Свершилось! Космический корабль NASA New Horizons вышел на связь с расстояния в 4 миллиарда миль

https://www.geekwire.com/2019/success-nasas-new-horizons-spacecraft-phones-home-4-billion-miles-away/
  • Перевод
image

Научная команда NASA New Horizons сегодня получила подтверждение, что их космический аппарат пережил новогоднюю встречу с ледяным миром в 4 миллиардах миль, известным как Ultima Thule, — и несет бесценную массу данных.

«Наш космический корабль избежал повреждений», — заявила в лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, менеджер по операциям миссии, Алиса Боуман. «Мы только что выполнили самый дальний полет и готовы к научным передачам Ultima Thule, которые помогут нам понять происхождение нашей солнечной системы».

Доклад был встречен приветствиями и поздравления в центре управления полетами APL.

«Этот космический корабль очень прочный!», — сказал главный исследователь миссии Алан Стерн в интервью GeekWire сразу после отчета о состоянии New Horizons.

Важный отчет поступил через антенну в Испании, которая является частью сети Deep Space Network NASA, сразу после 10:30 по восточному времени (7:30 по тихоокеанскому времени) — через 10 часов после того, как зонд размером с пианино пролетел мимо объекта шириной в 20 миль, известный как 2014 MU69 или Ultima Thule.

Частично эта задержка была связана с тем, что New Horizons пришлось завершить загрузку научных данных, прежде чем она могла повернуть свою антенну для передачи назад, и еще одним важным фактором было время прохождения света более 6 часов для сигналов.

Сегодняшняя 15-минутная передача «Домашний Телефон» была разработана, чтобы позволить команде миссии в APL узнать, что космический корабль исправен, и успешно записал показания с его камер и других научных приборов.

Данные будут поступать в течение следующих нескольких дней со скоростью не более 1000 бит в секунду. Эта скорость очень низкая из-за ограничений 15-ваттного передатчика космического корабля, а также из-за больших расстояний.

Но в конечном итоге научная группа ожидает получить подробные снимки — плюс показания температуры, спектральный анализ и количество частиц — из мира, который считается одним из самых примитивных объектов в Солнечной системе. New Horizons разогналcя до скорости 32 000 миль в час пролетев рядом с объектом Ультима Туле на расстоянии 2200 миль.

Во время пресс-конференции, состоявшейся через час после «звонка домой», руководители миссионерской команды поделились обновленной фотографией Ультимы Туле, основанной на изображениях, отправленных непосредственно перед облетом.

Сильно обработанная картина показала, что это удлиненный объект, длиной около 21 мили и шириной 9 миль (35 на 15 километров), имеющий форму bilobate, похожего на арахис или кегель для боулинга. (Или, если на то пошло, как, например, комета 67P / Чурюмов-Герасименко, космическая «резиновая утка», изученная вблизи миссии Розетты Европейского космического агентства несколько лет назад.)

Исследователь проекта Хэл Уивер (Hal Weaver) сказал, что серия снимков показала, что Ultima вращается, но пока рано говорить, приближается ли период вращения к 15 или 30 часам. В любом случае, похоже, что объект вращался прямо перед камерой New Horizons во время подхода.

«Похоже на пропеллер», — сказал Уивер.

Есть вероятность, что Ультима может быть двумя близкими объектами, а не одной массой.

Более подробные изображения облетов будут обнародованы в среду, вернув многолетнюю кампанию открытий New Horizons обратно в самый разгар.

Ожидается, что для загрузки всех данных потребуется 20 месяцев. «Эта миссия всегда заключалась в откладываемом удовольствии», — сказал Стерн.

Ученые говорят, что Ультима Туле представляет класс объектов, известных как «холодные классические объекты» в Поясе Койпера, обширном ледяном материале за орбитой Нептуна. Холодные классические объекты являются относительно неизменным остатком от зачатков Солнечной системы, более 4,5 миллиардов лет назад.

«Это действительно ископаемое, пережиток того времени образования», — считает Уивер.

Это отличает Ультиму от Плутона, который был основной целью New Horizons в 2015 году. Ультима Туле была выбрана в качестве следующей цели после интенсивных поисков, в которых использовалось время наблюдения на космическом телескопе Хаббла.

На пресс-конференции Боуман сказал, что «домашний телефон» Ультима Туле отличается от опыта Плутона — отчасти потому, что торжества по поводу облетов достигли своего апогея в канун Нового года, в ночь перед подтверждением контакта.

«Это было чувство, как будто «Черт возьми, мы уже празднуем, но ещё не получили обратный сигнал», — сказала она. «Думаю, в этот раз я немного нервничала, но мы сделали это снова».
Поделиться публикацией

Комментарии 144

    +16

    "Phone home" — отсылка к фильму "E.T.", обычно переводится как "звонить домой".

      +2
      bilobate — это состоящий из двух частей скорее
        0
        lobe (в контексте строения тела) насколько я помню, чаще всего переводится как «доля» («frontal lobe» — «передняя доля», например). Так что наверное «двудольный», если делать дословную кальку.
          0

          Доля для непосвящённых ассоциируется не столько с частью (любого размера, например, половинного), сколько со сравнительно небольшим куском (долька арбуза), кмк.

            +1
            Сие довольно субъективно… Я вот только что поспрашивал непосвящённых, как они себе представляют «двудольный объект». Так 100% сказали: «Состоящий из двух половинок». Но может это у меня такие непосвящённые неправильные.
              +1

              Еще кстати есть двудольные графы, и они вполне могут быть как связными, так и не связными.

                +3
                Двудольные — класс покрытосеменных растений, у которых зародыш семени имеет две боковые супротивные семядоли.
                0
                А непосвящённые, это, я извиняюсь, кто? Те, кто уроки биологии в школе прогуливали? Двудольный — это двудольный, причём тут арбузы???
            +13
            4 миллиарда миль

            20 миль

            32 000 миль в час приблизившись к объекту на расстояние 2200 миль

            Сколько это?
              +2
              32000 миль/час — текущая скорость, 2200 миль — на какое расстояние к астероиду подлетел аппарат.
              Наверное обычно в космосе берут англы сухопутную милю.
                +24
                Да нет же, это просто шпилька переводчику, не позаботившемуся о локализации единиц измерения.
                  +19
                  Даже де-локализации. НАСА работает в единицах СИ.
                +26
                да, сколько это в футбольных полях и школьных автобусах?
                :)
                  +5
                  в статье же сказано — в этом году в пионинах будет :)
                  +14

                  Несколько миллиардов километров. Очень Далеко.
                  Несколько десятков километров. Не очень много для космического тела.
                  Несколько десятков тысяч километров в час. Очень быстро для объектов такого размера, но очень медленно для таких расстояний.


                  Я к тому, что в космосе эти коэффициенты перестают иметь значение. Миля — это сравнимо с километром, чуть побольше. Несколько миллиардов от этого в 1000 раз не увеличатся и не сократятся.

                    +4
                    Недавняя картинка с XKCD на эту тему
                    image
                    +3
                    4 миллиарда миль = 6 437 376 000 км. С этого расстояния передаёт данные аппарат.
                    2 200 миль = 3 540 км. На таком ближайшем расстоянии от Ултима Тулле пролетел аппарат.
                    32 000 миль в час = 51 500 км в час = 14,3 км в секунду. Скорость New horizons.
                    +4
                    Так бы хотелось чтоб нашли ещё один объект на его пути к которому бы мог бы подлететь и по фоткать.
                    А не мог ли он подлететь поближе, чтоб различить больше деталей, а то 2200 км достаточно далеко. Над Плутоном пролетел на 4700 — но Плутон большой. А тут он крошечный.
                      +1
                      На сколько я помню, он полетит далее и у него на пути будет еще объект.
                        +3

                        Будет и не один объект, через несколько сот тысяч лет.

                          +4
                          Но передать данные уже не сможет.
                            +2

                            Может и сможет, вопрос — будет ли кому принимать

                              +6
                              Pu238 в «батарейке» у него -> (период полураспада 86 лет), так что про неск сот тыщ — немного преувеличено (даже если всё остальное уцелело бы)
                          +1
                          Да, но в 15 млн километров от них, а не тысячи ;(
                          +1
                          Ага, и ещё приостановиться, желательно.
                            +1
                            Ближе летим — больше смаз при экспозиции, а там со светом все плохо. Нужно выдержку больше делать. Думаю, дело в этом.
                              +1
                              Думаю, об этом позаботились. Ведь проще крутить камеру на 180, чем всю АМС.
                                +2
                                На Новых Горизонтах камера фиксированная и наведение осуществляется поворотом всего аппарата.
                                  +2
                                  New Horizons для удешевления даже антенна прикручена к корпусу аппарата. Поэтому надо каждый раз поворачивать: ИЛИ сеанс связи с Землёй ИЛИ научные наблюдения. У Вояджера антенна была поворотная и он держал связь не прекращая наблюдений
                                    +2
                                    У Вояджеров поворотным был комплект камер. Антенна была фиксированная.
                                      +1
                                      А почему «был» и «держал»? Там все работает. Предполагается, что до 2025 года у Вояджеров даже электричества будет достаточно для связи с Землей. Снимать, правда, им сейчас нечего, но я так понимаю, вся измерительная аппаратура, некоторые двигатели более или менее работает.
                                +1
                                Сильно ближе подлетать опасались, была некоторая вероятность, что у объекта есть пылевое кольцо, и его частицы могли повредить аппарат.
                                +3

                                Не слишком ли пафосно называть небольшое (и не сферическое) небесное тело "миром"? Да и вообще, откуда пошла мода на использование слова "мир" в отношении небесных тел?

