Я собираюсь предположить, что под константой вы действительно имеете в виду постоянную, а не мгновенную. Другими словами, мы все еще ограничены скоростью задержки распространения света. Мы также связаны законами орбитальной механики, как они понимаются в настоящее время.

Поскольку вы используете «планеты» во множественном числе, я полагаю, что у человечества есть колонии на нескольких планетах и, возможно, на лунах, а не только на одном форпосте вдали от Земли или на околоземной орбите (одна из которых у нас уже есть: Международная космическая станция).

Я также собираюсь для простоты предположить, что у вас есть неограниченная выходная мощность для передатчиков. На практике это не так, но в первом приближении, чтобы удержать читателя от недоверия, это работает нормально. Кроме того, вы можете обменять выходную мощность на скорость передачи данных, как описано в теореме Шеннона-Хартли , поэтому, если вы можете принять более низкую скорость передачи данных, вы можете обойтись меньшей мощностью (до определенного момента).

Начнем с колоний только на поверхности планет, а не на спутниках Солнечной системы. Проблема здесь в том, что планеты вращаются вокруг Солнца, мало обращая внимания на их соответствующее орбитальное выравнивание с другими планетами.

Самый простой способ убедиться, что каждая планета всегда находится в поле зрения хотя бы одного спутника-ретранслятора, — это, вероятно, вывести спутники-ретрансляторы на орбиту вокруг Солнца, сильно наклоненную относительно эклиптики Солнечной системы (воображаемый диск, образованный орбиты планет, восходящие к протопланетному диску Солнечной системы). Простым способом сделать это (ну, «простым», но все же дорогим с точки зрения орбитального маневрирования, чтобы попасть на место) было бы использование солнечной полярной орбиты. Это орбита, которая проходит через полюса Солнца, а не вокруг экватора Солнца, под углом 90 градусов к эклиптике.

Наличие трех спутников-ретрансляторов на солнечной полярной орбите, сдвинутой по фазе на 120 градусов, гарантирует, что один из них всегда находится в пределах видимости где-то на каждой планете Солнечной системы, поскольку Солнце будет блокировать обзор только одного в любой момент времени ( если смотреть с любой конкретной планеты). Возможно, вам понадобится несколько дополнительных для резервирования, но это существенно не изменит настройку. Учитывая, что другой конец связи находится близко к эклиптике, наличие трех гарантирует, что один всегда будет в поле зрения каждой планеты, тогда как с двумя может возникнуть ситуация, когда один будет позади Солнца, а другой - прямо перед Солнцем. Солнце. Это почти наверняка сработает с геометрической точки зрения, но на практике у вас возникнут серьезные проблемы с выделением сигнала из шума Солнца (см. ниже).

Заметьте, я сказал где-то на каждой планете. Вам понадобится подобное созвездие на орбите вокруг каждой планеты, где есть человеческая колония, чтобы гарантировать наличие спутника в поле зрения каждой точки на поверхности, где он необходим. На данный момент все сводится к сценарию, аналогичному описанному в разделе « Минимальное количество спутников для постоянного изображения всей поверхности Земли».. Оказывается, это можно сделать с четырьмя-шестью спутниками (в основном, в зависимости от возможностей вашей наземной станции, я полагаю; четыре — это абсолютный минимум, необходимый для того, чтобы группировка спутников могла видеть каждую точку на поверхности все время, но вам также нужны определенные точки на поверхности, чтобы иметь возможность общаться хотя бы с одним из спутников в любой момент времени). Опять же, вам может понадобиться несколько дополнительных для резервирования, но решение этой проблемы не является непреодолимой задачей.

После того, как вы добавите колонии на луны планет или иным образом на орбиту планет, вам понадобится надежный способ связи между колонией и ретрансляционными спутниками вокруг планеты. Для этого вы можете обратиться к спутниковой системе слежения и ретрансляции данных (TDRSS).для вдохновения. Короче говоря, вам нужно как минимум три спутника на геостационарной орбите, чтобы поддерживать постоянную связь между любой точкой на орбите и любой точкой на земле, после чего передача сигнала на спутники-ретрансляторы Солнечной системы — это просто вопрос получения сигнала (любого сигнала) из точки А в точку Б на поверхности планеты или Луны, или между спутниками типа TDRSS. Как только сигнал окажется в поле зрения одного из спутников солнечного ретранслятора, пусть спутник направит его в сторону спутника солнечного ретранслятора, и сигнал будет направлен к предпоследнему пункту назначения.

