Сколько идет сигнал от земли до марса: «Сколько идёт радиосигнал с Марса на Землю?» – Яндекс.Кью

как NASA осуществляет связь с Curiosity / Хабр

Итак, как же можно связаться с ровером, находящимся на Марсе? Вдумайтесь — даже когда Марс находится на наименьшем расстоянии от Земли, сигналу нужно преодолеть пятьдесят пять миллионов километров! Это действительно огромное расстояние. Но как же маленькому, одинокому марсоходу удается передавать свои научные данные и прекрасные полноцветные изображения так далеко и в таком количестве? В самом первом приближении, это выглядит примерно вот так (я очень старался, правда):

Итак, в процессе передачи информации участвуют, обычно, три ключевые «фигуры» — один из центров космической связи на Земле, один из искусственных спутников Марса, и собственно, сам марсоход. Давайте начнем со старушки Земли, и поговорим о центрах космической связи DSN (Deep Space Network).

Станции космической связи

Любая из космических миссий NASA рассчитана на то, что связь с космическим аппаратом должна быть возможна 24 часа в сутки (ну или по крайней мере всегда, когда она может быть возможна в принципе). Поскольку, как нам известно, Земля довольно быстро вращается вокруг собственной оси, для обеспечения непрерывности сигнала необходимо несколько точек для приема/передачи данных. Именно такими точками и являются станции DSN. Они расположены на трех континентах и удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично перекрывать зоны действия друг друга, и, благородя этому, «вести» космический аппарат 24 часа в сутки. Для этого, когда космический аппарат выходит из зоны действия одной из станций, его сигнал перебрасывается ну другую.

Один из комплексов DSN находится в США (Goldstone complex), второй — в Испании (около 60 километров от Мадрида), а третий — в Австралии (примерно в 40 километрах от Канберры).

Каждый из этих комплексов имеет собственный набор антенн, но по функциональности все три центра примерно равны. Сами антенны называются DSS (Deep Space Stations), и имеют собственную нумерацию — антенны в США имеют номера 1X-2X, антенны в Австралии — 3Х-4Х, а в Испании — 5Х-6Х. Так что, если вы услышите где-то «DSS53», то можете быть уверены, что речь идет об одной из испанских антенн.

Для связи с марсоходами чаще всего используется комплекс в Канберре, поэтому давайте поговорим о нем чуть подробнее.

У комплекса есть свой сайт, на котором можно найти довольно много интересной информации. Например, совсем скоро — 13 апреля этого года — исполнится 40 лет антенне DSS43.

Всего, на настоящий момент, станция в Канберре имеет три активные антенны: DSS-34 (диаметром 34 метра), DSS-43 (впечатляющие 70 метров) и DSS-45 (снова 34 метра). Разумеется, за годы работы центра были использованы и другие антенны, которые по разным причинам были выведены из эксплуатации. Например, самая первая антенна — DSS42 — была снята с использования в декабре 2000 года, а DSS33 (диаметром 11 метров) была списана в феврале 2002, после чего перевезена в Норвегию в 2009, чтобы продолжить свою работу уже в роли инструмента для изучения атмосферы.

Первая из упомянутых работающих антенн, DSS34, была построена в 1997 году и стала первым представителем нового поколения этих устройств. Ее отличительной особенностью является то, что оборудование для приема/передачи и обработки сигнала находится не непосредственно на тарелке, а в помещении под ней. Это позволило значительно облегчить тарелку, а также дало возможность обслуживать оборудования не останавливая работу самой антенны. DSS34 является антенной-рефлектором, схема ее работы выглядит примерно так:

Как видите, под антенной располагается помещение, в котором и проводится вся обработка полученного сигнала. У реальной антенны, эта комната находится под землей, так что на фотографиях вы ее не увидите.


DSS34, кликабельно

немного технических характеристикПередача:

  • X-диапазон (7145-7190 МГц)
  • S-диапазон (2025-2120 МГц)

Прием:

  • X-диапазон (8400-8500 МГц)
  • S-диапазон (2200-2300 МГц)
  • Ka-диапазон (31.8-32.3 ГГц)

Точность позиционирования:

  • в пределах 0.015° (точность наводки на точку небосвода)
  • в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)

Скорость поворота:

Устойчивость к ветру:

  • Постоянный ветер 72км/ч
  • Порывы +88км/ч
  • Максимальная расчетная — 160км/ч

DSS43 (у которой скоро юбилей) представляет собой гораздо более старый экземпляр, построенный в 1969-1973 годах, и претерпевший модернизацию в 1987 году. DSS43 — это самая большая подвижная параболическая антенна в южном полушарии нашей планеты. Массивная конструкция весом более 3000 тонн поворачивается на масляной пленке толщиной около 0.17 миллиметра. Поверхность тарелки состоит из 1272 алюминиевых панелей, и имеет площадь 4180 квадратных метров.



DSS43, кликабельно

немного технических характеристикПередача:

  • X-диапазон (7145-7190 МГц)
  • S-диапазон (2025-2120 МГц)

Прием:

  • X-диапазон (8400-8500 МГц)
  • S-диапазон (2200-2300 МГц)
  • L-диапазон (1626-1708 МГц)
  • K-диапазон (12.5 ГГц)
  • Ku-диапазон (18-26 ГГц)

Точность позиционирования:

  • в пределах 0.005° (точность наводки на точку небосвода)
  • в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)

Скорость поворота:

Устойчивость к ветру:

  • Постоянный ветер 72км/ч
  • Порывы +88км/ч
  • Максимальная расчетная — 160км/ч

DSS45. Эта антенна была закончена в 1986 году, и предназначена изначально для связи с Voyager 2, изучавшим Уран. Она вращается на круглом основании диаметром в 19.6 метра, используя для этого 4 колеса, два из которых являются ведущими.



DSS45, кликабельно

немного технических характеристикПередача:

  • X-диапазон (7145-7190 МГц)

Прием:

  • X-диапазон (8400-8500 МГц)
  • S-диапазон (2200-2300 МГц)

Точность позиционирования:

  • в пределах 0.015° (точность наводки на точку небосвода)
  • в пределах 0.25мм (точность перемещения самой антенны)

Скорость поворота:

Устойчивость к ветру:

  • Постоянный ветер 72км/ч
  • Порывы +88км/ч
  • Максимальная расчетная — 160км/ч

Если говорить о станции космической связи в целом, то можно выделить четыре основные задачи, которые она должна выполнять:

Телеметрия — получать, декодировать и обрабатывать данные телеметрии, поступающие с космических аппаратов. Обычно эти данные состоят из научной и инженерной информации, передаваемой по радиоканалу. Система телеметрии получает данные, следит за их изменениями и соответствием норме, и передает их в системы валидации или научные центры, занимающиеся их обработкой.

Слежение — система слежения должна обеспечивать возможность двусторонней коммуникации между Землей и космическим аппаратом, и проводить расчеты его местоположения и вектора скорости для правильного позиционирования терелки.

Управление — дает специалистам возможность передавать управляющие команды на космический аппарат.

Мониторинг и контроль — позволяю контролировать и управлять системами самой DSN

Стоит отметить, что австралийская станция обслуживает на сегодняшний день около 45 космических аппаратов, так что расписание времени ее работы четко регламентировано, и получить дополнительное время не так-то просто. У каждой из антенн также имеется техническая возможность обслуживать до двух разных аппаратов одновременно.

Итак, данные, которые должны быть переданы на ровер, присылают на станцию DSN, откуда они отправляются в свое недолгое (от 5 до 20 минут) космическое путешествие к Красной Планете. Давайте теперь перейдем к рассмотрению самого ровера. Какие средства связи имеются у него?

Curiosity

Curiosity оснащен тремя антеннами, каждая из которых может использоваться и для приема и для передачи информации. Это UHF-антенна, LGA и HGA.[1] Все они расположены на «спине» ровера, в различных местах.

[1]

HGA — High Gain Antenna

MGA — Medium Gain Antenna

LGA — Low Gain Antenna

UHF — Ultra High Frequency

Поскольку аббревиатуры HGA, MGA и LGA уже имеют в себе слово antenna, я не буду приписывать к ним это слово повторно, в отличие от аббревиатуры UHF.


Нас интересуют RUHF, RLGA, и High Gain Antenna

UHF-антенна используется чаще всего. С ее помощью, ровер может передавать данные через спутники MRO и Odyssey (о которых мы поговорим дальше) на частоте около 400 мегагерц. Использование спутников для передачи сигнала является предпочтительным из-за того, что они находятся в поле зрения DSN-станций гораздо дольше, чем сам ровер, одиноко сидящий на поверхности Марса. К тому же, поскольку они значительно ближе к марсоходу, последнему нужно затрачивать меньше энергии для передачи данных. Скорость передачи может достигать 256кб/с для Odyssey и до 2 мбит/с для MRO. Большая часть информации, приходящей от Curiosity, проходит именно через спутник MRO. Сама UHF-антенна находится в задней части ровера, и внешне выглядит как серый цилиндр.

Curiosity также имеет HGA, которую он может использовать для получения команд напрямую с Земли. Эта антенна подвижна (ее можно направить в сторону Земли), то есть для ее использования роверу не приходится менять свое местоположение, достаточно просто повернуть HGA в нужную сторону, а это позволяет сохранять энергию. HGA смонтирована примерно посередине с левого борта ровера, и представляет собой шестигранник диаметром около 30 сантиметров. HGA может передавать данные прямо на Землю со скоростью около 160 бит/сек на 34-метровые антенны, или со скоростью до 800 бит/сек на 70-метровые.

Наконец, третья антенна — это так называемая LGA.

Она посылает и принимает сигналы в любых направлениях. Работает LGA в X-диапазоне (7-8 ГГц). Тем не менее, мощность этой антенны довольно мала, а скорость передачи оставляет желать лучшего. Из-за этого она в основном используется для приема информации, а не для ее передачи.

На фото LGA — это белая башенка на переднем плане.

На заднем плане видна UHF-антенна.

Стоит отметить, что марсоход генерирует огромное количество научных данных, и не всегда все их удается отправить. Специалисты NASA устанавливают приоритеты важности: информация с наибольшим приоритетом будет передана в первую очередь, а информация с меньшим приоритетом будет ждать следующего коммуникационного окна. Иногда часть наименее важных данных и вовсе приходится удалять.

Спутники Odyssey и MRO

Итак, мы выясняли, что обычно для связи с Curiosity необходимо «промежуточное звено» в виде одного из спутников. Благодаря этому удается увеличить время, в течение которого связь с Curiosity вообще возможна, а также увеличить скорость передачи, так как более мощные антенны спутников способны передавать на Землю данные с гораздо большей скоростью.

Каждый из спутников имеет два коммуникационных окна с марсоходом в каждый сол. Обычно эти окна достаточно коротки — всего несколько минут. В случае крайней необходимости, Curiosity может также связаться со спутником Европейского Космического Агентства Mars Express Orbiter.

Mars Odyssey

Mars Odyssey
Спутник Mars Odyssey был запущен в 2001 году и предназначен изначально для изучения строения планеты и поиска минералов. Спутник имеет размеры 2,2х2,6х1,7 метра и массу более 700 килограмм. Высота его орбиты колеблется от 370 до 444 километров. Этот спутник активно использовался предыдущими марсоходами: около 85 процентов данных, полученных со Spirit и Opportunity, были транслированы именно через него. Odyssey может общаться с Curiosity в UHF-диапазоне. Что касается средств коммуникации, у него имеются HGA, MGA (medium gain antenna), LGA и UHF-антенна. В основном, для передачи данных на Землю используется HGA, имеющая диаметр 1.3 метра. Передача ведется на частоте 8406 МГц, а прием данных осуществляется на частоте 7155 МГц. Угловой размер луча составляет порядка двух градусов.


Расположение инструментов спутника

Коммуникации с роверами осуществляются с помощью UHF-антенны на частотах 437 МГц (передача) и 401 МГц (прием), скорость обмена данными может составлять 8, 32, 128 или 256 кб/сек.

Mars Reconnaissance Orbiter

MRO

В 2006 году к спутнику Odyssey присоединился MRO — Mars Reconnaissance Orbiter, который сегодня является основным собеседником Curiosity.

Однако, помимо работы связиста, сам MRO имеет внушительный арсенал научных приборов, и, что самое интересное, оборудован камерой HiRISE, которая представляет собой, по сути, телескоп-рефлектор. Находясь на высоте 300 километров, HiRISE может делать снимки с разрешением до 0.3 метра на пиксель (для сравнения, спутниковые снимки Земли обычно доступны с разрешением около 0.5 метра на пиксель). MRO может также создавать стереопары поверхности с точностью до умопомрачительных 0.25 метров. Я настоятельно рекомендую вам ознакомиться хотя бы с несколькими снимками, которые доступны, например, здесь. Чего стоит, например, вот это изображение кратера Виктория (кликабельно, оригинал около 5 мегабайт):


Предлагаю самым внимательным найти на изображении ровер Opportunity 😉

ответ (кликабельно)

Обратите внимание на то, что большинство цветных снимков сделаны в расширенном диапазоне, так что если вы наткнетесь на снимок, на котором часть поверхности будет ярко сине-зеленоватого цвета, не спешите заниматься конспирологией 😉 Зато вы можете быть точно уверены, что на разных снимках одинаковые породы будут иметь одинаковый цвет. Однако, вернемся к системам связи.

MRO оборудован четырьмя антеннами, которые по назначению совпадают с антеннами марсохода — это UHF-антенна, HGA и две LGA. Основная используемая спутником антенна — HGA — имеет диаметр три метра, и работает в X-диапазоне. Именно она используется для передачи данных на Землю. HGA также оборудована 100-ваттным усилителем сигнала.


1 — HGA, 3 — UHF, 10 — LGA (обе LGA смонтированны прямо на HGA)

Curiosity и MRO общаются с помощью UHF-антенны, коммуникационное окно открывается дважды в сол, и продолжается примерно 6-9 минут. MRO выделяет 5Гб в день для данных, полученных с роверов, и хранит их до тех пор, пока не окажется в зоне видимости одной из станций DSN на Земле, после чего передает данные туда. Передача данных к марсоходу осуществляется по такому же принципу. На хранение команд, которые должны быть переданы на марсоход, выделяется 30 Мб/сол.

Станции DSN ведут MRO по 16 часов в сутки (остальные 8 часов спутник находится с обратной стороны Марса, и не может вести обмен данными, так как закрыт планетой), 10-11 из которых он передает данные на Землю. Обычно спутник в течение трех дней в неделю работает с 70-метровой антенной DSN, и дважды — с 34-метровой антенной (к сожалению непонятно чем он занимается в оставшиеся два дня, но вряд ли у него есть выходные). Скорость передачи может варьироваться от 0,5 до 4 мегабит в секунду — она уменьшается при отдалении Марса от Земли и увеличивается при сближении двух планет. Сейчас (на момент публикации статьи) Земля и Марс находятся почти на максимальном расстоянии друг от друга, так что скорость передачи скорее всего не очень велика.

NASA утверждает (на сайте спутника есть специальный виджет), что за все время работы MRO передал на Землю более 187 терабит (!) данных — это больше, чем все аппараты, посланные в космос до него, вместе взятые.

Заключение

Итак, подведем итоги. При передаче управляющих команд на марсоход, происходит следующее:

  • Специалисты JPL отправляют команды на одну из станций DSN.
  • Во время сеанса связи с одним из спутников (скорее всего, это будет MRO), станция DSN передает ему набор команд.
  • Спутник сохраняет данные во внутренней памяти, и ожидает следующего коммуникационного окна с марсоходом.
  • Когда марсоход оказывается в зоне доступа, спутник передает ему управляющие команды.

При передаче данных с марсохода на Землю, все это происходит в обратном порядке:

  • Ровер хранит свои научные данные во внутренней памяти и ожидает ближайшего коммуникационного окна со спутником.
  • Когда спутник оказывается доступен, ровер передает ему информацию.
  • Спутник получает данные, сохраняет их в своей памяти, и ожидает доступности одной из станций DSN
  • Когда станция DSN становится доступна, спутник отправляет ей полученные данные.
  • Наконец, после получения сигнала, станция DSN декодирует его, и отправляет полученные данные тем, для кого они предназначены.