                                  +3
                                  Что такое мир, по вашему определению?
                                    +1
                                    Где есть/может быть жизнь?
                                      +2

                                      А что тогда обитаемый мир?

                                        +3
                                        Обитаемый это где она есть, необитаемый — где её нет, но она возможна.
                                      +6
                                      Что такое мир, по вашему определению?
                                      Чем придумывать своё определение, я приведу определение мира из Википедии: «Мир — нередко, упоминание любой планеты. Используется как синоним слова планета.»
                                        0
                                        Вы просто так обобщили небесные тела… планета — это тоже небесное тело.
                                        0
                                        Что такое мир, по вашему определению?
                                        Это когда нет войны, всем хорошо, небо голубое и птички поют.
                                          0
                                          Вот если бы не птички и просто небо — то этот кусок материи в космосе подходит под описание мира.
                                            0
                                            Из-за птичек мир перестает быть миром? Мило! Птичкам — нет!
                                      +16
                                      Отличная фамилия у «менеджера миссии».
                                      А вот перевод вызывает некоторую боль.
                                        +4
                                        Мне всегда интересовало, на каких частотах, каком оборудования они принимают/посылают сигналы, в какой модуляции и так далее. Это же огромные расстояния, как в случае чего происходит коррекция ошибок и ещё куча вопросов как и почему. Может кто знает, что и где почитать?
                                          +2
                                          Отправляют/принимают сигналы скорее всего через «Сеть дальней космической связи НАСА». Насчет коррекции ошибок не знаю.
                                            +3
                                            Начните читать с этого документа, он хоть и устаревший на сегодняшний день, но отлично подходит для вхождения в тему: public.ccsds.org/Pubs/101x0b6s.pdf

                                            Если вкратце: раньше применяли коды Рида-Соломона (сейчас тоже никто не запрещает), в последнее время всё популярнее турбо-код.
                                              +2
                                              Тут можно покопаться: descanso.jpl.nasa.gov/DPSummary/summary.html
                                              Есть данные по Voyager, Deep Space 1, Cassini/Huygens и т.д.
                                                +4
                                                8438 МГц даунлинк, 7182 МГц аплинк. Антенна параболическая. На зонде диаметром 2.1 метра (44 dBi), на земле 70 метров = 73.8 dBi
                                                Облучатель на 2 круговых поляризации LHCP + RHCP. 2 независимых радиотракта.
                                                Мощность передатчика на зонде 2x12W, выходной каскад на лампе бегущей волны (traveling-wave tube amplifier = TWTA). На Земле мощность передатчика до 20 кВт.
                                                Шумовая температура приемника на Земле 10 кельвинов. Шумовая температура бортового приемника 200 кельвинов. Чувствительность бортового приемника по захвату несущей -157 dBm (70 пикоВольт)
                                                Во входном каскаде на Земле до 1999 года применялись мазеры, потом перешли на твердотельные, когда изобрели HEMT-транзисторы с фактором шума 0.5 дБ и меньше.

                                                Кроме главной антенны (High-Gain) есть ещё 2 антенны Medium Gain (парабола 368 мм) и Low Gain (голый облучатель).
                                                LGA имеет медленную связь с землёй всегда. MGA/LGA только когда аппарат нацеливается на Землю. При неточном нацеливании работает MGA, а при точности до 0.3 градуса включается в работу LGA.

                                                Скорость модуляции варьируется от 6,3578 bps до 104167 bps, в зависимости от удаленности от Земли и текущей антенны. По ТЗ на расстоянии 36 а.е. (5.4 млрд. км) скорость на LGA антенну должна составлять не менее 300 бит/сек на канал (суммарно не менее 600 бит/сек).

                                                Про модуляции, задачи, архитектуру можно почитать в книге Винницкого:
                                                drive.google.com/file/d/1i6YFxWBEc-IehYlD_HfDfoJoXlkb-wEc/view?usp=sharing
                                                  +1
                                                  Благодарю, спасибо!
                                                +4
                                                А вот интересно, почему бы не сделать уже несколько стационарных промежуточных станций-ретрансляторов на пути к внешним границам Солнечной системы, тогда и скорость передачи данных можно было бы поднять? А кроме того такие станции могли бы производить собственные исследования.
                                                  +3
                                                  А где энергию брать для них?
                                                    +2
                                                    атомную юзать, у НАСА уже есть министанция
                                                      +1
                                                      Какие есть ближайшие планы по их запуску?
                                                        0
                                                        Тот генератор же для Марса\Луны, а не вакуума вроде был. Охлаждать как в вакууме?
                                                          +1
                                                          а инфракрасное излучение не справится?
                                                            +1
                                                            Порядка 500 Вт чтобы отвести при температуре радиатора 300 К нужно сколько квадратных метров (да, я вспомнил, что лист излучает с 2 сторон)? Обеспечит ли теплопроводность металла собственно равномерность нагрева листа по принципу «нам выгоднее оставить 1 кв. дюйм с температурой 300 К (+26.85 по Цельсию), чем 15.9 кв. дюймов с температурой 150 К (-123.15)»?
                                                              +1
                                                              Меньше 1 м2 хватит для сброса излучением 500 Вт тепловых при 300К. Теплопроводности обычного металла тоже хватит для относительно равномерного распределения тепла по площади радиатора, если совсем уж тонкую фольгу не делать.
                                                                +1
                                                                И в вакууме лед не намерзнет, чтобы перекрыть ИК излучение от АЧТ.
                                                                Про тонкую фольгу понятно, т.к. (ИМХО) совсем тонкий металл (может 5 постоянных решетки) из плохих проводников перестает быть металлом (возникает очень узкая ЗЗ, правда это актуально скажем при температуре 2.9 К будет). А так как основная телопроводность металла именно связана с электронами проводимости, то могут возникнуть проблемы.
                                                                  0
                                                                  Пересчитал, все верно. То есть нет особых проблем с охлаждением в космосе? Фольга то лёгкая. Зачем тогда Роскосмос играется с капельными холодильниками для своего ядерного буксира?
                                                                  Кстати, какая максимальная температура холодильника паровой турбины, так чтобы КПД был приемлемый?
                                                                    0
                                                                    Наверное проблема скорее на геостационарной орбите (когда не в тени конечно) ну и при полете ближе к Солнцу. Там нужно будет радиатор сделать именно из плоских пластин и развернуть все «ребром» к Солнцу. А вот солнечные панели — наоборот держать.
                                                                    Ещё можно придумать экзотическую систему охлаждения — если у нас где-то тепло, а где-то есть холодный радиатор — соединяем эти 2 участка термопарой. Термопара создает лишний ток, пробуем провести его через конденсатор колебательного контура (чтобы ЭМ излучение получить).
                                                                      0
                                                                      если у нас где-то тепло, а где-то есть холодный радиатор — соединяем эти 2 участка термопарой

                                                                      А холодный откуда брать то в космосе?
                                                                        0
                                                                        Так тот самый радиатор, что из хорошего «теплопроводника» и высокой площади.
                                                                      +3
                                                                      Особых проблем нет. Почему капли — ну потому, что они там мечтали и даже какие-то прототипы проектировали и испытывали) не РИТЕГи ставить, а о полноценном ядерном реакторе (т.е. управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер) мощностью порядка 1000 кВт электрических и соответственно 3000-4000 кВт тепловых.

                                                                      Тут уже радиаторы понадобились бы очень внушительной площади, минимум где-то 1000 м2 — такое выводить в космос уже очень сложно, если вообще возможно (а тогда сборка на орбите по частям?).
                                                                      Поэтому и думали об альтернативных, теоретически более эффективных методах охлаждения. Насколько знаю ничего не получилось и идею пока забросили.

                                                                      Насчет КПД — никакой конкретной границы нет, очень широкий предел для компромисса между КПД и площадью и массой радиаторов.
                                                                      Теоретический максимальный КПД как обычно ограничен (Тнагревателя — Тхолодильника) / Тнагревателя. Предел к которому можно стремиться.

                                                                      Если сделать высотемпературный реактор, то можно и температуру холодильника поднять относительно безболезненно.

                                                                      Скажем 1000К теплоноситель на выходе из реактора, 600К на выходе из холодильника, 500К средняя по всей площади температура радиаторов.

                                                                      КПД в теории (на практике поменьше) может доходить до (1000-600)/1000 = 40%
                                                                      При этом имея 500К на радиаторах можно больше 3 кВт тепла с м2 рассеивать. При высоких температурах радиаторов правда уже не само излучение узким местом становится, а уже как раз теплопроводность материала — тепло должно успевать растекаться по радиатору. К высокотемпературным радиаторам может потребоваться что-то вроде тепловых трубок городить для более эффективного переноса тепла.
                                                                        +2
                                                                        мощностью порядка 1000 кВт электрических и соответственно

                                                                        А зачем эти радикадьные меры? Все равно таких плазменных двигателей нет. На 100 кВт делали б, заодно не надо тратить редкий плутоний — 238.
                                                                        Тут уже радиаторы понадобились бы очень внушительной площади, минимум где-то 1000 м2
                                                                        Разве это много? Да, собирать придётся на орбите, но такая мощность все равно нужна только для пилотируемых пусков. Допустим, радиатор делается из аллюминия, плоский (тонкий паралелепипед толщиной 8 см), сборный из «листов» в 10 м длиной, шириной 3 м (чтобы в Фалконе 9 поместились). Один модуль — 30 м кв, надо таких 34 шт. Если их сложить один на один получим стопку высотой 272 см, опять же в обтекатель Фалкона влазит. Для расчёта веса примем что 4/5 обьёма — полости, 1/5 — алюминий. Обьём всего радиатора 30*2,72=82,5 м куб, алюминия — 16,5 м куб, масса 44,5 тонн. Чуть облегчить конструкцию и за два запуска Фалкона можно выводить (ну или всё вместе — на Хеви). А ведь такой проект будет огромным скачком для человечества в освоении космоса т.к. позволит добираться других планет за адекватное (для пилотируемых полётов) время.
                                                                        Если сделать высотемпературный реактор, то можно и температуру холодильника поднять относительно безболезненно
                                                                        Это дело ясное, я имел в виду на какие температуры возможно сделать паровую турбину чтобы это все добро пар не порвал и не весило как чугунный мост. Считать лень, но давление пара при 1000К будет уже совсем заоблачным.
                                                                          +2
                                                                          На 50-200 кВт уже прототипы плазменных двигатель испытывали, ионные на 10-30 кВт уже делали. И пришли к выводу, что технология достаточно хорошо масштабируется по мощности, особенно плазменные. Мощные никто пока не делает ввиду отсутствия достаточно мощных источников питания в космосе.

                                                                          К тому же можно (и даже желательно) ставить не один единственный мощный двигатель, а несколько штук отдельных.

                                                                          Такие тонкие и длинные радиаторы, тем более из алюминия нормально работать не будут — им уже не хватит теплопроводности металла, чтобы переносить тепло от горячего края к холодному. Уже где-то в метре от источника тепла температура будет падать больше чем на 100 градусов при таких рассеиваемых мощностях и соотношении площадь/толщина, соответственно дальние участки будут излучать уже намного меньше, от того что 2м и дальше уже совсем мало пользы будет. Нужно либо делать широкие, но короткие (но тогда места близко к источнику тепла становится мало — при плотном размещении радиаторы начинают излучением друг друга существенно греть), либо делать что-то для активного переноса тепла — например выставлять длинные «штанги» с тепловыми трубками внутри, на которые уже нанизаны относительно короткие пластины радиаторов.

                                                                          Насчет турбины — высокотемпературые турбины на воду и водяной пар никто и не рассчитывает. Там обычно какой-то газ, например сверхкритический углекислый (давление где-то 70 атм) или как в данном случае с нашим проектом-прожектом смесь гелия с ксеноном на рабочее давление 40 атм планировалась.

                                                                          Но все-равно получаются довольно сложные и дорогие монстры. Если еще не читали, обзор этого проекта в тему: habr.com/post/381701

                                                                          P.S.
                                                                          А вот в НАСА подобным гигантизмом не страдали, потихоньку разрабатывают относительно скромный космический реактор мощностью порядка 10 кВт — kilopower
                                                                            0
                                                                            Такие тонкие и длинные радиаторы, тем более из алюминия нормально работать не будут
                                                                            так в радиаторе трубки, в них течет теплоноситель. Тут как раз все просто. Вот тепловая машина нужных габаритов\мощности\надежности — это уже поинтерестнее.
                                                                            0
                                                                            Чуть облегчить конструкцию и за два запуска Фалкона можно выводить


                                                                            Для запуска аналога «Новых горизонтов» пока не планируют «орбитальную сборку». Я предполагаю, что такое придется городить для пилотируемого полета на Марс, но любой аналог «Вояджера» пока запускали тяжелыми ракетами («Titan IIIE»).
                                                                            Конечно Falcon Heavy обещает вывести на Марс массу большую, чем эта ракета выводила на низкую орбиту. Смогут у «Space-X» купить создатели следующего зонда 1 запуск ракеты?
                                                                          +1
                                                                          Никогда не понимал идею капельного холодильника ведь тепло будут отводить только те части капель которые не «затемнены» другими каплями. Поэтому эффективная площадь рассеивания не больше размеров самого холодильника. Зачем тогда огород городить?
                                                                            +1
                                                                            Хм, а что значит «размер холодильника» в данном случае?

                                                                            Тут ведь в этом холодильнике между форсунками и приемной чашей — ничего нет. Но вот это самое «ничего» (которое достается нам бесплатно и при этом ничего не весит) при этом работает как пластина очень хорошего радиатора (= с очень высокой теплопроводностью) с эффективной эквивалентной площадью приближающейся к «ширина ряда форсунок х длина пролета капель».

                                                                            Т.е. вместо сотен м2 металлических пластин пронизанных теплораспределяющими трубками — «лента» из летящих капель.
                                                                              0
                                                                              Зачем жидкие капли, когда можно перетягивать тонкую проволоку или ленту?
                                                                                0
                                                                                — большую скорость движения при нормальной надежности получить сложно, а без большой скорости тонкая проволока/лента, имеющая низкую теплоемкость(тонкая=легкая=низкая теплоемкость), она быстро остынет пройдя только небольшое расстояние = эффективная площадь излучения получается маленькая
                                                                                — на твердое, быстродвижущееся тело потом очень проблематично тепло из 1го контура тепловой машины (там газ-жидкость) передавать, а вот между 2мя даже сильно разными жидкостями или жидкость-газ достаточно просто — банальный теплообменник

                                                                                А так это по сути и есть аналог тонкой быстропротягиваемой через открытый космос ленты. Только без дополнительной механики (роликов, подшипников, катушек) и при этом не изнашивающейся от трения и не рвущейся. Даже если словит микрометеорит или какой-то мусор — только потеря нескольких капель выбитой с траектории полета рабочей жидкости, а не дырка и возможный обрыв. А это вполне вероятные события — по площади это самые крупные элементы всего подобного корабля получаются.
                                                                                +1
                                                                                Вы в какие габариты хотите всунуть Ваш холодильник?
                                                                                Я ведь правильно понимаю, что это замкнутая система? Тогда предлагаю для полета далеко брать смесь аргона (30% молярная доля) с криптоном (70% доля). Кипящий при меньшей температуре аргон будет взлетать вверх, а криптон должен конденсироваться где-то. То есть радиаторы должны отводить достаточно тепла при температуре кипения криптона (это T^4 в 25 раз меньше, чем при морозе -4 по Цельсию).
                                                                                Для сравнения представьте себе, что Вы радиоизотопный генератор в вакууме охлаждаете радиатором температуры -4 по Цельсию и площадью n кв. метров, а тут Вам нужно такой же генератор охлаждать такой «криогенкой» с радиатором 25n кв. метров. Ещё можете повысить/понизить давление, чтобы криптон конденсировался только при 120.35 К.
                                                                                  0
                                                                                  Замкнутая в смысле цикла и циркулирования теплоносителя, но не замкнутая в смысле изолированности от космоса.

                                                                                  Ничего легкокипящего соответственно использовать нельзя в принципе — все что закипит, испарится, улетит в космос и назад уже не вернется. Даже близко к температуре кипения подходить нельзя, т.к. испарение и без кипения идет, а значит при Т близких к закипанию будут большие потери/расход рабочего тела. Совсем нулевыми они вообще конечно не могут быть, но чем дальше, тем они меньше, причем нелинейно.

                                                                                  Там какие-то жидкости с низкой Т замерзация, но очень высокой Т кипения предполагалось использовать.
                                                                                    0
                                                                                    Там какие-то жидкости с низкой Т замерзация, но очень высокой Т кипения предполагалось использовать.

                                                                                    Короче, лепим 2 контура. Во внешнем кипит вода. А во внутренний нужно запихнуть натрий — плавится при 97.81 по Цельсию, а вот кипит уже при 882.95. То есть это метод для охлаждения горячих реакторов, вплоть до 880 градусов в месте контакта «первого контура» со стержнями.
                                                                  +2
                                                                  В теории, из компактного и маломощного атомного реактора.
                                                                  +2
                                                                  Идеи есть, но пока что не хватает решимости и денег.
                                                                  Ретрансляторы сейчас используются в таких местах как обратная сторона Луны (т.е. когда иначе — никак) или на Марсе (MarCO — когда это было дешево, MRO — как запасной вариант связи).
                                                                    +3
                                                                    Вы легко доставите 1 кг плутония на расстояние 1 млрд км от Земли?
                                                                    Если развернем аналог сети радиотелескопов на Марсе — часть марсианского года её можно будет использовать. Только нужно будет как-то согласовать с зондом календарь вида «в эти часы я шлю сигналы на Марс и жду команды со стороны Марса (все же там отклонение до 1 градус 55' по углу наблюдения скажем Земли с Плутона).
                                                                      +9
                                                                      Вы легко доставите 1 кг плутония на расстояние 1 млрд км от Земли

                                                                      Многие удивятся, но проблемы энергетики на РИТЭГах (таких, как в Curiosity, к примеру) лежат даже не столько в плоскости «как доставить плутоний в такую даль», сколько в плоскости «где вообще взять нужный плутоний».

