УДК 629.783

Связь с обратной стороной луны. Эффективность и перспективы развития ретрансляторов

Ячков Иван Викторович – инженер по испытаниям 1 категории Научно-производственного объединения им. Семёна Алексеевича Лавочкина в г. Химки

Егоров Артём Юрьевич – инженер по испытаниям 2 категории Научно-производственного объединения им. Семёна Алексеевича Лавочкина в г. Химки

Сапаров Ильнар Ильнурович – инженер по испытаниям Научно-производственного объединения им. Семёна Алексеевича Лавочкина в г. Химки

Хлебников Михаил Дмитриевич – инженер по испытаниям Научно-производственного объединения им. Семёна Алексеевича Лавочкина в г. Химки

Аннотация: Статья рассматривает виды и способы обеспечения связи между КА и приемными станциями на земле. Надежность использования и перспективы развития, так называемых, спутников ретрансляторов, обеспечивающих непрерывную радиосвязь между источником радиосигнала и приемником. Рассмотрим цели использования таких спутников, эффективность их использования на орбитах земли и других планет. Так же обозначим проблемы таких систем, возникающих при эксплуатации.

Ключевые слова: приемно-передающие устройства, космические аппараты, радиокомплекс, ретрансляционный спутник, космические системы.

Еще с школьных курсов нам известно, что распространение радиосигнала обусловлено электромагнитной волной. Благодаря им, можно передавать и принимать информацию на дальние расстояния не только на земной поверхности, но и в космическом пространстве. Такие сигналы движутся с гигантской скоростью – скоростью света или 299 792 458 м/с. На земле задержки в передаче почти не ощущаются, а вот по мере удаления приемно-передающего устройства от источника сигнала могут быть задержаны. Ответ с Луны будет идти 1 мин 27 секунд, с Марса – уже 12,5 минут. Кроме того, у радиосигнала как у других видов сигнала есть потери, называемые ослаблением или затуханием. Сегодня самый удаленный космический объект, с которым поддерживается радиоконтакт – это американская автоматическая межпланетная станция «Вояджер-1», запущенная 5 сентября 1977 года с мыса Канаверал. На данный момент спутник находится на расстоянии в 161.2 а. е. от Земли. Это примерно 24 миллиарда километров. Радиосигнал с такого расстояния достигнет наземных станций за 22 часа [1].

Существует множество факторов от которого зависит качество приема радиопередач. Это не только характеристики, связанные с мощностью радиостанций и чувствительностью их приемников. Это и время суток, и погодные условия, и состояние верхних слоев атмосферы. Кроме того, это различные искусственные помехи. И конечно же, расстояние до станции – источника радиосигналов [2].

Стоит так же отметить, что не всегда и везде есть доступ к передаче радиосигнала. Например, из-за того, что обратная сторона Луны никогда не бывает обращена к Земле, прямая связь с инструментами миссии невозможна. В таких случаях целесообразно отправлять телеметрию или же другую научную информацию через ретрансляционный спутник, который будет пролетать над Луной или вовсе, работать на ее орбите.

Такие виды связи очень важны для обеспечения непрерывного радиосигнала между посадочными автоматическими спутниковыми аппаратами, нацеленных для исследования южного полушария Луны или других научных станций, которые в перспективе будут оснащены на этой территории. К примеру, во Вселенной есть неизведанные регионы – и есть неизведанные интервалы времени. Огромный промежуток времени в истории Вселенной, который мы никогда не видели: "Темные века Вселенной", период до появления звезд. Чтобы проникнуть в этот период, ученые хотят поймать радиосигналы, которые невозможно зафиксировать с Земли. Первый шаг к их прослушиванию – исследовательский проект LuSEE-Night. Эксперимент отправится на Луну в 2025 году, чтобы проверить технологию в лунных условиях. Южная сторона Луны – это нетронутая среда с крайне низким уровнем помех для обнаружения сигналов из темных веков космоса, и LuSEE-Night – это миссия, которая покажет, можно ли вести такие наблюдения из места, где мы никогда не были, и в частотном диапазоне, который мы никогда не могли записать раньше [3]. Сигналы из темных веков космоса не могут быть зарегистрированы на Земле, потому что внешние стены Земли поглощают, преломляют и отражают радиосигналы, прежде чем они достигнут приборов на Земле. Даже если бы это было возможно, радиосигналы были бы заглушены шумом нашего электронного оборудования.

image001

Рисунок 1. Схема передачи информации с южного полюса Луны.

Луна выступает в качестве щита, блокируя радиоволны от Земли. И, собирая данные в течение двухнедельной лунной ночи, эксперимент может ограничить радиоволны, исходящие от Солнца. Схема передачи сигнала с южной стороны Луны показана на рисунке 1.