Надеюсь, мне удалось более-менее кратко описать процесс связи с Curiosity. Вся эта информация (на английском языке; плюс огромная куча дополнительной, включая, например, довольно подробные технические отчеты о принципах работы каждого из спутников) доступна на различных сайтах JPL, ее очень легко найти, если знать, что именно вас интересует.

Пожалуйста, сообщайте о всех ошибках и опечатках в личку!

Сколько идет сигнал с других планет Солнечной системы?

Сколько идет сигнал с других планет Солнечной системы?

Космические корабли уже давно летают к далеким планетам Солнечной системы, а парочке Вояджеров даже удалось выбраться в гелиопаузу. Откуда мы знаем об их локации? Дело в том, что в ответ поступают снимки и информация с помощью радиоволн.

На самом деле, это сложная система связи. Важно понимать, что из-за удаленности объектов сигналы всегда поступают с задержкой. По всей Земле расположены огромные радиоантенны системы DSN, которые принимают сигналы от аппаратов НАСА. Расположение в разных частях света важно, потому что при вращении планеты космические корабли всегда остаются в поле видимости.

Современные аппараты, отправляющиеся на большие дистанции, пытаются создавать максимально автономными. Например, корабль Новые Горизонты в начале 2019 года пролетел мимо 2014 MU69, отдаленного от Солнца на 43.4 а.е.! Это огромнейшая дистанция, поэтому подобные механизмы следуют специальным приказам, которые учитывают все возможные критические ситуации.

Задержка связи важна особенно при рассмотрении будущих человеческих полетов. Мы можем отправиться на Марс и должны понимать, что говорить придется с задержкой, что в критической ситуации выглядит особенно опасно. Давайте посмотрим, как долго сигнал добирается в одну сторону от Земли к планетам Солнечной системы.

Меркурий

Меркурий

Первая планета от Солнца удалена от нас на 82-217 млн. км (важно учитывать также изменение позиции на орбитальном пути). Поэтому сигнал в одну сторону движется 5-12 минут.

Венера

Венера

Это вторая планета от Солнца и одна из ближайших к нам. Дистанция между мирами достигает 38-261 млн. км (орбитальный путь приближен к круговому), а длительность сигнала занимает 3-14 минут.

Марс

Марс

Марс особенно интересен человечеству, так как готовится стать полноценной колонией. Планета отдалена от нас на 56-401 млн. км, поэтому сигнал будет достигать мира через 4-20 минут. Согласитесь, это не очень удобно для диалога между астронавтами и пунктом приема, но придется как-то вертеться.

Юпитер

Юпитер

Крупнейшая планета Солнечной системы расположена в 588-967 млн. км. При этом ждать обратного ответа придется 35-52 минут.

Сатурн

Сатурн

Самая роскошная кольцевая планета отдалена от Земли на 1195-1660 млн. км, из-за чего сигнал движется в одну сторону за 71-88 минут. Важно отметить, что человечество вряд ли отправится к самим газовым гигантам. Однако нам интересны их спутники, поэтому с задержкой связи придется считаться.

Уран

Уран

Знаменитая «планета на боку» («Планета на боку. Что случилось с Ураном в прошлом») расположена в 2.6-3.15 млрд. км от нас. Поэтому сигнал достигает этого удаленного мира за 152-168 минут.

Нептун

Восьмая планета от Солнца - Нептун

Это последняя официальная планета в списке, удаленная на 4.3-4.6 млрд. км, а скорость сигнала достигает 242-258 минут.

Постскриптум

То есть, если вы выберетесь за пределы Сатурна, то ответного сигнала от землян придется ждать более двух часов. А теперь представим ситуацию с межзвездными путешествиями. Ученым придется придумать, как можно настроиться на относительно быстрый контакт.

Хотя, может, если мы научимся летать к соседним звездам, то и со связью придумаем что-то более продвинутое? Что думаете?

Есть ли интернет на марсе или взгляд в будущее / Хабр

Пролог

На дворе 21xx год. На на Марсе живет уже более миллиарда человек. Нет, мы не научились сворачивать пространство, но сделали двигатели, разгоняющие практически до скорости света, и сегодня полет на ближайшую планету длится несколько часов. Жизнь бурлит, но есть проблемы с сетью. Давайте подумаем как их решить. Поэтому предлагаю всем помечтать и поразмышлять над необычной проблемой.

Физическая суть

Интернет больше не глобальная сеть. Физически скорость обмена данными ограничена скоростью света, это значит что мы не можем добиться быстрого обмена данными. Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,75 млн. км (когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом), максимальное — около 401 млн. км. Получается, сигнал будет идти примерно от 186 сек. до 1337 сек. или от 3 мин. до 22 мин. (ну или 12 мин. в среднем). Вряд — ли кого-то обрадует пинг в 44 мин. 🙂

Хостинг

Появляются транспланетные хостинги, предоставляющие услуги синхронизации серверов на разных планетах. Так как планеты вращаются, необходимы передатчики данных в сеть спутников на ближайшей орбите, постоянно повернутых в сторону Марса. Теперь крут становится тот, у кого лазер на орбите 800 МВт, обеспечивающий круглосуточную синхронизацию. Но самые большие проблемы возникают, когда Солнце находится между планетами. Тогда связь обеспечивают межпланетные коммутаторы ( как еще их назвать ). Так же строят орбитальные дата-центры, цель которых — одинаковое расстояние от планет для обеспечения максимально быстрой синхронизации данных.

Доменные имена

Гугл на марсе не есть гугл земной. Ну тут все просто. Не даром домены первого уровня назвали именно «доменами первого уровня», ведь в IT весь счет ведется с ноля. Тут заложен явный расчет. С покорения марса завели домены нулевого уровня или нуль-домены. Теперь есть habr.ru.earth и habr.ru.mars. При наборе habr.ru — DNS выдают ближайший.

Связь

SMS/MMS снова будут на подъеме, если конечно доживут. Небывалое развитие аудио и видео 3D посланий. Ссылки в электронной почте пересылать смысла практически нет.

Updated:

Статья Винтона Грея Серфа

Interplanetary Internet (IPN): Architectural Definition. Спасибо yonyonson.

P.S.

Далее внимательно смотрю комментарии и дополняю вашими идеями, предложениями, проблемами.

P.S.S

Почему много людей живет на Марсе не имеет особо значения. Можно придумать миллион причин. Интересует что делать с глобальной сетью либо с областями, ее использующими.

С какой скоростью «ЭкзоМарс» летит к Марсу / Хабр

14 марта в космос с космодрома Байконур отправились орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter и посадочный модуль «Скиапарелли» на ракете-носителе «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М».

В марте один пользователь Facebook спросил Европейское космическое агентство, с какой скоростью «ЭкзоМарс» летит к Марсу. Люди, которые ведут социальные сети Агентства, на этот вопрос сразу ответить не смогли. Потому привлекли специалиста — Фрэнка Будника из команды навигаторов.

Вот сам вопрос:

Хей Дэниэл, могу я побеспокоить тебя ещё одним вопросом? На сайте ЕКА я прочитал что весь путь «ЭкзоМарс» составит 500 млн км за 218 дней… это означает, что он идёт со скоростью 95500 км/ч! Как это возможно? Действующий рекорд скорости сейчас принадлежит New Horizons — это 56000 км/ч.

Вопрос на языке оригинала

Hey Daniel, may I bother you with another question? On the ESA website I have read that the entire cruise of ExoMars is 500 million km in 218 days… that means it goes at a speed of 95,500 km/h! How is it possible? The actual record of speed is New Horizon’s, almost 56,000 km/h…

А ответ — под хабракатом.





Межпланетный перелёт с Земли до любой другой планеты — в данном случае, до Марса — немыслим с точки зрения полёта по прямой линии с крейсерской скоростью. На Земле такое возможно — корабли и самолёты двигаются по прямой, иногда меняя направление в заданных точках маршрута. В Солнечной системе на каждый объект действует сила тяготения. Кривые линии для Солнечной системы естественны, тогда как прямых там нет. Поэтому «ЭкзоМарс» летит по кривой все 500 миллионов километров, постоянно снижая свою скорость, удаляясь от Солнца.

