni qabul qilish va uzatish tezligini oshirish imkonini beradi.
Qizig'i shundaki, Xitoy boshqa tarmoqlardan mustaqil bo'lish uchun o'zining Tyanven-70 bilan aloqa qiladigan 1 m o'lchamdagi radio teleskopini qurgan. Boshqalar qatorida, sayyoraning birinchi suratlari ushbu orbitadan olingan.
Shuningdek o'qing: Marsni mustamlaka qilishimizga nima xalaqit berishi mumkin?
Chiqish va qabul qilingan signal kuchi o'rtasida katta farq bor
Endi ushbu transmitterlarning texnik imkoniyatlariga o'tamiz. Bu erda ham juda ko'p qiziqarli narsalar mavjud. Shunday qilib, biz bilamizki, ushbu antennalarga o'rnatilgan va kosmik ob'ektlarga mo'ljallangan transmitterlar X diapazonida 20 kVt quvvatga ega (chastota 8 dan taxminan 12 gigagertsgacha) 400 kVtgacha (lekin esda tutish kerakki, 100 dan ortiq quvvatdan foydalanish. kVt havo tarkibiga va trafikni boshqarishga qarab sozlashlarni talab qiladi) S-diapazonida (chastotalar 2 dan 4 gigagertsgacha, ya'ni uy Wi-Fi yoki ba'zi mobil tarmoqlarga o'xshash). Taqqoslash uchun, eng kuchli 5G tayanch stansiya transmitterlarining quvvati 120 vattni tashkil qiladi, lekin u odatda ancha past bo'ladi va nurlar kosmik kemalarga uzatilganidan farqli ravishda shakllanadi.
Signalni qabul qilishda DSN tarmog'ining eng katta antennalari 10-18 Vt quvvatga ega nurni ushlay oladi. Bunday quvvat, masalan, Voyager 2 signaliga ega. Zondlarning masofasi va cheklangan energiya resurslarini hisobga olgan holda, Marsdan kelgan signallar ham taxminan shu tartibda bo'ladi.
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) har bir X diapazoni uchun ikkita 100 vattli signal kuchaytirgichga ega, agar asosiylaridan biri ishlamay qolsa, bitta zaxiraga ega. Bundan tashqari, Ka diapazonida (26-40 gigagertsli diapazondagi chastotalar) ishlaydigan eksperimental transmitter mavjud bo'lib, u 35 vattda uzatadi, lekin faqat sinov maqsadlarida.
DSN sahifasi kimga yoki kimdan hozirda ma'lumotlar yuborilayotgan yoki qabul qilinayotganini aniq ko'rsatadi. Boshqa narsalar qatorida, vazifani ko'rsatadigan yorliqni bosgandan so'ng, biz qo'shimcha ma'lumotlarni ko'rishimiz mumkin. Perseverance rover qisqacha M20 deb ataladi va ma'lumotlar asosan MRO dan keladi.
Shuningdek o'qing: Kompyuteringizda bo'sh joy: astronomiya uchun 5 ta eng yaxshi dastur
Kosmosga qanchalik uzoq bo'lsa, signal sekinroq bo'ladi
DSN boshqa zondlar bilan ham aloqa qiladi, lekin ular Yerdan qanchalik uzoqda bo'lsa, ma'lumotlar tezligi shunchalik sekinroq bo'lishini bilasiz. Ko'p narsa ma'lum bir kosmik kemadagi transmitterning kuchiga bog'liq. Yerdan eng uzoqda joylashgan Voyager 1 maʼlumotlarni 160 bit/s tezlikda uzatadi, bu 1950-yillardagi birinchi modemlardan biroz tezroq. Veb-sayt ochish uchun root-nation.com bu matn bilan bunday masofadan turib, siz bir kundan ko'proq kutishingiz kerak bo'ladi.
O‘z navbatida, Yerdan zondga yetib boruvchi signal ancha kuchliroq, ammo Voyager 1 antennasining diametri bor-yo‘g‘i 3,7 metrni tashkil etadi, bu esa, albatta, signalni qabul qilishni 70 metrlik antennaga qaraganda ancha zaiflashtiradi.
Shuningdek o'qing: Parker Solar Probe Veneraning tungi tomonini ko'rsatdi
Marslik zond yoki rover o'z missiyasi davomida qancha ma'lumot uzatadi?
Mars missiyalari odatda ikki asosiy yil va kengaytirilgan missiya davomiyligini oladi va o'n yildan ortiq davom etishi mumkin. Vizual kuzatuvlarni amalga oshiradigan zondlar va asboblar eng ko'p tarmoqli kengligini talab qiladi, chunki fotosuratlar kamida megabayt ma'lumotlardan iborat. Signalda boshqa o'lchovlar, atmosfera parametrlari, magnit maydon, harorat va boshqalarni tavsiflovchi ko'proq raqamli ma'lumotlar bo'lishi mumkin. Shuning uchun, vaqt kosmik zondlar foydasiga to'g'ri. Ular juda tez translyatsiya qilishmaydi, lekin ular buni yillar davomida qat'iyat bilan qilishadi.