Есть две большие проблемы, с которыми столкнутся инженеры вашего мира, о которых я могу думать.

Во-первых, Солнце довольно шумно в радиочастотном спектре. Это проблема, когда Солнце находится на одной линии с желаемым сигналом. Таким образом, вам нужно будет либо разместить спутники, вращающиеся вокруг Солнца, на относительно высокой орбите вокруг Солнца, чтобы обеспечить достаточное разделение, которое антенны с высоким коэффициентом усиления могут выбрать против радиошума Солнца, либо чрезвычайноантенны с высоким коэффициентом усиления на концах линий. Я не знаю, что из этого было бы проще, но, учитывая, что бороться с эклепсией уже сложно, любой из них вполне может стоить той цены, которую нужно заплатить. Обратите внимание, что антенны с более высоким коэффициентом усиления требуют более точного наведения, что потребует большего удержания станции, что потребует большей реактивной массы («топлива») на борту спутников для заданного срока службы. Опять же, это не является непреодолимым, но стоит иметь в виду, поскольку это проблема, с которой реальным инженерам придется бороться и идти на компромиссы.

Во-вторых, солнечная полярная орбита жесткая. Я упоминал об этом выше, но не пренебрегайте его важностью; это действительно безумно тяжело. Допустим, вы хотите разместить спутники-ретрансляторы, вращающиеся вокруг Солнца, на расстоянии до Солнца Венеры (0,73 а.е.), с наклоном к эклиптике 90 градусов. Во-первых, вам нужно добраться до орбиты Венеры, что может быть выполнено с помощью переноса Хомана (рассчитанного на основе гелиоцентрической или центрированной по Солнцу системы отсчета):

что управляемо (для полета на Луну потребовалось в общей сложности около 11 км / с delta-v для полета, плюс немного для посадки и возвращения, чтобы общий бюджет delta-v где-то около 20 км / с разделить среди этапов «Сатурн», служебного модуля, спуска лунного модуля и этапа подъема лунного модуля). Это ставит вас по соседству с Венерой; не обязательно в фактическом местоположении Венеры (это зависит от времени перехода на орбиту или от того, что мы называем окнами запуска ), но, по крайней мере, приблизительно на одной орбите с ней. Теперь предположим, что ваша орбита круглая, и измените ее наклон на 90 градусов, сохранив ее круглость (технически, ее эксцентриситет), где$v = 35.02~\text{km/s}$- орбитальная скорость Венеры вокруг Солнца:

Так что, если ваш космический корабль со спутником уже находится на орбите Земли (что не то же самое, что орбита вокруг Земли, а скорее совместная орбита Солнца с Землей), вам нужен бюджет изменения общей скорости (дельта-v). около 54 600 м/с, чтобы выйти на полярную орбиту Солнца на расстоянии Венеры от Солнца, и это после того , как вы примените почти 8 км/с плюс потери на сопротивление, чтобы выйти на низкую околоземную орбиту. Хотя почти наверняка есть уловки, которые вы можете использовать, чтобы сократить количество этого, которое вам нужно применять под нагрузкой (с работающими ракетными двигателями), это остается серьезной задачей . Я бы ничуть не удивился, если бы вы увидели что-то похожее на Saturn C-8., который был примерно такой же высоты, но намного крупнее, чем Сатурн V, отправивший Аполлона к Луне.

Сравните также Можно ли общаться в космосе, пока между сторонами находится солнце? на Space Exploration SE.

Пусть сигналы просто отражаются от других планет, лун и блестящих объектов.

В так называемой радиолокационной астрономии ученые посылают микроволновые сигналы так далеко, как Меркурий и Венера, и могут измерить сигнал, отраженный обратно к нам! Возможно, вы также слышали, что лазер отражается от отражающей пластины на Луне, оставленной там астронавтами Аполлона.

