ดาราศาสตร์

แบนด์วิดท์วิทยุจำกัดตัวเลือกและการใช้เพย์โหลดวิทยาศาสตร์บนโพรบระหว่างดาวเคราะห์อย่างไร

แบนด์วิดท์วิทยุจำกัดตัวเลือกและการใช้เพย์โหลดวิทยาศาสตร์บนโพรบระหว่างดาวเคราะห์อย่างไร


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ฉันถามคำถามเกี่ยวกับการกลับมายังโลกด้วยแคปซูลหน่วยความจำกายภาพพร้อมกับตัวอย่างดิน เพื่อเสริมการทำงานของวิทยุเช่นทุกวันนี้ สิ่งนี้อาจส่งคืนข้อมูลจำนวนมากขึ้นมากเมื่อเทียบกับวิทยุในปัจจุบัน แต่แน่นอนว่าเมื่อสิ้นสุดภารกิจเท่านั้น

ตัวอย่างภารกิจส่งคืนเช่น Mars2020 หรือ Hayabusa2 จะมีประโยชน์เพียงใดเพื่อให้สามารถส่งคืนข้อมูลได้มากขึ้น ทางเลือกของเครื่องมือจะเปลี่ยนเพื่อให้อัตราการสุ่มตัวอย่างสูงขึ้น ความละเอียดสูงขึ้น ตัวกรองมากขึ้น และอื่นๆ หรือไม่ เครื่องมือวิทยาศาสตร์ Big Data จากภารกิจระหว่างดาวเคราะห์เป็นไปได้หรือไม่ หรือแบนด์วิดท์ในปัจจุบันดีพอสำหรับน้ำหนักบรรทุกที่เป็นไปได้หรือไม่


ตัวอย่างผลตอบแทนมีราคาแพงและมีความเสี่ยง วิทยุนั้นเรียบง่ายและเชื่อถือได้ แบนด์วิดท์วิทยุในภารกิจเฉพาะถูกกำหนดโดยการแลกเปลี่ยนทางวิศวกรรมหลายอย่าง แบนด์วิดธ์ที่สูงขึ้นต้องใช้เสาอากาศที่ใหญ่ขึ้น กำลังขับมากขึ้น หรือการประมวลผลที่ซับซ้อนมากขึ้น

ยานอวกาศมักถูกจำกัดในด้านมวล พลัง และความสามารถในการประมวลผล ภารกิจส่วนใหญ่มีมากมายคือเวลา บิตเรตที่ต่ำกว่าใช้เวลานานกว่า แต่อนุญาตให้ใช้มวลและพลังงานมากขึ้นในการทดลองอื่นๆ นี้มักจะเป็นการแลกเปลี่ยนที่พึงประสงค์อย่างมาก

ภารกิจเช่น New Horizons ที่มีเวลาค่อนข้างจำกัดในการบันทึกการสังเกตการณ์จำนวนมากทำกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล จากนั้นใช้เวลาหลายเดือนหรือหลายปีในการส่งข้อมูลกลับมายังโลกระหว่างชายฝั่งยาวไปยังเป้าหมายถัดไป


InterPlaNetary Internet: ความท้าทายที่ล้ำสมัยและการวิจัย

การพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศช่วยให้ภารกิจทางวิทยาศาสตร์ในห้วงอวกาศเกิดจริงได้ เช่น การสำรวจดาวอังคาร อินเทอร์เน็ต InterPlaNetary (IPN) คาดว่าจะเป็นขั้นตอนต่อไปในการออกแบบและพัฒนาเครือข่ายห้วงอวกาศลึกในฐานะอินเทอร์เน็ตของเครือข่ายดาวเคราะห์ห้วงอวกาศ อย่างไรก็ตาม มีความท้าทายที่สำคัญที่ต้องแก้ไขเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิจัยจำนวนมากและองค์กรระหว่างประเทศหลายแห่งกำลังมีส่วนร่วมในการกำหนดและจัดการกับความท้าทายเหล่านี้ และพัฒนาเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับการทำให้อินเทอร์เน็ต InterPlaNetary เป็นจริง ในบทความนี้ สถานะปัจจุบันของความพยายามในการวิจัยเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของอินเทอร์เน็ต InterPlaNetary จะถูกบันทึกไว้ มีการนำเสนอสถาปัตยกรรมการสื่อสาร และนำเสนอความท้าทายจากหลายแง่มุมของอินเทอร์เน็ต InterPlaNetary มีการสำรวจอัลกอริธึมและโปรโตคอลที่มีอยู่ซึ่งพัฒนาขึ้นสำหรับแต่ละเลเยอร์และงานที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ และจุดบกพร่องของพวกเขาจะถูกชี้ให้เห็นพร้อมกับประเด็นการวิจัยแบบเปิดสำหรับการใช้อินเทอร์เน็ต InterPlaNetary วัตถุประสงค์ของการสำรวจนี้คือเพื่อกระตุ้นให้นักวิจัยทั่วโลกจัดการกับปัญหาที่ท้าทายเหล่านี้ และช่วยให้อินเทอร์เน็ต InterPlaNetary เป็นจริง


การใช้ดาวอังคารและโฟบอสเพื่อความก้าวหน้าของเที่ยวบินระหว่างดาวเคราะห์

บทนี้กล่าวถึงการใช้ดาวอังคารและโฟบอสเพื่อความก้าวหน้าของเที่ยวบินระหว่างดาวเคราะห์ ในการวิเคราะห์ข้อกำหนดการสนับสนุนและแทนที่การขนส่งภาคพื้นดินด้วยการใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างก้าวหน้าจากโลกปลายทาง เราพบว่าแต่ละกรณีแสดงให้เห็นถึงการแลกเปลี่ยนระหว่างการขนส่งภาคพื้นดินกับน้ำหนักบรรทุกที่จำเป็นในการสนับสนุนภารกิจ เช่นเดียวกับข้อกำหนดด้านน้ำหนักบรรทุกสำหรับอุปกรณ์ที่จำเป็น เพื่อใช้ทรัพยากรนอกโลก ส่งผลให้มีช่วงระยะเวลาหนึ่งหลังจากนั้นการใช้ทรัพยากรดังกล่าวจะเหนือกว่าการจัดหาโดยตรงจากโลก สำหรับสิ่งของแต่ละชิ้นที่จำเป็นสำหรับฐานนอกโลกหรือผู้อยู่อาศัย ไม่ว่าจะเป็นสารขับดันกลับ อาหาร ข้อกำหนดการช่วยชีวิต และอื่นๆ คราวนี้จะแตกต่างกัน มีบางรายการที่สำคัญที่จะไม่มีวันผลิตที่ฐานนอกโลก เนื่องจากความต้องการไม่ถึงเกณฑ์ที่—การขนส่งและต้นทุนของอุปกรณ์ที่จำเป็นที่พิจารณา—จะถูกกว่าในการผลิตสิ่งของเหล่านี้ออกจากโลก


2. ขั้นตอนการลดสัญญาณรบกวนทางกลของเสาอากาศ

[5] แนวคิดสำหรับการหน่วงเวลาการยกเลิกเสียงรบกวนทางกลถูกเสนอโดย อาร์มสตรองและคณะ [2006] . แรงจูงใจสำหรับ TDMC คำอธิบายตามฟังก์ชันการถ่ายโอนของการสังเกต Doppler ซึ่งใช้ TDMC และคำอธิบายเกี่ยวกับพีชคณิตของ TDMC สรุปโดยย่อในส่วนนี้เพื่อความสมบูรณ์ การอภิปรายเกี่ยวกับการสังเกตการพิสูจน์แนวคิดอยู่ในส่วนที่ 3

