Как внесолнечный космический корабль будет связываться с Землей?

Корабль, находящийся на очень большом расстоянии от Земли, будет общаться с помощью сети Deep Space Network или чего-то очень похожего, представляющего собой массив радиотарелок, разнесенных по земному шару на 120 градусов друг от друга. Эти станции связи вещают на определенном наборе частот (диапазоны x и ka ) мощностью от 20 до 400 кВт .

Рабочая скорость для связи составляет от 150 Мбит/с до 10 бит/с. Вблизи Земли связь тем быстрее, чем дальше вы уходите, тем медленнее связь. Зонд « Новые горизонты » обменивается данными со скоростью 1 кбит/с, что достаточно для отправки текстовой информации. Одно изображение занимает несколько минут, поэтому о видео с современными технологиями не может быть и речи.

Хорошей новостью является то, что на самом деле нет предела максимальной дальности приема сигналов, если они передаются с достаточной мощностью. В этом документе говорится, что DSN может принимать сигналы мощностью всего в одну миллиардную от миллиардной ватта мощности. Таким образом, минимальная мощность сигнала$1\times10^{-25}w$

Теперь мы можем рассчитать максимальное расстояние, на котором может быть получен сигнал, используя уравнение плотности мощности .

$P_D=\frac{PG}{4\pi d^2}$

Где:

$P_D$удельная мощность

$P$мощность передатчика

$G$Усиление, для новых горизонтов это 16000 , поэтому мы будем использовать это.

$d$это расстояние от передатчика

Итак, теперь мы можем сделать предположение о максимальном диапазоне приема сигнала для заданной выходной мощности, решив следующее для$d$с усилением New Horizons и мощным передатчиком мощностью 100 Вт:

$1\times10^{-25}w/m^2 = \frac{16,000\times100w}{4\pi d^2}$

Дает нам обнаруживаемый диапазон$1.1\times10^{15} m$или 8 тысяч астрономических единиц или 47 световых дней.

На самом деле я не EE, поэтому, если есть ошибка, дайте мне знать. Я также знаю, что плотность мощности не равна 1:1 для обнаружения чего-либо, но это приблизительный показатель. * Также предполагается без потерь.

Цитируя НАСА о миссиях "Вояджер"

Научные данные возвращаются на Землю в режиме реального времени со скоростью 160 бит/с. Для сбора данных в реальном времени используются ресурсы 34-метровой сети дальнего космоса (DSN), цель проекта — получать не менее 16 часов в день данных в реальном времени на космический корабль. Эта цель не всегда достигается из-за конкуренции за ресурсы DSN с проектами основной миссии и другими проектами расширенной миссии.

Раз в неделю для каждого космического корабля 48-секундные высокоскоростные (115,2 кбит/с) данные PWS записываются на цифровой магнитофон (DTR) для последующего воспроизведения. Каждую неделю на «Вояджере-1» записываются дополнительные 48 секунд. Эти данные воспроизводятся на Земле раз в 6 месяцев для каждого космического корабля и требуют поддержки 70-метровой DSN для сбора данных.

Хотя здесь вы можете найти эти данные:

стандартные значения для дисков Blu-ray:

Видео MPEG-4 AVC со скоростью 18000 кбит/с для 1080p

Видео MPEG-4 AVC со скоростью 8000 кбит/с для 720p

Мастер аудио DTS-HD

Битрейт аудиокодека варьируется, но не должен превышать 4 Мбит/с. В сумме это 22 Мбит/с для 1080p и 12 Мбит/с для 720p. Сжатие с потерями может привести к гораздо более низкой скорости передачи данных.

Для сравнения, некоторые скорости передачи:

USB 1.1 (full bandwidth): 12 Mbps
USB 2.0: 480 Mbps
PATA: up to 1064 Mbps
SATA I: 1500 Mbps
Ethernet: 10 Mbps
Fast Ethernet: 100 Mbps
Gigabit Ethernet2: 1000 Mbps

Таким образом, HD-видео — это выход за рамки возможностей.