Сколько идет сигнал с других планет Солнечной системы?
Космические корабли уже давно летают к далеким планетам Солнечной системы, а парочке Вояджеров даже удалось выбраться в гелиопаузу. Откуда мы знаем об их локации? Дело в том, что в ответ поступают снимки и информация с помощью радиоволн.
На самом деле, это сложная система связи. Важно понимать, что из-за удаленности объектов сигналы всегда поступают с задержкой. По всей Земле расположены огромные радиоантенны системы DSN, которые принимают сигналы от аппаратов НАСА. Расположение в разных частях света важно, потому что при вращении планеты космические корабли всегда остаются в поле видимости.
Современные аппараты, отправляющиеся на большие дистанции, пытаются создавать максимально автономными. Например, корабль Новые Горизонты в начале 2019 года пролетел мимо 2014 MU69, отдаленного от Солнца на 43.4 а.е.! Это огромнейшая дистанция, поэтому подобные механизмы следуют специальным приказам, которые учитывают все возможные критические ситуации.
Задержка связи важна особенно при рассмотрении будущих человеческих полетов. Мы можем отправиться на Марс и должны понимать, что говорить придется с задержкой, что в критической ситуации выглядит особенно опасно. Давайте посмотрим, как долго сигнал добирается в одну сторону от Земли к планетам Солнечной системы.
Меркурий
Первая планета от Солнца удалена от нас на 82-217 млн. км (важно учитывать также изменение позиции на орбитальном пути). Поэтому сигнал в одну сторону движется 5-12 минут.
Венера
Это вторая планета от Солнца и одна из ближайших к нам. Дистанция между мирами достигает 38-261 млн. км (орбитальный путь приближен к круговому), а длительность сигнала занимает 3-14 минут.
Марс особенно интересен человечеству, так как готовится стать полноценной колонией. Планета отдалена от нас на 56-401 млн. км, поэтому сигнал будет достигать мира через 4-20 минут. Согласитесь, это не очень удобно для диалога между астронавтами и пунктом приема, но придется как-то вертеться.
Юпитер
Крупнейшая планета Солнечной системы расположена в 588-967 млн. км. При этом ждать обратного ответа придется 35-52 минут.
Сатурн
Самая роскошная кольцевая планета отдалена от Земли на 1195-1660 млн. км, из-за чего сигнал движется в одну сторону за 71-88 минут. Важно отметить, что человечество вряд ли отправится к самим газовым гигантам. Однако нам интересны их спутники, поэтому с задержкой связи придется считаться.
Знаменитая «планета на боку» («Планета на боку. Что случилось с Ураном в прошлом») расположена в 2.6-3.15 млрд. км от нас. Поэтому сигнал достигает этого удаленного мира за 152-168 минут.
Нептун
Это последняя официальная планета в списке, удаленная на 4.3-4.6 млрд. км, а скорость сигнала достигает 242-258 минут.
Постскриптум
То есть, если вы выберетесь за пределы Сатурна, то ответного сигнала от землян придется ждать более двух часов. А теперь представим ситуацию с межзвездными путешествиями. Ученым придется придумать, как можно настроиться на относительно быстрый контакт.
Хотя, может, если мы научимся летать к соседним звездам, то и со связью придумаем что-то более продвинутое? Что думаете?
Источник
Как стала возможна прямая трансляция с Луны, когда интернета ещё даже не было
20 июля 1969 года «Аполлон-11» совершил посадку на Луну. 600 миллионов человек по всему миру наблюдали, как Нил Армстронг делал первые шаги человечества на поверхность Луны. Этот момент захватил волнение целого поколения и выполнил цель президента Кеннеди: высадить человека на Луну к концу десятилетия.
Но как НАСА осуществило прямую трансляцию с Луны на Землю?
В начале 60-х НАСА начало работу над ракетой и космическим кораблем, которые в конечном итоге доставить людей на Луну. В то время Америка отправила в космос лишь горстку астронавтов, и ни один человек никогда не покидал орбиту Земли.
План по отправке людей на Луну был встречен с большим скептицизмом.
НАСА знало, что живое видео астронавтов, идущих по Луне, будет иметь решающее значение для достоверности миссии. НАСА заключило контракт с электронной компанией Westinghouse на разработку и производство небольшой черно-белой камеры, которая сможет запечатлеть первые шаги человека по поверхности Луны.
Эта камера должна будет работать от источника питания мощностью всего 7 Вт и сможет выжить в сильнейшей радиации и экстремальных температурах.
Что наиболее важно, лунный модуль должен иметь возможность отправлять прямую видеотрансляцию прямо на Землю вместе с другими радио и телеметрическими данными.
НАСА поняло, что миссии Аполлона потребуют совершенно новой системы связи чтобы отправлять данные с Луны и обратно.
Они разработали систему под названием «Единый S-диапазон», которая могла отправлять: телеметрию, команду, голосовые и телевизионные данные, использующие разные частоты, но объединенные в одну антенну.
Однако даже в этой новой системе пропускной способности не хватало для стандартной 525-строчной видеокамеры.
