הגבול הרחב: למה אנחנו צריכים אנטנות של גלדיאטה בחלל העמוק

קישורים עמוק של תקשורת חלל הם החוטים הבלתי נראים המחברים את כדור הארץ עם חוקריו המקיפים.מחללית וויאג'ר חוצה עכשיו את החלל הבין-כוכבי אל השפע של מאדים ואת המשימות המתקרבות לאמיסמיסט לירח, שידור נתונים אמין על פני מאות מיליוני מטבול - או אפילו מיליארדים - מקילומטרים - הוא הישג הנדסי הדורש חדשנות מתמדת בלב הקישורים האלה: האנטנה פיזית יחידה של מערכות יחסים מהירות יותר מאשר ממרחק של מיליארדי דולרים, או יותר מאשר מסוכנויות תקשורת.

האתגרים הבסיסיים של תקשורת חלל עמוק

תקשורת על פני מרחקים בין כוכבי לכת או בין כוכבי הלכת שונה באופן יסודי מקישורים לווייניים יבשתיים או אפילו ליד כדור הארץ.כמה אתגרים שהוגדרו על פיסיקה מגדירים כל החלטה עיצוב אנטנה.

אות אטמורציה וחוק הריבועים המנוגדים

הכוח המתקבל על ידי אנטנה חלל עמוק יורד באופן יחסי אל הכיכר של המרחק.סימן ממאדים, בגישה הקרובה ביותר שלו (כ-55 מיליון ק"מ), הוא כבר מיליארדים של פעמים חלש יותר מאשר אות GPS במסלול נמוך של כדור הארץ.עבור חללית בקצה מערכת השמש, כמו וויאג'ר 1 (מעל 24 מיליארד קילומטרים), הכוח המתקבל הוא על סדר 10FLT: 16Falures עבור רווחי מסה 1 ו-BNUM דורש מעל פני השטח הזה.

מגבלות חמורות ורמת נתונים

זמן אור חד-צדדי מכדור הארץ למאדים ממוצעים 4 עד 24 דקות.עבור משימות מעבר לשבת, עיכובים יכולים לעלות על שעה.זה מבטל כל אפשרות של פיקוד בזמן אמת במקום, החללית חייבת להסתמך על רצף מתוכנן מראש, וקשר התקשורת חייב לספק מספיק רוחב פס כדי להעלות פקודות מורכבות קישורים ו downlink Science.com קישורים חלל עמוקים פועלים בשיעורי נתונים מכמה קילוביט לשנייה (Vy) להשפעות של אחסון ראשוניות של נתונים אורכתיים.

דופלר Shift ו- Pointing Accuracy

תנועה חוזרת בין כדור הארץ לבין חללית גורמת למשתנים (אפקט דופלר) שיכול להגיע כמה קילוורץ עבור קישורים Ka-band.בנוסף, ה- beamwidth של אנטנה גבוהה מכווץ כמו עלייה תדירות. A 34 מטר צלחת parabolic ב Ka-band (32 GHz) יש aMWidth של רק 0.02 מעלות.

כוח ו-Thermal Constraints

Spacecraft יש כוח חשמלי מוגבל, לעתים קרובות נוצר על ידי פאנלים סולאריים או גנרטורים תרמואלקטריים רדיואיזוטופים. משדרים כוח גבוה שואבים זרם משמעותי.בנוסף, אנטנה שנחשפו לחלל עמוק חייבת לשרוד אופניים תרמיים קיצוניים - מ -200 מעלות צלזיוס ועד +150 מעלות צלזיוס באור שמש ישיר - מבלי לעוות את צורתם.חומרים חייבים להיות קלים, נוקשים ויציבים.

טכנולוגיות חדשניות ל- Frontier

מהנדסים רודפים מספר נתיבים מקבילים כדי להתגבר על האתגרים האלה.כל טכנולוגיה מאזן רווח, בהיגוי, מסה, מורכבות פריסה ועלות.