[6] ในการติดตาม Doppler แบบสองทาง เสาอากาศเดี่ยวใช้เพื่อส่งสัญญาณวิทยุแบบโมโนโครมเกือบหนึ่งสีไปยังโพรบอวกาศห้วงอวกาศ (อัปลิงค์) และเพื่อรับสัญญาณทรานสปอนที่เชื่อมโยงเฟสจากยานอวกาศนั้น Doppler แบบสองทางคือความแตกต่างระหว่างความถี่ของสัญญาณที่ส่งและรับ ซึ่งแต่ละสัญญาณอ้างอิงถึงมาตรฐานความถี่เดียวกัน แต่ในเวลาต่างกันเนื่องจากเวลาแสงสองทางระหว่างโลกและยานอวกาศ การติดตาม Doppler สามทางใช้เสาอากาศเดียวในการส่งสัญญาณอัปลิงค์และเสาอากาศแยกต่างหากเพื่อรับดาวน์ลิงค์ Three-way Doppler คือความแตกต่างระหว่างความถี่ของสัญญาณที่ได้รับที่เสาอากาศเสริมและความถี่ของสัญญาณที่ส่งมาจากเสาอากาศอื่นในเวลาแสงสองทางก่อนหน้านี้

[7] ข้อมูล Doppler แบบสองและสามทางพร้อมกันสามารถรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้เสียงนำในการรวมที่สังเกตได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสัญญาณรบกวนทางกลของเสาอากาศของสถานีแบบสองทาง) เป็นสัญญาณเสมือนว่าเสาอากาศเสริมสามทางให้ทั้ง ขึ้นและลง เนื่องจากเสาอากาศแบบสามทางแบบรับเท่านั้นที่เสนออาจมีขนาดเล็กกว่าและแข็งกว่า เสียงรบกวนทางกลของเสาอากาศจึงทำให้มีขนาดเล็กลงได้ เสาอากาศเสริมนี้สามารถตั้งอยู่ใกล้กับระบบสอบเทียบการเรืองแสงวาบแบบทรอพอสเฟียร์ (หรืออาจเหมือนกับเสาอากาศที่ใช้สำหรับระบบสอบเทียบแบบทรอพอสเฟียร์) ดังนั้นโดยหลักการแล้วเอาต์พุตสามารถช่วยลดสัญญาณรบกวนที่เรืองแสงวาบได้อย่างมีนัยสำคัญ ผลที่ได้คือสามารถปราบปรามเสียงนำหน้าได้อย่างมีนัยสำคัญ


เรือสำหรับภารกิจห้วงอวกาศ

เรือใบได้รับการพิจารณาสำหรับภารกิจระหว่างดวงดาวเป็นเวลานานและน่าจะเป็นไปได้ตั้งแต่สมัยของ Robert Forward และ เซ็นทอรี ดรีมส์ ผู้อ่านจะได้ทราบถึงผลงานชิ้นเอกเช่นกระดาษของ Greg Matloff ในปี 1981 เรื่อง “Solar Sail Starships—The Clipper Ships of the Galaxy” ซึ่งดำเนินการใน วารสารสมาคมดาวเคราะห์แห่งอังกฤษ. สิ่งที่เราตามหาคือเรือใบบางที่ทนทานต่ออุณหภูมิและแข็งแกร่งพอที่จะทนต่อการเคลื่อนผ่านของตัวกลางระหว่างดวงดาวได้ โดยปกติใบเรือดังกล่าวจะสะท้อนแสงได้สูง แม้ว่าแอโรกราไฟต์จะสร้างการหมุนใหม่ให้กับสิ่งนี้ การซ้อมรบ 'sundiver' การแล่นเรือที่มีเกราะป้องกันใกล้กับดวงอาทิตย์เพื่อนำไปใช้ที่จุดสิ้นสุด ถูกมองว่าเป็นการเสนอเวลาการเดินทางไปยังดาว Centauri ที่อาจถึงพันปี และเวลาเดินทางแบบนั้นดูเหมือนจะดีที่สุดที่เราสามารถทำได้ด้วยใบเรือสุริยะ

การฉายแสงเลเซอร์อาจเปลี่ยนสมการได้ และความพยายาม Breakthrough Starshot นั้นหมุนรอบอาร์เรย์เลเซอร์ขนาดใหญ่บนพื้นดินที่จะขับเคลื่อนเรือใบขนาดเล็กให้เร็วขึ้นถึง 20 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสงสำหรับการผ่านอย่างรวดเร็วไปยัง Proxima Centauri หรือดาวดวงอื่น ไม่ว่าในกรณีใด คำถามเกี่ยวกับวัสดุมีความสำคัญอย่างมากในวรรณคดีเกี่ยวกับการเดินเรือ เนื้อหาที่มีการศึกษามากที่สุดจนถึงปัจจุบันคือเบริลเลียม แต่ในปี 2555 Greg Matloff กลับมาเยี่ยมใบเรือโดยคำนึงถึงกราฟีน เขาอธิบายว่ามันเป็น "โครงข่ายโมเลกุลเดี่ยวของอะตอมคาร์บอน" และตั้งข้อสังเกตว่าผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุและนักฟิสิกส์เรื่องควบแน่นมีกราฟีนภายใต้การตรวจสอบอย่างเข้มข้น Matloff มองเห็นโอกาสของ graphene ในแง่ของโพรบฟิล์มบางและยานอวกาศที่บรรจุกระสุนขนาดใหญ่กว่ามาก:

ในการประยุกต์ใช้กับการแล่นเรือสุริยะระหว่างดวงดาว ดูเหมือนว่ากราฟีนสามารถเกินประสิทธิภาพของเบริลเลียมได้ โดยมีข้อกำหนดเกี่ยวกับดวงอาทิตย์น้อยที่สุด อุณหภูมิสูงสุด และความเร่งสูงสุด การเปลี่ยนผ่านนับพันปีไปยัง Alpha Centauri ดูเหมือนจะไม่เป็นปัญหาสำหรับยานสำรวจและเรือรุ่นต่างๆ โดยใช้โหมดการเร่งความเร็วและการชะลอตัวนี้

Matloff ยังตั้งข้อสังเกตถึงปัญหาที่เกิดจากกราฟีน โดยชี้ให้เห็นถึงความยากลำบากในการเตรียมขนาดใหญ่ในระดับความบริสุทธิ์สูงและคำถามเกี่ยวกับประสิทธิภาพของมันในระหว่างการผ่านสุริยะในระยะใกล้ ซึ่งเป็นกลอุบายที่เพื่อนร่วมงาน Roman Kezerashvili ได้วิเคราะห์หาเรือเบริลเลียมเมื่อหลายปีก่อน คำถามที่ Heller, Anglada-Escudé, Hippke และ Kervella กำลังเผชิญอยู่ก็คือว่าแอโรกราไฟท์ที่เพิ่งค้นพบใหม่สามารถยกระดับประสิทธิภาพของเรือกราฟีนได้อย่างมีนัยสำคัญหรือไม่ ซึ่งช่วยให้เราลดเวลาการเดินทางให้เหลือต่ำกว่าเกณฑ์ 1,000 ปีหรือไม่

แอโรกราไฟต์มีข้อดีที่ชัดเจนหลายประการพร้อมกับคุณสมบัติบางอย่างที่จะต้องวิเคราะห์และพิจารณา มวลที่ต่ำมากต่ออัตราส่วนหน้าตัดของกราฟีนสามารถทำให้เกิดความเร็วสูงในทางทฤษฎีได้ แต่กราฟีนกลับกลายเป็นว่าโปร่งใส โดยมีค่าการสะท้อนแสงใกล้ศูนย์ และตอนนี้เราประสบปัญหากับการสร้างใบเรือกราฟีนที่ฉันต้องการแสดงโดยการอ้างอิง Heller et al กระดาษ. ในทางที่ตามมา ซิกมา (σ) หมายถึงมวลต่ออัตราส่วนหน้าตัด ซึ่งสำหรับกราฟีนคือ 7.6 × 10 −7 กก. ม. −2 :