Чтобы видеопоток соответствовал нисходящему каналу, Westinghouse разработал камеру медленного сканирования, которая передавала всего 325 строк развертки со скоростью всего 10 кадров в секунду (для хорошей картинки нужно минимум 24 кадра).
Эта камера будет подключена к лунному модулю через электрический кабель, позволяя перемещать его по месту посадки. Видеосигнал будет передаваться от антенны лунного модуля обратно на трекер станции в Австралии, где НАСА преобразовало бы изображение в стандартный сигнал вещания. Затем этот сигнал будет передан на спутник связи и обратно на Центр управления полетами в Хьюстоне, где они будут транслировать его остальному миру.
Однако проблемы съемок на Луне на этом не закончились. Невероятно высокий контраст между поверхностью Луны и тьмой космоса не позволят делать чёткое изображение.
Чтобы решить эту проблему, Westinghouse использовала секретную технологию, которую они разрабатывали специально для Министерства обороны. Они разработали специальную трубку для съемки при слабом освещении, которая использовалась для наблюдения за джунглями во время войны во Вьетнаме.
Это позволяет захватывать движущиеся объекты при низкой освещенности без полного размытия изображения.
По мере приближения первых пилотируемых миссий Аполлона камера была готова и для Аполлона 9, где он пройдет первое и единственное испытание. Камера была размещена на лунном модуле, и миссия успешно проверила камеру вместе с системой связи.
Следующая задача камеры — запечатлеть первый шаг человека на Луну.
20 июля 1969 года «Аполлон-11» приземлился на Луне. С камерой, расположенной сбоку от лунного модуля, направленной на лестницы, Базз Олдрин ударил выключатель изнутри кабины, чтобы включить камеру.
В начале трансляции кадры оказались перевернутыми. Видеооператоры в Австралии, которые обрабатывали сигнал, быстро перевернули изображение, чтобы исправить это и как раз вовремя, потому что Нейл уже спускался на Луну.
На изображении был большой контраст и много деталей было потеряно в процессе преобразования, но кадры явно запечатлели один из самых исторических моментов в истории.
Камера отлично выполняла свою работу на протяжении всей миссии и остается на Луне по сей день.
В будущих миссиях Аполлона использовалась более совершенная версия камеры, которая снимала в цвете и имел лучшие характеристики при слабом освещении.
Камеры Аполлона 15, 16 и 17 также были размещены на луноходе.
Покидая Луну, астронавты припарковали марсоход на некотором расстоянии и оператор камеры, вернувшийся в центр управления полетом, дал команду камере наклониться вверх, вслед за астронавтами, покидающими поверхность Луны.
Если Вам понравилась данная статья, то поделитесь ей в социальных сетях, поставьте мне нравится или подпишитесь на канал!
Источник
Анализ системы радиосвязи Земля-Луна при полете «Аполлона-11»
В работе проведён анализ организации системы радиосвязи между Центром управления полётами в Хьюстоне и лунным орбитальным модулем космического аппарата «Аполлон 11» при закрытии его Луной. Показано наличие аномалий в сеансах связи, требующих объяснений.
Внимание!
Статья, судя по всему, содержит ошибки сводящие ее выводы на нет.
см. таблицу в «комментарии автора».
УДК 621.396.946.2; ГРНТИ 49.43.31
АНАЛИЗ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ ЗЕМЛЯ-ЛУНА ПРИ ПОЛЁТЕ «АПОЛЛОНА-11»
И. Васильев
Специальное конструкторско-технологическое бюро «Гранит»,
Республика Казахстан, Алматы, iv@granit.kz
Аннотация. В работе проведён анализ организации системы радиосвязи между Центром управления полётами в Хьюстоне и лунным орбитальным модулем космического аппарата «Аполлон 11» при закрытии его Луной. Показано наличие аномалий в сеансах связи, требующих объяснений.
Ключевые слова: космическая радиосвязь, Апполон 11, аномалия
ANALYSIS OF THE RADIO COMMUNICATION SYSTEM THE EARTH — MOONDURING THE “APOLLO — 11” FLIGHT
I. Vassilyev
JSC Special Design and technology Bureau “Granite ”,
Abstract. This paper deals with the analysis of organization of radio communication system between Mission Control Center in Houston and the lunar orbital module of the space vehicle «Apollo — 11» at closing of the module by the moon. It is shown the presence of anomalies in the communication sessions demanding explanations.
Keywords: space radio communication, Appolo — 11, anomaly
21 июля 1969 года произошло важное событие для всего человечества. Первый человек ступил на поверхность Луны. Этим человеком стал американский астронавт Нил Армстронг, командир космического корабля «Аполлон 11». Почти сутки спускаемый лунный модуль пробыл на поверхности Луны. С лунным и с орбитальным модулями велись сеансы радиосвязи, шла прямая телевизионная трансляция с поверхности земного спутника.
В процессе этого полёта была испытана уникальная система радиосвязи. Её уникальность заключалась в том, что радиосвязь необходимо было поддерживать не с одним объектом, как это было, например с советским аппаратом «Луна-3», ещё в октябре 1959 года передавшим снимки обратной стороны Луны, а с двумя одновременно. Лунный посадочный модуль и лунный орбитальный модуль двигались друг относительно друга и обеспечить одновременную и устойчивую связь с ними было не просто. Подобную задачу решать российским специалистам пока не приходилось, поэтому анализ опыта использования систем связи при полётах к Луне кораблей серии «Аполлон», представляется актуальным.
Подробное описание построения системы радиосвязи, реализованной в программе «Аполлон» для полётов на Луну приведено в документе НАСА [1]. В более популярной форме описание системы связи приводилось в журналах [2, 3]. Описание построения и развития телевизионной системы приведено в документе [4]. В соответствие с этими документами для связи с космическим кораблём, направляющимся к Луне необходимы были очень большие антенны, имеющие большое усиление. После удаления космических кораблей от Земли на расстояние более 18000 километров, связь ними обеспечивалась антенными «тарелками» диаметром 46 метров, установленных вблизи Мадрида (Испания), в Голдстоуне (Калифорния) и Канберре (Австралия).
Рис. 1. 64-хметровая антенна DSS-14 (Голдстоун)
При таком расположении, хотя бы у одной из антенн, в поле обзора всегда должна быть Луна. Следила за полётом, по официальным данным, и советская станция, находящаяся под Симферополем, более известная как «Наземный измерительный пункт №10 (НИП-10)», предназначенный для обеспечения связи с космическими аппаратами, посылаемыми на другие планеты, на свою антенну диаметром 32 метра. При этом, участник этих событий Молотов, описавший их в своей статье [5], сетовал на то, что уровня сигнала не хватало, так как у 32-хметровой антенны коэффициент усиления в 4 раза меньше, чем у 64-тиметровой.
Рис. 2. Изображение Земли, принятое по телевизионному каналу с одного из «Аполлонов» [5]
Другой отмечаемой им трудностью была необходимость отслеживания положения космического корабля над Луной, так как антенна, из-за узкого своего луча, могла охватить лишь половину диска Луны. Но луч 64-тиметровой антенны должен быть ещё уже! Значит радиосвязь между Землёй и обоими космическими аппаратами (лунным и орбитальным) после их разделения одновременно могла осуществляться лишь в ограниченные промежутки времени.
Информация между Землёй и космическим кораблём (и обратно) передавалась на частотах около 2000 МГ ц в групповом канале (как на радиорелейных или спутниковых станциях) с последующим разделением на голосовые, телевизионные и цифровые сигналы. При этом с Земли передавались сигналы на одной частоте, а на Землю — на двух, так как спускаемый аппарат должен был отделиться от основного, остававшегося на орбите Луны. Эта система связи называлась «Apollo Unified S-band System». Между окололунным кораблём и спускаемым аппаратом связь осуществлялась на частотах около 260 МГ ц. Все эти радиоволны являются ультракороткими и радиосвязь возможна только при прямой видимости между антеннами радиостанций.
При рабочей частоте системы связи 2000 МГц длина радиоволны составляет 15 сантиметров. А это легко позволяет посчитать ширину луча антенны и зону её охвата на орбите Луны. Ширина луча в радианах равна отношению длины волны к диаметру антенны. Разделив 0,15 метров на 64 метра — получим 0,0033 радиана, или 0,13 градуса, или 7,9 угловых секунд. Приняв расстояние до Луны равным 380 тысяч километров, диаметр зоны, в которую должен попасть космический корабль для обеспечения устойчивой связи с ним будет 0,0023*380000 км = 874 километра. Так как диаметр Луны 3476 км (средний угловой диаметр около 31 угловой секунды), то связь одновременная с обоими кораблями становится невозможной при разнице в их угловых координатах более 8 секунд. На практике же эта цифра должна быть вдвое меньше, ведь при наведении на один из кораблей антенны она направлена на него центром своего луча, значит нужно брать не диаметр, а только радиус зоны охвата земной антенны.
Попробуем оценить, сколько времени должен находиться орбитальный командный отсек в зоне видимости с Земли. Пока без учёта ограничений земных антенн. Нам известно, что он был на орбите близкой к круговой на высоте около 100 километров над поверхностью Луны. Орбита лежала практически в плоскости лунного экватора, чтобы за сутки, проведённые на поверхности луны, спускаемый модуль, при своём старте, не слишком далеко отклонился от неё. Значит, скорость корабля должна быть близка к первой космической скорости. А это задачка из школьного учебника. Радиус Луны 1700 км, её масса 7*10 22 кг. Зная гравитационную постоянную, получаем
Так как орбита аппарата была на 100 км выше поверхности Луны, за один оборот он должен пролетать 2*Pi*(1700+100) км = 11304 км. На это необходимо время (период обращения) 11304/1,7 = 6649 сек = 110,8 мин = 1 час 50 мин 48 сек. Реально должно быть немного больше, так как орбита была не совсем круговая.
А что говорит расшифровка переговоров, в которой указаны времена начала каждого витка? Обратимся к документу «APOLLO 11 — AIR-TO-GROUND VOICE
TRANSCRIPTION (Аполлон 11 — расшифровка переговоров воздух-Земля)» [6]. Для примера возьмём несколько витков пятого дня полётов:
Источник