Это показывает, что вашей цивилизации не нужна ретрансляционная станция вокруг Солнца, им нужен только отражающий объект. Подойдет «зеркало» на орбите, может быть, кусок льда дальше, полированная комета? Или, возможно, вокруг Меркурия разбросаны зеркала, у него нет атмосферы.

На околоземной орбите есть прецедент. В 1960 году США запустили Echo 1, надувной спутник с высокой отражающей способностью , который позволял людям на Земле общаться, отражая от него радиосигналы.

Ниже приведено изображение Echo 1, проходящего испытания в НАСА, и LAGEOS 1 , запущенного в 1971 году.

Спутник LAGEOS отражает лазерный свет и не предназначен для использования в качестве ретранслятора. Вместо этого он используется для измерения расстояний. И, возможно, в качестве фона для научно-фантастического рассказа? Видите ли, спутник LAGEOS все еще вращается вокруг Земли, но ожидается, что он врежется в нашу атмосферу через 8 миллионов лет. На нем есть табличка, разработанная Карлом Саганом, предназначенная для понимания любыми разумными существами, жившими на планете в то время. Будет ли это понято?

Три или четыре спутника вокруг каждой планеты, достаточно высоко, чтобы они видели друг друга, и один всегда виден из любого места (кроме полярных широт) на земле. Для надежной системы восемь спутников могут быть более безопасным выбором. Вы хотели бы иметь возможность подключиться к двум из них, чтобы свести к минимуму потери при переключении.

Плюс две (одна по сути избыточная) дополнительных коммуникационных платформ в земных точках Лагранжа 4 и 5. Таким образом, у вас всегда будет как минимум два четких обзора в каждой точке Солнечной системы.

Вы захотите добавить эти лагранжевые платформы на все планеты, чтобы вы всегда могли напрямую подключаться к любой из них. Экономит пропускную способность и задержки.

Маршрутизация будет интересной частью прикладной математики, не только вычисляя лучшие пути, но особенно оптимальное время для переключения между маршрутами, в зависимости от их переменной пропускной способности.

По данным НАСА, во время Солнечного соединения :

Они собирают данные от других и сохраняют их. В некоторых случаях они продолжают отправлять данные на Землю, зная, что часть данных будет потеряна.

Хорошо, это не очень хорошо, но солнце не блокирует связь полностью.

Ретрансляционная станция на орбите, не находящейся на эклиптике, может помочь, но с ней будут проблемы:

• Проблемы с обслуживанием
• Когда-то она могла находиться в солнечном соединении с любой из этих планет.

По этой причине я бы предпочел использовать другую планету или колонии в Поясе в качестве ретрансляторов. Во-первых, их будет много, а во-вторых, они все равно позаботятся о поддержании связи. Конечно, сборы во время соединения будут стремительно расти, но что угодно имеет свою цену.

Это не реальная проблема.

Вы не объяснили внятно, зачем нужен канал связи, но, исходя из контекста вашего вопроса, я предполагаю, что Земля может запустить оборонный флот для защиты планеты-колонии.

Давайте рассмотрим Марс, так как это ближайшая удаленно пригодная для жизни планета ( поверхность Венеры имеет среднюю температуру 467 градусов по Цельсию, достаточно горячую, чтобы плавить свинец ). Оптимальное окно запуска с минимальной энергией происходит примерно раз в два года и длится примерно месяц. Это происходит в тот момент , когда разница в орбитах между двумя планетами составляет 44 градуса , а это означает, что солнце, безусловно, не заслоняет линию прямой видимости между двумя планетами. Этот план трансферного полета занимает примерно 260 дней, чтобы достичь Марса. Возможны более быстрые планы полета, но они требуют значительно больше энергии.

С месячным трансферным окном, которое происходит только каждые два года, ваши шансы на то, что инопланетный переворот произойдет в оптимальное время, очень низки, и даже в этом случае, если вам повезет, вам понадобится две трети года, чтобы добраться до Марса. .

Кроме того, если я правильно понял эту статью , мы теряем связь с Марсом только на несколько дней каждые два года. Если на полет к Марсу в лучшем случае уходит более полугода, а Марс никогда не исчезает из виду более чем на несколько дней, то эта потеря связи крайне незначительна.

Если ваша атака инопланетян произойдет на другой планете, флоту с Земли потребуется значительно больше времени, чтобы прибыть. Чтобы дать вам представление о масштабе, скажем, что Юпитер — следующая планета в Солнечной системе после Марса, и чтобы долететь до Юпитера, требуется шесть лет .

Если ваш инопланетный вид достаточно развит, чтобы начать атаку из-за пределов нашей Солнечной системы , они, вероятно, достаточно разумны, чтобы спланировать свою атаку таким образом, чтобы максимизировать время, необходимое силам обороны с Земли, чтобы прибыть на планету. Таким образом, время в пути, вероятно, будет ближе к худшему сценарию, чем к лучшему.

тл;др

Чтобы долететь до другой планеты, требуется так много времени, что короткие перерывы в общении, когда планета затмевается за Солнцем, не стоят беспокойства.

Почему бы не смоделировать протокол TCP/IP Ethernet. где у вас может быть много передатчиков и ретрансляторов/маршрутизаторов, которые создадут устойчивую таблицу маршрутизации для отправки сообщений по самому быстрому маршруту, доступному в то время.

Это придаст отказоустойчивость и позволит приспособиться к выходу из строя станций связи.

Сфокусированные направленные передачи требуют меньше энергии, но требуют больше обслуживания. Также давайте не будем предполагать, что мы одни во вселенной, сфокусированные передачи могут сделать большинство передач практически бесшумными за пределами намеченной цели. Я могу только предполагать, что некоторые жители других миров хороши, а некоторые нет.

За пределами нашей атмосферы достаточно энергии солнца. поэтому земные спутники и лунные станции могут быть первым слоем.

Иногда Марс находится близко к нашей орбите, а иногда он находится на другой стороне Солнца, что далеко. поэтому время связи будет варьироваться от любого места, кроме Луны.

поместите 2 искусственные планеты (не могу назвать их спутниками) на эллиптической полярной орбите вокруг Солнца, они будут проводить большую часть своего времени вне эклиптики, и, таким образом, по крайней мере одна из них должна быть доступна в любое время.

Может быть, ячеистая сеть в поясе астероидов или рядом с ним? Много-много очень маленьких, очень дешевых, а также легко заменяемых реле, объединяющих в сеть весь пояс, увеличивает шансы на то, что они находятся в прямой видимости с одним или несколькими спутниками, а все спутники находятся в прямой видимости по крайней мере с одним другим. Высейте их немного выше или ниже плоскости эклиптики. Фактор избыточности означает, что система будет намного более надежной, чем несколько спутников-ретрансляторов. Обратной стороной является то, что скорость света является нетривиальным фактором. К тому времени, когда сообщение достигает Земли, инопланетяне собрали всех колонистов на телевизионных ужинах.

Это просто! Посмотрите на карту Star Fox 64 .

Установите большую антенну на планетах, колонизированных УВЧ. Они будут соединены друг с другом, избегая Солнца. Если за Солнцем есть планета, пытающаяся связаться с другой, просто найдите другую ретрансляционную станцию ​​(планету), чтобы передать ваше сообщение на принимающую планету.

Посмотри на это:

Конечно, есть программное обеспечение, управляющее RF.

Я бы порекомендовал аналогичный подход к реальным телефонным линиям в наши дни: множество ретрансляторов, разбросанных по всем планетам (сейчас они просто на вершинах зданий или гор), так что даже если Солнце находится между исходным сигналом и Землей, будет повторители вокруг него.

Существует реальное явление, которое не поддается ограничениям, накладываемым скоростью света: квантовая запутанность, когда две квантово-запутанные частицы функционируют таким образом, что изменение состояния одной из частиц мгновенно влияет на другую. Это явление теоретически игнорирует любое расстояние, поэтому оно было бы идеальной основой для общения. Если бы ее можно было использовать для такой цели, одна такая пара обеспечила бы неограниченную пропускную способность между двумя точками. Таким образом, вы можете создать межпланетный или даже межгалактический интернет, используя это.