Марсианскую пыль посчитали главным препятствием для лазерной связи c красной планетой
Атмосферная пыль на Марсе значительно затрудняет использование лазерной связи между поверхностью и орбитой. Моделирование показало, что проходимость сигнала напрямую зависит от региона планеты, времени года и текущей концентрации пыли в атмосфере.
Одна из особых трудностей будущих марсианских миссий, особенно пилотируемых — это организация быстрой и стабильной связи с Землей. Сигналу требуется от четырех до 24 минут, чтобы дойти от нашей планеты до Марса или обратно, а пропускная способность существующих радиоканалов ограничена. Сейчас для связи используют сеть дальней космической связи NASA Deep Space Network. Однако в будущем планируют применять передовые лазерные системы, способные передавать данные значительно быстрее.
Главное препятствие для оптических лазерных сигналов — это марсианская пыль. Марс покрыт тонким слоем мелкодисперсной пыли, которую ветер легко поднимает в воздух, создавая пылевые бури. Иногда эти бури разрастаются до планетарных масштабов, охватывая всю планету на недели или даже месяцы.
В такие периоды солнечный свет почти не достигает поверхности, а видимость падает практически до нуля. Частицы пыли, намного тоньше человеческого волоса, могут подниматься на высоту до 60 километров. Любая система связи должна стабильно работать в таких сложных условиях, поэтому нужно тщательно оценить влияние пыли на оптические сигналы.
Команда ученых из Нидерландской организации прикладных научных исследований оценила, как атмосферная пыль Марса влияет на оптическую связь между поверхностью и спутниками на орбите. Результаты их работы опубликованы на сайте препринтов arXiv.
Исследователи использовали климатические данные из базы Mars Climate Database (MCD), чтобы составить карты ослабления света пылью в атмосфере при стандартных условиях и при повышенной запыленности («теплый» сценарий). База MCD содержит информацию о марсианской атмосфере, основанную на данных наблюдений за более чем десять марсианских лет с различных орбитальных аппаратов и роверов.
В своей работе ученые рассчитали, как частицы пыли влияют на лазерный сигнал с длиной волны 1,55 микрометра. Они проанализировали так называемую оптическую толщину пыли — меру того, насколько сильно пыль блокирует свет.
Данные MCD предоставляют оптическую толщину для вертикального столба атмосферы на длине волны 0,67 микрометра. Исследователи сопоставили эти значения с длиной волны 1,55 микрометра и установили, что оптическая толщина будет примерно в 1,1 раза выше. Затем они разработали модель для расчета оптической толщины вдоль наклонных траекторий — под разными углами к поверхности, так как спутник не всегда находится точно над наземной станцией.
Исследователи рассчитали энергетический бюджет канала связи — соотношение мощности передаваемого и принимаемого сигнала с учетом всех потерь — для гипотетической системы. Параметры системы включали мощность передатчика 200 милливатт, расходимость луча 380 микрорадиан и диаметр приемной антенны 800 миллиметров, аналогично параметрам наземной оптической станции TNO.
Команда определила максимально допустимый угол наклона трассы связи (угол между зенитом и направлением на спутник), при котором запас по мощности сигнала остается выше порогового значения в три децибела. Расчеты проводили для всей поверхности Марса и для разных месяцев, охватывающих как относительно чистые сезоны, так и периоды повышенной запыленности.
Рассматривали два сценария запыленности из MCD: стандартный год без глобальных бурь и «теплый» сценарий, когда повышенная запыленность соответствует максимуму наблюдений, увеличенному на 50%. Сценарий глобальной пылевой бури не рассматривали, так как при нем оптическая толщина настолько велика, что связь почти везде невозможна.
Результаты моделирования показали сильную зависимость возможности лазерной связи от концентрации пыли и местоположения наземной станции. В сценарии «климатология» связь возможна практически по всей планете, хотя максимальный угол наклона трассы меняется. В «теплом» сценарии, особенно в зимние месяцы в северных равнинных областях и круглогодично в обширной низине Равнина Эллады, концентрация пыли может стать настолько высокой, что связь невозможна даже при нахождении спутника прямо над станцией.
Напротив, полярные регионы и возвышенности, такие как плато Фарсида, остаются относительно чистыми, позволяя поддерживать связь под большими углами наклона. Анализ конкретных мест посадки показал, что на площадке аппарата Phoenix (высокие северные широты) связь возможна почти круглый год даже в «теплом» сценарии, тогда как на площадке марсохода Curiosity (около экватора) и особенно на Равнине Эллады часто возникают проблемы с закрытием канала связи из-за пыли, особенно в «теплом» сценарии. Например, на Равнине Эллады связь невозможна 260 из 360 марсианских дней в году при «теплом» сценарии.
Исследование подтверждает, что хотя лазерная связь перспективна для Марса, она сильно зависит от погодных условий и географического положения. Выбор места для наземной станции критически важен: высокогорные или полярные регионы предпочтительнее равнин, где скапливается пыль. Даже в относительно чистых районах связь может прерваться во время глобальной пылевой бури.
Для обеспечения надежного и непрерывного контакта с Землей, особенно для будущих пилотируемых миссий, необходимо разрабатывать гибридные системы связи, которые будут сочетать лазерные и радиочастотные каналы, и продумывать архитектуру сети, возможно, с использованием ретрансляторов на большой высоте или на орбите.
Telegram 
Дзен 
VK Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
В конце прошлого века в одной из французских пещер ученые обнаружили кольцевые конструкции, сложенные из сотен сталагмитов. Рядом — следы огня. Теперь в этом же месте исследователи нашли углубление в глине, которое могло остаться от колена строителя-неандертальца. Если эта гипотеза подтвердится, находка станет первым известным отпечатком колена неандертальца и, возможно, поможет получить прямые биологические следы древних строителей этих загадочных сооружений.
Древнейший и крупнейший лунный кратер Южный полюс-Эйткен образовался от столкновения спутника с огромным 260-километровым астероидом. Моделирование этого события, произошедшего более 4 миллиардов лет назад, показывает, что осколки лунной мантии, разлетевшиеся в момент удара, осели вблизи южного полюса Луны — в местах посадки миссии NASA «Артемида-IV». Эти данные могут помочь в планировании предстоящей высадке на Луну, которая запланирована на 2028 год.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии