Периодически NASA публикует фотографии объектов в космосе, сделанные одним из их зондов. Но как именно зонд, находящийся на большом расстоянии, отправляет эти фотографии на Землю? На самом деле это довольно просто, и вы каждый день используете технологии, работающие по аналогичному принципу, даже не осознавая этого.
NASA Использует Беспроводную Передачу Данных для Связи с Зондами
Беспроводная передача данных может показаться термином из научной фантастики, но на самом деле это очень реальная и распространённая вещь. Вы, вероятно, пользуетесь беспроводной передачей данных, читая эту статью прямо сейчас. Беспроводная передача данных — это именно то, как это звучит: передача любых данных без использования проводов. Слушая радио в автомобиле, выходя в интернет по Wi-Fi или совершая телефонные звонки, вы на самом деле используете беспроводную передачу данных.
В большинстве случаев данные передаются с помощью радиоволн. Эти волны, входящие в электромагнитный спектр, передаются от одного устройства, например, вашего Wi-Fi роутера или вышки сотовой связи, к другому, например, вашему ноутбуку или смартфону. Эти волны могут быть затруднены или нарушены препятствиями и расстоянием, поэтому ваше соединение Wi-Fi может быть плохим, когда вы находитесь далеко от роутера или между вами и ним есть множество препятствий.
Точное научное понимание того, как данные хранятся и интерпретируются в радиоволнах, может быть крайне сложным, но для наших целей достаточно знать, что информация может передаваться через радиоволны. Это может быть звук, изображения, последовательности и многое другое. Поэтому NASA использует беспроводную передачу данных для связи со своими межзвёздными зондами. Однако они находятся на больших расстояниях, и, если расстояние влияет на силу радиоволн, это должно вызывать некоторые трудности, верно?
Однако оборудование NASA намного мощнее, чем то, что доступно нам, обычным людям.
Сеть NASA для Связи с Глубоким Космосом Отправляет и Получает Радиоволны
Вы когда-нибудь видели такие огромные радиотелескопы посреди пустыни, будь то в фильме, игре или даже в реальной жизни? Эти конструкции размером с здание используются для отправки и получения сигналов из глубин космоса. Те, которые эксплуатирует Лаборатория Реактивного Движения NASA, являются частью их Сети Глубокого Космоса или DSN.
Эти гигантские радиотелескопы — самые мощные средства телекоммуникации, созданные человеком, и их три различных площадки расположены по всему миру. Каждая площадка находится на равном расстоянии друг от друга, примерно в 120 градусах по долготе, и расположены они вблизи Канберры, Австралия; Мадрида, Испания; и Барстоу, Калифорния. На это расположение есть веская причина.
Основной способ связи NASA со своими межзвёздными зондами заключается в отправке информации к ним с помощью радиоволн. Огромные радиотелескопы DSN направлены непосредственно на космическое судно на большом расстоянии от Земли. Они могут направлять радиоволны прямо на космический аппарат, который будет принимать эти радиоволны с помощью собственного передатчика. Так NASA передаёт команды своим работающим зондом после их запуска и нахождения далеко от Земли.
Кроме того, поэтому станции DSN располагаются на равных расстояниях друг от друга — по 120 градусов; одна из них всегда может видеть зонды NASA. Нет ни одного момента, когда радиотелескоп DSN не видит космический аппарат NASA. Это также означает, что космический аппарат может отправлять информацию обратно на Землю с помощью собственных радиоволн, поскольку всегда есть телескоп, направленный на него и готовый принять передачу.
Поэтому и размеры телескопов DSN так велики. Космос огромен, и хотя радиосигналы могут путешествовать миллионы световых лет, они будут невероятно слабыми и трудно обнаруживаемыми, когда достигнут Земли. Особенно это касается радиоволн, генерируемых межзвёздными зондами NASA, которые не способны генерировать сильно мощные радиоволны. Размеры антенн DSN обеспечивают, что они могут поймать даже самые слабые сигналы.
Конечно, NASA уже модернизирует свои методы связи с глубоким космосом. В сети DSN появились относительно новые гибридные антенны, которые могут взаимодействовать как с радиоволнами, так и с оптическими сигналами. Эта гибридная антенна, названная Deep Space Station 13, превосходит классические антенны с их исключительно радиосвязью, используя лазеры для передачи данных.
Оба метода передачи информации движутся со скоростью света, поэтому оптическая передача не быстрее с этой точки зрения, но скорость загрузки и выгрузки информации существенно отличается. Скорость передачи данных для оптической передачи составляет 15 мегабит в секунду, что примерно в сорок раз быстрее, чем передача радиоволнами. По мере продолжения разработки этой технологии NASA сможет отправлять и получать более сложную информацию с более высокими скоростями передачи, чем это было возможно с помощью традиционных методов DSN.
Тем не менее, оптическая передача — это просто более эффективный метод передачи радиоволн. Так NASA получает фотографии, сделанные их межзвёздными зондами. Чаще всего речь идет о передаче радиоволн, не слишком отличающейся от обычных домашних устройств, которые вы используете каждый день, происходящей на гораздо большем расстоянии. В будущем, вероятно, лазеры полностью заменят этот метод.
Ограничения DSN для Будущих Миссий
Сеть DSN является невероятно ценным активом для человечества и его мечтаний о будущих космических исследованиях. Хотя она уже более пятидесяти лет питает наше любопытство, в один день она может не справиться с нашими потребностями. Этот день может наступить довольно скоро, и это связано не с самой сетью DSN, а с ограничениями, которые накладывает физика.
Несмотря на то что межзвёздные зонды NASA находятся на значительном расстоянии от Земли, они могут быстро с нами общаться. Это происходит потому, что радиоволны движутся со скоростью света — 300 000 километров в секунду. Эта невероятная скорость позволяет нам отправлять и получать передачи от удалённых космических аппаратов довольно быстро. Например, Плутон находится всего в 263.2 световых минут от Земли, так что мы могли бы отправить радиосигнал к нему всего за чуть более четырех часов.
Это не проблема, когда мы общаемся с беспилотными космическими аппаратами, но это становится серьёзной проблемой, если речь идет о пилотируемых миссиях за пределами Луны. Если на пилотируемой миссии произойдет чрезвычайная ситуация, задержка в несколько часов в связи может привести к катастрофе. Если взять наш пример с Плутоном, потребуется более четырех часов, чтобы отправить сообщение, а столько же времени потребуется и на ответное сообщение.
Эта проблема только усугубляется, чем дальше мы хотим исследовать вселенную, даже с беспилотными аппаратами. Наступит момент, когда наши космические аппараты будут находиться так далеко от Земли, что передача сообщений займёт годы. Космический аппарат может быть уничтожен или стать непригодным для работы, и мы не узнаем об этом в течение нескольких лет. Если необходимо будет отправить новые указания космическому аппарату, это также займет годы.
Учитывая эти будущие проблемы с задержкой связи, нельзя отрицать, что однажды нам понадобится что-то помимо DSN, чтобы осуществлять эффективные космические исследования. Но до тех пор мы будем продолжать получать потрясающие изображения от межзвёздных зондов NASA благодаря действительно большим радиотелескопам.
Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!
Вы также можете читать наши материалы в:
- Telegram: https://t.me/gergenshin
- Яндекс Дзен: https://dzen.ru/gergen
- Официальный сайт: https://www-genshin.ru