ראשי התיבות של Array Antennas

אנאנטנות מערך בשלב מורכב מרכיבים רבים קרינה קטנה, כל אחד עם עובר שלב.על ידי התאמת השלב היחסי של האות להאכיל לכל אלמנט, את הדבורה ניתן לנווט אלקטרונית באחד או שניים מטוסים ללא חלקים נעים. טכנולוגיה זו הייתה פעם שמורה עבור מכ"ם צבאי ולוויינים גבוהים, אבל התקדמות מעגלים משולבים ואריזות הפכו את המערךים אטרקטיבי יותר ויותר עבור חלל עמוק.

יתרונות של מרחב עמוק

  • (ב) אין שום מצביע מכני משקף את ה- 1:1: הדבורים יכולות להירקב מיד, המאפשר מעקב מהיר של כדור הארץ על פני קשתות זוויתיות גדולות ללא גלגלי תגובה או ג'מבלים.
  • (ב) ,0) מרבי אלמב'ר: מערך יחיד יכול לתקשר בו זמנית עם תחנות קרקע מרובות או לווייני מסר, שיפור שולי הקישור וההתמדה.
  • (ב) אם כמה מרכיבים נכשלים, המערך ממשיך לפעול עם מעט פחות רווח מופחת - קריטי עבור משימות מרובות שנים.
  • (FLT:0) פרופיל ורמת הדרגות של ה-II: ניתן לבנות את אריות כפאנלים שטוחים, מה שהופך אותם קלים יותר להשתלב לתוך אוטובוס חלליות.

אתגרים ועבודה מתמשכת

[הערכים שלביים עדיין יש רווח כללי נמוך יותר לאזור יחידת מאשר מנה גדולה של פרבולינציה, צריכת החשמל שלהם עבור משמרות שלב ומגברים הוא לא-טריוויאלי.עבור חלל עמוק, ניהול תרמי של אלקטרוניקה וקרינת קשיחות הם מכשולים משמעותיים בשלב של נאס"א (FLT-D) של נאס"א (FLT-D) ו- CLT2D) כבר מופעל על ידי אנטנה XD.

המונחים: reconfigurable Antennas

אנטנה גדולה של צלחת מספקת רווח גבוה, אבל הקוטר שלה מוגבל על ידי רכב ההשקה הוגן. אנטנות ספויילר לפתור את זה על ידי שימוש מנגנונים כדי להתפתח או לנפח פעם בחלל.החידושים האחרונים יש קוטרים אנטנה פורקנס לעשרות מטרים.

רמקולים

(המכונה לעיתים קרובות מרש מתכת גמיש (לעתים קרובות זהב-מבולד או חוט tungsten) מתוח על מבנה rib או trussable.The mesh משטח פועל כמשקף רדיו.The FLT:0AstromeFLT 1 עיצוב, המשמש את מערכת ההפעלה של נאס"א (OS)P: 3)3, ו-Flowersherdows) ליתר דיוק גבוה יותר (Flowed) כדי להשיג דיוק גבוה יותר, כגון משטח Xb-FLT) גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000).

אנטנאנס

מבנים מנופחים הוכחו במסלול כדור הארץ נמוך על ידי נאס"א:0 (ה)ניסוי אנטנה מנופח (IAE)FLT:1 בשנת 1996, לאחרונה, FLT:2Light Weight Integrated Array ו- Antenna (LISA-T)FLT 3: משלב תאים סולאריים דקים עם יציבות מנפח, צמצום המוניות באופן דרמטי עבור חלל עמוק, לאחר מכן, ניתן לנפח כימיקלים ואפקטים זעירים, לאחר מכן, לאחר מכן, או לנפחים זעירים, לאחר מכן, ניתן לנפח, לאחר מכן, על פני חומר כימי, או לנפח, לאחר מכן, ניתן לכדי לחץ דם זעיר של חומר כימי, לאחר מכן, הוא יכול להיות מכדי לחץ על פני חומר כימי, או לנפח, לאחר מכן, לאחר מכן, או לכדי השפעות זעירים, על פני חומר נפץ, על פני חומר כימי, לאחר מכן, על פני חומר נפץ, על פני חומר אנטרקמות, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, או מטבול, הוא יכול להיות מטבולית, על פני חומר כימי, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא יכול להיות מטבול, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא יכול להיות מטבולית, לאחר מכן, 000,