คุณสมบัติการดูดซับและการสะท้อนแสงของกราฟีนสามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการเติมโมโนเลเยอร์ของกราฟีนด้วยโลหะอัลคาไล (Jung et al. 2011) หรือโดยการประกบระหว่างพื้นผิว (Yan et al. 2012) แต่สิ่งนี้มาในราคาที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก σ ความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่จำกัดของโมโนเลเยอร์ graphene ต้องการวัสดุเพิ่มเติมซึ่งจะช่วยเพิ่ม σ และทำให้การทดลองทำได้ยากขึ้น ทั้งหมดนี้ทำลายทฤษฎีที่สวยงามของการแล่นเรือด้วยกราฟีนบริสุทธิ์ในที่สุด

เพื่อให้แน่ใจว่า Matloff และคนอื่นๆ ที่ทำงานเกี่ยวกับแนวคิด graphene sail ตระหนักดีถึงปัญหาเหล่านี้ และเอกสารต่างๆ ได้ตรวจสอบโอกาสในการเอาชนะปัญหาเหล่านี้ แต่ความคาดหวังของการแล่นเรือแอโรกราไฟต์ ซึ่งเป็นวัสดุที่มีจุดแข็งและเครื่องหมายคำถามในตัวมันเอง ทำให้เราได้ผู้มาใหม่ในเวทีการแล่นเรือ ซึ่งขณะนี้มีการคำนวณเบื้องต้นโดยเฮลเลอร์และทีมงาน โดยเฉพาะสิ่งที่ ดาราศาสตร์ & ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กระดาษทำคือการตรวจสอบทรงกลมกลวงที่มีขนาดเป็นเมตร ซึ่งทำจากแอโรกราไฟต์ ซึ่งสามารถปล่อยสู่อวกาศด้วยจรวดแบบธรรมดาและปล่อยออก ปล่อยให้แรงดันโฟตอนจากแสงอาทิตย์ทำงาน

ภารกิจภายในระบบสุริยะสมมติว่าทรงกลมที่มีความหนาของเปลือกประมาณ 0.5 มม. ตามการคำนวณเหล่านี้สามารถไปถึงวงโคจรของดาวอังคารภายใน 60 วันโดยมาถึงวงโคจรของดาวพลูโตใน 4.3 ปี หากวัสดุได้รับการพิสูจน์ว่าสามารถทนต่อการส่องผ่านของดวงอาทิตย์ได้อย่างใกล้ชิด ก็มีโอกาสในภารกิจสำหรับ Proxima Centauri ในช่วงเวลาเดินทาง 185 ปี

แต่ภารกิจ Proxima ล้ำหน้ากว่าเกมมาก เราต้องดูแอโรกราไฟต์ในแง่ของสิ่งที่เราสามารถเรียนรู้ได้ในระยะใกล้ โดยมีภารกิจภายในระบบสุริยะของส่วนที่ซับซ้อนต่างๆ ของเส้นโค้งการเรียนรู้ ในโพสต์ถัดไป ฉันต้องการจะพูดถึงวิธีการสร้างใบเรือแอโรกราไฟท์ในยุคแรกๆ และการกำหนดค่าใบเรือในอวกาศลึก และเราจะพิจารณาว่าในระยะเวลาอันใกล้นี้ แสงอาทิตย์แทนการแล่นเรือด้วยเลเซอร์อาจเป็นเส้นทางของเราหรือไม่ ไปสู่สารตั้งต้นของดวงดาวที่แท้จริง และในวันพรุ่งนี้หรือในโพสต์ที่สาม เราต้องตรวจสอบวิธีเอาชนะปัญหาที่เกิดขึ้นจากเนื้อหานี้ในแง่ของการนำทางและการติดตาม/การสื่อสาร

บทความเรื่อง Heller, Anglada-Escudé, Hippke & Kervella, “สารตั้งต้นต้นทุนต่ำของภารกิจระหว่างดวงดาว” ดาราศาสตร์ & ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ 7 กรกฎาคม 2563 (นามธรรม / พิมพ์ล่วงหน้า) เอกสารการค้นพบสำหรับแอโรกราไฟต์คือ Mecklenburg et al., “Aerographite: นาโนวอลล์น้ำหนักเบาพิเศษ, ยืดหยุ่นได้, วัสดุคาร์บอนไมโครทิวบ์พร้อมสมรรถนะทางกลที่โดดเด่น” วัสดุขั้นสูง ฉบับที่ 24 ฉบับที่ 26 (12 มิถุนายน 2555) บทคัดย่อ. กระดาษของ Matloff เกี่ยวกับ graphene คือ "Grapene: The Ultimate Interstellar Solar Sail Material?" JBIS 65 น. 378-381 (2012) (ตัวเต็ม).

ความคิดเห็นเกี่ยวกับรายการนี้ถูกปิด

การดูดซับก็โอเค (เพียง 2 เท่าดีกว่าวัสดุสะท้อนแสงเต็มที่)

หรือคุณหมายถึง: เพียงปัจจัย2 แย่ลง มากกว่าวัสดุสะท้อนแสงอย่างเต็มที่?


สารบัญ

ในปี 2555 สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหมได้ประกาศรางวัล 500,000 ดอลลาร์แก่อดีตนักบินอวกาศ แม เจมิสัน เพื่อเป็นทุนสนับสนุนโครงการโดยมีเป้าหมายในการส่งนักบินอวกาศในอนาคตออกจากระบบสุริยะ Jemison ตั้งเป้าที่จะเพิ่มความสนใจของสาธารณชนในโครงการสำรวจห้วงอวกาศในอนาคต [7] เมื่อมอบเงินให้เจมิสัน การประชุมสัมมนา "100 ปีเอ็นเตอร์ไพรส์" จัดขึ้นที่เมืองฮุสตัน เท็กซัส เพื่อหารือเกี่ยวกับการเดินทางข้ามดวงดาว หัวข้อที่อภิปราย ได้แก่ "การแก้ปัญหาเรื่องเวลา วิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตในการสำรวจอวกาศ จุดหมายปลายทางและถิ่นที่อยู่ กลายเป็นอารยธรรมระหว่างดวงดาว เทคโนโลยีอวกาศที่ส่งเสริมชีวิตบนโลก และโอกาสทางการค้าจากความพยายามระหว่างดวงดาว" [8]

การวิจัยในห้วงอวกาศกำลังดำเนินต่อไปและมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในปี 2011 หลังจากการปลดประจำการของกระสวยอวกาศ NASA ได้ประกาศความตั้งใจที่จะลงทุนเงินเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีสามอย่างที่สำคัญต่อการสำรวจอวกาศลึก "เทคโนโลยีที่ต้องมี" ได้แก่ นาฬิกาอะตอมในห้วงอวกาศ ใบเรือสุริยะขนาดใหญ่ และระบบสื่อสารด้วยเลเซอร์ขั้นสูงเพื่อปรับปรุงการสื่อสาร การนำทาง และการขับเคลื่อนในภารกิจในอนาคต [9] ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2556 องค์การนาซ่าได้ประกาศเลือกนักบินอวกาศชาวอเมริกันจำนวนแปดคนซึ่งจะเริ่มฝึกปฏิบัติภารกิจในห้วงอวกาศลึกในอนาคตนอกเหนือจากวงโคจรต่ำ นาซ่าตั้งใจให้นักบินอวกาศทั้งแปดคนนี้ฝึกสำหรับการเดินทางบนดาวอังคารหรือดาวเคราะห์น้อยในอนาคต [10]

หอดูดาวอินฟราเรดแบบรูรับแสงเดี่ยว (SAFIR) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศแบบแช่แข็งที่เสนอ คาดว่าจะเปิดตัวในปี 2558 ด้วยความหวังที่จะสำรวจ "การก่อตัวของดาวฤกษ์ดวงแรกและกาแลคซี่" ในห้วงอวกาศ กล้องโทรทรรศน์จะมีความไวมากกว่ายานอวกาศสองลำในปัจจุบันมากกว่า 1,000 เท่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ และหอดูดาวเฮอร์เชล NASA หวังว่าจะใช้ SAFIR เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับหลุมดำ การก่อตัวและวิวัฒนาการของดาราจักร และการก่อตัวของระบบดาวในอวกาศอันไกลโพ้น (11)


