ImhoTalkFell

Электромагнитные волны, с помощью которых радиосигнал передается в пространстве, движутся со скоростью света. Казалось бы мгновенно! На Земле задержки в передаче почти не ощущаются, но даже с космонавтами на орбите приходится говорить с задержкой.
- С Луны радиосигнал будет идти полторы секунды,
- с Марса — минут шесть,
- С «Вояджера-1» - около 14 часов (15 миллиардов километров).
Кроме того, по мере удаления передатчика сигнал стремительно затухает. Проблема тяжелая, но решаемая. Еще в институте учили.
Правильные антенны – важная часть успеха. С «Вояджера» на Землю передачу ведет жестко скрепленная с корпусом параболическая антенна диаметром 3,65 метра, ориентированная точно на родную планету.
Четыре передатчика по 23 ватта (два дубля на случай отказа, так что работают только два) на двух частотах 2295 МГц и 8418 МГц
Скорость 160 бит/с. Если сравнить с машинисткой, то это всего раза в три-четыре быстрее, а если с телефонным модемом, то в 300 раз медленнее.
На Земле используются 34-метровые антенны дальней космической связи, или, в некоторых случаях, - 70-метровые антенны, и тогда скорость удается поднять до 600 и даже 1400 бит/с.
По мере удаления станции ее сигнал слабеет, постепенно снижается мощность радиоизотопных генераторов, которые питают передатчики. Так что, еще 10 лет, и связь с «Вояджером-1» прекратится.

Космическая радиосвязь зависит от множества различных факторов: дальности, мощности передатчика, размеров бортовой и наземной антенн, длины волны, качества приемопередающей электроники, помех, шумов, поглощения сигнала в окружающей среде и от скорости движения космического аппарата.
Радиоволны различных диапазонов по-разному проходят через земную атмосферу. Для космической связи оптимален диапазон от 1,5 - 30 сантиметров. За пределами этого окна радиосигнал заметно ослабляется в атмосфере или даже может от нее отразиться. На более коротких волнах потери энергии растут за счет поглощения молекулами воды и кислорода в тропосфере, а на более длинных волнах прохождению сигнала все сильнее мешает ионосфера, которая для волн длиннее 10—30 метров становится непреодолимой преградой.

Приемник не улавливает радиоволны, если они слабее так называемого порога чувствительности. Между тем энергия электромагнитных волн падает в квадрате от расстояния. Т.е. сигнал с Марса будет в сотни тысяч раз слабее, чем такой же сигнал, переданный с Луны, а с Плутона — еще в тысячу раз слабее.
Есть несколько способов удержать радиосигнал выше порога чувствительности приемника. Самый очевидный — увеличить мощность передатчика. На Земле это легко сделать — антенны системы дальней космической связи NASA излучают в космос до полумегаватта энергии. А на космическом аппарате энергию вырабатывают либо солнечные батареи, либо радиоизотопные генераторы. И для большей мощности надо увеличивать их массу, площадь радиаторов, отводящих избыток вырабатываемого тепла. А общая масса аппарата ограничена возможностями ракеты-носителя. Увеличить массу какой-то одной системы за счет других чаще всего невозможно, потому что такие аппараты — это сверх гармоничные технические комплексы. Все параметры жестко завязаны: нельзя серьезно изменить одну систему, не повлияв на параметры других.

Сегодня для спутников существует эмпирическая формула: «килограмм-ватт-литр».
Иначе говоря - объем спутника массой в 1 тонну должен быть не более 1 кубометра в объеме, а его система энергопитания должна обеспечить1 киловатт мощности.

Скорость передачи информации определяется соотношением амплитуд сигналов и шумов. Шум возникает в аппаратуре приемника и передатчика из-за многих причин, например от теплового движения атомов. В космическом радиоэфире «шумит» так называемое реликтовое микроволновое излучение. Собственно, его и открыли в 1964 году, пытаясь избавиться от шума в только что построенной антенне, на которой изучались возможности космической связи.
Шум фильтруется (убирается) за счет его случайного характера. Он равновероятно вызывает в антенне движение тока и в течение времени его вклад будет нулевым. Но чем слабее сигнал по отношению к шуму, тем дольше нужно вести прием и осреднение, чтобы отфильтровать шум.
Информация передается в цифровом виде, то есть последовательностями нулей и единиц — битов. Чем хуже отношение сигнал/шум, тем больше времени уходит на передачу каждого бита. Если форсировать передачу, сообщения станут приниматься с ошибками. Поэтому, чем дальше от нас находится аппарат, чем слабее его сигнал, тем медленнее идет с ним обмен информацией.

Кроме шумов существуют также и помехи – сигналы, не несущие полезной информации. Чтобы избавиться от помех, передачу информации дублируют на разных частотах. А некоторых помех спасают особые методы кодирования, позволяющие выявлять и автоматически исправлять ошибки.
Скорость движения аппарата. От нее зависит так называемый доплеровский сдвиг частоты радиосигнала. Если этот эффект не учесть, чувствительность приемника резко упадет. Хотя, здесь есть и большая польза - по доплеровскому сдвигу частоты сигнала можно с высокой точностью определить скорость движения космического аппарата. Системы связи широко используются для контроля точности выполняемых в космосе маневров. Скорости дующих на спутнике Сатурна ветров удалось определить именно по изменению частоты ультрастабильного передатчика зонда «Гюйгенс» во время его парашютного снижения в атмосфере Титана.

Рекордсмен по скорости передачи данных - Mars Reconnaissance Orbiter (на орбите Марса с 10 марта 2006). Он оснащен 100-ваттным передатчиком с трехметровой параболической антенной и может передавать информацию на скорости до 6 мегабит в секунду.
Спускаемые или исследовательские аппараты невозможно оснащать полноценной системой дальней космической связи из-за нарушения формулы «килограмм-ватт-литр». В таких случаях сигналы ретранслируются на Землю находящимся поблизости более мощным аппаратом. Последние несколько лет специалисты работают над внедрением единого протокола передачи (единых стандартов) данных, который позволит разнотипным аппаратам разных стран свободно обмениваться между собой информацией.
И вот что интересно, - в подавляющем большинстве специалисты склоняются к тому, чтобы новым универсальным форматом стал уже отлично зарекомендовавший себя протокол TCP/IP, который лежит в основе Интернета.

Часто встречаю статьи о том, что даже после освоения радиосвязи мы никак не можем найти разум во вселенной. Почему ОНИ нас не слышат? Ведь, если они высокоразвиты, то обладают технологией радиосвязи? А что если они настолько развиты, что давно забыли такое ненадежное средство связи, - как радио.
Что если они давным давно, много тысячелетий используют, например, связь на потоках нейтрино? Надежность многократно выше, плюс сама природа нейтрино - это цифровой код. Вот ощупывают они космос своими нейтрино-протоколами и удивляются, - неужели какие-то там земляне не придумали еще нейтрино-приемники и нейтрино-передатчики? Ну, и о чем тогда с ними говорить?