Мне было интересно, какой тип коммуникационной сети вы могли бы построить, чтобы общаться как можно глубже с газовым гигантом, таким как Юпитер? Какие технологии вы бы использовали на какой глубине?
Всегда можно было бы иметь спутники, вращающиеся вокруг тела, используя радио для связи между ними (или даже более высокие частоты, такие как терагерц и оптический свет, когда два спутника находятся в пределах видимости друг друга).
Когда вы спускаетесь в атмосферу газовых гигантов, радио будет хорошо работать до определенной глубины. Вероятно, вы могли бы иметь воздушные шары с радиоантеннами, которые общались бы друг с другом и посылали информацию вверх в космос или вниз из космоса. Как только плотность становится достаточно высокой и вы имеете дело со сверхкритической жидкостью вокруг вас, возможно, волны E&M больше не являются жизнеспособным средством коммуникации.
При таких плотностях вы могли бы попытаться использовать звук для передачи информации (высокие плотности должны привести к высокой скорости звука) и заставить плавающие подводные лодки эффективно общаться с помощью звука, и это могло бы позволить вам путешествовать довольно далеко вниз.
Но есть ли такая глубина, когда использование звука не работает, но есть какой-то другой жизнеспособный способ общения?
Мне также неясно, на какой глубине радио действительно не работает и существует ли спектр частот (например, используйте XXXX Гц до 20 000 футов из космоса, но используйте YYYY Гц на глубине, превышающей 40 000 футов, и используйте звук за пределами этого).
По сути, я просто хочу представить себе, как будет выглядеть «максимально глубокая» сеть и какие методы связи будут примерно идеальными для различных глубин.
В JPL я участвовал в нескольких исследованиях, посвященных телекоммуникациям с глубины Юпитера (и других планет-гигантов). В общем , с радиосвязью внутри атмосферы Юпитера, чем ниже вы опускаетесь по частоте, тем глубже вы можете проникнуть. Но есть практический предел.
Выше примерно 100-барного уровня (глубина в атмосфере, где давление составляет 100 бар) большая часть поглощения радиоволн осуществляется парами аммиака и парами воды. Эти молекулы имеют линии поглощения от длины волны в несколько десятков сантиметров (там их не очень много, и они слабые) до сильных вращательных и колебательных линий , которых очень много, на субмиллиметровых и более коротких длинах волн. Эти сильные линии делают связь на коротких волнах непрактичной на любой значительной глубине. По мере увеличения давления ширина линии данной линии(полоса частот, в которой наблюдается значительное поглощение) также увеличивается, поэтому каждая линия занимает большую часть полосы пропускания связи, в конечном итоге перекрываясь с другими и делая большие полосы непригодными для использования. Даже далеко (по частоте) от центра линии линия вносит некоторый вклад в поглощение, и этот вклад увеличивается по мере увеличения давления. На радиоволнах, на несколько порядков по частоте от центров субмм- и ИК-линий, высокое давление может привести к тому, что «крылья» (дальние хвосты линии поглощения) сильных субмм/ИК-линий будут вызывать большее поглощение, чем линии. в пределах радиодиапазона. Хотя в этой ссылке обсуждается поглощение на оптических длинах волн, применяются те же принципы, хотя и с другими механизмами поглощения.
К счастью, на нижних хвостах чем дальше вы от центра линии, тем слабее поглощение. Таким образом, чем ниже вы идете по частоте, тем меньше поглощения вы получаете. К сожалению, чем ниже частота, тем меньше полоса пропускания у вас есть для связи, поэтому ниже скорости передачи данных, разрешение видео и т.д. вам нужно, какие частоты практичны (низкие частоты означают более крупные, тяжелые и неуклюжие компоненты, такие как антенны, волноводы и т. д.), и какую мощность вам нужно накачать в сигнал, чтобы передать его на приемник? Чем больше мощности вам нужно, тем больше и тяжелее блок питания.
