Связывался ли когда-нибудь марсоход Curiosity напрямую с Землей через антенну с высоким коэффициентом усиления? Сила сигнала и скорость передачи данных?

Прямая связь с Землей (DTE) через HGA X-диапазона используется довольно часто — не ежедневно, но и не раз в год. Отчет Центра передового опыта по системам связи и навигации в дальнем космосе (DESCANSO) о телекоммуникационной системе марсохода Curiosity (предстартовая публикация, поэтому они до сих пор называют ее Марсианской научной лабораторией, MSL) содержит мучительные подробности обо всех режимах работы телекоммуникаций, задействованном оборудовании. , и их производительность. На стр. 68 указан диапазон скоростей передачи данных, возможных через HGA: от 7,8125 до 4000 бит/с. 4000 BPS, вероятно, работает только тогда, когда Марс находится в оппозиции, поэтому расстояние Марс-Земля настолько мало, насколько это возможно.

Для больших расстояний вы можете масштабировать это примерно как$\frac{1}{r^2}$, в зависимости от дискретных скоростей передачи данных, на поддержку которых рассчитана система. Когда вы рассчитываете скорость передачи данных, используя$\frac{1}{r^2}$, максимальная скорость передачи данных, которую вы фактически можете использовать, — это следующая самая низкая скорость, поддерживаемая системой. В таблице на стр. 105 показаны эти дискретные скорости: 4000, 2000, 1000, 500, 250, 125, 60, 30, 15 и 7,8 (цифры приблизительны — читайте по таблице!) t быть направлен прямо на Землю, но должен быть отклонен под небольшим углом (для отклонений > 5 ° они даже не будут пытаться передавать данные по нисходящей линии связи), тогда вам придется ухудшить производительность по оси, используя диаграмму направленности нисходящего канала HGA. на стр. 65. На стр. 104 максимальная скорость передачи данных, возможная при максимальной дальности Марс-Земля, с ошибкой наведения HGA 5°, на 34-метровый волновод (BWG) антенны DSN указана на уровне 160 бит/с, так что, возможно, есть другой поддерживаемый скорость между 125 и 250, и диаграмма не показывает их все.

По словам знакомых мне людей из MSL, нисходящая линия связи по этому каналу связи составляет лишь несколько процентов от общего объема данных, передаваемых по нисходящей линии связи. Ретрансляция через орбитальные аппараты на Марсе (MRO и Odyssey ) с их гораздо большими HGA дает гораздо более высокие скорости передачи данных, поэтому подавляющее большинство данных MSL поступает по этим каналам.

мощность нисходящего канала в дБм (те же единицы, что и на веб-странице). Это после усиления от апертуры, которое отличается для всех тарелок. Вы можете найти фактическую прибыль (и многое другое), выполнив поиск документа 810-005.

https://deepspace.jpl.nasa.gov/dsndocs/810-005/

Вы захотите взглянуть на «Интерфейсы космической связи», чтобы получить усиление антенны. В круглых числах 70 м соответствует усилению около 74 дБ, 34 м — около 68 дБ.

Попался! 2018-11-23 01:06 UTCКанберрский DSS36 находился в процессе «демонтажа» после прямого разговора с Марсианской научной лабораторией (Curiosity).

Сначала цифры, потом данные. Из этого ответа :

• $P_{RX}$: получил власть на Земле
• $P_{TX}$: передаваемая мощность Вояджером
• $G_{TX}$: Усиление передающей антенны "Вояджеров" (по сравнению с изотропной)
• $L_{FS}$: Потеря свободного пространства, что мы обычно называем$1/r^2$
• $G_{RX}$: усиление приемной антенны Земли (по сравнению с изотропной)

Усиление тарелки или другой полноапертурной антенны$G_{RX}$можно оценить по

куда$d$диаметр тарелки,$\lambda$- длина волны, которая равна скорости света 3E+08 м/с, деленной на частоту 8,4E+09 Гц или примерно 0,036 метра (3,6 сантиметра), и$e_A$- некоторый член эффективности апертуры от 0 до 1 для реалистичной тарелки, которую мы произвольно установим на 0,8 на обоих концах. Для параболической антенны [Deep Space Network][5] с самым большим диаметром 70 метров это становится примерно 1,9E+07, что после применения$10 \times \log_{10}$становится около 73 дБ.

Для плоской ФАР Curiosity возьмем 20 см в качестве диаметра активной области, что дает 24 дБ. Это хорошо сравнимо с 24 дБ, показанными в статье « Как Curiosity знает, как наводить и перемещать свою антенну с высоким коэффициентом усиления в реальном времени?» .

Потери на пути в свободном пространстве рассчитываются путем расчета доли расширяющейся сферической волны (от изотропного излучателя), которая будет принята площадью, равной одной квадратной длине волны. Точное уравнение в дБ:

Причина, по которой дробь перевернута, но знак минус не появляется снаружи, заключается в том, что по соглашению потери выражаются в положительных дБ, а затем вычитаются знаком минус в «основном уравнении». В настоящее время Марс находится на расстоянии около 1 а.е. от Земли, поэтому$R$составляет около 1,5E+11 метров. Что делает$L_{FS}$около 274 дБ.

Давайте будем щедры и дадим антенне с высоким коэффициентом усиления Curiosity 20 Вт или 13 дБВт. Окончательная математика становится

Небольшой объем данных, которые у меня есть до сих пор, сам по себе довольно шумный, но значения составляют около -150. Проблема в том, что до сих пор мы не знаем наверняка , являются ли единицы измерения дБВт или дБм в необработанных XML-файлах . См. Понимание единиц в XML-данных Deep Space Network? подробнее об этой проблеме. Если бы это были дБм, то от -140 до -160 дБм были бы от -170 до -190 дБВт и хорошо согласовывались бы с этим расчетом в качестве верхнего предела.

Я сделал снимок экрана сразу после того, как маленький волнистый значок радиоволны перестал двигаться. Я проверю дополнительные данные сейчас через миссии на Марсе или в ближайшее время на Марсе и их «кодовые имена» DSN?

ниже: я использовал данные Deep Space Network, доступ к которым был объяснен в этом ответе , чтобы посмотреть на связь непосредственно между Землей и Марсианской научной лабораторией (марсоход Curiosity). Вот график некоторых точек данных восходящей и нисходящей линий связи. Для мощности восходящей линии я предполагаю, что шкала - это прямые киловатты, а для нисходящей линии связи это, вероятно, дБВатт, но я все еще изучаю это. Это частоты X-диапазона, восходящая линия в Гц и нисходящая линия в МГц.

Горизонтальная ось — это относительные (звездные) дни, данные заканчиваются примерно 12 часов назад.