                                                                      У NASA в наличии крайне мало Pu-238. Запасов хватит ещё на три генератора, аналогичных РИТЭГу Curiosity.
                                                                      Один такой условный генератор забронирован для ровера, проектируемого в рамках будущей миссии «Mars 2020». Два других пока вакантны, но, думаю, на тупую железку вроде ретранслятора такой ограниченный ресурс расходовать нецелесообразно.

                                                                      Собственная программа наработки плутония-238, которая сейчас есть у США не шибко впечатляет объемами производства: с 2013 по 2018 год в Оук Ридж наработано 50 граммов Pu-238. В 2019 планируют наработать целый фунт (менее килограмма) с последующим постепенным выходом на производство до полутора килограммов в год к 2025 году.
                                                                      Ещё можно покупать у России (если она вообще продаст). NASA ранее так делало, купив больше 16 кг, но есть основания полагать, что у РФ 238-го изотопа тоже не очень много осталось.

                                                                      Радиоизотопные генераторы сегодня здорово подходят для питания космических аппаратов ввиду своей простоты и надежности. Но работают не особенно долго (лет 15-20, так как у Pu-238 период полураспада около 90 лет) и требуют очень дефицитного в сегодняшних реалиях ключевого компонента — собственно плутония.
                                                                        +1
                                                                        У NASA в наличии крайне мало Pu-238. Запасов хватит ещё на три генератора, аналогичных РИТЭГу Curiosity.
                                                                        Нет ли здесь некоторой подмены понятий? Вполне возможно, что у NASA и не должно быть больших запасов плутония, а при необходимости он просто приобретается у соответствующего ведомства. Я ранее видел вот такую табличку, и из неё следовало, что запасы плутония весьма приличные (и уж точно измеряются не килограммами).
                                                                          +3
                                                                          Табличка конечно хорошая, плутоний-239 и -240 живет тысячи лет. 238 — 87.7 лет. То есть из условной наработанной тонны за 1 год остается 922 кг.
                                                                            –2
                                                                            А через 87 лет — 500 кг. И что?
                                                                              +2
                                                                              То, что у него совсем другой период полураспада означает, что он на «столбовом пути» не образуется. Википедия (даже, в виде исключения, русская) содержит все необходимые ссылки.

                                                                              Если вкратце — то он получается как побочный эффект реакции, которая весьма редка (собственно она потому и редка что весьма «плоха» энергетически и ведёт к «плохому» изотопу), так что в результате на тонну плутония 239 в реакторах образуется пара килограмм нептуния 237 (а его потому ещё выделить и облучить нужно).

                                                                              Потому как раз ваша табличка (где речь идёт о десятках тонн оружейного плутония) автоматически даёт оценку и для плутония-238: речь идёт о десятках килограмм…
                                                                                +1
                                                                                Теперь понял. Оружейный плутоний — 239, а для обогрева используется 238.
                                                                            +1
                                                                            возможно, что у NASA и не должно быть больших запасов плутония, а при необходимости он просто приобретается у соответствующего ведомства

                                                                            В сущности, всеми делами, связанными с производством, хранением, распределением изотопа Pu-238 в США занимается Министерство энергетики. Оно же контроллирует потом производство РИТЭГов. То есть специальное ведомство — это Department of Energy (DOE).
                                                                            Беда в том, что у DOE нет крупных запасов плутония-238 и квоты расписаны уже на 20+ лет вперед. Россия тоже, по слухам, не производит этот изотоп с 2009 года и продавать его с некоторых пор не хочет и/или не может (мало того, на купленный у России плутоний распространяется куча ограничений по возможным сферам использования).

                                                                            Ваша же табличка про оружейный плутоний и прочие его изотопы. Это совсем не то.

                                                                            Словом, можно с уверенностью говорить о Pu-238, как о крайне дефицитном, очень дорогом и медленно восполняемом скоропортящемся ресурсе. И да, у человечества его действительно лишь килограммы.
                                                                              +1
                                                                              с 2013 по 2018 год в Оук Ридж наработано 50 граммов Pu-238
                                                                              Вы знаете, вот в этой статье 2015 года (да, две тысячи пятнадцатого) о уже наработанных пресловутых пятидесяти граммах говорится скорее как о некоей тестовой партии (но я не особо силён в английском, так что поправьте, если неправильно понял):
                                                                              The new sample, which is in the same oxide powder form used to manufacture heat sources for power systems, represents the first end-to-end demonstration of a plutonium-238 production capability in the United States since the Savannah River Plant in South Carolina ceased production of the material in the late 1980s

                                                                              и далее:
                                                                              With this initial production of plutonium-238 oxide, we have demonstrated that our process works and we are ready to move on to the next phase of the mission,” Wham said

                                                                              Ну а в конце автор отмечает (или даже скорее гарантирует, не уверен в смысле слова ensure), что при привлечении необходимого финансирования процесс может быть масштабирован до полутора килограмм в год:
                                                                              With continued NASA funding, DOE’s Oak Ridge and Idaho national laboratories can ensure that NASA’s needs are met, initially by producing 300 to 400 grams of the material per year and then, through automation and scale-up processes, by producing an average of 1.5 kilograms per year.

                                                                              И вы знаете, после прочтения оригинала у меня не сложилось ощущения, что с плутонием-238 у НАСА есть какие-либо проблемы.
                                                                                +4
                                                                                Странно что не сложилось. Даже 1.5 кг/год, на которые они еще только планируют выйти когда-то нескоро в будущем, это мало.

                                                                                Примеры расхода
                                                                                — в марсоход Кьюриосити — ушло ~6 кг
                                                                                — межпланетный зонд «Новые горизонты» потребовалось 11 кг.
                                                                                — зонд «Кассини» — 33 кг
                                                                                При этом доступная энергия один из самых важных факторов ограничивающих возможности аппаратов в дальнем космосе — от этого зависит сколько и какого научного оборудования можно будет поставить, на какой дальности и с какой скоростью аппарат сможет поддерживать связь с Землей. А было бы достаточно энергии — можно было бы кроме питания научного оборудования использовать ионные двигатели и летать намного быстрее и дальше.

                                                                                Т.е. при производстве в 1.5 кг/год (которого еще нужно достичь сначала! пока не больше сотни другой грамм в год) хватает только на запуск всего одного более-менее серьезного аппарата раз в 5-10 лет. А про ионные движки в дальнем космосе — можно сразу забыть.
                                                                                  0
                                                                                  хватает только на запуск всего одного более-менее серьезного аппарата раз в 5-10 лет
                                                                                  Дак их в принципе так и запускают) Например «Кассини» запустили 22 года назад, «Новые горизонты» — 13 лет назад.
                                                                                    +2
                                                                                    Так это одна из важных причин почему так редко запускают. Не единственная конечно, но если бы другие решили, то все-равно чаще запускать не смогут из-за нехватки ядерного топлива.

                                                                                    В ближнем космосе, где можно обойтись солнечными батареями без ядерных источников запускают намного чаще. Даже к поясу астероидов и к спутникам Юпитера уже запускают на СБ — например аппараты "Рассвет" и "Юнона" хотя там уже явно РИТЭГи напрашивались.

                                                                                    Но имеющегося плутония для РИТЭГов недостаточно. И вместо них ставили огромные СБ + аккумуляторы, с расчетом на то что их мощность упадет в 10-25 раз на таких расстояниях от Солнца. Чтобы дефицитный плутоний экономить для еще более дальних миссий, когда без него ну уже вообще никак не обойтись.
                                                                                      –1
                                                                                      Так это одна из важных причин почему так редко запускают.
                                                                                      Такие умопостроения называются «ветер дует, потому что деревья качаются»)
                                                                        +26
                                                                        Проблем несколько.
                                                                        Во первых, в космосе ничего нельзя разместить стационарно — оно упадет на Солнце. Что бы не упало, объект должен двигатся по орбите вокруг Солнца, причем для круговой орбиты скорость будет равна скорости планеты, вращающейся вокруг Солнца на таком же расстоянии. То есть, если разместить ретранслятор на расстоянии орбиты Юпитера, то за 11 лет ретранслятор будет делать оборот. А поскольку чем скорость движения и продолжительность года разная (скажем, для Юпитера это 11 лет, а для Сатурна 30), то цепочка практически сразу разломается, и собиратся будет раз в десятилетия, а то и столетия. Космос не тоннель, и даже в рамках плоскости эклиптики нельзя расставить одну «цепочку» которая покроет все просранство. Либо придется пускать ретрансляторы тысячами.
                                                                        Во вторых, типичная «станция» которая работает с дальними аппаратами, это тарелка 70 метров диаметром, с мощностью передатчика в 20 киловатт. Типичный дальний зонд имеет источник энергии 0.25-0.5 киловатта и тарелку диаметром несколько метров. При этом 60 квадратных метров солнечных батарей на орбите Юпитера вырабатывают ~435 ватт, а у Сатурна будут вырабатывать около сотни. А топливо для ритегов производилось в лучшие годы на сотни ватт в год (в США только планируют к 2025 году выйти на уровень 1,5 кг в год. Для сравнения в Curiosity ритег с 4,8 кг плутония вырабатывает 110 ватт).
                                                                        В третьих, типичный «тяжелый» зонд имеет сухую массу от силы 2,5 тонны, запускается тяжелой ракетой, при этом требует пачки гравитационных маневров для прилета к цели, то есть запустить его можно далеко не в любую точку не в любое время.