На этой схеме видно пройденное расстояние и дата, к которой «ЭкзоМарс» это расстояние пройдёт. 14 марта состоялся запуск, в начале июня аппарат пройдёт 200 миллионов километров, в сентябре — 400 миллионов, а к дате посадки, 19 октября, преодолеет почти 500 миллионов километров. Обратите внимание, что скорость полёта со временем снижается.

Фрэнк Будник напоминает, что сравнивать нужно правильные цифры, что в случае «скорости космического корабля» и «рекордов скорости» — не одно и то же. Рекордом New Horizons считают 16,26 км/c, это 58500 км/ч. Именно с этой скоростью «Новые Горизонты» преодолел расстояние от Земли до Луны — это первые 8 часов 35 минут полёта.

Ни до, ни после New Horizons, космические аппараты не улетали с Земли с такой скоростью. Но если мы будем говорить о скорости на гелиоцентрической орбите, то к 16,26 км/с нужно добавить скорость Земли — это 30 км/с, и мы получаем приблизительно 46 км/c относительно Солнца. Это впечатляющая скорость, но уже не рекордная. Рекорд был у аппарата Helios 2 — 70 км/с.

«ЭкзоМарс» движется не так быстро. За 218 дней 16 часов и 56 минут аппарат пройдёт 500 миллионов километров. Его средняя скорость на гелиоцентрической траектории составит 26,5 км/с — между скоростями Земли в 30 км/с и Марса в 24 км/с.

Теперь представим это в виде математической задачи.

Дано:

  • Расстояние = 500 000 000 км
  • Время = 218,67 дней = 5248 часов = 314 885 минут = 18 893 088 секунд

Решение:

  • Скорость = расстояние / время
  • Скорость = 500 000 000 км / 18 893 088 секунд = 26,5 км/секунду

Только учтите, что это средняя скорость, а аппарат замедляется на протяжении всего пути к Марсу, как видно на графике выше.

Подробнее о самой миссии читайте в Орбитальном детективе и в Двенадцати часах страха за «ЭкзоМарс».

До Марса за три дня? / Хабр

В конце февраля многие СМИ опубликовали новость о том, что НАСА придумало способ летать к Марсу и другим планетам с околосветовыми скоростями. Речь шла о работе профессора физического факультета Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Филипа Любина (Philip Lubin). Смысл сообщений сводился к тому, что НАСА, в лице вышеупомянутого профессора, собирается запускать зонды к планетам Солнечной системы и за пределами её при помощи подсветки лазерным лучом с Земли. Обещалась доставка 100-килограмового аппарата к Марсу за три дня и другие фантастические возможности. Видимо, по причине явной желтушности заголовков, никто не рискнул перепубликовать подобную новость здесь и на подобных ресурсах. Мне стало интересно, что же все-таки стоит за громкими заголовками и вот, что я выяснил.

В действительности, новость оказалась не такой уж и свежей, некоторые СМИ публиковали её ещё летом 2015-го года. Сейчас толчок этой теме дала публикация подкастом NASA 360 (и последующий перепост сайтом Space.com) видео ролика, популярно объясняющим предложенную технологию.



Этот ролик не содержит никаких научных и технических деталей, а состоит почти полностью из разнообразных фрагментов запусков Шаттлов и других космических видео. О самой технологии говорится лишь, что для разгона космического корабля предполагается использовать photon propulsion, т.е. энергию импульса фотонов. На самом деле, идея фотонного двигателя совсем не нова, однако исследователи предлагают совершенно новый подход – передача импульса совершается «подсветкой» движущегося объекта лазерным лучом с Земли или орбитальной платформы. Таким образом предлагается избавиться от необходимых запасов топлива на борту самого объекта, и при этом утверждается, что подобный подход позволит достигать околосветовых скоростей.


Филип Любин является руководителем проекта DEEP-IN (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration), финансируемым НАСА. В апреле 2015-го года он опубликовал научную работу под названием «Дорожная карта межзвездных перелетов» (A Roadmap to Interstellar Flight), в которой предложил технологию передачи импульса фотонов космическому кораблю массивом лазеров, установленных на Земле, а также привел расчеты, подтверждающие теоретическую возможность этой технологии. В августе 2015-го года НАСА выделила 100 000 долларов на дальнейшие исследования этой группы.

Дальше, я постараюсь коротко изложить основные моменты, изложенные в этой работе.

В введении в работу говорится о том, что за последние 60 лет космической эры человечество достигло больших успехов в развитии космической техники, за исключением лишь скоростных характеристик космических аппаратов. К примеру, Вояджер-1 сумел покинуть Солнечную систему только после 37-ми лет полета, имея скорость в 17 км/с, т.е. 0.006% от световой. Этого явно не достаточно для полета даже к ближайшим звездам.

Для дистанционной передачи энергии предлагается использовать фотонный драйвер (photon driver) – массив лазеров, киловаттного класса, с точно совпадающими фазами, работающих как единый источник света. Такой подход позволит отказаться от разработки единого сверхмощного лазера, а также гигантских оптических систем (поскольку каждый лазер в массиве имеет собственную оптическую систему). Подобный массив описывается в других работах исследовательской группы под названием DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and ExploRation). Питание массива предлагается обеспечивать за счет энергии соответствующего набора солнечных батарей.

Массивы DE-STAR предлагается строить разного размера, в логарифмической прогрессии от их номера. Т.е. DE-STAR 1 будет иметь сторону 10 метров, DE-STAR 2 – 100 метров и так далее. Для примера приводятся характеристики массива максимального размера DE-STAR-4 и мощностью 50-70 Гигаватт, который, находясь на низкой земной орбите, позволит разогнать фемтоспутник (выполненный в виде единого кристалла, массой порядка 1 грамма) с парусом со стороной 1 метр, выполненным из тонкой пленки, до скорости около 26% от световой примерно за 10 минут. Такой аппарат доберется до марса за 30 минут, обгонит Вояджер-1 менее, чем за 3 дня и доберется до Альфы Центавра примерно за 15 лет. В качестве других примеров, говорится, что такой массив мог бы разогнать объект массой в 100 кг до порядка 2% скорости света, а объект массой в 10 000 кг до 1 000 км/с.


С учетом того, что на разгон фемтоспутника требуется совсем немного времени, после чего массив лазеров оказывается фактически не нужным, теоретически можно запускать ежедневно сотни таких аппаратов и за год запустить их около 40 000 штук, что позволит иметь по одному на каждый квадратный градус небосвода (предполагается, что суммарная масса всех фемтоспутников составит около 80 кг).

Далее в работе приводятся расчеты необходимой энергии для разгона объектов до околосветовых скоростей, а также расчеты необходимых размеров парусов для сбора передаваемой энергии. Также предлагается использовать часть полученной энергии на собственные нужды космического аппарата, что с одной стороны снизит эффективность передачи энергии, а с другой стороны, позволит существенно облегчить сам аппарат. Кроме этого приводится конструкция и расчеты, необходимые для постройки массива лазеров.

Серьезной проблемой может стать торможение прибывшего на место аппарата. Для этого предлагается использовать энергию излучаемых звездой фотонов, звездный ветер, а также магнитное связывание с плазмой звездной системы. Указано, что потребуется много лет экспериментов, чтобы научиться пользоваться этими возможностями, но уже сейчас доступны пролетные миссии.

Еще одним практическим аспектом использования массивов лазеров может быть дальняя связь с аппаратами. Для примера приводится расчет снова для массива DE-STAR-4 с длиной волны 1.06 мкм и мощностью 50 Гигаватт. Говорится, что на расстоянии в 1 световой год диаметр светового пятна составит 2*106 метров (2 000 км), что для зонда массой 100 кг и приемной антенной, диаметром 30 метров, позволит получать данные со скоростью 2*1018 бит/с (предполагая, что для кодирования 1-го бита аппарату требуется получить 40 фотонов). При этом, аппарат имея на борту лазерный передатчик мощностью 10 Вт сможет передавать аналогичным образом информацию со скоростью 1*109 бит/с (т.е. 1 Гбит/с). Аналогичным образом, рассчитано, что находясь вблизи Проксимы Центавра данная система передачи данных обеспечит скорость около 70 Мбит/с. Т.е. у человечества появится возможность смотреть в реальном времени видео трансляцию из соседней звездной системы.

В качестве дополнительных возможностей использования лазерного массива предлагаются военные и защитные цели, например защита от астероидов, а также передача сигналов внеземным цивилизациям.

В конце статьи приводятся некоторые расчеты для будущих космических аппаратов, отправляемых с помощью лазерного массива, мощностью 70 Гигаватт:













1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 г 0.85 м 186 с 4.01*109 м 4.31*107 м/с 0.14 6.10*107 м/с 0.20 2.37*104 g
10 г 2.7 м 1050 с 1.27*1010 м 2.43*107 м/с 0.081 3.43*107 м/с 0.11 2.37*103 g
100 г 8.5 м 5880 с 4.01*1010 м 1.36*107 м/с 0.046 1.93*107 м/с 0.064 237 g
1 кг 27 м 3.32*104 с 1.27*1011 м 7.67*106 м/с 0.026 1.08*107 м/с 0.036 23.7 g
10 кг 85 м 1.86*105 с 4.01*1011 м 4.31*106 м/с 0.014 6.10*106 м/с 0.020 2.37 g
100 кг 270 м 1.06*106 с 1.27*1012 м 2.43*106 м/с 0.0081 3.46*106 м/с 0.011 0.237 g
1000 кг 850 м 5.88*106 с 4.01*1012 м 1.36*106 м/с 0.0046 1.93*106 м/с 0.0064 0.0237 g
10 000 кг 2.7 км 3.32*107 с 1.27*1013 м 7.67*105 м/с 0.0026 1.08*106 м/с 0.0036 2.37*10-3 g
100 000 кг 8.5 км 1.86*108 с 4.01*1013 м 4.31*105 м/с 0.0014 6.10*105 м/с 0.0020 2.37*10-4 g

  1. Масса аппарата
  2. Размер паруса
  3. Время, за которое аппарат удаляется на расстояние, при котором пятно лазерного луча полностью освещает парус
  4. Расстояние от источника света, при котором пятно лазерного луча полностью освещает парус
  5. Скорость в этой точке
  6. Доля от скорости света
  7. Максимальная скорость при постоянном освещении
  8. Доля от скорости света при постоянном освещении
  9. Ускорение в момент, когда пятно лазерного луча полностью освещает парус

Таким образом, в статье говорится о том, что предложенная технология, несмотря на свою фантастичность, вполне возможна в обозримом будущем и явно более реальна, чем кротовые норы, телепортация и двигатели на антиматерии. Конечно, потребуется какое то время, пока технологии разовьются достаточно, для того, чтобы создать космические корабли весом в единицы граммов и необходимые для разгона лазерные массивы. Соглашаться с этим или нет – каждый может решить самостоятельно. Для меня важно, что НАСА также увидели здравое зерно в этой работе и финансирует дальнейшие разработки. Следующими шагами может стать сначала наземная отработка технологии передачи импульса, а затем испытания на орбите земли лазерных массивов разной мощности.

Как и полагается, у предложенной теории существуют противники. Помимо технической невозможности осуществить запуск такого космического аппарата в настоящее время, называют и другие теоретические и практические сложности. Например говорят о сильном нагреве лазерного паруса во время работы лазерной установки или о том, что если парус (а он должен отражать 99.99% полученной энергии) отразит 70 Гигаватт энергии обратно в лазерный массив, то последнему не поздоровится. Также упоминают 3-й закон Ньютона, согласно которому на космическую платформу, на которой будет установлен массив лазеров, будет действовать колоссальная сила противодействия (правда сама платформа по расчетам тех же критиков будет иметь запредельную массу порядка 300 000 тонн).

В любом случае, время покажет, кто был прав, а кто нет.

Прошу прощения за использование термина «фемтоспутник» для аппаратов, указанных в статье, поскольку в оригинале используется термин «wafer scale spacecraft», который никаким известным мне термином не переводится.

Список ссылок:

  1. Новость на сайте Space.com
  2. Страница проекта на сайте НАСА
  3. Собственная страница проекта
  4. Страница о проекте в Википедии

Долетит ли «Starship» до Марса? / Хабр

За почти 60 лет освоения космоса проектов полета к Марсу и другим планетам было много и разной степени проработанности. Но проект SpaceX «Starship» (Звездолет) выделяется среди них по следующим причинам:

  1. Полностью частная инициатива и финансирование, по крайней мере пока.
  2. Несмотря на предыдущий пункт, высокая степень готовности. Одна из ключевых технологий (многоразовая жидкостная ступень) уже освоена, ведется строительство прототипа, прошел испытание двигатель.
  3. Амбициозность. Не просто слетать на Марс, а начать строить постоянную колонию. И корабль в перспективе может возить за сотню человек. И не только на Марс.
  4. Отсутствие ядерных, плазменных и гиперпространственных двигателей. Только ЖРД только хардкор.

Почему «Звездолет» сможет обходиться одними ЖРД, как обычно, под катом.

Дозаправка в космосе

Ключевой особенностью проекта «Starship» является использование марсианских ресурсов для производства топлива на обратный полет. Такой ход позволяет фактически уменьшить вдвое ХС ракеты по сравнению с полетом в оба конца на одной заправке с той же скоростью.


Mars Direct. Дальний корабль — возвратный и дожидался прилета корабля с экипажем (ближний), нарабатывая топливо.

Сам по себе такой подход чем-то новым не является: производство метана из марсианской атмосферы и привезенного водорода было еще в проекте «Mars Direct» Роберта Зубрина. Проект Маска отличается размерами корабля, многоразовостью и высокой скоростью межпланетного перелета. Последнее является следствием того, что для выхода на НОО второй ступени многоразовой ракеты со спасением первой ступени по освоенному SpaceX «методу Фалькона-9» требуется обеспечить приращение скорости порядка 7 км/с. А поскольку для перелета к Марсу планируется заправка все той же второй ступени многоразовыми танкерами на ее же базе, то есть смысл заправить ее полностью и улететь по быстрой траектории. От недолива топлива ПН не увеличится (а догрузка сложнее дозаправки, да и отсеки не резиновые), а полеты танкеров планируются ультрадешевыми. Всего планируется 6 запусков на один корабль: вывод собственно корабля и 5 заправочных.


Содержание водорода (скорее всего в виде водяного льда) в приповерхностном слое марсианского грунта по данным спутника «Марс Одиссей».

Итак, осталось развернуть на Марсе производство метан-кислородного топлива из местных ресурсов. А именно: обнаруженных спутниками «грунтовых вод» (скорее всего, в виде мерзлоты, хотя может и жидкой) и углекислого газа из атмосферы.

Метановый заводик

Для производства метана предполагается использовать реакцию Сабатье:

CO2 + 4h3 = Ch5 +2h3O

Хорошая новость в том что данная реакция является экзотермической, так что тепло от реактора Сабатье можно приспособить, например на выпаривание вечной мерзлоты. Водород для реакции Сабатье и кислород для ракеты придется добывать электролизом марсианской воды и воды, производящейся в реакции Сабатье.

Согласно презентации 2017 года полная заправка BFR состоит из 240 тонн метана и 860 тонн кислорода. Поскольку с той презентации поменялся материал корпуса, но не двигатель и законы физики — можно считать что пропорция 3.58 тонн окислителя к тонне топлива сохранилась. Но есть один нюанс: количество водорода, необходимое для производства килограмма метана при производстве электролизом дает четыре килограмма кислорода. Так что вместо 1100 тонн нам потребуется произвести 1200. Кстати, 100 тонн кислорода при использовании в СЖО хватит примерно на 100 тыс. человеко-суток.

Электролиз воды — процесс с одной стороны энергозатратный, а с другой при правильно-спроектированной установке имеет КПД вблизи 100 %. Округлив вверх получим 16 МДж на килограмм воды. Или 18 МДж на килограмм произведенного кислорода. В пересчете на килограмм конечного продукта затраты на электролиз составят 14.4 МДж.

