Связь с космическими объектами — это очень сложный и долгий процесс, в которой вмешиваются сторонние силы. Но если с тем, что находится в прямой видимости связь поддерживать, сравнительно, просто, то как быть с приборами и спутниками вне поля зрения? Давайте рассмотрим это на примере спутника Queqiao.
Из-за явления, называемого гравитационным запиранием, Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Это оказалось полезным в первых миссиях по высадке на Луну в 20-м веке, поскольку всегда существовала прямая линия видимости для бесперебойной радиосвязи между наземными станциями Земли и оборудованием на Луне. Однако гравитационная блокировка делает исследование скрытого участка Луны — обратной стороны — намного более сложным, потому что сигналы не могут быть отправлены прямо через Луну к Земле.
Тем не менее, в январе 2019 года китайский лунный зонд Chang'e-4 осуществил первую посадку космического корабля на обратной стороне Луны. И посадочный модуль, и луноход, который он нес, собирали и отправляли обратно изображения и данные из ранее неизведанных областей. Но как зонд Чанъэ-4 связывается с Землей? Ответ — Queqiao, спутник ретрансляции.
Queqiao — это уникальный спутник, разработанный специально для одной цели: служить мостом между зондом Chang'e-4 и Землей. Queqiao был запущен в 2018 году и выведен на орбиту вокруг точки позади Луны. Эта точка известна как точка 2 либрации Земля-Луна, где особый случай гравитационного баланса позволяет Queqiao поддерживать такую орбиту, чтобы она имела почти постоянную прямую видимость как с обратной стороной Луны, так и с Землей. Вывод спутника на эту необычную орбиту требовал тщательного планирования и управления техническим обслуживанием, и успех этой операции создал прецедент для будущих попыток вывода спутников на орбиту вокруг других точек либрации Земля-Луна.
Лунный зонд Chang'e-4, сфотографированный с марсохода Yutu-2. Измерительный прибор из Киля находится слева за антенной.
Из своего стабильного места в космосе Queqiao помогал управлять мягкой посадкой и наземными операциями зонда Chang'e-4 и с тех пор был нашим посредником с ним. Спутник оснащен двумя типами антенн: параболической антенной и несколькими спиральными антеннами. Первый, имеющий большой диаметр 4,2 м, был разработан для передачи и приема сигналов в диапазоне X (7–8 ГГц) на ровер и посадочный модуль на поверхности Луны и от них. Его большой размер связан с ожидаемыми уровнями шума и низкой интенсивностью передач, передаваемых наземным оборудованием.
С другой стороны, спиральные антенны работают в диапазоне S (2–4 ГГц) и обмениваются данными с наземными станциями, передавая команды оборудованию на поверхности Луны и обмениваясь данными телеметрии и слежения. В частности, все эти разные каналы могут передавать и принимать одновременно, что делает Queqiao очень универсальным. В обзорном документе рассматриваются другие важные аспекты проектирования Queqiao и будущих ретрансляционных спутников, такие как использование регенеративной пересылки, различные скорости передачи данных по каналам и системы хранения данных для случаев, когда наземная наземная станция недоступна.
За два года исследований было получено большое количество данных с ровера и спускаемого аппарата через Queqiao. Ученые как в Китае, так и в других странах провели анализ и исследования на основе полученных данных. Чем дольше срок эксплуатации Queqiao, тем больше необчных открытий нас ждет. Основываясь на текущих прогнозах, Queqiao должен работать на орбите миссии не менее пяти лет.
Данный спутник стоит рассматривать и с точки зрения перспектив будущих лунных миссий и о том, как должны развиваться системы ретрансляционной связи для их поддержки. Многие неисследованные области на Луне, такие как самый большой кратер на Южном полюсе, требуют использования нескольких спутников-ретрансляторов для поддержания постоянных каналов связи, что представляет собой дорогостоящую и трудоемкую задачу. Но что, если спутники-ретрансляторы подходят более чем для одной миссии?
Многие ученые сходятся во мнении, что нужно создать устойчивую линию связи между Луной и Землей, используя целую сеть спутников, доступ к которым смогут получить любые миссии. Вполне вероятно, что опыт Queqiao поможет в осуществлении этой задачи.