Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Представления о политическом устройстве древних майя долгое время сводились к образу всемогущего обожествленного царя. Однако новые находки археологов в джунглях Гватемалы показали, что на смену абсолютной монархии там пришла куда более открытая форма власти — с советами, открытыми заседаниями и коллективной ответственностью.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Международная команда палеонтологов развенчала статус окаменелости Pohlsepia mazonensis, которая с 2000 года считалась древнейшим осьминогом на земле. Сканирование выявило внутри породы скрытый зубчатый аппарат (радулу). Его строение показывает, что перед учеными не осьминог, а окаменевшие остатки сгнившего наутилуса. Это открытие сдвигает появление первых осьминогов на 150 миллионов лет вперед и заставляет пересмотреть молекулярные часы эволюции головоногих.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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