Для дистилляции воды для подготовки к электролизу требуется порядка 22-30 кДж на килограмм воды (дистиллятор на Марсе может работать вблизи тройной точки), причем перегонка требуется только грязной местной воде, а не отходам реакции Сабатье, и конденсацию компонентов в жидкое состояние (для кислорода без учета КПД холодильника в пределах 0.4 МДж/кг). Затраты на термостатирование компонентов топлива в баках без знания конструкции корабля сколько-нибудь точно оценить не получится. Так что просто будем считать что нам требуется 20 МДж на килограмм конечного продукта. Или +5.6 МДж на затраты не связанные с электролизом.

Итак. Мы оценили потребность в энергии в 20 МДж на килограмм продукта. С одной стороны, это много. Но с другой — между стартовыми окнами два года, соответственно столько времени у нас есть на выработку 1200 тонн продукта. Два года — это примерно 60 миллионов секунд, итого средняя производительность топливного «завода» должна быть… 20 граммов в секунду. Потому «завод» и в кавычках. Средняя потребляемая мощность составит 400 кВт.

Ядерный реактор отпадает — все реально существовавшие космические ЯЭУ имели электрическую мощность на два порядка меньше требуемой. SpaceX разработку еще и ЯЭУ с нужной удельной мощностью точно не потянет. Зато у Маска есть Tesla с бывшей Solar City, производящая солнечные батареи.


Советские космические ЯЭУ. Проект Топаз-100/40 до космоса не добрался. И у всех, мягко говоря, не вдохновляет длительность работы в режиме максимальной мощности

Хорошая новость — буферные аккумуляторы топливному заводу не нужны. Производство ракетного топлива и есть зарядка аккумулятора. Так что достаточно посчитать только площадь солнечных батарей, требующихся для обеспечения средней мощности в 400 кВт с учетом усредненного суточного цикла.

В среднем за марсианский год солнечная постоянная составляет около 600 Вт/м2 по нормали. Будем считать что СБ просто лежат на склоне кратера в оптимальном для данной широты положении — это еще и основной способ их монтирования на Земле. Без учета пылевых бурь за среднестатистические марсианские сутки на квадратный метр падает 191 Вт света (600/pi). Для учета бурь введем коэффициент 0.7 (марсианской метеорологии не знаю, но наверняка будут выбирать место где пылит поменьше). В итоге при КПД 20 % получим 26 Вт на квадратный метр в среднем за сутки. Опять же для удобства и надежности округлим, но на этот раз вниз — до 20 Вт/м2. Для искомых 400 кВт понадобится 20 000 квадратных метров или 2 гектара солнечных батарей. У современных хозяйственно-бытовых СБ удельный вес около 10 кг/м2. Вместе с коробкой для крепления на крышу, на Земле, где давление ветра на порядки сильнее марсианского. При том что конструкторы этой коробки ее оптимизировали на технологичность, а не вес. У гибких солнечных батарей (опять же для бытовых целей) удельный вес уже 3.5 кг/м2. На Марсе их можно просто раскатывать на грунте — при давлении 6 мбар ветер их унести не сможет. Зато сможет принести пыль, которую придется сдувать или сметать роботам или самим астронавтам («Спириту» же приходилось ждать «пыльного дьявола»).


Гибкая СБ для Земли

Но допустим, вместе с проводами наша солнечная энергоустановка все-таки весит 10 кг на метр. Для искомых 2 гектаров батарей нам понадобится 200 тонн. При том что по плану на Марс в начале стартует 2 беспилотных корабля, а в следующее окно — 2 грузовых и 2 пилотируемых с экипажем не более 10 человек. Итого 6 кораблей и от 600 до 900 тонн на поврехности Марса. Первая цифра получена из предположения о том что на 150 тонн ПН выйти не успеют или не смогут (а ракеты на 100 тонн на НОО вполне существовали). Минимум в 3 раза больше чем требуется.

Вот только кроме топливного заводика энергия потребуется еще и…

СЖО

Первое, оно же главное(с): Россия не сможет оставить SpaceX без космического унитаза. Дело в том что надежность советского космического туалета по сравнению WCS стоявшей на Шаттле — заслуга не суперсекретных советских технологий, а того что американцы переусложнили свою систему попытавшись автоматизировать процесс эвакуации каловых масс подальше от космонавта. Что приводит к засорам и прочим «радостям». В то время как в советском-российском космосортире поток воздуха только обеспечивал прижим фекалий к поверхности перфорированного пакета, который после использования требуется поместить на хранение руками. На «Скайлэбе» у американцев была еще более простая система в которой пакет для фекалий был герметичным и требовал отпихивать продукты жизнедеятельности пальцами (с помощью специальных мешочков) глубже в пакет, но зато имел систему откачки мочи. SpaceX может как поднять чертежи туалета «Скайлэба» (который, не смотря на необходимость дополнительных манипуляций с пакетом, еще надежней, чем российский) так и разработать свой аналог союзовского с прижимом отходов к мешку потоком воздуха.


Схема советского космического унитаза. Моча уходит по трубе с потоком воздуха, кал остается в отсеке с цифрой 5, прижатый потоком воздуха.


Туалет американский времен «Шаттла». Большая сложность (и меньшая надежность) системы связана с попыткой эвакуировать кал в том же потоке, что унес мочу.

От удаления отходов перейдем к другим человеческим потребностям. Как видно из таблицы (взятой отсюда) потребность экипажа из 6 человек на полет длительностью в 500 суток (что несколько меньше ожидаемой продолжительности марсианской миссии на «Звездолете») потребуется 58 тонн кислорода, пищи и воды. Из которых вода составляет 50 тонн.

В принципе с учетом быстрой траектории полета «Звездолета» (время зависит от типа противостояния, но в среднем 115 суток) на корабле можно обходиться запасами воды. Но поскольку марсианский завод все равно требует разработки технологии подготовки местной воды для электролиза (т.е. ее очистки и дистилляции) — можно и регенерировать.

Разработанные в СССР для станции «Мир» системы регенерации воды весили 2.4 тонны в расчете на 6 человек экипажа. В случае использования воды, регенерированной из мочи, для производства кислорода электролизом (масса мочи за сутки как раз примерно совпадает с потребностью человека в кислороде за то же время), основным потребителем опять будет электролизер с его 18 МДж на килограмм продукта. Кислорода человеку в сутки требуется около килограмма что дает потребляемую электролизером мощность 208 Вт на человека. Дистилляция, повторюсь, при наличии вакуума требует около 22 кДж на килограмм, что пренебрежимо мало на фоне расходов электролизера, даже с учетом большего объема хозяйственно-бытовой воды. Приняв потребность в энергии в 300 Вт на человека, включая затраты на освещение и зарядку планшетов (с космическими картами, ага), получим 30 кВт для 100-местного корабля. Это лишь вдвое больше того, что дают СБ современных спутников связи (до 15 кВт на спутник). По прилету на Марс затраты на электролиз воды для обеспечения кислородом отключаются — топливный завод и так вырабатывает 100 лишних тонн кислорода на одну заправку.

И радиация

Ее опасность во многом преувеличена. В космосе есть два источника радиации: Солнце, дающее много относительно низкоэнергетических частиц, но излучающее только с одного направления, и ГКИ, «светящее» малыми количествами высокоэнергетических частиц отовсюду. Соответственно от Солнца можно защититься просто компоновкой — повернув к нему нежилые отсеки. Собственно, так и планируется, о чем говорит хотя бы расположение СБ на «Звездолете» (см. картинку). ГКИ же проще перетерпеть, благо полет проходит по быстрой траектории. Полученная за время перелета доза ГКИ с одной стороны выше норм земных работников атомной промышленности, но с другой стороны в разы ниже того, что требуется для развития даже хронической лучевой болезни.


Рендер тогда еще ITS. Корпус теперь другой, но размещение СБ осталось прежним.