2005-yildan buyon Marsni suratga olish bilan shug‘ullanuvchi Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) allaqachon sayyora atrofida 50 000 dan ortiq orbitalar va sayyora yuzasining 90 foizini qamrab olgan 000 99 dan ortiq fotosuratlarni olgan (2017 yil holatiga ko‘ra). Bundan tashqari, u Marsga uchuvchi qurilmalardan eshittirish va tasvirlarni uzatadi. Misol uchun, Curiosity allaqachon millionga yaqin xom fotosuratlarni olgan (ularning hammasi ham biz hayratda qoldiradigan rasmlarga aylanmagan). MRO-dan Yerda to'plangan ma'lumotlar miqdori 0,5 petabaytga yaqinlashmoqda (2021 yil boshidagi taxminiy ma'lumotlar).
Biroq, MRO foto va ma'lumotlarga yo'naltirilgan missiyadir. Taqqoslash uchun, bir necha yillardan buyon Saturn va uning yo‘ldoshlarini o‘rganayotgan Cassini zondi Yerga bor-yo‘g‘i 635 Gb ma’lumotni qaytarib yubordi, ularda 453 000 ta fotosurat bor edi. O'z navbatida, rover Oppo15 yil davomida Mars atrofida sayohat qilgan rtunity 2018 yilga kelib 225 000 dan ortiq fotosuratlarni Yerga qaytarib yubordi (biz u bilan aloqani butunlay yo'qotganimizdan ko'p o'tmay).
Marsga yuborilgan ma'lumotlar miqdori ancha kichik. Bular asosan buyruqlar va ularning bajarilishini tasdiqlash yoki dasturiy ta'minotni tuzatish (eng muhimi) bo'lganligi sababli, ularni uzatish uchun juda kuchli transmitterlar ham talab qilinmaydi.
Shuningdek o'qing: Yer atmosfera kislorodi qachon tugashi maʼlum boʻldi
Zond yoki rover Yer bilan qanday “gaplashadi”?
Biz Marsdan ma'lumotlar Yerda qanday qabul qilinishini allaqachon bilamiz, ammo Qizil sayyoradagi qurilmalardan aloqa qanday boshlanadi? Orbitada bo'lgan zondlar Yer bilan aloqa qilish va katta hajmdagi ma'lumotlarni yuborish uchun qulayroq sharoitlarga ega. Bunday aloqa uchun eng tez-tez eslatib o'tilgan X diapazoni ishlatiladi.Perseverance roveri Curiosity kabi aloqa uchun ushbu diapazonda ishlaydigan ikkita transmitterdan (past va yuqori quvvat) foydalanadi.
Ularning yordami bilan rover mustaqil ravishda uyga "qo'ng'iroq qilishi" mumkin, ammo kuchli transmitterdan ma'lumotlarni uzatish tezligi signalni 800 metrli antenna tomonidan qabul qilinganda maksimal 70 bit / s yoki 160 metrli bo'lganda 34 bit / s ni tashkil qiladi. antenna. Kam quvvatli transmitter faqat oxirgi chora hisoblanadi, chunki u faqat uzatish uchun 10-bitli kanalga va ma'lumotlarni qabul qilish uchun 30-bitli kanalga ega.
Shu sababli, bugungi kunda Curiosity va Perserance roverlari odatda UHF diapazonida Mars orbitasidagi o'zlarining "tayanch stantsiyalari" - ancha kattaroq uzatuvchi antennalarga ega zondlarga ulanadi. Buning uchun MRO, MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN), Mars Odyssey va European Mars Express va TGO (Trace Gas Orbiter) ishlatiladi. Ular MRN (Mars Relay Network) deb nomlangan tarmoqni tashkil qiladi.
Bunday reley tarmog'i yaratilishidan oldin, Viking 1 va 2 kabi kosmik kemalar hamroh orbitalariga tayanishi kerak edi. Yer bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilish uchun 20 Vt transmitterlar va S-diapazoni ishlatilgan, aloqa bugungi roverlarga o'xshash 381 MGts (UHF diapazoni) chastotasida amalga oshirilgan.
Shuningdek o'qing: Crew Dragon yagona emas: yaqin yillarda qaysi kemalar koinotga chiqadi
Mars-Yer aloqasining maksimal tezligi qancha?
Bu erda juda ko'p nuanslar mavjud. Shunday qilib, Perserance dastlab roverning orqa tomonida, radioizotopli termoelektr generator ekrani yonida joylashgan antenna yordamida 400 MGts chastotada orbital zondlarga tasvirlar va boshqa ma'lumotlarni yuboradi. Aloqa liniyasining sirtdan Qizil sayyora orbitasiga qadar o'tkazish qobiliyati 2 Mbit / s gacha. Mars orbitasi bilan bog'lanishning samaradorligi uning Yerdan uzoqligiga bog'liq va bu, siz bilganingizdek, juda katta farq qiladi.
Maksimal ulanish tezligi Mars Yerdan eng uzoqda bo'lganida 500 kbps dan Mars sayyoramizga eng yaqin bo'lganida 3 Mbit / s dan oshadi. Odatda kuniga 34 soat 8 m DSN antennalari ishlatiladi. Biroq, bu uzatish har doim DSN antennalarining ma'lumotlaridan ko'rinadigan maksimal tezlikda bo'lishini anglatmaydi.
Shuningdek, sayyora orbitasida joylashgan zondlarni chetlab o'tib, Yer va Mars yuzasida joylashgan qurilmalar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa o'rnatish imkoniyati mavjud. Ammo bunday ulanishlar faqat favqulodda vaziyatlarda yoki faqat oddiy boshqaruv buyruqlarini yuborish uchun amalga oshirilishi mumkin. Bunday cheklovlar sayyora orbitasidan Marsga signalning o'tkazish qobiliyati Yerdan Mars yuzasiga to'g'ridan-to'g'ri uzatilganidan 3-4 baravar yuqori ekanligi bilan bog'liq. X diapazonida ishlaydigan antennalar Yerda ham, roverda ham bunday aloqa uchun ishlatiladi.
Ammo muloqotda ham uzilishlar mavjud bo'lib, biz ularga bugun ta'sir qila olmaymiz. Ularning sababi Quyoshdir. Quyoshning o'zi uning yonidan o'tadigan zondlardan ma'lumotlarni uzatishga xalaqit berishi mumkin, chunki Qizil sayyora vaqti-vaqti bilan bizdan yashirinadi. Quyosh tizimida hali yaxshi rivojlangan aloqa tarmog‘imiz yo‘qligi sababli, Mars har ikki yilda bir marta quyosh diskidan o‘tib ketishi uchun taxminan 10 kun kerak bo‘ladi. Aynan shu davrda rovers va zondlar bilan aloqa umuman yo'q.
Ba'zan boshqa yo'l yo'q, siz qattiq ishlashingiz va ma'lumotlarni kunlar yoki hatto oylar davomida kutishingiz kerak
Yaxshiyamki, Marsga missiyalar masalasida olimlar hozirgacha bunday muammolarga duch kelishmagan. Agar sizlardan birortangiz 1990-yillardagi Galileo zondini eslasangiz, o'sha paytda yerni boshqarish bilan bog'liq katta muammolar borligini bilasiz. Zondning uzatish antennasi faqat qisman o'rnatilgan edi, shuning uchun u 134 kbit / s mo'ljallangan tarmoqli kengligiga erisha olmadi. Zond bilan aloqani yo'qotmaslik uchun olimlar ma'lumotlarni siqishning yangi usullarini ishlab chiqishlari kerak edi. Ular ikkinchi past daromadli antennaning ish faoliyatini 8-16 bps (ha, sekundiga bit) dan 160 bit / s gacha, keyin esa taxminan 1 kbit / s ga oshirishga muvaffaq bo'lishdi. Bu hali juda oz edi, lekin bu missiyani saqlab qolish uchun etarli bo'lib chiqdi.
Boshqa tomondan, juda uzoq kosmik kemalar juda kuchli uzatuvchi antennalar va quvvat manbalari bilan jihozlangan bo'lishi kerak, chunki uzatish uzoq vaqt talab etadi. Uzatuvchi antennasi 12 Vt quvvatga ega bo'lgan New Horizons zondidan Pluton yaqinida uchib o'tgandan so'ng, olimlar uzatilgan ma'lumotlarning to'liq to'plamini bir necha oy kutishdi.
Bu muammoni hal qilish mumkinmi? Ha, bu mumkin, lekin buning uchun biz butun quyosh tizimida aloqa tarmoqlarini qurishimiz kerak, ammo bu juda ko'p vaqtni va, albatta, katta moliyaviy infuziyalarni talab qiladi.
Keyinchalik nimani kutishimiz mumkin?
Ishonchim komilki, bizni Mars yuzasidan va undan tashqarida juda ko'p qiziqarli ma'lumotlar kutmoqda. Insoniyat Yerdan chiqib, uzoq sayyoralar va boshqa quyosh tizimlarini o'rganishga intiladi. Ehtimol, bir necha o'n yilliklar ichida mening ushbu maqolam Marsdagi yoki Alpha Centauridagi biron bir joyda maktab o'quvchilarini tabassum qiladi. Balki o'shanda insoniyat biz Kiyevdan Nyu-Yorkka bo'lganimiz kabi oson va sodda tarzda boshqa sayyoralarga uchib ketar. Men bir narsaga ishonchim komil, insoniyatning koinotni o‘rganishga bo‘lgan intilishini to‘xtatib bo‘lmaydi!
Shuningdek, qiziqarli:
