Итак, я понимаю, что для передачи информации на межзвездные расстояния вам нужно использовать большую мощность (или меньшую пропускную способность?), чего, например, у небольшого космического зонда точно не будет.
Если бы мы точно знали, какой сигнал искать, смогли бы мы обнаружить и получить информацию от зонда, который мы отправили, скажем, в ближайшую звездную систему, или расстояния слишком велики? Если да, то как далеко мы могли бы зайти в этом?
Обзор
Наличие межзвездного зонда поднимает несколько основных вопросов дизайна. Двумя из самых больших являются системы электроснабжения и связи. Дополнительные проблемы, такие как термики, движение/траектория, относительно тривиальны по сравнению с системами, описанными выше.
Основные проблемные подсистемы
Мощность: поскольку интенсивность солнечного излучения падает на 1/r^2, все, что выходит за пределы примерно 8 а.е., на самом деле невозможно, поэтому солнечные панели не являются жизнеспособным вариантом производства электроэнергии. Потребуется использование РИТЭГов (радиоизотопных тепловых генераторов) или аналогичных систем выработки электроэнергии. РИТЭГи (более высокий температурный градиент обеспечивает гораздо более высокую эффективность и выработку энергии) в глубоком космосе очень полезны, поскольку вы используете глубокий космос для увеличения температурного градиента, чтобы повысить эффективность. В зависимости от выбранного РИТЭГа период полураспада будет меняться и может увеличить общую продолжительность миссии. В идеале потребуется несколько РИТЭГов или дуэльная струнная система.
Коммуникация:Это сложный вопрос, чем дальше вы путешествуете, тем больше энергии вам нужно для передачи мощности и большей антенны передатчика и антенны наземной станции. Оптическая связь, вероятно, будет невозможна из-за большого расстояния и искажения космической пылью/частицами между вами и принимающей станцией. Для сравнения: ближайшая звезда (при условии, что мы туда отправимся) находится в 268 700 а.е. (Альфа Центавра). Спутниковая система связи должна работать в миллиметровом диапазоне с частотами около 40-300 ГГц (большинство космических аппаратов работают в диапазоне от 300 МГц до 40 ГГц). При более высоком усилении антенны требуется больший диаметр антенны для наземной станции и передатчика (со стороны космического корабля). Это было бы легко порядка 100+ метров в диаметре. Развертываемая антенная тарелка или сборка тарелки в космосе может быть лучшим вариантом, поскольку современные ракеты не смогут разместить полезную нагрузку в обтекателе ракеты-носителя. Все это без учета массы антенны, что является отдельной проблемой. Существуют и другие варианты, такие как установка ретранслятора системы связи, чтобы уменьшить размер одной антенны за счет увеличения количества переходов, которые занимает одна антенна.
Траектория: Используя комбинацию электрических двигательных установок и гравитации с планет и Солнца, вы можете достичь более высокого значения дельта-V и дельта-а.е. в год.
Архитектура системы: предполагается, что вы можете генерировать около 100 а.е. в год, используя комбинацию электрического движения и гравитационных маневров. Чтобы добраться туда, потребуется примерно 2687 лет. Давайте рассмотрим возможную архитектуру зонда/космического корабля. Мы будем основывать наши установленные значения на исследовании Decadal Ice Giants Study для предварительной архитектуры.
Подсистемы
Некоторые подсистемы, такие как двигательная установка, могут быть отключены, другие подсистемы, такие как системы управления и обработки данных, связи и управления ориентацией, могут периодически переходить в режим ожидания или режим пониженного энергопотребления для сохранения энергии.
Таким образом, минимальная мощность, необходимая за 2687 лет, составляет 104 Вт, однако для передачи любых данных обратно потребуется 595 Вт. Глядя на три РИТЭГа "Вояджера", вместе они генерировали 470 Вт при жизни. Нашему космическому кораблю потребуется 4 РИТЭГа, что позволит нам генерировать 626 Вт. Фактор полураспада РИТЭГа, у которого период полураспада составляет 87 лет, еще больше усложняет ситуацию и ограничивает то, что считается возможным. Для такой миссии легко потребовалось бы более 50 РИТЭГов и большой запас плутония, который является очень ограниченным ресурсом. Учитывая общую продолжительность миссии, требуемую мощность и место назначения, большинство аппаратных систем, скорее всего, выйдут из строя, питание будет серьезной проблемой, а радиация будет еще одной проблемой.
Заключение
Основываясь на очень предварительном обзоре, можно с уверенностью сказать, что такая система невозможна с современными технологиями. Будем надеяться, что в будущем, когда новые технологии будут обнаружены и внедрены в космические системы, такие миссии станут возможными.
Источники
Отчет о ледяных гигантах — https://www.lpi.usra.edu/icegiants/mission_study/Full-Report.pdf
Альфа Центавра — https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha_Centauri
Спутниковая связь - http://space.au.af.mil/au-18-2009/au-18_chap14.pdf
Расчеты космической связи — http://www.spaceacademy.net.au/spacelink/spcomcalc.htm
РИТЭГ - https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator
В этом сообщении в блоге 2012 года сообщается о ходе одного исследования по этому вопросу. Таким образом, используя передатчик мощностью 1 МВт с 40-метровой тарелкой на межзвездном зонде и массив телескопов, разбросанных по окружности Земли в 10 км или около того, они оценили скорость передачи данных от ближайшей звезды в несколько сотен килобит в секунду. Они также предлагают некоторые более экзотические решения, такие как использование гравитации солнца для фокусировки входящего сигнала (что требует очень осторожного позиционирования приемника примерно в 550 а.е. от солнца в противоположном направлении).
Анци
БенджаминФ