Учёный показал движение света от Земли к Марсу и как огромен космос

Учёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к Марсу

Бывший сотрудник NASA опубликовал видео, показывающее, как долго свет путешествует от Земли к Марсу, доказав в очередной раз, насколько огромен космос. Пост мужчины заинтересовал людей и в то же время заставил разочароваться в скорости света и удариться в экзистенциальные переживания.

Доктор Джеймс Донохью, учёный из JAXA (Японского агенства аэрокосмических исследований) и бывший сотрудник NASA, 19 мая поделился на сайте Reddit видео, иллюстрирующим масштаб космического пространства. Мужчина создал визуализацию, которая показывает, как долго свет с поверхности Земли добирается до поверхности Марса.

Учёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к МарсуУчёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к Марсу

Джеймс Донохью

На ролике можно увидеть, сколько времени занимает у света путешествие от нашей планеты до её спутника. Все данные учёный вывел на экране. Скорость света составляет примерно 300 тысяч километров в секунду. Расстояние от Земли до Луны — около 384 тысяч километров.

С учётом всех этих условий каждый световой импульс от планеты достигает спутника за 1,25 секунды.

Учёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к МарсуУчёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к Марсу

После этого на видео начинается самое интересное — измерение быстроты, с которой световые импульсы достигают Марса. Скорость света по-прежнему 300 тысяч километров в секунду, но теперь расстояние между небесными телами 54,6 миллиона километров.

Учёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к МарсуУчёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к Марсу

И, в отличие от Луны, красной планете приходится ждать 3,2 минуты, чтобы получить световой импульс, исходящий от Земли.

Учёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к МарсуУчёный показал - космос больше, чем кажется. Достаточно увидеть, как свет от Земли перемещается к Марсу

Если принимать во внимание, что скорость света — самая быстрая в мире, время путешествия от планеты к планете действительно впечатляет. И заставляет в очередной раз задуматься, насколько необъятно пространство космоса.

Видео Донохью меньше чем за день набрало более 61 тысячи апвотов и более тысячи комментариев. Пост учёного подтолкнул многих реддиторов в очередной раз задуматься над тем, насколько люди малы по сравнению с масштабами Вселенной.

Кого-то разочаровал свет, который оказался не таким уж быстрым, как многие думали.

А некоторые просто поблагодарили автора поста за наглядное объяснение величины открытого пространства.

Однако людей занимает не только вопрос о масштабе космического пространства, но и его состояние после того как произошёл Большой взрыв. И учёным удалось получить примерный ответ: они создали детальнейшее фото Вселенной того периода, и пока это максимум для человечества.

А для тех, кто мечтает самостоятельно соприкоснуться с космосом, есть доступный способ. Достаточно посмотреть на срезы минералов — в них можно заметить звёзды и туманности Вселенной, не поднимая глаз к небу.

Марс за минуту: звонок домой — общение с Марса Видео

Как мы узнали, что марсоход Curiosity благополучно приземлился на поверхности Марса?

Стенограмма видеозаписи

Марс за минуту (или две): звонок домой

После семи драматических минут входа, спуска и посадки каждый захочет узнать: выжило ли Curiosity? Есть вероятность, что мы не узнаем. По крайней мере, не сразу.

Во время спуска через атмосферу Curiosity должен переключаться на новую антенну для каждого преобразования, которое он совершает.При каждом переключении мы могли на короткое время потерять сигнал. Это не повредит марсоходу. Это просто означает, что мы не будем знать, что происходит правильно.

Даже при устойчивом сигнале прямая связь с Землей работает только во время первой половины спуска марсохода. Зачем? Как и Земля, Марс вращается — и во время посадки Curiosity и место его посадки исчезнут из поля зрения, как закатное солнце.

Отсутствие видимости означает окончание прямого радиосвязи.

НО.У НАСА есть два космических корабля на орбите Марса, которые могут помочь.

Во второй половине спуска «Кьюриосити» орбитальный аппарат Mars Odyssey находится в хорошем месте, чтобы уловить сигнал марсохода и отправить его обратно на Землю. Чтобы лучше всего слышать сигнал Curiosity, Odyssey должен повернуться примерно за час до приземления.

Звучит просто, но инженеры просят Odyssey выполнить маневр, которого раньше не пробовали. Это будет работать? Наверное. Но это не совсем так.

Если Odyssey не вращается, не бойтесь! Ровер никак не пострадает! Опять же, это просто означает, что нам нужно дольше ждать, чтобы получить известие от марсохода.

Odyssey может работать так, как мы надеялись, но мы все еще не дома! Инженеры всегда думают о том, «что, если». Например, что, если марсоход приземлится на склоне? Если это так, то низколетящий орбитальный аппарат Odyssey, возможно, не сможет уловить его сигнал.

Даже если с Odyssey все пойдет по плану, есть последняя проблема: время. Марсоход может безопасно стоять на Марсе, но Odyssey должна быстро получить сигнал. Одиссея быстро движется. Он будет в пределах прямой видимости, чтобы слышать от марсохода в течение нескольких минут — возможно, не более 5.

Итак, Марсианский орбитальный аппарат играет роль резервного. Он также будет летать над головой, чтобы зафиксировать происходящее, а затем сохранить данные о посадке, которые он собирает на борту, для воспроизведения на Земле через несколько часов. Затем инженеры должны расшифровать данные, что занимает несколько часов.

Где-то посреди ночи для команды миссии Curiosity, возможно, орбитальный аппарат может рассказать нам судьбу марсохода.

Или есть другие сценарии, при которых марсоход может быть в полной безопасности, но мы можем не слышать о нем в течение трех дней.

Вот и все: посадка Curiosity наполнена драматизмом, и нам понадобится много терпения. Не зря они называют это «ракетостроением».

.

Сколько времени нужно, чтобы добраться до Марса

Вы когда-нибудь задумывались, сколько времени потребуется, чтобы добраться до Марса?

С успешным запуском Илоном Маском самой мощной ракеты в мире — Falcon Heavy от SpaceX — 6 февраля, вероятность полета людей на Марс становится все более вероятной.

Проблема в том, что между Землей и Марсом огромное расстояние, а это значит, что любое путешествие на красную планету займет очень много времени.

Это также усложняется тем фактом, что расстояние постоянно меняется, когда две планеты вращаются вокруг Солнца.

Самое близкое расстояние между Землей и Марсом составляет 33,9 миллиона миль, что в 9800 раз больше расстояния между Лондоном и Нью-Йорком.

Это действительно редкость: более полезное расстояние — это среднее значение, которое составляет 140 миллионов миль.

Мы уже запустили целую кучу космических аппаратов к Марсу (или около него), поэтому мы приблизительно представляем, сколько времени это займет с учетом современных технологий.

Исторически сложилось так, что путешествие длилось от 128 до 333 дней, что является огромным периодом времени для людей на борту тесного космического корабля.

Ожидается, что полезная нагрузка Falcon Heavy

SpaceX, которая включает в себя автомобиль Tesla, пройдет мимо Марса примерно к октябрю, хотя официальной публичной оценки нет.

Технический магнат

Илон Маск, возглавляющий SpaceX, говорит, что его межпланетная транспортная система (ITS) может справиться с путешествием всего за 80 дней.

Фирма

Маска ежегодно тратит на проект десятки миллионов долларов и ожидает, что в целом он будет стоить более 10 миллиардов долларов.

Ожидается, что большинство инженеров Маска будут работать над ITS к концу 2018 года с конечной целью колонизации Марса.

SpaceX планирует отправить свою первую грузовую миссию на Марс в 2022 году, а пилотируемая миссия намечена на 2024 год.

Интересно, но Маск считает, что его корабль ITS в конечном итоге сможет совершить путешествие с Земли на Марс всего за 30 дней.

НАСА считает, что оно может превзойти время Маска, если сможет расширить технологию силовой установки, которая использует поток фотонов, а не топливо, для приведения в движение космического корабля.

Система будет включать оснащение космического корабля отражателями, в которые могут попадать фотоны, толкая его вперед.

Ученые достигли невероятных скоростей на крошечном уровне в лабораториях, но мы все еще далеки от того, чтобы использовать его для приведения в движение большого и тяжелого объекта, такого как космический корабль.

