Какое именно взаимодействие заблокировало передачу данных с Юноны вблизи солнечного соединения?

Согласно статье Space.com Juno Phones Home: Зонд Юпитера снова соединяется с Землей после 8-го пролета , недавний близкий пролет Юноны над Юпитером и сбор данных произошли, когда Юпитер был слишком близко к Солнцу, если смотреть с Земли, чтобы данные могли быть надежно получены зондом. Сеть дальнего космоса.

Вот GIF, сделанный из некоторых изображений SOHO LASCO C3 ; вы можете видеть, как Юпитер исчезает за центральным затмевающим диском, который защищает каждую камеру SOHO от Солнца. (Кстати, это комета 96P справа; см. репортаж Годдарда НАСА « Возвращение кометы: 96P, обнаруженный ЕКА, спутники НАСА ».)

введите описание изображения здесь

Солнечные соединения Юпитера — когда орбиты Земли и Юпитера проходят по планетам на противоположных сторонах Солнца — означают, что космический корабль, вращающийся вокруг Юпитера, не может передавать на Землю без заряженных частиц, испускаемых Солнцем, которые искажают сигнал зонда . Последнее солнечное соединение Юпитера было в августе 2015 года, до того, как Юнона прибыла к Юпитеру, а следующее произойдет в ноябре 2018 года, сообщает in-the-sky.org .

Конечно, статья неверна, и предыдущее соединение было бы в 2016 году.

Я начертил углы ниже; похоже, что около 1,5 градусов слишком близко, но 4 градуса в порядке. Это соответствует максимальному приближению луча зрения к поверхности Солнца 3 против 10 миллионов километров.

Вопрос: Является ли это простым эффектом плотности плазмы? Когда линия прямой видимости проходит слишком близко к Солнцу, частота среза падает ниже частоты, используемой космическим кораблем для нисходящей линии связи? Достаточно ли высока плотность солнечного ветра на таком расстоянии, чтобы он стал непрозрачным на этой частоте? Или проблема более сложная и, возможно, также включает в себя слишком большую дисперсию? Или, возможно, геометрическая задача; слишком сложно навести так близко к Солнцу без повреждения оборудования или даже проблемы с радиопомехами; существует слишком много побочных радиошумов от Солнца, и слабый сигнал космического корабля не может быть достаточно хорошо отделен, чтобы обеспечить широкополосный нисходящий канал?

примечание: я ищу какое-то объяснение, а не просто ответ, в котором говорится: «Из-за помех со стороны Солнца». Спасибо!


График рассчитанных позиций и разделения с использованием пакета python Skyfield . Я не уверен в точном времени начала успешного нисходящего канала, поэтому я просто добавил семь дней к времени пролета (оценка по Горизонтам Лаборатории реактивного движения ).

Крошечные точки расположены с интервалом в 1 день, красная точка среднего размера слева — это момент пролета, зеленая точка большого размера справа — примерно время успешного установления связи.

введите описание изображения здесь

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

from skyfield.api import Loader  # http://rhodesmill.org/skyfield/

degs = 180./np.pi

load = Loader('~/Documents/SkyData')
data = load('de421.bsp')
ts   = load.timescale()
sun, earth, jupiter = data['sun'], data['earth'], data['jupiter barycenter']

ddays = np.arange(0, 10, 0.1)  # ten days by 0.1 day steps

times = ts.utc(2017, 10, 24+ddays, 17, 44) # with respect to 17:44 UTC, October 24th, 2017

observations = [earth.at(times).observe(thing) for thing in sun, jupiter]
separation   = degs*observations[1].separation_from(observations[0]).radians

if True:
    fig = plt.figure()

    ax1 = fig.add_subplot(2, 1, 1)

    for obs in observations:
        RAdegs, Decdegs = [degs*thing.radians for thing in obs.radec()[:2]]
        ax1.plot(RAdegs, Decdegs)
        ax1.plot(RAdegs[::10],  Decdegs[::10],  '.k'                 )
        ax1.plot(RAdegs[:1],    Decdegs[:1],    'or', markersize =  8)
        ax1.plot(RAdegs[70:71], Decdegs[70:71], 'og', markersize = 12)

    ax1.set_xlim(208, 220)
    ax1.set_ylim(-16, -10)
    ax1.set_aspect(1.0) # https://stackoverflow.com/a/18576329/3904031
    ax1.set_xlabel('RA (degs)')
    ax1.set_ylabel('Dec (degs)')
    ax1.set_title('Sun and Jupiter observed from Earth geocenter, start 2017-10-24, 17:44 UTC')
    ax1.text(212, -11, 'Sun')
    ax1.text(212, -14, 'Jupiter')

    ax2  = fig.add_subplot(2, 1, 2)

    ax2.plot(ddays, separation)
    ax2.plot(ddays[:1],    separation[:1],    'or', markersize =  8)
    ax2.plot(ddays[70:71], separation[70:71], 'og', markersize = 12)
    ax2.set_xlim(-0.5, None)
    ax2.set_ylim(0, None)
    ax2.set_xlabel('days since flyby')
    ax2.set_ylabel('Jupiter/Sun separation (degs)')

    plt.show()
Может кто найдет ссылочку, но я всегда думал, что это потому что: 1) Солнце шумит на частоте используемой в связи, поэтому над шумом сигнал не слышно, 2) нехорошо наводить параболический "рефлектор" на Солнце, иначе вы сожжете приемник, расположенный в фокусе.
@JohnHoltz Я полагаю (хотя и не проверял это), что поверхность посуды не является «блестящей» или зеркальной для видимого или инфракрасного солнечного света, поэтому она не будет концентрировать или фокусировать тепло на волноводах, даже если направлена ​​прямо на Солнце. Вы можете увидеть несколько фотографий 70-метровой антенны DSN в Голдстоуне в этом вопросе . Оптика тарелок довольно хороша и, как правило, может отклонять радиоисточники гораздо меньше, чем на 1 градус, ища эталон для этого.
«Первые эхо-сигналы солнечного радара были обнаружены исследовательской группой Стэнфордского университета в 1959 году». см . . Если сигналы радара отражаются, сигналы передачи данных могут быть заблокированы, если Солнце находится между передатчиком и приемником.
@Uwe, но обсуждаемая здесь проблема заключается в том, что луч зрения проходит рядом с Солнцем (порядка от 1 до 4 градусов), но не обязательно через Солнце . Я конечно понимаю, что сигналы не могут идти напрямую через солнце!
@uhoh: Если Солнце не находится в прямой видимости, но все еще находится в зоне Френеля , передача данных все еще может быть затронута. Как насчет расчета зон Френеля для пути передачи между Юноной и Землей и сравнения их с положением Солнца?
Несколько ссылок об электромагнитном излучении Солнца в диапазоне ГГц: 1 , 2 , 3 , 4 ,
Еще несколько ссылок: 5 , 6 , 7 , 8 Очень научный материал с большим количеством математики и физики.
@Uwe все же мне интересно, является ли проблема 1. помехой, полученной DSN из-за небольшого углового разноса (который будет решаться вашими ссылками), или 2. если сигнал, физически проходящий через плазму, близкую к солнцу, нарушается плазма, или 3. если телескопы ДСН просто не могут навести так близко к Солнцу без теплового повреждения.
@Uwe Я добавил вознаграждение ... Вы упомянули много полезных ссылок, но этот вопрос касается возможностей сети дальнего космоса, поэтому он требует большего, чем общий гипотетический ответ. Вы нашли что-нибудь конкретно о возможностях DSN?
Вас может заинтересовать Справочник по дизайну ссылок DSN , модуль 105.
@TonioElGringo спасибо! Я вижу несколько полезных графиков на странице 200 PDF-файла в разделе 105 «Атмосферные и экологические эффекты».
@TonioElGringo Я добавил награду; рассмотреть вопрос о размещении ответа?
Недавно нам пришлось перевести космический корабль «Ветер» с «Лиссажу» на гало-орбиту около L1, потому что z-компонента первого привела бы к тому, что «Ветер» попал в солнечную зону отчуждения или СЭЗ (т. е. область вокруг Солнца, что касается вашего вопроса). Это проблема отношения сигнал/шум. Солнце очень громкое радио, поэтому очень слабый сигнал, полученный от далекого космического корабля, не может конкурировать. Как правило, для ветра СЭЗ составляет около 1,5–1,8 градуса, в зависимости от сезона и используемой наземной станции. Я думаю, что Юнона похожа или больше.
@honeste_vivere, как всегда приятно видеть ваши замечательные ответы и информативные комментарии! Это напоминает мне, что вы также упомянули здесь Wind: почему DSCOVR находится на орбите Лиссажу? Не будет ли гало-орбита полностью избегать зоны отчуждения Солнца? Судя по чтению DESCANSO и ответу здесь, проблемы с сигналом для космических аппаратов, которые летят за Солнцем, начинаются с искажения (сдвиги пути/фазы и затухание амплитуды) из-за неоднородной плотности электронов солнечного ветра, даже когда тарелки все еще могут пространственно разделять сигналы от Солнца
@uhoh - Это интересно, я об этом не подумал. Хотя фазовые сдвиги из-за градиентов плотности на одном луче зрения должны быть симметричными, если смотреть сквозь сферически-симметричную атмосферу, верно? Я полагаю, что вблизи Солнца даже ~1% флуктуации плотности сравнительно велики по сравнению с остальной частью транзитного пути сигнала, хотя... Хм...
Слушатели коротковолнового AM-радио @honeste_vivere знакомы с тем, как странно могут звучать сигналы при отражении от неоднородного распределения электронной плотности. В дополнение к общему замиранию, когда многолучевые сигналы создают деструктивную интерференцию, каждая отдельная частота в боковых полосах испытывает фазовые сдвиги и замирания по-разному. Некоторые примеры: 1 , 2 , 3 , хотя последний также имеет некоторые интерференционные эффекты.
@honeste_vivere Передача через неоднородности в пространственно гораздо большем солнечном ветре, хотя и с гораздо меньшей плотностью электронов , также будет иметь многолучевые эффекты . Для прослушивания коротких волн AM-радио (например, особенно 2-й ссылки на YouTube в настоящее время) частотно-зависимая многолучевая интерференция звучит немного похоже на фленджер .
больше эффектов мультипата здесь: youtu.be/PKUsl7PZNr4?t=66

Ответы (1)

В этой статье утверждается, что именно заряженные частицы, испускаемые Солнцем, на самом деле блокируют связь с Юноной. https://www.space.com/38668-juno-8th-jupiter-science-flyby-success.html В этой статье о соединении с Марсом цитируется та же физика и более кратко указывается, что операторы беспокоятся о повреждении восходящей линии связи. . https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7485

Из разговоров с людьми, занимающимися операциями с полезными нагрузками в Malin Space Science Systems, где я работаю, я могу сказать вам, что многие из миссий, которые они поддерживают, включая Juno и марсоходы, будут пытаться передавать данные по нисходящей линии связи в периоды времени, отличные от самой середины соединения, и это приведет к различной степени повреждения данных, требующей повторной передачи пакета после восстановления управления. Поэтому я бы сказал, что реальная проблема заключается в том, что скорость потери пакетов восходящей линии связи становится слишком высокой, и слишком много проблем с повторной передачей такого большого количества команд восходящей линии связи, когда минимальный уровень радиочастотного шума становится слишком высоким для приемника космического корабля.

Отлично, спасибо, что нашли этот давно забытый вопрос и опубликовали авторитетный ответ из надежных источников!