ไมโครแซทเทิลไลต์เป็นเครื่องมือวิจัย

ไมเคิล ยู. Ovchinnikov ใน COSPAR Colloquia Series , 1999

ดาวเทียมขนาดเล็กสำหรับการทำให้เกิดเสียงของโลกจากวงโคจร

Institute of Earth's Magnetism (IZMIRAN) ตั้งอยู่ในเมือง Trotsk ใกล้กรุงมอสโก ร่วมกับองค์กรอื่นๆ ได้พัฒนา [20] ทดลองทำความสะอาดดาวเทียม COMPAS ดาวเทียม COMPAS ที่มีน้ำหนักประมาณ 70 กก. ( รูปที่ 7) สันนิษฐานว่าจะใช้ระบบควบคุมทัศนคติร่วมกันโดยใช้ปฏิสัมพันธ์ของดาวเทียมกับสนามโน้มถ่วงของโลก การลากตามหลักอากาศพลศาสตร์ และเอฟเฟกต์ไจโรสโคปของวัตถุที่หมุน ความแม่นยำในการปฐมนิเทศอยู่ที่ประมาณ 10′ ความแม่นยำในการกำหนดทัศนคติ — 1° ความสูงของวงโคจรที่วางแผนไว้คือ 400 กม. ความเอียง – 65 ° ÷ 78 ° ดาวเทียมนี้จัดหาโดยเครื่องขับดันกำลังต่ำเพื่อรักษาความสูงของวงโคจรที่กำหนดในช่วงเจ็ดเดือน ดาวเทียมนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและพลาสมาของแผ่นดินไหว สันนิษฐานว่าเช่นเดียวกับ SPS-Sputnik ดาวเทียมทั้งสองจะถูกปล่อยโดย "Makeev Design Bureau" โดยใช้ขีปนาวุธใต้น้ำแบบดัดแปลงเช่น SHTIL ในปัจจุบัน บนพื้นฐานของดาวเทียม COMPAS แพลตฟอร์มอวกาศขนาดเล็กสากล COLIBRY [21] ที่มีไว้สำหรับที่พักของน้ำหนักบรรทุกต่างๆ และเปิดตัวเป็น Piggyback กำลังได้รับการพัฒนาภายใต้การดูแลโดยบริษัท Vneshnauchpribor เอกชน ความสูงของวงโคจรขึ้นอยู่กับความต้องการของลูกค้าและถูกกำหนดโดยตัวเรียกใช้งานที่ใช้ ถือว่าเป็นจรวด TSICLON, PROTON, COSMOS ความจุของแหล่งจ่ายไฟสำหรับน้ำหนักบรรทุกคือ 50 W กับ 27 V ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งมวลตรงกลางคือประมาณ 100 ม. มีระบบ telemetry และ radiochannel สำหรับการส่งข้อมูลไปยังสถานีภาคพื้นดิน ความจุหน่วยความจำของบอร์ด 64 Mbytes ระยะเวลาการผลิตประมาณหนึ่งปี

รูปที่ 7 . ร่างของดาวเทียม COMPAS

ชุดดาวเทียมขนาดเล็กได้รับการพัฒนาโดย VNIIEM ได้ดำเนินการในขั้นตอน Phase-A ของโครงการสำหรับ Universal Small Space Platform (USSP-1) ซึ่งจัดทำโดย GGACS แบบพาสซีฟพร้อม ECD [22] มวลของดาวเทียมอยู่ใกล้ 60 กก. มีการวางแผนเปิดตัว Piggyback ด้วยดาวเทียม RESOURS-0 ของตัวเอง มันไม่ได้ผลิตขึ้น แต่ VNIIEM มีประสบการณ์ในการออกแบบดาวเทียมขนาดเล็ก อันที่จริง มันเป็นโครงการนำร่องใน Enterprise นี้ ซึ่งกระตุ้นผู้นำให้พิจารณาว่าดาวเทียมขนาดเล็กเป็นการผลิตที่จริงจังและมีมุมมอง ต่อมาได้มีการพัฒนาข้อเสนอทางเทคนิคสำหรับ Universal Small Space Platforms USSP-2 และ USSP-3 แพลตฟอร์มทั้งสองมีให้โดย ACS มู่เล่ที่ใช้งานอยู่ มวล USSP-2 อยู่ที่ประมาณ 400 กก. ความแม่นยำในการควบคุมทัศนคติ—6 ÷ 10′ น้ำหนักบรรทุกพื้นฐานของ USSP-3 คืออุปกรณ์วิทยุของระบบ COSPAS/SARSAT ที่มีจุดประสงค์เพื่อช่วยผู้ประสบภัยที่ถูกทำลาย[23] น้ำหนักรวมประมาณ 140 กก. ความแม่นยำในการควบคุมทัศนคติต่อโลกคือ 6 ÷ 10′ สำหรับดวงอาทิตย์—1° USSP-3 จะถูกปล่อยสู่วงโคจร 900 กม. ของขั้วโลกวงกลมโดยจรวดแปลงสภาพ START-1 การเพิ่มมวลรวมของ USSP-3 มากถึง 250 กก. จะลดความสูงของวงโคจรจนถึง 600 กม.

โครงการไมโครแซทเทลไลท์สำหรับตรวจสอบชั้นบรรยากาศ พื้นดินและผิวน้ำของโลกถือเป็นโครงการ [24] การรับน้ำหนักบรรทุกเป็นไปตามแนวคิดที่จะใช้ตัวกรองอะคูสติกออปติคัลที่ปรับได้ในแถบความถี่อุลตร้าไวโอเลตและความถี่ที่มองเห็นได้ ซึ่งช่วยให้แน่ใจได้ว่าช่วงคลื่นที่ผ่านโปรแกรมต่างๆ ที่ตั้งโปรแกรมไว้ด้วย Δ λ < 1 nm ในพื้นที่ 0.2 ÷ 0.9 ไมโครm และใช้โฟตอนตัวนับที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงเป็นเซ็นเซอร์ที่ไวต่อการบันทึก ดังนั้นจึงใช้โพลาไรเซอร์ที่ควบคุมด้วยไฟฟ้าของรังสีอินพุต ความไวของระบบทำให้สามารถถ่ายทำในสภาวะข้ามคืนได้ ความสูงของวงโคจรดาวเทียมคือ 500 กม. ขึ้นไป เมื่อตรวจสอบในมุมการมองเห็นที่แคบ ความละเอียดเชิงพื้นที่จะอยู่ที่ประมาณ 100 นิ้ว ระยะการมองเห็นทันทีคือ 10 × 0 km2 แนวทางที่ให้มานี้ทำให้แน่ใจได้ว่าแพลตฟอร์มการโคจรขนาดเล็ก ไม่ต้องการการวางแนวสามแกนที่แม่นยำและการรักษาเสถียรภาพของภาพบนจอแสดงผลของเซ็นเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่ของแอสโตรเซนเซอร์ในการกำหนดทัศนคติไปพร้อม ๆ กัน

เสนอให้ใช้ตัวกรองอะคูสติกออปติคัลแบบปรับค่าได้เพื่อเข้าใกล้โครงการไมโครแซทเทลไลท์สำหรับการตรวจสอบไฮเปอร์สเปกตรัมแบบออปติคัลที่มีความละเอียดสเปกตรัมดีกว่า 1 นาโนเมตรใน [25]

สำหรับดาวเทียมที่มีจุดประสงค์เพื่อติดตามสภาพแวดล้อมและเสียงจากระยะไกลของโลก ปัจจุบันโครงการจำนวนมากกำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา


ดาราศาสตร์วิทยุกับ European Lunar Lander: เปิดระบอบความถี่ที่ยังไม่ได้สำรวจล่าสุด

ดวงจันทร์เป็นสถานที่พิเศษในระบบสุริยะของเรา และให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับการสัมผัสกับพื้นที่ว่างที่จำเป็นสำหรับการสำรวจอวกาศของมนุษย์ในอนาคตไปยังดาวอังคารและอื่น ๆ เสาอากาศแบบไตรโพลแบบแอ็คทีฟบรอดแบนด์ (100 kHz–100 MHz) ในขณะนี้คาดว่าจะวางบน Lunar Lander ของยุโรปซึ่งตั้งอยู่ที่ขั้วโลกใต้ของดวงจันทร์ทำให้สามารถตรวจวัดชั้นนอกสุดและไอโอสเฟียร์ได้อย่างละเอียดอ่อนและปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กโลก อนุภาคสุริยะ ลม และ CME และการศึกษาการสื่อสารทางวิทยุบนดวงจันทร์ซึ่งจำเป็นสำหรับการสำรวจมนุษย์และวิทยาศาสตร์ทางจันทรคติในอนาคต นอกจากนี้ ขั้วโลกใต้ของดวงจันทร์ยังให้โอกาสที่ยอดเยี่ยมสำหรับดาราศาสตร์วิทยุอีกด้วย การวางเสาอากาศวิทยุอันเดียวในปล่องที่มืดชั่วนิรันดร์หรือหลังภูเขาที่ขั้วโลกใต้ (หรือเหนือ) อาจให้การป้องกันที่สมบูรณ์แบบจากการรบกวนทางวิทยุที่มนุษย์สร้างขึ้น (RFI) ไม่มีการบิดเบือนของไอโอโนสเฟียร์ และอุณหภูมิที่สูงและเสาอากาศจะมีเสถียรภาพ ช่วยให้ตรวจจับการปล่อยคลื่น 21 ซม. จากไฮโดรเจนบริสุทธิ์ที่เกิดขึ้นหลังบิ๊กแบงและเข้าสู่ช่วงเวลาที่ดาวฤกษ์ดวงแรกก่อตัวขึ้น การตรวจจับเส้น 21 ซม. จากดวงจันทร์ที่ความถี่เหล่านี้จะช่วยให้เป็นครั้งแรกที่เบาะแสเกี่ยวกับการกระจายและการวิวัฒนาการของมวลในเอกภพยุคแรกระหว่างยุคแห่งการรวมตัวกันอีกครั้งและยุคของการเกิดไอออนใหม่ (EoR) ถัดจากการทำให้เกิดความก้าวหน้าของจักรวาลวิทยา เสาอากาศวิทยุบนดวงจันทร์เพียงดวงเดียวจะช่วยให้สามารถศึกษาผลกระทบของเปลวสุริยะและการปลดปล่อยมวลโคโรนาล (CME) ต่อลมสุริยะในระยะทางใกล้กับโลก (สภาพอากาศในอวกาศ) และจะเปิดการศึกษาเรื่องต่ำ เหตุการณ์คลื่นความถี่วิทยุ (พลุและพัลส์) จากดาวเคราะห์ เช่น ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ซึ่งทราบกันดีอยู่แล้วว่าปล่อยแสงที่สว่าง (kJy–MJy) ต่ำกว่า 30 MHz (Jester and Falcke, 2009) ในที่สุด เสาอากาศวิทยุเพียงอันเดียวบนยานลงจอดบนดวงจันทร์จะปูทางสำหรับอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์วิทยุบนดวงจันทร์ขนาดใหญ่ในอนาคต ไม่เพียงแต่จะแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้สำหรับวิทยาศาสตร์วิทยุบนดวงจันทร์และเปิดระบบวิทยุที่ยังไม่ได้สำรวจล่าสุด แต่ยังช่วยให้สามารถกำหนด ข้อจำกัดของวิทยาศาสตร์วิทยุทางจันทรคติโดยการวัดเสียงพื้นหลังวิทยุในพื้นที่

ไฮไลท์

► เสาอากาศแบบแอคทีฟสามเสา Lunar Radio eXplorer (LRX) จะถูกวางบน Lunar Lander ของยุโรป ► LRX จะทำแผนที่โดยละเอียดเกี่ยวกับพื้นหลังของวิทยุบนดวงจันทร์และไอโอโนสเฟียร์ของดวงจันทร์ ► LRX จะช่วยให้สามารถตรวจจับสัญญาณจากยุคมืดได้เป็นครั้งแรก ► นอกจากนี้ LRX จะกล่าวถึงวิทยาศาสตร์สุริยะและดาวเคราะห์ ► LRX เป็นภารกิจค้นหาสำหรับอาร์เรย์วิทยุบนดวงจันทร์ในอนาคต


10 ไอเดียที่ดีที่สุดสำหรับการสื่อสารระหว่างดาวเคราะห์

บนโลกใบนี้ เราเคยชินกับการดึงสมาร์ทโฟนออกมาและสามารถพูดคุย ส่งข้อความ หรือส่งและรับภาพถ่ายและวิดีโอจากแทบทุกที่บนพื้นผิวโลก ยิ่งกว่านั้น เราพึ่งพาข้อมูลจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ บนอินเทอร์เน็ตเพื่อนำทางเรา ไม่ว่าเราจะพยายามทำวิจัยทางวิทยาศาสตร์หรือค้นหาเส้นทางที่เร็วที่สุดในการนัดหมาย

แต่การเข้าถึงแบบทันทีและแบนด์วิดธ์ที่เราคุ้นเคยนั้นยังไม่มีอยู่ในอวกาศ ระยะห่างมหาศาลของอวกาศ อย่างแรก ทำให้เกิดความล่าช้าอย่างมากสำหรับการสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์ และสัญญาณจะต้องทำให้มันจากพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงอื่นกลับมายังโลกผ่านการแผ่รังสีจากอวกาศที่ลดทอนความชัดเจนของพวกมัน เพื่อให้ยากขึ้นไปอีก ดาวเคราะห์เองก็เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง และพวกมันสามารถเข้าไปในตำแหน่งที่มวลของพวกมัน หรือดวงอาทิตย์ สามารถปิดกั้นสัญญาณได้

ถ้าคุณจินตนาการว่าคุณเป็นนักบินอวกาศที่ถูกส่งไปตั้งอาณานิคมบนดาวอังคาร ซึ่งระยะห่างจากโลกแตกต่างกันระหว่าง 35 ล้านถึง 140 ล้านไมล์ (56 ถึง 226 ล้านกิโลเมตร) อุปสรรคในการสื่อสารอาจเป็นปัญหาที่น่ากลัว [แหล่งข่าว] : Space.com]. หากคุณพยายามพูดหรือส่งข้อความไปยังหน่วยควบคุมภารกิจกลับมาบนโลกโดยใช้เทคโนโลยีปัจจุบัน จะมีเวลาหน่วงระหว่างสามถึง 21 นาที นั่นอาจทำให้การสนทนาค่อนข้างยาก และลองนึกภาพว่าคุณพบเห็นบางสิ่งที่เหลือเชื่อจริงๆ และต้องการแสดงให้พวกเขาเห็น คุณอาจสามารถส่งภาพนิ่งได้ลำบาก แต่ลืมเกี่ยวกับการสตรีมภาพวิดีโอสดจากพื้นผิวดาวอังคาร NASA ยอมรับว่าเป็นไปไม่ได้ด้วยระดับของแกดเจ็ตที่เรามีในขณะนี้ [แหล่งที่มา: NASA] และถึงแม้จะมีการอัพเกรดเมื่อเร็ว ๆ นี้ หุ่นยนต์โรเวอร์บนดาวอังคารก็สามารถบรรลุอัตราการส่งข้อมูลได้เพียงประมาณ 256 กิโลบิตต่อวินาทีเท่านั้น [แหล่งที่มา: สะพาน] นั่นจะเร็วบนโลก - นั่นคือกลางปี ​​1990 เมื่อผู้คนยังคงใช้การเชื่อมต่อผ่านสายโทรศัพท์ การเรียกใช้แอพบนคลาวด์หรือการอ่านแผนที่ความละเอียดสูงของ Google เกี่ยวกับดาวอังคารเพื่อบอกทิศทางนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

ความยากลำบากจะขยายใหญ่ขึ้นอย่างเหลือเชื่อหากคุณผ่านดาวพลูโตและกล้าที่จะพยายามเข้าถึงดาวเคราะห์คล้ายโลกในระบบสุริยะที่อยู่ใกล้เคียง นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำลายสมองของพวกเขามาเป็นเวลาหลายสิบปี โดยพยายามหาวิธีที่จะเอื้อมมือออกไปและสัมผัสใครซักคน ตามที่บริษัทโทรศัพท์เก่าเคยโฆษณาไว้ ข้ามห้วงจักรวาลอันน่าสะพรึงกลัว นี่คือแนวคิด 10 ข้อที่พวกเขาคิดขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา

10: สร้างเครือข่ายดาวเทียมสื่อสารระหว่างดาวเคราะห์

แนวคิดในการสร้างเครือข่ายดาวเทียมที่ทอดยาวเกือบทั้งหมด 3.7 พันล้านไมล์ (6 พันล้านกิโลเมตร) ของระบบสุริยะจากดาวพุธถึงดาวพลูโตฟังดูน่าเหลือเชื่อ แต่ย้อนกลับไปในปี 1945 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษและนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ อาร์เธอร์ ซี. คลาร์กเขียนบทความในนิตยสารที่จินตนาการถึงเครือข่ายการสื่อสารทั่วโลกของดาวเทียมโคจร ซึ่งก็อาจดูแปลกเกินไปเช่นกัน อย่างไรก็ตาม วันนี้ เรามีดาวเทียมอยู่ทุกที่ ซึ่งทำให้สามารถโทรออกหรือส่งข้อความหรืออีเมลได้ทุกที่ในโลก [ที่มา: USAF Air University] และที่จริงแล้ว ผู้มองการณ์ไกลกำลังฝันถึงเครือข่ายการสื่อสารทั่วโลกของคลาร์กในเวอร์ชันระหว่างดาวเคราะห์ แม้กระทั่งก่อนที่ดาวเทียมโทรคมนาคมของ Earth ดวงแรกจะถูกยิงขึ้นสู่วงโคจร

ย้อนกลับไปในปี 1959 นักวิทยาศาสตร์อวกาศ George E. Mueller และ John E. Taber ได้นำเสนอในการประชุมทางอิเล็กทรอนิกส์ในซานฟรานซิสโก ในหัวข้อ "An Interplanetary Communication System" ซึ่งอธิบายวิธีตั้งค่าการส่งสัญญาณดิจิทัลทางไกลในอวกาศผ่านคลื่นวิทยุ [ที่มา: Mueller และ Taber] สี่สิบปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์สองคนคือ Stevan Davidovich และ Joel Whittington ได้ร่างระบบที่ซับซ้อน ซึ่งดาวเทียมสามดวงจะถูกนำเข้าสู่วงโคจรขั้วโลกรอบดวงอาทิตย์ และอีกดวงจะอยู่ในวงโคจร geosynchronous หรือ polar orbits รอบดาวเคราะห์ต่างๆ

จากนั้นดาวเทียมจะเชื่อมโยงกับเครือข่ายที่สามารถรับข้อความวิทยุจากยานอวกาศที่บรรจุคนหรือยานสำรวจ แล้วส่งต่อจากดาวเคราะห์ดวงหนึ่งหรืออีกดวงหนึ่งไปยังโลก [แหล่งที่มา: Davidovich และ Whittington] จนถึงตอนนี้ยังไม่มีการเคลื่อนไหวใด ๆ เพื่อสร้างระบบดังกล่าว บางทีอาจเป็นเพราะค่าใช้จ่ายในการวางดาวเทียมหลายดวงในวงโคจรรอบวัตถุบนสวรรค์ที่อยู่ห่างไกลออกไป

9: การเปลี่ยนจากสัญญาณวิทยุเป็นเลเซอร์

ดังที่เราได้กล่าวไว้ในบทนำ การรับส่งข้อมูลในอวกาศในปัจจุบันนั้นติดอยู่ในอัตราที่ช้ากว่าอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์ที่เราคุ้นเคยอย่างมากมายบนโลก เหตุผล -- โดยไม่ต้องศึกษาคณิตศาสตร์แฟนซีทั้งหมด -- เนื่องจากความถี่สัมพัทธ์ซึ่งคลื่นวิทยุทำงาน พวกมันจึงมีข้อจำกัดในข้อมูลที่สามารถจัดการได้ (คุณอาจสังเกตเห็นผลกระทบนี้หากคุณมีเราเตอร์อินเทอร์เน็ตไร้สายในบ้านหรือที่ทำงานของคุณ เพียงแต่ไม่เร็วหรือเชื่อถือได้เท่าการเชื่อมต่อแบบมีสาย)

ในทางตรงกันข้าม พลังงานที่เข้มข้นของแสงเลเซอร์ซึ่งมีความถี่ที่สั้นกว่า สามารถรองรับข้อมูลได้มากกว่ามาก นอกจากนี้ เนื่องจากเลเซอร์ไม่ได้แพร่กระจายมากเท่ากับการส่งสัญญาณวิทยุ พวกเขาจึงต้องการพลังงานน้อยกว่าในการส่งข้อมูล [แหล่งที่มา: Ruag.com] นั่นเป็นเหตุผลที่ NASA กำลังทำงานในโครงการ Deep Space Optical Communications ซึ่งจะเปลี่ยนไปใช้เลเซอร์แทนเครื่องส่งและเครื่องรับวิทยุ นั่นจะเพิ่มปริมาณข้อมูลที่ส่งถึง 10 ถึง 100 เท่าของที่อุปกรณ์วิทยุล้ำสมัยสามารถทำได้ ซึ่งจะทำให้อินเทอร์เน็ตระหว่างดาวเคราะห์นั้นเร็วพอๆ กับการเชื่อมต่อบรอดแบนด์ทั่วไปบนโลก [แหล่งที่มา: NASA] แต่การสื่อสารด้วยเลเซอร์ในการทำงานในอวกาศนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย NASA ได้ทำการสาธิตการส่งข้อมูลด้วยเลเซอร์ในอวกาศที่มีอัตราข้อมูลต่ำและมีขนาดเล็ก และกำลังทำงานเพื่อพัฒนาระบบสำหรับการสื่อสารด้วยเลเซอร์ซึ่งในที่สุดจะได้รับการทดสอบบนดาวเทียมในวงโคจรของดวงจันทร์ [ที่มา: NASA] ในที่สุด การส่งข้อมูลด้วยเลเซอร์อาจทำให้ส่งวิดีโอสดความละเอียดสูงจากดาวอังคารได้ [แหล่งที่มา: Klotz]

8: การปะติดปะต่อโพรบและโรเวอร์ในเครือข่ายการสื่อสารระหว่างดาวเคราะห์

ก่อนหน้านี้ เราได้กล่าวถึงแนวคิดในการสร้างเครือข่ายดาวเทียมสื่อสารขนาดใหญ่ที่ขยายไปทั่วระบบสุริยะ ซึ่งจะเป็นงานใหญ่ แต่อาจมีวิธีการรวมเครือข่ายดังกล่าวที่เล็กกว่า มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า และเพิ่มขึ้นมากขึ้น จนถึงตอนนี้ เมื่อใดก็ตามที่เราส่งยานอวกาศและดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศ พวกมันมักจะสื่อสารโดยตรงกับสถานีบนดิน และใช้ซอฟต์แวร์และอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับภารกิจนั้นโดยเฉพาะ (และมักจะถูกทิ้งในภายหลัง)