Но если НАСА сможет разгадать загадку, время полета небольшого 220-фунтового корабля можно будет сократить до трех дней.

.

q2811

проф. Крейг Паттен из Калифорнийского университета. Сан Диего. Я запишу соответствующие комментарии ниже:

Сколько времени это займет? Земле требуется один год, чтобы вращаться вокруг Солнца, и Марсу требуется около 1,9 года (скажем, 2 года для простоты расчета), чтобы вращаться вокруг Солнца. Эллиптическая орбита, по которой вы летите с Земли на Марс, длиннее орбиты Земли, но короче орбиты Марса. Соответственно, мы можем оценить время, необходимое для завершения этой орбиты, путем усреднения длин орбиты Земли и Марса.Следовательно, для завершения описанной выше эллиптической орбиты (сплошные и пунктирные части!) Потребуется около полутора лет. Поскольку было бы неплохо провести какое-то время на Марсе, нас интересует только путешествие в один конец (сплошная линия), которое составляет половину орбиты и займет половину времени полной орбиты, или около девяти месяцев. Итак, чтобы добраться до Марса, нужно девять месяцев. Можно добраться до Марса за меньшее время, но это потребует от вас дольше сжигать ракетные двигатели, используя больше топлива. При нынешних ракетных технологиях это практически невозможно.

За девять месяцев, которые требуются, чтобы добраться до Марса, Марс перемещается по своей орбите на значительное расстояние, примерно на 3/8 пути вокруг Солнца. Вы должны планировать заранее, чтобы к тому времени, когда вы достигнете орбиты Марса, Марс окажется там, где вам нужно! Фактически это означает, что вы можете начать свое путешествие только тогда, когда Земля и Марс будут правильно выровнены. Это происходит только каждые 26 месяцев. То есть есть только одно окно запуска каждые 26 месяцев.

Проведя 9 месяцев на пути к Марсу, вы, вероятно, захотите провести там некоторое время.Фактически, вы ДОЛЖНЫ провести некоторое время на Марсе! Если бы вы продолжили движение по орбите вокруг Солнца, то, когда вы вернетесь туда, откуда начали, Земля больше не будет там, где вы ее оставили!

Чтобы выйти из своей эллиптической орбиты вокруг Солнца на орбиту Марса, вам снова нужно будет сжечь немного топлива. Если вы хотите исследовать поверхность Марса, вам также понадобится топливо, чтобы спустить посадочный модуль с поверхности Марса. В первое путешествие на Марс необходимо взять с собой все это топливо на Марс.(Может быть, когда-нибудь мы сможем производить ракетное топливо на Марсе). Фактически, вы можете посадить только небольшую часть корабля на Марсе, потому что посадка всего на поверхности и повторный подъем потребует огромного количества топлива. Поэтому вы, вероятно, оставите часть корабля, включая все припасы для путешествия домой, на орбиту Марса, а часть экипажа отправится исследовать поверхность.

Точно так же, как вам нужно дождаться, пока Земля и Марс займут правильное положение, прежде чем отправиться на Марс, вы также должны убедиться, что они находятся в правильном положении, прежде чем отправиться домой.Это означает, что вам придется провести на Марсе 3-4 месяца, прежде чем вы сможете отправиться в обратный путь. В целом, ваша поездка на Марс займет около 21 месяца: 9 месяцев, чтобы добраться туда, 3 месяца туда и 9 месяцев, чтобы вернуться. С нашей нынешней ракетной техникой этого не избежать. Большая продолжительность поездки имеет несколько последствий.

Во-первых, вы должны принести экипажу достаточно еды, воды, одежды и медикаментов в дополнение ко всем научным приборам, которые вы захотите взять с собой.Вы также должны принести все это топливо! Кроме того, если вы находитесь в космосе девять месяцев, вам понадобится много экранов, чтобы защитить вас от солнечного излучения. Вода и цемент служат хорошей защитой, но они очень тяжелые. В целом для экипажа из шести человек потребуется 3 миллиона фунтов припасов! Шаттл может поднять в космос около 50 000 фунтов, поэтому потребуется 60 запусков шаттлов, чтобы доставить все ваши припасы в космос. За всю историю «Шаттла» было всего около 90 запусков, а в год — менее десяти запусков…. Итак, с шаттлом потребовалось бы шесть лет, чтобы доставить припасы в космос. По этой причине вам, вероятно, потребуется разработать систему запуска, которая могла бы поднять в космос более 50 000 фунтов. Даже с лучшей ракетой-носителем маловероятно, что вы сможете запустить миссию на Марс сразу. Вам нужно будет запустить его из нескольких частей и собрать их на орбите.

Во-вторых, вы собираетесь находиться в космосе в течение длительного периода времени, и у вас будут физиологические последствия пребывания в невесомости в течение длительного периода времени.Во-первых, вашим мышцам не нужно работать так много. В ответ на меньшее использование ваши мышцы начинают сокращаться или атрофироваться. Помните, что ваше сердце — это также мышца, и перекачивать кровь по вашему телу легче в невесомости космоса, поэтому ваше сердце также становится слабее. Во время длительного космического путешествия ваши мышцы могут стать настолько слабыми, что вам будет трудно стоять прямо, когда вы вернетесь в среду, где вы подвержены гравитации.

Точно так же, как ваши мышцы должны делать меньше работы, чтобы перемещать вас в пространстве, ваши кости не так сильно нужны.Основная функция вашего скелета — поддерживать вес вашего тела. Когда вы находитесь в невесомости, ваше тело понимает, что кости используются не так часто, и они начинают терять кальций и становятся более хрупкими. Это серьезные эффекты, которые могут повлиять на способность астронавтов выполнять эксперименты и задачи, когда они прибудут на Марс, где они снова будут подвергнуты гравитации.

Чтобы изучить эти физиологические эффекты длительной невесомости, вам необходимо провести эксперименты на людях, которые находились в невесомости в течение длительных периодов времени.В настоящее время российская космическая станция «Мир» является единственным местом, где астронавты могут оставаться в течение длительного периода времени, и исследования этого эффекта продолжаются. Но поскольку вам нужно будет провести гораздо больше экспериментов, и вам также понадобится место для сборки миссии, вероятно, потребуется построить космическую станцию ​​большего размера, которая будет использоваться в качестве плацдарма для миссии на Марс.

.

Как будет работать межпланетный Интернет

Благодаря Интернету и другим достижениям в области электронной связи, вы можете поговорить практически с кем угодно в любом уголке мира. Ученые и исследователи космоса сейчас ищут способ почти мгновенно общаться за пределами Земли . Следующая фаза Интернета перенесет нас в далекие уголки нашей солнечной системы и заложит основу для системы связи для пилотируемых миссий на Марс и другие планеты.

Если мы когда-нибудь захотим узнать больше о других планетах, нам понадобится лучшая система связи для будущих космических миссий. Сегодня общение в космосе движется черепашьими темпами по сравнению с общением на Земле. На это есть несколько причин:

Объявление

  • Расстояние — На Земле мы разделяем всего лишь доли световой секунды, что делает связь Земли почти мгновенной через Интернет.Однако по мере того, как вы перемещаетесь в космос, происходит задержка на несколько минут или часов, потому что свет должен проходить миллионы миль, а не тысячи миль, между передатчиком и приемником.
  • Препятствие на прямой видимости — все, что блокирует пространство между передатчиком и приемником сигнала, может прервать связь.
  • Вес — мощные антенны, которые улучшили бы связь с зондами дальнего космоса, часто слишком тяжелы для отправки в космический полет, потому что полезная нагрузка должна быть легкой и эффективно использоваться.

Есть большая вероятность, что люди отправятся на Марс до того, как мы увидим начало нового века. Как мы будем общаться с этими далекими путешественниками? Ученые, инженеры и программисты уже работают над созданием межпланетного Интернета , который свяжет нас с зондами и космическими путешественниками и позволит отправлять больше информации на Землю. Если вы когда-либо хотели отправиться в космос, то это издание How Stuff Will Work покажет вам, как межпланетный Интернет позволит любому путешествовать в космос — так же, как Интернет позволяет нам посещать чужие страны без leavi

.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *