Возможен ли ретранслятор связи с космическим зондом?

Можно ли поддерживать связь с космическими зондами, которые находятся далеко, отправляя за собой другие космические зонды. Например -

[земля] ------1---- 2-------3--------4------5....и так далее, если требуется (это зависит от расстояния до земли)

Эти 1,2,3,4,5 - космические зонды и они должны передавать данную им команду следующему зонду?

Мой вопрос в том, можно ли таким образом перемещаться или поддерживать соединение с последним зондом?

Да, теоретически. Это еще не сделано, но Breakthrough Starshot исследует это как возможный способ упростить связь с наноспутниками в масштабе светового года.
Что касается гравитации, масса не меняет траекторию — меньший зонд имеет меньшую силу гравитации, но также имеет меньшую инерцию и легче меняет направление, поэтому он будет иметь ту же траекторию, что и больший зонд. Однако его более низкая инерция означает, что тот же ускоритель будет разгонять его до более высокой скорости, хотя это улучшение становится менее важным, поскольку масса зонда по сравнению с ускорителем становится незначительной.
@Deimophobia ... Если сравнить маленький зонд с большим зондом (оба имеют одинаковые ускорители), какой из них будет двигаться быстрее?
меньший будет двигаться быстрее, но если оба они очень малы по сравнению с ускорителем, разница будет очень незначительной.
Большие антенные тарелки DSN и очень мощные передатчики на Земле не могли использоваться для ретрансляционных станций. Максимальное расстояние от одной ретрансляционной станции до другой будет намного меньше, чем расстояние от Земли до Плутона.
@Uwe 😅 хорошо, в таком случае, можно ли использовать много ретрансляционных станций только для навигации по последней?
@ user8278 Кстати, ваш последний вопрос ( Another question that I want to ask is that if the probes are small, will gravity affect them less, so they could travel fast?) нужно задать в отдельном посте. Мы требуем концентрации на одной сфокусированной теме на пост.

Ответы (2)

Это не лучший подход по ряду причин, но здесь я сосредоточусь на мощности.

Сила сигнала падает пропорционально квадрату расстояния, поэтому зонд № 1 на половине расстояния должен был бы передавать 25% мощности Земли, чтобы два сигнала были одинаковой силы на зонде № 2. . Гораздо проще разместить большой передатчик на Земле, где мы можем подключить его к сети, чем на космическом корабле, где он должен питаться от солнечной батареи или РИТЭГа.

Подводя некоторые цифры к этому, Deep Space Network может передавать 20 кВт по сравнению с несколькими десятками ватт на космическом корабле. 1

(У DSN также есть тарелки диаметром 70 м, которые позволяют концентрировать мощность в гораздо более узком луче, чем антенна космического корабля, что дает наземной станции еще большее преимущество.)

Стоит отметить: это верно для расстояний масштаба Солнечной системы плюс некоторые. Когда дело доходит до расстояний порядка светового года, серия реле может быть лучше, чем один мощный источник. (тем не менее, им потребуются довольно мощные источники энергии, а они, будучи тяжелыми, трудно разогнать до скоростей, которые покрыли бы световые годы за любое разумное время.)
Этот ответ относится только к связи с Земли на спутник, и, насколько я знаю, нет зондов, которые серьезно ограничены пропускной способностью в этом направлении. С другой стороны, этот ответ не относится к связи со спутника на Землю, для которой целесообразно рассматривать спутники-ретрансляторы связи.

Дополнительный ответ в ответ на комментарий @JessRiedel:

этот ответ не относится к связи со спутника на Землю, для которой целесообразно рассматривать спутники-ретрансляторы связи.

(цитирую, потому что комментарии могут исчезнуть).

Вообще говоря, есть две проблемы: орбитальная динамика и экономика.

Орбитальная динамика означает, что вы не можете постоянно удерживать спутник на полпути от Земли к Юпитеру. Через несколько лет различное орбитальное движение под действием гравитации Солнца сдвинет вещи так, что на самом деле оно окажется дальше от Юпитера, чем Земля. Таким образом, любой такой ретранслятор является либо одноразовым для конкретной миссии в течение относительно короткого периода времени, либо вам нужно их много, разнесенных по орбите, что становится безумно дорогим.

Экономическая проблема, по сути, представляет собой вариант соображений восходящей линии связи в ответе @djr: почти всегда дешевле модернизировать объекты на Земле, чем размещать что-то в космосе, достаточно большое, чтобы быть полезным. Давайте попробуем некоторые цифры: предположим, мы поместим реле на полпути между зондом и Землей. На Земле у нас есть очень качественная 70-метровая тарелка и абсолютно современные усилители, неограниченная мощность для работы этих усилителей, жидкий гелий для их охлаждения и т. д. Если наш ретранслятор находится на полпути между Землей и целью и каким-то образом собственная 70-метровая антенна (намного больше, чем все, что когда-либо летало) того же качества и столь же хорошие усилители и обработка сигнала увеличат доступную полосу пропускания в четыре раза. В качестве альтернативы мы могли бы сделать это, построив еще три 70-метровые антенны на Земле и соединив их (хорошо разработанная технология).

Что полезно и было сделано, так это то, что группа небольших зондов в одной и той же части Солнечной системы одновременно ретранслирует свои сообщения через один «базовый корабль». Это означает, что вам нужно только один раз заложить в бюджет массу для 2-х или 3-х метровой антенны и относительно мощного передатчика, и вы можете вывести ретранслятор на орбиту, где он обычно будет виден с Земли. Это происходит сейчас с марсианскими миссиями. Например, если бы к системе Юпитера было направлено множество миссий, стоило бы использовать тот же подход — поместить ретранслятор связи на высокую орбиту Юпитера и провести через него все миссии, используя менее массивные и энергоемкие системы.

Спасибо, это определенно полезно. Следуя вашей логике в отношении "материнских кораблей": кажется, что ретрансляторы становятся полезными, когда количество межпланетных зондов, работающих на дальних орбитах (например, в поясе Койпера), превышает количество спутников-ретрансляторов, которые вам нужны, рассредоточенные на промежуточных орбитах (например, между Сатурном и Уран). Предположим, вам нужно 10 спутников-ретрансляторов на промежуточных орбитах, чтобы каждый из них всегда был на месте. Если в поясе Койпера рассредоточено 100 зондов, то можно сделать их все меньше при наличии повторителей.
Заметьте также, что должен быть предел вашим экономическим аргументам, т. е. должен быть режим параметров, при котором более экономично улучшать силу сигнала от зонда, чем улучшать чувствительность земных приемников. (В противном случае зонды вещали бы на сколь угодно низком уровне мощности, и мы построили бы на Земле титанические приемники.) Предположительно, это что-то вроде «вы могли бы также увеличить мощность сигнала, излучаемого зондом, до тех пор, пока она не станет сравнима с мощностью некоммуникационного зонда». требования".
@JessRiedel Корабль-мать на самом деле выигрывает только тогда, когда он НАМНОГО ближе ко всем зондам, чем все они к Земле. Я не уверен, что действительно стоит иметь реле на полпути. Если подумать, на Земле этого почти никогда не делают, за исключением случаев, когда важна прямая видимость.
С чего бы это? Это правда, что оптимальное место для материнского корабля должно быть близко ко всем зондам, когда это возможно, но когда это не так (например, когда зонды рассредоточены), оптимально, чтобы ретранслятор находился на полпути. И кажется совершенно очевидным, что в пределе экстремальных (например, межзвездных) расстояний ретрансляторы лучше: общая мощность цепочки ретрансляторов с фиксированным интервалом масштабируется линейно с расстоянием до Земли, но энергопотребление неповторяющихся зондов масштабируется квадратично. Так что, если это не полезно в солнечной системе, это должно быть связано с деталями.
Учтите также крайний предел, когда во внешней солнечной системе есть, скажем, миллионы микрозондов. Теперь подумайте, стоит ли добавить один ретранслятор на орбиту. Это кажется целесообразным, даже если по каким-то причинам было запрещено повторять сообщения от зондов в непосредственной близости.
Я думаю, что важной деталью является то, что НАМНОГО проще/дешевле построить действительно большую высококачественную антенну и усилитель на Земле, чем запускать их в космос. Таким образом, на каждый потраченный миллиард долларов вы получаете больше данных от антенн на Земле, если только вы не можете разместить первый ретранслятор намного ближе к источнику сигнала.
Но для антенны любого размера на Земле зонду требуется минимальная мощность и минимальный размер антенны, чтобы его можно было услышать. Я утверждаю, что при допущениях минимальный общий размер антенны и общая мощность для пробника и ретранслятора, суммированные вместе, меньше, чем для бесповторного пробника. Если вы можете сделать зонд еще меньше, дешево построив его на Земле, вы должны это сделать, но в какой-то момент вы столкнетесь с убывающей отдачей. На этом этапе добавление повторителей является выигрышем... но только в том случае, если у вас так много зондов, использующих повторитель, что это компенсирует несколько необходимых вам повторителей (b/c орбитальной синхронизации).
Возможен ли ретранслятор связи с космическим зондом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v