แต่ถ้านักวิทยาศาสตร์และวิศวกรติดตั้งยานหรือวัตถุทุกชิ้นที่ปล่อยสู่อวกาศ ตั้งแต่สถานีอวกาศ กล้องโทรทรรศน์โคจร ยานสำรวจในวงโคจรรอบดาวอังคารหรือดาวเคราะห์ดวงอื่น และแม้แต่หุ่นยนต์โรเวอร์ที่สำรวจภูมิประเทศของมนุษย์ต่างดาว เพื่อที่พวกเขาจะได้สื่อสารกัน ซึ่งกันและกันและทำหน้าที่เป็นโหนดของเครือข่ายระหว่างดาวเคราะห์ที่แผ่กิ่งก้านสาขา? หากคุณกำลังมองหาคำอุปมาบนโลก ลองนึกภาพว่าคอมพิวเตอร์แล็ปท็อป แท็บเล็ต สมาร์ทโฟน เกมคอนโซล เว็บแคม และศูนย์ความบันเทิงภายในบ้านทั้งหมดสามารถเชื่อมโยงไปยังเราเตอร์อินเทอร์เน็ตไร้สายของคุณและแบ่งปันเนื้อหาระหว่างกันได้อย่างไร

นอกเหนือจากการถ่ายทอดข้อมูล ตามหลักแล้ว เครือข่ายระหว่างดาวเคราะห์ดังกล่าวอาจเชื่อมโยงกับอินเทอร์เน็ตบนโลก เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเชื่อมต่อกับดาวเทียมโคจรหรือโรเวอร์ และตรวจสอบสิ่งที่พวกเขาเห็น ในแบบเดียวกับที่อาจไปที่เว็บไซต์ของ NASA ในขณะนี้ .

"เครือข่ายที่ NASA จะสร้างในไม่ช้านี้อาจเป็นเครือข่ายที่นักวิทยาศาสตร์ค้นหารายละเอียดที่น่าตกใจเกี่ยวกับธรณีวิทยาของดาวอังคาร สภาพมหาสมุทรภายใต้น้ำแข็งของดวงจันทร์ยูโรปาที่เยือกเย็นของดาวพฤหัสบดี หรือเมฆปกคลุมดาวศุกร์ที่ปั่นป่วน" บทความด้านวิศวกรรมปี 2548 สิ่งพิมพ์ IEEE Spectrum อธิบาย "มันอาจจะเป็นวิธีที่นักสำรวจอวกาศคิดถึงบ้านส่งอีเมลกลับบ้าน" [แหล่งที่มา: Jackson]

7: อินเทอร์เน็ตที่ใช้งานได้ในอวกาศ

เราได้กล่าวถึงแนวคิดในการเชื่อมต่อยานอวกาศกับยานสำรวจในเครือข่ายขนาดใหญ่ทั่วทั้งอวกาศ เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเชื่อมต่อกับพวกเขาได้เหมือนกับที่พวกเขาทำกับเว็บไซต์บนอินเทอร์เน็ต แต่ตามที่นักวิจารณ์บางคนชี้ให้เห็น แนวทางนี้อาจไม่ได้ดีที่สุดเพราะการออกแบบพื้นฐานของอินเทอร์เน็ตจะไม่ได้ผลดีนักในอวกาศ โปรโตคอลอินเทอร์เน็ตที่เราใช้บนโลกนี้อาศัยการแบ่งทุกสิ่งที่เราส่ง ไม่ว่าเราจะพูดถึงข้อความ เสียง หรือวิดีโอสตรีมมิ่ง ออกเป็นข้อมูลเล็กๆ ที่หรือฟังมัน นั่นเป็นวิธีที่ค่อนข้างดีในการทำสิ่งต่าง ๆ ตราบใดที่ข้อมูลทั้งหมดนั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงโดยมีความล่าช้าเล็กน้อยหรือแพ็กเก็ตข้อมูลสูญหาย ซึ่งไม่ยากที่จะทำบนโลก

เมื่อคุณเข้าไปในอวกาศ -- ที่ซึ่งระยะทางมีมหาศาล บางครั้งวัตถุท้องฟ้าก็เข้ามาขวาง และมีรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่มากมายทั่วบริเวณที่จะรบกวนสัญญาณ -- ความล่าช้าและการหยุดชะงักของการไหลของข้อมูลเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์บางคนกำลังทำงานเพื่อพัฒนาอินเทอร์เน็ตเวอร์ชันดัดแปลง ซึ่งใช้โปรโตคอลรูปแบบใหม่ที่เรียกว่าเครือข่ายที่ทนต่อการหยุดชะงัก (DTN) ไม่เหมือนกับโปรโตคอลที่ใช้บนโลก DTN ไม่ถือว่ามีการเชื่อมต่อแบบ end-to-end อย่างต่อเนื่อง และจะค้างอยู่บนแพ็กเก็ตข้อมูลที่ไม่สามารถส่งได้ทันที จนกว่าจะมีการเชื่อมต่อใหม่ เพื่ออธิบายวิธีการทำงาน NASA ใช้การเปรียบเทียบบาสเก็ตบอล ซึ่งผู้เล่นเพียงแค่จับลูกบอลไว้อย่างอดทนจนกว่าผู้เล่นคนอื่นจะเปิดอยู่ใต้ตะกร้า แทนที่จะตื่นตระหนกและโยนลูกพุ่งหรือขว้างลูกบอลออกไป ในปี 2008 นาซ่าได้ทำการทดสอบ DTN เป็นครั้งแรก โดยใช้มันเพื่อส่งภาพถ่ายหลายสิบภาพจากยานอวกาศที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 20 ล้านไมล์ (32.187 ล้านกิโลเมตร) [แหล่งที่มา: NASA]

6: การสร้างดาวเทียมและสถานีถ่ายทอดสำหรับดาวเคราะห์ดวงอื่น

หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการสื่อสารกับฐานของดาวอังคารคือการที่ดาวอังคารมีการเคลื่อนไหว Sometimes, a base might be turned away from the Earth, and every so often -- approximately once every 780 Earth days -- Mars and the Earth have the sun directly between them. That alignment, called คำสันธาน, potentially could degrade and even block communication for weeks at a time, which would be a pretty lonely, scary prospect if you were an astronaut or a Martian colonist. Fortunately, European and British researchers may have found a solution to this daunting dilemma.

Satellites normally orbit planets in Keplerian orbits, named after the 17th century astronomer Johannes Kepler, who wrote the mathematically equations that describe how satellites move. But the European and British researchers have proposed putting a pair of communications satellites around Mars in something called a non-Keplerian orbit, which basically means that instead of moving in a circular or elliptical path around Mars, they'd be off to the side a bit, so that the planet wouldn't be at the center. In order to stay in that position, however, the satellites would have to counteract the effects of gravity, which would pull them toward Mars. To keep them in place, the scientists have proposed equipping them with electric ion propulsion engines, powered by solar-generated electricity and using tiny amounts of xenon gas as propellant. That would enable the satellites to relay radio signals continuously, even during periods when Mars and Earth are in conjunction [source: Phys.org].

5: Leave a Bread-Crumb Trail of Relays

Interplanetary communication, of course, isn't necessarily just about our own solar system. Since astronomers discovered the first planet orbiting a star similar to the sun in 1995, scientists have discovered scores of other exoplanets, as worlds outside our solar system are called [source: NASA]. In October 2012, they even discovered a planet roughly the size of Earth orbiting the star Alpha Centrauri B, which is in the closest neighbor system of stars, about 2.35 trillion miles (3.78 trillion kilometers) away [source: Betts].

That's a dauntingly huge distance, to be sure. But even so, some space scientists envision someday launching a giant starship that essentially would be a moving, self-contained miniature version of Earth, capable of sustaining successive generations of astronauts who would venture across interstellar space in an effort to reach other habitable planets and possibly even make contact with extraterrestrial civilizations.

Project Icarus, a recent effort by space scientists and futurists to come up with a blueprint for such a mission, pondered the problem of how such a ship would continue to communicate with Earth as it got further and further into the unknown. They came up with one intriguing solution: Along the way, the massive ship would periodically jettison empty fuel canisters equipped with signal relay equipment, forming a chain that would pass back messages from the spacecraft to Earth. "The idea is that with a chain of relays between Icarus and Earth, each 'hop' of the signal is a much shorter distance than the whole distance of several light years," Pat Galea, a British engineer who participated in the design project, wrote in 2012. "So we could, potentially, reduce the transmitter power requirement, or the antenna size on Icarus, or alternatively, increase the data rate that can be sent over the link" [source: Galea].

4: Set Up Array of Giant Antennas to Receive Messages

The scientists and futurists working on Project Icarus -- a speculative attempt to design a starship capable of reaching the nearest neighboring star system, about 2.35 trillion miles (3.78 trillion kilometers) away -- spent a lot of time thinking about how such a ship might stay in contact with the Earth as it journeyed across the enormity of interstellar space. In the previous item on this list, we mentioned the concept of a bread-crumb-like trail of communications links that the starship would leave in its wake. But back on Earth, those monitoring the mission would still face the challenge of trying to pick up signals from the starship and filter out the ambient electromagnetic noise of space -- a task made even more difficult by the Earth's atmosphere, which would weaken the signals.

To maximize the ability to do that, Project Icarus' planners have suggested building several solar system receiving stations, which would be enormous arrays of antennas stretching for many miles in different locations on Earth. The antennas in such an array would work in synergy to spot and capture the faint signals containing starship messages. (Think of this analogy: If a baseball player hits a home run into the stands at a baseball stadium, it's more likely that the ball will be caught by a fan if the stands are full of people.) Because the Earth rotates, the antennas in a particular SSRS would only be pointing at the distant starship for a small fraction of each day, and the weather in that location on Earth could hinder the reception. For that reason, it might be wise to build multiple arrays of antennas in different locations on Earth, to ensure that we can stay in near-continuous communication [source: Galea].

3: Use the Sun as a Signal Booster

Here's yet another idea hatched by the Project Icarus researchers. According to Einstein's relativity theories, extremely massive objects' gravitational forces can actually deflect light that's passing near them and concentrate it, the way a hand-held magnifying glass does. That gave the Project Icarus think tank the idea of using that effect to focus and boost transmissions from a distant spacecraft. The way they would do it, admittedly, is a little tough for a non-physicist to fathom: A spacecraft capable of receiving communications transmissions would be positioned in interstellar space opposite the direction that the starship is going, about 51 billion miles (82 billion kilometers) away from the sun. That's really, really far -- about 18 times the distance between Pluto and the sun, in fact -- but let's assume that an Earth civilization capable of sending a starship trillions of miles from Earth can do that. The communications craft would then use the sun as a lens to magnify the signals it gets from the distant starship, and then would transmit them back to Earth though some other system, such as a network of satellites with laser links.

"The potential gain from doing this is immense," engineer Pat Galea explained to Discovery News in 2012. "The transmitter power on Icarus could be ramped down to much lower levels without impacting the available data rate, or if the power is kept the same, we could be receiving much more data than a direct link would provide." Ingenious as it might seem, however, the scheme also has some Jupiter-sized complications. It'd be necessary, for example, to keep the receiver spacecraft, the one getting the signals from the starship, pretty close to perfectly aligned at all times, and keeping it that way could prove very, very difficult [source: Galea, Obousy et al].

2: Super-Sensitive Electronic Ears For Extremely Faint Signals from Space

By the time transmissions from a distant spacecraft reach Earth, they've become degraded, to the point where a signal may actually contain less than a photon worth of energy [source: Rambo]. And that's really, really weak. Remember that photons, the tiny massless particles that are the smallest unit of energy, are incredibly tiny a typical cell phone emits 10 to the 24th power worth of photons every second [source: University of Illinois]. Picking out that mind-bogglingly faint signal from the irrepressible cacophony of space and making sense of it might be as difficult as, say, finding a message floating in a bottle somewhere in the Earth's oceans. But researchers have come up with an intriguing solution, according to the NASA's Space Technology Program Web site, which underwrites that sort of problem solving.

Instead of sending out a single signal or pulse of energy, a spaceship trying to communicate with Earth would send out many copies of that signal, all at once. When the weakened signals got to Earth, mission control would use a device called a structured optical receiver, or Guha receiver (after the scientist, Saikat Guha, who invented the concept), to essentially reassemble the surviving tiny, weak bits and pieces of all those duplicate signals, and put them together to reconstruct the message [sources: Rambo, Guha]. Imagine it this way: Take a message typed on a piece of paper, and then print a thousand copies of it, and run them all through a shredder and then mix up the tiny pieces that result. Even if you throw most of those little pieces into the trash, the ones that remain might well give you enough information to reconstruct the message on the paper.

1: Faster-than-Light Neutrinophones

No matter how many mind-bogglingly complicated gadgets we develop to piece together faint communications signals struggling to reach us from deep space, we still face another, even more challenging problem. Inside our solar system, the distances are so great that easy, instantaneous back-and-forth communication of the sort that we're accustomed to on Earth -- a Skype-style video conversation, for example -- isn't really feasible, at least with present technology. And if we're going to travel to planets outside our solar system, it would become pretty much impossible. If a starship reached our nearest interstellar neighbor, the Alpha Centauri star system trillions of miles away, it would take 4.2 years for each side of a voice, video or text transmission to cross that mind-blowingly large distance. That's why visionaries long have been intrigued with the idea of transmitting messages via beams of subatomic particle that would travel faster than light.

Wow -- that sounds like an easy fix, doesn't it? But guess again. For that scheme to work, we seemingly would have to blow a great big hole in Einstein's theory of special relativity, which prohibits anything from moving faster than light speed. On the other hand, maybe it doesn't. In 2012, two mathematicians published a paper in a British scientific journal, claiming that there's a way to crunch Einstein's calculations and show that faster-than-light velocities are indeed possible [source: Moskowitz]. But if those dissenters turn out to be right, we'd still have to actually find some proof that particles can move faster than light speed, and so far we haven't.

There was one highly-publicized 2011 experiment, in which researchers at the CERN particle accelerator in Europe supposedly clocked particles called neutrinos moving an extremely tiny bit faster than Einstein's speed limit. But as it turned out, a glitch in the fiber-optic cable in the researchers' equipment apparently caused a false reading (it wasn't plugged in completely) [source: Boyle]. That put the kibosh on prospects of a cosmic neutrinophone, at least for the time being.

Author's Note: 10 Best Ideas for Interplanetary Communication

The notion of, say, sending live, streaming video from Mars to Earth may not seem that far-out to a member of the millennial generation, who grew up in an age when having a cell phone conversation with someone on the other side of the planet is no big deal. But it remains pretty mind-boggling to me, perhaps because I'm old enough to remember how difficult and expensive it once was just to place an old-fashioned analog long-distance phone call from the East Coast to California. I got a little shock a few years back, when I contacted a source for an article by e-mail, and got a call back from him -- via Skype -- from Afghanistan, where he had traveled for a business project. Since then, I've gotten a bit more used to our ever-increasing connectivity the other day, I actually spent a half-hour exchanging a stream of back-and-forth e-mails with an old colleague who now lives in France, only to be interrupted by an instant message from another friend in the north of England. So I look forward to the inevitable day when I'll be exchanging witticisms and complaining about the weather with someone who's in orbit above me.


How does radio bandwidth restrict the choice and use of science payload on interplanetary probes? - ดาราศาสตร์


ดูวิดีโอ: เบองลก ณวฒน อาการทรดเพราะ อยหลงสามกบ ดอยคาวคซน (กันยายน 2022).