Когда вы опускаетесь ниже уровня 100 бар, в процесс вовлекаются другие молекулы, такие как фосфин, с линиями поглощения вплоть до диапазона МГц. Даже водород демонстрирует некоторую поглощающую способность, вызванную столкновением ( столкновение молекулы с молекулой , а не столкновение с транспортным средством). Атмосфера там становится довольно непрозрачной.
Но становится еще хуже. Чем глубже вы забираетесь, тем жарче становится. В какой-то момент (примерно 1000-1500 К) сочетания температуры и давления достаточно, чтобы ионизировать некоторые компоненты атмосферы, поэтому атмосфера становится очень электропроводной. Это как пытаться передать через металл! Даже с VLF или ELF @uh-oh.
До того, как я ушел из JPL, чтобы продолжить карьеру консультанта, они все еще пытались найти практические способы связи от 100-барного уровня на Юпитере до воздушного ретранслятора — орбитального аппарата, космического корабля с облетом, чего угодно .. Я предложил подход, который показался мне наиболее многообещающим: использовать многоступенчатый зонд, в котором одна часть раскрывает большой парашют и остается высоко в атмосфере, а другая часть уходит вглубь и должна сообщаться только на относительно короткое расстояние с верхней частью; затем верхняя часть переходит к космическому аппарату. Вы даже можете использовать три или более этапов. Основная проблема заключалась в том, что из-за сильного сдвига ветра на Юпитере верхний уносится вбок далеко от того места, где находятся более глубокие, что приводит к быстрому выходу из строя ретрансляционной связи. Мы думали, как решить эту проблему, но все они включали довольно сложные системы и считались слишком рискованными.
Вопрос и комментарии касались неэлектромагнитных средств связи. Звук не очень полезен, как говорит @AJN, потому что похоже, что атмосфера Юпитера представляет собой один гигантский сложный шторм. Уровень шума будет очень высоким, а это означает, что для получения полезного отношения сигнал-шум (SNR) вам придется вложить в звук много энергии. @James предложил гравитационные волны, но когда-нибудь в будущем... далеко в будущем... далеко, далеко в будущем! Дайте мне знать, когда я смогу купить генератор гравитационных волн полезной мощности, который меньше и легче нейтронной звезды! Приемник тоже намного меньше, легче и чувствительнее, чем LIGO .. Большинство схем, основанных на частицах (например, нейтроны), также страдают от плотной атмосферы, как намекает @Jon Custer: средняя длина свободного пробега («MFP») в глубокой атмосфере коротка по сравнению с длиной пути распространения, необходимой для выхода из атмосферы. . У нейтрино гораздо более длинные MFP, но у них есть некоторые из тех же проблем, что и у гравитационно-волновых схем: практические системы должны быть намного меньше и легче, чем Super-Kamiokande .
Предложение ретрансляционных узлов с использованием воздушных шаров является вариантом моего метода поэтапного зондирования. Двумя основными проблемами являются сдвиг ветра, который быстро расширяет стек, и: вы не получаете большой плавучести от нагрева воздуха, состоящего в основном из водорода. Низкая молекулярная масса — большая проблема, требующая нагревания большой массы воздуха. Чем больше воздуха вы пытаетесь нагреть, тем больше (и тяжелее) становится оболочка воздушного шара и тем больше тепла вам приходится отводить из-за потерь на конвекцию и излучение. Много лет назад я сделал похожий расчет: используя 238-Pu (тот же самый изотоп, который используется в РИТЭГах НАСАкак источник тепла), насколько большим должен быть нагретый плутоном юпитерианский шар, чтобы выдержать собственный вес и вес плутония? Используя материалы с самым высоким соотношением прочности к весу, доступные в то время, он, наконец, сошёлся на радиусе воздушного шара около 30 км и потребовал мегатонн Pu. И это без какой-либо полезной нагрузки!
Связь с планетарными недрами была и остается проблемой, над которой многие умные люди до сих пор ломают голову.
Р. Холл
ооо
АДЖН
Том Спилкер
Карл Виттофт
Джон Кастер
Джеймс
CuteKItty_pleaseStopBArking