Какая самая высокая неоптическая частота используется или тестируется для использования в дальней космической связи?

Для параболических антенн, используемых для передачи сигнала на большие расстояния, коэффициент усиления по оси масштабируется как Д 2 / λ 2 или Д 2 ф 2 / с 2 куда λ и ф длина волны или частота и с это скорость света. При прочих равных условиях удвоение частоты означает в четыре раза большую мощность, принимаемую удаленным приемником с фиксированной площадью приемной антенны.

Вопрос: За исключением оптических частот, какова самая высокая частота, которая использовалась или даже тестировалась на космических кораблях , которые можно было бы использовать за пределами околоземной орбиты? Я ищу приблизительную частоту, а не просто буквенный код для обозначения диапазона.

примечание 1: в этом вопросе учитывается прием на околоземной орбите (а также на поверхности Земли).

примечание 2: я немного скорректировал этот вопрос, чтобы можно было проводить испытания, которые не обязательно проводились за пределами околоземной орбиты, если результаты применимы и информативны для потенциального использования за пределами околоземной орбиты.

ниже: Названия микроволновых диапазонов и приблизительные частоты из Skyware Technology Ka vs. Ku - An Unbiased Review.

микроволновые диапазоны

внизу: 70-метровая тарелка в комплексе DSN Goldstone. Для масштаба обратите внимание, что красной краской обозначены проходы и лестницы. Из Гизмодо .

Голдстоун 70 метровая тарелка

Согласно этому документу spaceacademy.net.au/spacelink/radiospace.htm верхний край радиоокна атмосферы находится на частоте 30 ГГц. «Выше 30 ГГц нижняя атмосфера или тропосфера, ниже 10 км, поглощают радиосигналы из-за кислорода и водяного пара. Даже между 20 и 30 ГГц есть некоторые полосы поглощения, которых следует избегать».
@Уве спасибо! Конечно , Ka-диапазон находится в пределах досягаемости поверхности Земли. Но я не уверен, что это самая высокая частота, используемая космическим кораблем за пределами окололунного пространства. См. также Ка-диапазон представляет будущее космической связи .
Диапазон частот Ка-диапазона составляет 26,5–40 ГГц. Полосы поглощения (от 20 до 30 ГГц и выше 30 ГГц) находятся в диапазоне Ka, не все частоты диапазона Ka могут использоваться для связи земля-космос.
Я понимаю что ты имеешь ввиду. Вот почему вопрос требует «приблизительной частоты, а не просто буквенного кода для обозначения диапазона».
Согласно этому документу tele-satellite.com/TELE-satellite-0709/eng/feature.pdf диапазон Ka очень зависит от погоды. Наземная станция должна находиться в очень сухом месте. Затухание увеличивается с частотой и интенсивностью дождя. Небольшой дождь со скоростью менее 5 мм/ч не проблема. См. рисунок 4 на последней странице. Существует большая разница между частотой на нижней и верхней границе Ка-диапазона.
@Uwe Я никогда не переставал думать о помехах из-за дождя, которые могут быть очень серьезной проблемой для связи или измерений, критичных по времени. Спасибо за ссылку!

Ответы (2)

В случае связи Земля-космос и космос-Земля (т.е. не космос-космос) над текущими диапазонами есть интересное окно Vвведите описание изображения здесь -диапазона: ( эта презентация может быть интересна для прочтения целиком)

В верхней части нижнего окна показана экспериментальная попытка использования полезной нагрузки AlphaSat Aldo Paraboni для измерения космических эффектов Земли в диапазонах Ka/Q и более низких диапазонах V. Работа Ka/Q направлена ​​на затухание и распространение на частоте около 40 ГГц. Усилия V смотрят на 48 ГГц. Есть несколько статей IEEE с платным доступом о результатах , но, к сожалению, единственные источники без платного доступа, которые я могу найти, касаются только тестов оборудования .

Эта кампания в диапазоне V может считаться «испытанием на самой высокой частоте», хотя на самом деле это еще не «связь в дальнем космосе».

Inmarsat-4A F4 находится на геостационарной орбите, поэтому вопрос не решается, но об эксперименте все равно интересно читать. Я указал «глубокий космос» и «за пределами околоземной орбиты», потому что был совершенно уверен, что более высокие частоты были проверены, по крайней мере, локально.
На самом деле я скорректировал формулировку вопроса, так что это может быть принятым ответом. Это действительно интересно!

редактировать: поскольку я также являюсь ОП, после принятия ответа @BobJacobsen я немного пересмотрел вопрос, чтобы разрешить другой, очень информативный ответ , который касается тестирования полосы более высоких частот через атмосферу Земли, хотя тестирование проводилось из LEO а не дальний космос. Этот ответ здесь о самой высокой частоте, используемой или испытанной из глубокого космоса .


Я опубликую это как предварительный ответ. Я не уверен на 100%, что более высокая частота не тестировалась, но похоже, что частоты Ка-диапазона глубокого космоса около 32 ГГц являются самыми высокими, которые подвергались существенным систематическим испытаниям и использованию в дальнем космосе.

Я также должен отметить, что спутник для исследования транзитных экзопланет (TESS) будет использовать Ka-диапазон из окололунного пространства (грубо говоря), как обсуждалось в вопросе Будет ли «ближний космос» распределять Ka-диапазон для TESS?

Из Справочника по проектированию телекоммуникационных каналов DSN 201, версия B, Назначение частот и каналов, выпущенного 15 декабря 2009 г .:

введите описание изображения здесь

Я не должен, что все они кажутся нисходящими. Я не нашел никакой соответствующей информации восходящего канала Ka-диапазона.

Кеплер:

Телескоп Kepler использует Ka-диапазон для регулярной передачи обработанных данных на расстояние около 1 а.е.

Марсианский разведывательный орбитальный аппарат (MRO):

Согласно реферату этой статьи Mars Reconnaissance Orbiter Ka-диапазон (32 ГГц) Демонстрация: Крейсерская фаза операций (также эта презентация ):

Среди основных моментов из них было установление однодневного рекорда по возврату данных с космического корабля дальнего космоса (133 Гбит), достигнутого за один 10-часовой полет; достижение самой высокой скорости передачи данных за всю историю планетарной миссии (6 Мбит/с) и успешная демонстрация DDOR в Ka-диапазоне.

Я не уверен насчет расстояний, похоже, что эксперименты проводились во время крейсерской фазы миссии перед выходом на орбиту.

Юнона:

Передачи в Ka-диапазоне с космического корабля Juno систематически изучались в течение длительного периода времени. В отчете о проделанной работе IPN Анализ сигнала несущей нисходящей линии связи Кассини в Ka-диапазоне . Вот полная аннотация, в этом отчете есть что почитать:

Низкочастотные диапазоны телеметрии становятся все более ограниченными по пропускной способности из-за усиления конкуренции между полетными проектами и другими организациями. Полосы более высоких частот предлагают значительно большую пропускную способность и, следовательно, перспективу гораздо более высоких скоростей передачи данных. Будущие или перспективные проекты полетов, рассматривающие каналы телеметрической передачи данных в диапазоне Ka (32 ГГц), интересуются прошлым опытом полетов с полученными данными в диапазоне Ka. За 10 лет приема по замкнутому контуру Кассини данные несущей в Ka-диапазоне, включающие более 2 миллионов отдельных измерений, были получены на всех трех сайтах сети дальнего космоса (DSN). Мы проанализировали эти данные, чтобы охарактеризовать производительность канала в широком диапазоне погодных условий и в зависимости от угла места. На основе этого анализа мы вывели рекомендацию по запасу телекоммуникационных каналов для целей предполетного планирования.

Если для нисходящего канала использовать 40 ГГц вместо 32 ГГц, увеличение коэффициента усиления антенны (при том же диаметре антенны) составит всего 1,9 дБ. Я думаю, что для компенсации повышенного ионосферного и атмосферного затухания потребуется больший запас, чтобы получить аналогичную доступность канала.
См. эту статью об использовании W-диапазона. Похоже, в ближайшее время мы не увидим использование W-диапазона для дальнего космоса.