Необходимость использования дополнительных приборов и спутников предназначенных для ретрансляции радиосигналов, обуславливается дополнительными затратами. Кроме этого, в процессе их использования, можно столкнуться с рядом проблем, включая:

  1. Периодический отказ оборудования: Космические условия, такие как радиационные воздействия, экстремальные температуры и вакуум, могут привести к отказу ретрансляторов. Это может привести к перебоям в связи и потери данных.
  2. Затухание сигнала: Излучение сигнала с ретранслятора ослабляется в процессе передачи через космическую среду. Это может потребовать усиления сигнала или установки дополнительных ретрансляторов для поддержания качественной связи.
  3. Расход энергии: Ретрансляторы нуждаются в электрической энергии для своей работы, которая может быть ограничена в космическом пространстве. Необходимо планировать и управлять использованием энергии, чтобы обеспечить нормальную работу ретрансляторов.
  4. Управление и обслуживание: Операции управления и обслуживания ретрансляторов может быть сложным заданием в космической среде. Необходимо осуществлять удаленное управление и мониторинг системы, а также разработать эффективные стратегии обслуживания для предотвращения и решения проблем.
  5. Координация со спутниковыми системами: Ретрансляторы в космосе могут быть частью спутниковой системы, которая требует слаженной координации с другими компонентами системы. Необходимо разработать эффективные протоколы и алгоритмы для обеспечения согласованной работы всей системы [4].

Эти и другие проблемы требуют тщательного проектирования, разработки и тестирования ретрансляторов в космической среде, чтобы обеспечить их надежное и эффективное функционирование.  Проблемы с ретрансляторами в космосе являются сложными и требуют комплексного подхода. Вот несколько возможных решений, которые могут помочь справиться с такими проблемами:

  1. Разработка более надежных и устойчивых ретрансляторов. Это может включать в себя использование более надежного материала для корпуса ретранслятора, разработку специальной защиты от воздействия космических условий (как солнечного излучения, космической радиации и других электромагнитных помех), а также улучшение систем охлаждения и энергопотребления.
  2. Расположение ретрансляторов в оптимальных местах на орбите. Это может включать выбор места с минимальным воздействием космических условий, а также оптимальное размещение относительно других космических объектов, чтобы уменьшить возможность столкновения или влияния гравитационных сил.
  3. Создание более эффективных систем обслуживания ретрансляторов. Это может включать разработку автоматических систем мониторинга и диагностики, а также возможность воздействия на ретрансляторы издалека, чтобы производить техническое обслуживание или ремонт.
  4. Внедрение систем резервирования. Это может включать использование нескольких ретрансляторов для обеспечения резервирования, чтобы, в случае выхода из строя одного ретранслятора, другие могли взять на себя функции передачи данных.
  5. Улучшение системы связи и передачи данных между ретрансляторами и земными станциями. Это может включать использование более мощных передатчиков и приемников, а также разработку оптимальных протоколов передачи данных, чтобы обеспечить более надежную и стабильную связь.
  6. Создание системы постоянного мониторинга и анализа данных о состоянии ретрансляторов. Это может включать использование датчиков и систем мониторинга состояния, чтобы получать информацию о работе ретрансляторов в реальном времени и принимать меры предотвращения возможных проблем
  7. Улучшение процесса разработки и тестирования ретрансляторов. Это может включать проведение более тщательного анализа требований, разработку более надежных методов тестирования и верификации, а также проведение более длительных испытаний перед запуском ретрансляторов в космос [5].

Конечно, решение проблем с ретрансляторами в космосе является сложным процессом, который требует совместных усилий от инженеров, ученых и других специалистов в области космической технологии.

Экономическом плане можно рассмотреть возможность внедрения дополнительных средств полезной информации (целевой аппаратуры), которая будет направлена для дополнительного изучения космического пространства. Будучи отдельным спутником, выполнение множество задач будет большим плюсом для развития космической деятельности.

Список литературы

  1. Николаев А.Ю. Расчет надежности работы атмосферной оптической линии связи. Информост - Средства связи, 2001, № 4 (17), с. 26-27.
  2. Машины и механизмы. — Санкт-Петербург : Фонд научных исследований "ХХI" век — 2023 — 118 с. — URL: https://lib.rucont.ru/efd/827010 (дата обращения: 28.11.2023)
  3. Слушаю радио на обратной стороне Луны/ Лорен Бирон/ Национальная лаборатория Лоуренса Беркли [Электронный ресурс] URL: https://phys.org/news/2023-09-radio-side-moon.html - (дата обращения: 26.09.2023)
  4. Внешние воздействующие факторы космического пространства/ Инфопедия [Электронный ресурс] URL: https://infopedia.su/17x65e.html.
  5. Экономика и организация производства Э.А. Афитов [и др.]. – Минск: БГУИР, 2007.

Интересная статья? Поделись ей с другими: