Космическая радиосвязь

Космическая радиосвязь — радиосвязь, осуществляемая с помощью космических объектов (космических радиостанций или пассивных ретрансляторов), которые находятся за пределами земной атмосферы. Одним из видов космической связи является спутниковая связь. Впервые космическая связь с человеком была осуществлена 12 апреля 1961 года с первым космонавтом Ю.А. Гагариным во время его полета вокруг Земли. Возможны следующие варианты космической радиосвязи:

1.Космический объект – Земля 2.Земля – космический объект 3.Космический объект – космический объект

Для ведения космической связи наиболее оптимален диапазон радиоволн от 1,5 до 30 сантиметров. Так как за пределами этого диапазона радиосигнал довольно сильно ослабляется при прохождении земной атмосферы, а в некоторых случаях, может даже отразиться от неё. На более коротких волнах потери энергии сигнала при прохождении тропосферы растут за счет поглощения молекулами воды, кислорода и другими её составляющими. На более длинных волнах (низких частотах) прохождение сигнала ослабляется ионосферой, которая для волн длиннее нескольких десятков метров становится непреодолимой, поскольку затухание изменяется обратно пропорционально квадрату частоты. Это означает, что при удвоении частоты уровень затухания уменьшается в четыре раза.

На сегодняшний день самым удаленным космическим объектом, запущенным с нашей планеты 5 сентября 1977 года является «Вояджер-1» — автоматический зонд, исследующий Солнечную систему и её окрестности. В марте 2017 года «Вояджер-1» находился на расстоянии около 138 а.е. от Солнца — расстояние, которое радиосигнал преодолевает примерно за 19 часов. На Землю информация передается параболической антенной диаметром 3,65 метра, которая для передачи радиосигнала должна быть точно сориентирована на Землю. Для этой цели используются два радиопередатчика мощностью 23 ватта, работающих на частотах 2295 и 8418 МГц. На Земле эти сигналы принимаются с помощью антенн дальней космической связи НАСА диаметром 34 м. Скорость передачи информации аппаратом составляет всего 160 бит/c.

Космическая радиосвязь зависит от множества факторов: расстояния до объекта в космосе, мощности радиопередатчика, частоты передаваемого сигнала, вращения Земли, задержек, помех, шумов, поглощения сигнала в атмосфере, от скорости движения космического аппарата, размеров принимающей и передающей антенны. При увеличении размера приемной антенны можно собрать больше энергии электромагнитной волны и поймать сигнал более слабого передатчика, что довольно важно, если сигнал является слабым или искаженным. Размер антенны важен и еще по одной важной причине: чем он больше, тем меньше расходится в пространстве пучок радиоволн. Например, трехметровая параболическая антенна позволяет получить пучок радиоволн сантиметрового диапазона размером около одного углового градуса, что повышает мощность этого пучка в несколько тысяч раз. Вследствие этого необходимо точно нацеливать антенну на принимающий объект. Так как при отказе системы ориентации, связь с аппаратом может прерваться, что может привести к крушению космического аппарата.

Еще одним важным направлением в области космической радиосвязи в последние годы является работа специалистов NASA над внедрением в космических аппаратах единого протокола передачи данных, который позволит разнотипным космическим аппаратам свободно обмениваться между собой информацией. Наличие на орбите нескольких коммуникационных аппаратов позволит непрерывно поддерживать быструю связь с Землей, так как сейчас она ограничена лишь теми периодами, когда спутник-ретранслятор виден над горизонтом. Однако главной проблемой космического интернета являются задержки с доставкой информационных пакетов. Для обеспечения такой связи должна использоваться геостационарная орбита, расположенная на расстоянии около 35000 км от Земли, так как на этой орбите спутник неподвижен относительно поверхности Земли. В результате, сориентированная на спутник и неподвижно закреплённая направленная антенна может сохранять постоянную связь с этим спутником длительное время. Вследствие этого для выхода в интернет время, затрачиваемое для передачи сигнала спутнику и время необходимое на обратный ответ, составляет около четверти секунды, что является довольно затратной операцией для обеспечения быстрой передачи данных.

Добавить комментарий