                                                                        И в четвертых, самое главное — такие станции пока используют всего несколько аппаратов (до Юпитера и дальше пока долетело всего 9, из них 5 уже не работают), причем большие объемы данных передают очень не часто. И запускаются такие зонды далеко не каждый год. И нет никаких признаков, что в ближайшее время что-то радикально поменяется. Разработка, изготовление и отправка кучи ретрансляторов обойдется гораздо дороже, чем тратят на сами зонды.
                                                                          +2
                                                                          А вариант если зонд запускается вместе с ретрансляторами, только ретрансляторам задаем меньшую скорость, и чем ближе к Земле ретранслятор — тем меньше, тогда получим постепенно растягивающуюся цепь ретрансляторов. Тут и энергии и диаметры антенн нужно существенно меньше, чем на Земле.
                                                                          Если общее направление полета будет неизменно — придется корректировать углы антенн в процессе полета. Но можно и распустить каждый из них на собственное направление, чтобы общая ось оставалась нормалью к Земле. Но считать траектории придётся неслабо.
                                                                            +10
                                                                            Это решает только проблему 1.
                                                                            Проблема энергии никуда не девается — если за зондом на расстоянии в 45 а.е (примерно на таком сейчас Новые Горизонты) следует 3 ретранслятора, то между ретрансляторами расстояние больше, чем между Землей и Сатурном. Если ретрансляторов 8, то расстояние сравнимо с расстоянием до Юпитера. А на ретрансляторах не семидесятиметровые тарелки, и у них нет передатчиков мощностью в десятки киловатт.
                                                                            Во вторых, не факт что это возможно в таком виде. Траектории в космосе не прямые, и очень зависят от скорости аппарата. Просто прямая растягивающаяся цепочка не получится точно.
                                                                            В третьих, это полностью одноразовое решение. И очень дорогое. Те же Новые Горизонты (массой всего 478 кг) запускались самым тяжелым вариантом Атласа 5 с грузоподъемностью в 18,8 тонн на НОО и водородным разгонным блоком. Если пускать вместе с зондом пачку ретрансляторов потребуется либо сверхтяж с переусложненным разгонником или многопуск. Ну и сами ретрансляторы бесплатными не будут.
                                                                            И можно найти таким ретрансляторам лучшее применение. Такие аппараты, способные 10-15 и более лет работать в дальнем космосе и обладающие настолько мощной системой связи, что смогут передавать друг-другу данные на десяток а.е., гораздо лучше будет использовать в качестве самостоятельных зондов. Снижаем размер антенны (что бы передавал данные не тарелку хоть в 3-4 раза дальше, но зато в десятки раз больше и с в разы меньшей скоростью передачи, не критично), ставим взамен научное оборудование и отправляем в пролетные миссии к разным целям. Это принесет больше пользы, чем снижение времени передачи данных. Тем более если учесть, что задержка передачи данных сейчас все равно на порядки меньше, чем время перелета до цели. Если уж дождались, пока аппарат 12 лет летел, не проблема подожать месяц, пока он данные передаст.
                                                                              +1
                                                                              Спасибо, очень наглядно и интересно пишете.
                                                                                +1
                                                                                Проблема энергии есть, только вы забываете, что она теперь требуется не концентрированно в двух точках — на зонде и Земле, а размазывается по цепочке ретрансляторов. Также на каждом конкретном зонде и ретрансляторе пропорционально уменьшаются требования к размерам антенн и оборудования — расстояния становятся на порядок меньше и можно играть вокруг стоимости бит/Вт*сек.
                                                                                Понятно что всё это добавляет оверхеда и требует резервирования, но это уже не выглядит как одноразовый проект, типа «запустили зонд и с концами», а появляется более менее стабильная цепь ретрансляторов и возможность вешать на неё и другие зонды, которые теперь могут сильно снизить массогабарит приемопередающей аппаратуры и увеличить научной.
                                                                                По поводу траектории согласен, тут надо играть между точностью направленности антенн, их углом раскрыва, мощностью передатчиков и возможностью корректировать траекторию. Можно пойти дальше и сделать каждый ретранслятор не как один объект, а несколько на небольшом расстоянии.
                                                                                Насчет одноразовости я уже писал выше, но есть еще один аспект — это зонд имеет максимальный импульс и выход на максимальное расстояние, а ретрансляторы имеют меньший импульс и более быстро тормозятся и как бы зависают в точке нулевой скорости. А ведь, на минуточку — проект уже длится 12 лет и еще неизвестно сколько продолжится.
                                                                                  +2
                                                                                  Также на каждом конкретном зонде и ретрансляторе пропорционально уменьшаются требования к размерам антенн и оборудования — расстояния становятся на порядок меньше и можно играть вокруг стоимости бит/Вт*сек.

                                                                                  Но есть и обратная проблема. Сейчас есть маленький передатчик и приёмник на аппарате и огромаааадный передатчик и приёмник на Земле.
                                                                                  А так на каждом аппарате придётся ставить передатчик побольше и приёмник больше — мы уже связываемся не с безумно мощной Землей, а с маленьким и экономным ретранслятором.

                                                                                  как бы зависают в точке нулевой скорости
                                                                                  Как вы себе это представляете?
                                                                                    +3
                                                                                    Проблема энергии есть, только вы забываете, что она теперь требуется не концентрированно в двух точках — на зонде и Земле

                                                                                    Расстояния между ретрансляторами все равно будут огромны, но энергетических возможностей и размеров антенн, достижимых на Земле у ретрансляторов не будет. А если мы рассматриваем вариант с огромной тарелкой и реактором на десятки киловатт, то проблему можно решить намного проще — ставим их на сам зонд и получаем в сотни раз большую пропускную способнось, чем доступна сейчас.
                                                                                    но это уже не выглядит как одноразовый проект, типа «запустили зонд и с концами», а появляется более менее стабильная цепь ретрансляторов и возможность вешать на неё и другие зонды

                                                                                    Не выйдет такого. Либо цепочка улетит из Солнечной Системы вслед за зондом, либо попадает обратно, причем в процессе «размажется» по системе, из-за разницы в орбитальных периодах. Чем ближе самая дальняя точки орбиты к Солнцу, тем короче орбитальный период. Например, вот примерные периоды для орбит, самая дальняя точка которых лежит на расстоянии до определенной планеты, а ближняя на уровне Земной орбиты в годах: Ю — 5,2; С — 13; У — 31,6, Н — 58. Даже если подобрать кратные периоды, что бы цепочка собиралась каждый раз, когда ретранслятор у Нептуна в афелии, все равно она будет работать от силы несколько месяцев из почти шестидесяти лет. При этом прохождение половины эллипса между перигелием и афелием будет занимать половину времени, для Юпитера скажем, ретранслятор будет 2,6 года лететь к дельней точке, и 2,6 года падать обратно. Скорость в дальней точке будет достаточно медленная, что бы хотя бы несколько лет считать что ретранслятор «примерно там где нужно» только для Нептуна и дальше, но в таком случае от ретранслятора мало толку — расстояние до ретранслятора становится сравнимым с расстояниями до Зондов.
                                                                                    Можно пойти дальше и сделать каждый ретранслятор не как один объект, а несколько на небольшом расстоянии.

                                                                                    Вы понимаете, что «небольшие расстояния» это сотни миллионов километров? Если даже взять сейчас цепочку из 8 ретрансляторов между Горизонтами и Землей, то между каждой парой будет расстояние в 5 а.е., как между Землей и Юпитером. Например, Juno с такого расстояния передает на 34-метровую наземную тарелку данные со скоростью в ~22 килобит/с. А на такой-же ретранслятор передача будет идти гораздо медленнее.
                                                                                    а ретрансляторы имеют меньший импульс и более быстро тормозятся и как бы зависают в точке нулевой скорости

                                                                                    И начинают падать обратно. Причем время падения будет равно времени прилета. И лететь они будут не по прямой а по эллипсу.
                                                                                    И повторюсь, принципиальной проблемы со связью нет. Проблема невозможности отправки множества аппаратов во внешнюю солнечную систему стоит гораздо острее. Пока в NASA решают, могут они отправить аппарат к Урану или Нептуну (похоже уже решили, Нептун отпадает) в обозримом будущем, Вы предлагаете отправить целую пачку без особой необходимости.
                                                                                      +1
                                                                                      Согласен со всем вами сказанным.

                                                                                      Добавлю, что ретрансляторы будут иметь смысл в близком будущем при более активном изучении планет. К примеру, запустить очень мощный ретранслятор на орбиту вокруг Юпитера при условии, что мы будем запускать множество более мелких аппаратов на саму планету и его спутники.
                                                                                        +2
                                                                                        А в таком виде они уже используются. На Марсе, например, MRO и Mars express этим занимаются. Мало того, это очень старая идея, еще советские марсианские и венерианские АМС такую схему в семядесятых использовали. Марс-3, Марс-6, Венеры с 9 по 14.
                                                                                      +1
                                                                                      Проблема энергии есть, только вы забываете, что она теперь требуется не концентрированно в двух точках — на зонде и Земле, а размазывается по цепочке ретрансляторов. Также на каждом конкретном зонде и ретрансляторе пропорционально уменьшаются требования к размерам антенн и оборудования — расстояния становятся на порядок меньше и можно играть вокруг стоимости бит/Вт*сек.


                                                                                      В то-то и дело, что расстояния меньше не на порядок, а всего лишь в несколько раз. И гораздо проще использовать наземную антенну действительно на порядок бОльшего размера и передатчик в мегаватты мощности (по слухам, мегаваттные мощности передатчиков на наземных станциях дальней космической связи реально есть), чем наскребать лишний десяток ватт и лишний метр антенны на промежуточном ретрансляторе.

                                                                                      Я к тому, что на Земле уже есть огромные антенны и жутко мощные передатчики.

                                                                                      Допустим, на земле антенна 70 метров. Какого размера антенну ставим на ретранслятор? Ну метра 3. Ну пусть будет огромная на 5 метров. Значит дальность, с которой примет нормально сигнал эта антенна будет в 14 раз меньше. То есть использование одного ретранслятора дает увеличение дальности связи на 7%. Это при идеальном расположении, когда ретранслятор точно между зондом и Землей. При этом стоимость миссии, фактически, удваивается. Надо делать не один, а два аппарата, два запуска и т.п. Можно сделать два ретранслятора. Тогда увеличим дальность на 14%. Но цена миссии утроится.
                                                                                        +2
                                                                                        будет в 14 раз меньше

                                                                                        Не специалист, но предположу, что в 196 раз.
                                                                                          +1
                                                                                          Думаю, все-таки в 14.

                                                                                          Площадь тарелки — это количество собранной энергиию. И площадь тарелки пропорциональна квадрату диаметра.
                                                                                          Рассеивание энергии передатчика пропорционально квадрату расстояния.

                                                                                          То есть передвигаем передатчик в 2 раза дальше — уменьшаем плотность энергии в 4 раза. Увеличиваем в 2 раза диаметр тарелки — собираем в 4 раза больше энергии.
                                                                                            +1
                                                                                            Для параболической антенны дифракционная расходимость такова, что угол приблизительно обратно пропорционален диаметру антенны. На расстоянии много r больше ширины тарелки w хорошим приближением будет то, что мощность излучения «размазывается» по поверхности площадью около pi*(tan(lambda/w))^2.
                                                                                            Правда если для передачи сигнала нам кажется нужно число энергии на поверхности равной фазы, а эта поверхность ещё немного загибается назад.
                                                                                            Но энергии мы действительно соберем больше, даже если у нас какой-о источник волны со сферической симметрией.
                                                                                    +1
                                                                                    Не получится цепь. «Новые горизонты» отправили без малого 13 лет назад. Если представить себе, что первый ретранслятор находится где-то около орбиты Марса, то он успел бы сделать около 7 оборотов вокруг Солнца.
                                                                                  +1

                                                                                  Потому что в космосе все крутится (этом случае вокруг солнца) и скорость зависит от расстояния до солнца. Просто так повесить ретранслятор на половине пути между землей и Плутоном невозможно он будет крутиться вокруг солнца сильно медленнее, чем Земля и сильно быстре, чем Плутон, и в нужнлм месте пролетать будет очень редко. Таких ретрансляторов необходимо повесть на орбиту несколько. И изучать этим ретрансляторам в свободное время будет абсолютно нечего. Если (условно) представить, ретранслятор должен быть где-то рядом с Сатурном, то один будет изучать Сатурн, а остальные будут болтаться в скучной пустоте. Сама по себе отправка аппарата к Сатурну довольно сложная и затратная, а уж вывести на круговую орбиту — это еще в сотни раз дороже. Много проще и дешевле сделать прямую передачу.

                                                                                    +5
                                                                                    Если посчитать, то вы поймёте, что нет никакого смысла в одном ретрансляторе по середине (или нескольких, расположенных на условно равных расстояниях). Гораздо рациональнее поставить одну большущую антенну на Земле. Т.е. такой ретранслятор на полпути к Плутону должен быть не намного меньше, чем огромные параболы Deep Space Network, т.к. ему придётся иметь дело с сигналом всего на 6 децибелл мощнее.

                                                                                    Смысл в ретрасляторе есть только для усиления очень слабого сигнала с близкого расстояния. Т.е. когда ретранслятор находится близко к источнику. Пример Philae + Rosetta.
                                                                                    +2
                                                                                    Ожидается, что для загрузки всех данных потребуется 20 месяцев. «Эта миссия всегда заключалась в откладываемом удовольствии», — сказал Стерн
                                                                                    .Насколько я понял из комментариев к пресс-конференции, кроме большого объема информации им еще будет мешать Солнце — оно скоро будет между аппаратом и Землей, так что на некоторе время связь с ним прервется.
                                                                                      +1
                                                                                      Хотябы Нулевую фотку, для общественности, а дальше мана уже для специалистов.
                                                                                      Кстати какие еще инструменты были задействованы для этого астероида кроме камеры?
                                                                                        +1
                                                                                        «тут я удалил свой ошибочный комментарий», почему-то подумал, что Земля будет между аппаратом и Солнцем, при таком положении Солнце должно мешать только аплинку…
                                                                                        0
                                                                                        Думаю до изобретения какой нибудь связи на сверх свете или еще каком-нибудь варианте
                                                                                        данные так и будут передаваться медленно. Физика с ней трудно что-то сделать ((.
                                                                                        Интересно для Марса можно GPS сделать?
                                                                                        Правда нужны базовые станции и спутники. Думаю к эпохе баз на 100-200 человек какой нибудь GPS у них будет. )
                                                                                          +1

                                                                                          Что вызывает вопрос. А не рано ли так далеко летать то? Нет ни средств связи, ни питания.

                                                                                            +1

                                                                                            Чисто технически GPS на Марсе сделать, разумеется, можно. Только вот цена вопроса будет не "космическая", а "космическая в космической степени". Копайте лучше в сторону систем радионавигации, используемых в гражданской авиации и морском флоте. В отсутствие ионосферы все это выродится в сеть стационарных УКВ-радиомаяков с той или иной ориентацией на них — то ли аналог VOR, чтобы по одному единственному маяку определить многое, то ли триангуляция по маякам как в GPS, то ли комбинация разных методов.

                                                                                              +3
                                                                                              Скорость передачи данных лимитирует не скорость распространения. С «пингом» 20 часов вполне можно передавать и 100 Мбит поток. Пинг улучшить естественно невозможно. А вот скорость (и соотв. объем данных который можно получить за время активной миссии зонда) зависит только от энергетики. Улучшение энергетики линка в 2 раза увеличивает скорость грубо тоже в 2 раза.
                                                                                              New Horizons использует MIMO 2x2, два радиотракта по 12W каждый. Это автоматом и дублирование (откажет один, в работе останется второй), и возможность передавать данные в 2 потока (по соотношению скорость/энергия это чуть выгоднее чем 1 передатчик на 24W).
                                                                                              Антенна диаметром 2.1 метра на частоте в районе 8.4 ГГц дает направленность 42 dBi. Благодаря инновационным изменениям в конструкции обоих зеркал, удалось превзойти ТЗ и достичь около 44 dBi (точное значение колеблется между 41.5-44.5 dBi в пределах сектора 0.3 градуса).
                                                                                              По ТЗ такая система должна с расстояния 36 а.е. (5.4 млрд. км) давать не менее 600 бит/сек (по 300 бит/сек на канал)

                                                                                              Чтобы увеличить скорость с 0.6 до 1.2 кбит/сек достаточно или увеличить мощу с 2х12W до 2x24W, или увеличить диаметр зеркала в sqrt(2) раз (до 3 метров).
                                                                                              У Вояджера антенна имела диаметр 3.7 метра и передатчик 23W (без MIMO)

                                                                                              Промежуточные ретрансляторы только сильно ухудшают картину. Ретрансляторы полезны на поверхности Земли, потому что УКВ не может преодолевать кривизну Земли. Но вредны в космосе. Диаметр антенны которые можно установить на таком ретрансляторе на порядок меньше чем на Земле, поэтому скорость через ретранслятор на порядок ниже чем напрямую с Землёй.

                                                                                              Рекомендую очень увлекательную книгу — «Виницкий А.С. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов [1993]»
                                                                                                +2
                                                                                                Про «в 2 раза при мощности в 2 раза» — это очень грубо. Фактически Вам нужно дополнить всю радиоэлектронную схему 2м линком, который не будет мешать передаче 1го.
                                                                                                На практике мы имеем такое условие, что для передачи k бит требуется выполнить условие типа:
                                                                                                k = log2(1+S/N), то есть условно говоря, мы должны уметь различать уровни сигнала S равные 0, 1, ..., 2^k-1 уровней шума.
                                                                                                А также, нам нужно суметь их закодировать (применив понятие модуляции), передать сигнал (у нас дисперсия межпланетной среды на 8 млрд. км несущественна в радиодиапазоне?) и на точке приёма его демодулировать.
                                                                                                P.S. Вспомнил, что всегда можно попробовать передать и принять 2 ортогональные поляризации — например горизонтальную и вертикальную. Правда требует 2 излучающих «вибраторов» на головку антенны. По идее на стороне КА скромные мощности не должны в верхнем слое параболы создавать какие-то перекрытия 2 «перпендикулярных» токов?
                                                                                                  +2
                                                                                                  NH как раз использует ортогональные поляризации, но так как используется круговая а не линейная, то два трансивера нагружены на RHCP + LHCP излучатели.
                                                                                                  Конечно проблем технических есть много, в комментариях это не описать. Например так как используется очень узкая полоса пропускания — 4, 1 и 0.25 Герц (не килогерц, а единицы и доли герца) то крайне жесткие ограничения на стабильность частоты, а любой дребезг и уход частоты резко снижает С/Ш и резко растут потери.

                                                                                                  Детали реализации TRX у горизонтов есть тут:
                                                                                                  citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.472.8206&rep=rep1&type=pdf
                                                                                              +10
                                                                                              Разрешение получше, прямо с пресс конференции
                                                                                              image
                                                                                              Еще
                                                                                              image

                                                                                              image
                                                                                                +1
                                                                                                Разрешение у фото выше 140 метров на пиксель и сделано оно почти с 50 тысяч км, за час до максимального сближения. То есть лучшие кадры еще впереди
                                                                                                  +2
                                                                                                  На снеговика похож. Прям точно новогодне-рождественское настроение у учёных)
                                                                                                    +3
                                                                                                    шутка в тему
                                                                                                    image
                                                                                                    +1
                                                                                                    Похоже на первую открытую контактную двойную систему тел.
                                                                                                    +1
                                                                                                    Здесь наверняка найдутся сведущие люди.
                                                                                                    Подскажите, а как у подобных аппаратов построена система питания? РИТЭГ питает электронику, условно говоря, напрямую, или предусмотрен буферный аккумулятор, заряжающийся от РИТЭГа во время низкого расхода энергии бортовыми системами, и обеспечивающий дополнительную мощность, когда это требуется? Или нет?
                                                                                                      +2
                                                                                                      Без конкретного профиля энергопотребления — гадание на кофейной гуще.
                                                                                                        +4
                                                                                                        используются конденсаторы (для сглаживания импульсного потребления),
                                                                                                        а аккумуляторы как химические элементы на такой длительной дистанции рискованны и бесполезны.
                                                                                                        РИТЭГ выдаёт постоянную мощность, которая в начале миссии в 2-3 раза превышает необходимую, за 10 лет мощность падает в два раз, лишняя мощность сбрасывается через радиатор (излучается), по мере истощения РИТЭГ приборы отключают и минимизируют их потребление, включают по циклограмме…
                                                                                                        Оборудование наоборот, за счёт накопленной дозы начинает потреблять больше — это то же нужно учитывать…
                                                                                                          0
                                                                                                          Интересно на сколько большими должны быть такие радиаторы чтобы рассеивать столько мощности
                                                                                                            0
                                                                                                            Вероятно, там есть картинки: habr.com/search/?q=%D0%A0%D0%98%D0%A2%D0%AD%D0%93+Curiosity#h
                                                                                                              +1
                                                                                                              Излучением можно передать порядка 10-50 ватт тепла с квадратного метра радиатора. Точные цифры зависят от степени черноты поверхности радиатора, его температуры и внешних условий.
                                                                                                                +1
                                                                                                                Обычно намного больше — ватт 500 с м2 без проблем сбрасывается. Если сильно надо (чтобы зачем-то по максимуму уменьшить габариты), то можно и еще в несколько раз больше в ущерб КПД правда, но вполне возможно — зависимость мощности излучения от температуры в 4й степени, поэтому не слишком сильно меняя температуру радиатора сбрасываемую мощность можно менять на порядок.
                                                                                                                +2
                                                                                                                Про «Новые горизонты» была статья с картинками, там видно, какого размера радиаторы. А мощность там не так велика — 11 кг плутония-238 на старте выдавали ~6,2 кВт тепла, сейчас выдают ~4,7 кВт. В электричество на старте конвертировалось 250 Вт, сейчас примерно 190 Вт.
                                                                                                                  +1
                                                                                                                  Так все, что не электричество, есть тепло. Значит на старте было около 6000 Вт тепла, выделяемых оболочкой «таблетки».
                                                                                                                +2
                                                                                                                С чего так быстро в 2 раза за 10 лет? Период полураспада используемого плутония 87 лет, соответственно тепловая мощность только за 87 лет падает в 2 раза. Электрическая падает немного быстрее из-за того, что вместе с мощностью снижается и разница температур, а следовательно КПД преобразования. Но не сильно больше.

                                                                                                                В НАСА давали оценки для «Новых горизонтов» — примерно 20% потери мощности за 10 лет (с момента запуска и до прибытия к Плутону).
                                                                                                                Вояджеры, которые уже больше 40 лет летят тоже все еще имеют больше половины от изначальной электрической мощности и около 70% по тепловой.
                                                                                                                  +1
                                                                                                                  С чего так быстро в 2 раза за 10 лет? Период полураспада используемого плутония 87 лет,


                                                                                                                  Кроме уменьшения мощности там еще деградирует сам преобразователь — снижается его КПД. Я, правда, не в курсе по конкретным цифрам.
                                                                                                              +2
                                                                                                              У горизонтов на расстояние 6 часов скорость передачи данных 1000 бит/с
                                                                                                              Вояджер на расстояние 14 часов передает 160 бит/с

                                                                                                              А если отправить звездолет к ближайшей звезде (4,24 св/лет), что с какой скоростью будут передаваться данные? Или вообще не дойдут?

                                                                                                              (Расстояние указывал в световый часах, потому что огромное количество нулей трудно воспринимать)
                                                                                                                +1
                                                                                                                по идее должно быть около 2бит в сутки… и это было бы не плохо…
                                                                                                                (обратно квадратичная зависимость...)
                                                                                                                ps: дойдёт, если приём будет синхронный, ну или если потом многократно коррелировать принятый шум с целью поиска бит… но уже точность хуже, так же нужно учитывать изменение фазы из-за вращения Земли и её движения по орбите (а так же скорость спутника)
                                                                                                                  +4
                                                                                                                  Горизонты имеет антенну 2.1 метра (44 dBi @ 8.415 GHz) и передатчик 2x12W (2 х 300 бит/сек с расстояния 36 а.е. = 5.4 млрд. км)
                                                                                                                  Вояджер имеет антенну 3.7 метра (48.1 dBi @ 8415 MHz) и мощность 12.7W в low-power (основной режим работы) и 23W в hi-power (редкий режим непродолжительной работы)

                                                                                                                  На приемную антенну диаметром 70 метров (73.8 dBi @ 8415 MHz) сигнал от Вояджера равен -171 dBW (с расстояния 4.4 млрд. км). Это ~10 нановольт (на 50 Ом).
                                                                                                                  При шумовой температуре наземной антенны и криогенного входного каскада 10 кельвинов получался Eb/N0= 4.38 dB

                                                                                                                  Для увеличения радиуса в 2 раза для сохранения той же скорости надо увеличить или мощность в 2 раза, или диаметр антенны в sqrt(2) раза.

                                                                                                                  Расстояние до ближайшей звезды 40 100 млрд. км (в 9200 раз дальше чем расчетная дистанция для Вояджера). Это значит что или надо в 9200^2 = 83 миллиона раз поднять мощность. Или в 83 миллиона раз упадет скорость.

                                                                                                                  Даже если бы у альфа-Центавры была твердая планета с комнатной температурой, на которой можно построить 70 метровое зеркало (на Земле его строительство стоит ~$2 млрд.) и вдуть туда 20 кВт мощи (в 1500 раз больше чем у Вояджера), то получится линк с такими параметрами:
                                                                                                                  TX = +73 dBm
                                                                                                                  Gain = 73.8 dBi
                                                                                                                  EIRP = 146.8 dBm (480 Гигаватт !!)
                                                                                                                  Убывание сигнала на трасе 4.24 св.лет = 383 дБ
                                                                                                                  Сигнал на приёмной антенне = 146.8 — 383 + 73.8 = -162.4 dBm

                                                                                                                  Здесь не учтены никакие затухания в атмосфере, ионосфере, межзвездном газе и т.д. (на практике их тоже надо учитывать и сигнал получится ещё в несколько раз слабее)

                                                                                                                  Вояджер давал скорость 160 бит/сек при уровне сигнала -141 dBm, здесь сигнал получился на 21.4 дБ слабее (в 138 раз). Это при хороших раскладах даст скорость 1 бит/сек.

                                                                                                                  Иными словами: на пределе техники (более 70 метров антенну соорудить очень сложно, более 20 кВт вдуть на частоте 8.4 ГГц тоже очень сложно) даже между самыми ближними звездами (если бы там была планета пригодная для сооружения такой мощной антенны с 480 Гигаватт EIRP) энергетика линка настолько слабая, что связь есть только формально — 1 бит/сек достаточно для передачи только коротких телеграмм, а за сутки можно передать 10 кбайт фотку (при условии если бы сеанс связи был 24 часа, что из-за вращения планет невозможно)

                                                                                                                  Но и даже такой линк невозможен. Это расчеты для условия, что шумовая температура источника 10 кельвинов. Т.е. зонд типа Вояджера находится в глубоком космосе, и на его фоне нет никаких мощных источников шума. Наземная антенна направленная на Вояджер или Горизонты — собирает шума всего на 10 кельвинов.

                                                                                                                  Но потенциальная планета на которой можно строить такую антенну не расположена в глубоком космосе. Она расположена возле материнской звезды с шумовой температурой 5200К и более. Чтобы мы смогли услышать сигнал от такой планеты, её уровень EIRP должен «перекричать» излучение материнской звезды. Умопомрачительные 480 ГВт EIRP меркнут против тераватт звезды. Даже если разделить всё радиоизлучение звезды на узкую полосу спектра (единицы Герц в которых мы будем держать связь) всё равно там будет значительно больше чем 480 ГВт.
                                                                                                                  Поэтому когда земные зонды пролетают на линии Земля-Солнце, связь с ними теряется, хотя расстояния мизерные. Шумовая температура наземной антенны сопровождающей такой зонд растет с 10К до 5000К когда её навести на Солнце.

                                                                                                                  В феврале 1942 года военные локаторы на юге Англии внезапно вышли из строя из-за очень сильной помехи. У военных возникло опасение, что немцы применили новую систему подавления локаторов. Однако после изучения сообщения о помехах Хей пришел к выводу, что нарушение связи произошло в результате влияния сильного солнечного радиоизлучения, связанного с наличием большого пятна на диске Солнца.
                                                                                                                    +2
                                                                                                                    Хм, 70 метров и 20 киловатт это все таки не предел возможностей, это вполне «обычные большие поворачиваемые антенны», таких сейчас 6 штук эксплуатируется и седьмой строится. Самый большой поворачивающийся радиотелескоп сейчас это Green Bank Telescope, с эллипсом 100x110 метров, есть еще Эффельсбергский радиотелескоп с тарелкой диаметром 100 метров. А если брать неподвижные, то FAST на 500 метров и Аресибо на 304. Причем когда второй использовали для отправки послания, использовали мощность 450 киловатт.
                                                                                                                    Понимаю, что цена в апертру линейно не конвертируется, но все же. GBT стоил чуть менее 100 миллионов долларов, если будет необходимость организовывать линию связи с Альфой Центавра, то вполне можно ожидать бюджета на два порядка больше.
                                                                                                                      +4
                                                                                                                      70 это близко к пределу, хотя и не предел. Допустим что возможно 100, или 120. Существенно картину не меняет.
                                                                                                                      Более крупные существуют, но для более низких частот. Получить более 74 dBi очень сложно, потому что есть требования не только к площади зеркала, а и его точности. Пожертвовав точностью можно увеличить апертуру, но dBi там будет меньше чем у 70 метровой Deep Space Network (на частотах ниже 8 ГГц будет меньше навправленность потому что длина волны больше, а на 8 ГГц и выше будет меньше 74 dBi из-за плохой точности зеркала).
                                                                                                                      Пукалку на Аресибо и на 10 мегаватт можно накачать, для целей передачи информации не годится.
                                                                                                                      Неподвижные создать крупные проще, но опять же для линка связи не годятся.
                                                                                                                      480 ГВт EIRP конечно не предел, но близко.
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Шикарный ответ с разбором, спасибо большое! Как-то в беседе с приятелем кратко объяснял, что на расстоянии нескольких световых лет нас уже никто не слышит, потому-что даже самый сильный сигнал, убывая по закону обратных квадратов, сливается с реликтовым излучением.

                                                                                                                        Кстати, а как Вы смотрите на термоядерные взрывы — как способ межзвёздной коммуникации?
                                                                                                                          +2
                                                                                                                          Ну реликтовое излучение у нас около 1 частоты все же.
                                                                                                                          Тут нужно решать такую задачку, что при «антенне» диаметром 140000 км нужно взять источник излучения с шириной 10 ГГц и мощностью на порядок большей, чем выдает Солнце в этом диапазоне и в этом направлении.
                                                                                                                          Причем выход на пиковую мощность желательно проводить в темпе «1 светимость Солнца (в этом диапазоне) в год», а направление дать на близкую потенциально обитаемую планету.
                                                                                                                            +3
                                                                                                                            Реликтовое излучение оно только в одном относительно узком диапазоне частот. За пределами этого диапазона оно не мешает.

                                                                                                                            Мешает услышать нас в основном «шум» от звезды (Солнца), т.к. с точки зрения межзвездных расстояний мы очень близко к нему находимся и приходящие сигналы накладываются друг на друга. Оно конечно излучает в основном в видимом диапазоне и прилегающим к нему (ультрафиолет и ифракрасном), в радиодиапазоне излучается совсем небольшая доля энергии. Но в абсолютных масштабах это все-равно очень много.

                                                                                                                            Насчет «никто не слышит» — ну исходя из предположения, что тот кто «слушает», располагает техническими возможностями не выше наших собственных — то да, услышать практически нереально даже с самых ближайших звезд.
                                                                                                                            Но собственно откуда такое ограничение для потенциальной другой цивилизации, о которой мы вообще ничего не знаем, включая сколько времени они занимались развитием своих технологий и техники?
                                                                                                                              0
                                                                                                                              Чисто теоретически, можно взять Меркурий и с горячей его стороны собирать энергию, а с холодной передавать/слушать. Вместо одной огромной параболы можно использовать множество менее крупных (антенная решетка). Если я правильно помню, то удвоение антенн дает +4db к усилению. Две антенны по +74db дадут +78db, четыре +82db и так далее. Если застроить всю темную поверхность Меркурия антеннами с усилением +74db, то суммарное усиление антенной системы составит около +200db.

                                                                                                                              Мощность подобной системы навскидку составит около 7 ПВт (если мы сможем передать в антенну треть падающей от Солнца энергии). Это еще +150db по мощности.

                                                                                                                              Таким образом, межзвездная связь становится вполне реальна, даже при использовании доступных нам технологий. Не требуется ничего астроинженерного, лишь чуть более развитая робототехника для работы автономных заводов на поврехности Меркурия и немного (по астрономическим меркам) времени. Всяко быстрее, чем межзвездный полет. Наращивание мощности системы может происходить прямо во время полета (как собственно сейчас и происходит с Вояджерами).
                                                                                                                                +2
                                                                                                                                Если застроить всю темную поверхность Меркурия антеннами...

                                                                                                                                Всё бы ничего, но у Меркурия, к сожалению, нет «тёмной стороны».
                                                                                                                                  +1
                                                                                                                                  А ведь и точно, когда то считалось что есть. Сейчас считается что «темная зона» только в районе полюса. Размера ее не нашел.
                                                                                                                                  +1
                                                                                                                                  А можно сразу по световодам или системой зеркал передавать свет на накачку сверхмощных лазеров.
                                                                                                                          +1
                                                                                                                          Спасибо за подробный ответ — скажите, а как же SETI пытается найти внеземные цивилизации? Там же тоже звезды мешают.

                                                                                                                          Жаль, что связи не будет, без нее отправлять звездолет смысла нету.
                                                                                                                            0
                                                                                                                            SETI это научный проект конца 90-ых не связанный со связью.
                                                                                                                            Из за проблем с дефицитом вычислительной мощи, для поиска различных астрономических явлений на длине волны 21 см (1420 Мгц, линия водорода — важнейшая линия в радиострономии) ученые не могли вполную использовать потенциал стационарного (неповоротного) телескопа Аресибо.

                                                                                                                            Но если сказать людям, что на их ПК будут искать квазары, пульсары, межзвёздный газ — никто не установит научное ПО для этого. Поэтому маркетологи придумали басню про поиск инопланетян. Хотя мы сами не используем эти частоты для связи по 2 причинах:
                                                                                                                            * это самая шумная часть спектра (собственно так её и открыли, из-за всплеска шума на этой частоте), в которой везде что-то излучает (водород есть везде), поэтому самая непригодная для связи
                                                                                                                            * это сравнительно низкие частоты, увеличив частоту в 5 раз, можно с помощью зеркала такого же диаметра получить в 25 раз более узкий луч (и выиграть 25 раз в мощи). Поэтому для дальней связи мы используем частоты в районе 8 ГГц

                                                                                                                            С 1952 года человечество создает карту излучения на 1420 МГц и проект SETI@home этому тоже помог.

                                                                                                                            Потенциально искуственное происхождение излучения на 1420 МГц не исключено — какая-то цивилизация для связи может создавать мощные источники, взрывая водородные бомбы или как-то модулируя водородное излучение звезды.

                                                                                                                            Про разницу между разными частотами для нужд связи — почитайте мою публикацию здесь на Хабр

                                                                                                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                                      Самое читаемое