Origami and Shape Memory Alloys

בהשראת האמנות היפנית של נייר מתקפל, עיצובים אנטנה מבוסס אוריגמי מאפשרים צורות מורכבות להיות מקופל שטוח עבור ההשקה unfurled עם מורכבות מכנית מינימלית. חוקרים ב FLT:0Brigham יאנג University WaveFLT:1 ו-FLT:2JPL הוכיחו מנות פרבולטי מתקפלות באמצעות תבניות מתפתלות המתפשטות כמו מטריה.

אנטנות רב-תכליתיות ורב-תפקודיות

חלליות עתידיות עשויות לשאת צמצם יחיד שיכול לשנות את רצועת התדר שלה, תבנית קרן או קיטוב בהתאם לשלב המשימה.זה יכול להחליף אנאנטות ייעודיות מרובות (גבוה-גאין, בינוני-גאין, נמוך-גאין) עם מערכת אחת הסתגלות. אנטנה מחדש יעילה להשתמש מתגי RF, חומרי טונה (כמו חומרים מופראלקטריים או גבישים), או אלמנטים מכניים.

המונחים: metasurface- Based Reconfigurables

(החומרים) – גליונות מעובדים של תאים תת-גלכיים – יכולים לתפעל גלים אלקטרומגנטיים בדרכים בלתי אפשריות עם חומרים מסורתיים.על ידי שילוב של דידות או מערכות מיקרו-אלקטרוניקה (MEMS) לכל תא יחידה, מטבולית יכולה לשנות באופן דינמי את השלב ההשתקפות שלה, amplitude, או אפילו תגובה תדירות.זה מאפשר פאנל שטוח להתנהג כמו לוח שטוח, ממוקד ללא תנועה של מוסדות DQFoped:

חומרים מתעוררים וטכניקות ייצור

החומרים המשמשים אנטנה חלל עמוק חייבים לשרוד קרינה, ואקום, קיצוניות תרמיות, ומיקרומטרטקס השפעות תוך שמירה על יציבות ממדים.

המטריאליזם ותפקידם

חומרים הם חומרים מלאכותיים ממונדסים שיש להם תכונות לא נמצאו בטבע, כגון אינדקס רפלקטיבי שלילי. בעיצוב אנטנה, metamaterials יכול ליצור עדשות להתמקד גלים אלקטרומגנטיים יותר קומפקטי מאשר דיאלקטריות קונבנציונליות.FLT:0 Transformation אופטיקה בעוד סימולציה 1 מאפשר מהנדסים לעצב קליפות גלימה או מבנים דמויי קרן אשר להנחות סביב מכשולים - המאפשרים בעיקר חיישנים טבעיים כמו גם אנטנות חומר.

Light Weight Composites and Additive Manufacturing

(ה-Fiber-reinforced פולימרים (CFRP) מחליפים מתכת במשקף אנטנה ותמיכה מבנים.CRP יש מקדם נמוך מאוד של התרחבות תרמית, קשיחות גבוהה, ומסה נמוכה.FLT:03D PrintigtureFLT:1 (ייצור ממכר) מאפשר ייצור של רכיבי גל מורכבים, הזנות, ורכיב ממונע בשלב זה עם ערוצי שטח ריקים (D2D) אנטים עמוק (FLT) אנטים) אנטים (מסלולאריכים על פני שטח זעירים (DNA) אנטים 3DNAFR) אנטים (DT) אנטים) הוא מאפשר ייצור של אנטים (DNADNADT) אנטים (DT) אנטים (DT) אנטים (DT) אנטים (DT) אנטים (D מגנטיים) אנטים (אנרגיה דיגיטלית (DT) אנטנות גבוהה אנטנות גבוהה, אנטנות גבוהה, אנטרקטיביים) אנטים (אנרגיה דיגיטלית (DT) אנטים) אנטים (אנרגיה דיגיטלית (אנרגיה דיגיטלית (DT) אנטרקטיבית שטח אנטנות גבוהה אנטנות

Graphene ו- Carbon Nanotubes

Graphene יש מוליכות חשמלית יוצאת דופן, כוח מכני, מוליכות תרמיים.אנטנה אבטיפוס שנעשו מ גרפן הראו ביצועים פס רחב ויכול להחליף אלמנטים נחושת כבדים יותר. פחמן nanotubes (CNTs) נחקרים עבור FLT:0space tethersFLT:1 ו כמו סרטים התנהגותיים עבור אנטנה.

קרינה - Hardened Electronics

(ב) מנגנונים פעילים, מעגלים משולבים (מעבורת פאזה, מגבר, מתגים) חייבים לעמוד במינון הכולל של יון (TID) ואפקטים חד-פעמיים (SEE) מקרניים קוסמיים וחלקיקים סולאריים.סיליקון-גרמיום (SiGe) BCMOS הם פופולריים עבור חלל RFICs, כמו שהם מציעים ביצועים טובים בתדרים תוך כדי להיות קרינה חד-סובלנותית (GF) כגון: ניטארית: ניטארית (GFide) כמו ניטארית) ניטארית) ניטארית (GF2Fide (GER) מאשר ניטארית) ניטארית) ניטארית) ניטארית) ניטארית) ניטארית) מאשר ניטארית) ניטארית (GEd) ניטארית (GER) ניטארית) ניטארית) מאשר ניטארית (GEd) ניטארית-Fride יעיל יותר מאשר ניטארית) ניטארי (GER) ניטארית) ניטארית-Fride יעיל יותר מאשר ניטארי

חידושים של תחנת קרקע: החצי השני של הקישור

האנאנטנות על הקרקע הן קריטיות באותה המידה.רשת החלל העמוק (DSN), המופעלת על ידי FLT:0NASA JPLFLT:1, מורכבת משלושה קומפלקסים שגודלו כ-120 מעלות ברחבי כדור הארץ (Goldstone, California; Madrid; Madrid; ספרד; Canberra, אוסטרליה), כל אחת מתכונות 34 מטר ו 70 מטר אנטנהפילבולית.

אנטנה ארינג

במקום לבנות מנות גדולות יותר, אנטנות קטנות יותר יכולות להשיג ערך או רגישות טובה יותר.ה DSN עובר ל-FLT:0phased מערך של 34 מטר LT:1 שניתן לשלב באופן אלקטרוני.ה-SFLT:2DSN Aperture Enhancement Program (DA) LT 3 הוא מוסיף חדש 34 מטר גלקסיות beph -5thal, אפילו אנטנות נמוכה יותר.

תקשורת אופטית (Laser)

בעוד לא רק נושא "אנטנה", תקשורת אופטית משתמשת בטלסקופים (או מסוף לייזר) כי הפונקציה כמו אנטנה לאור.ה-FLT:0Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)FLT:1 ו- (FLT:2Psyche המשימה של תקשורת אופטית עמוק (DSOC)FLT 3 חבילה מוכיחה כי קישורים לייזרים יכולים להשיג 10 פעמים דיוק גבוה יותר של רשתות אלקטרו-אוויר (אופטיות) יש צורך ב-אופטיות גבוהה יותר מ-אופטיות גבוהה יותר מ-אומטיות גבוהה יותר ממערכות רדיו אופטיות).

ארכיון תגיות: Antenna Design Beyond Mars

ככל שהמחקר האנושי משתרע על הירח, מאדים, ובסופו של דבר אסטרואידים וכוכבי הלכת החיצוניים, דרישות האנטנה יהפכו אפילו תובעניים יותר.

Multi-Band ו- Software-Defined Antennas

חללית עתידית תישא אנאנטנות הפועלות בצורה חלקה על פני להקות מרובות - פס קרוב לכדור הארץ, X-band עבור חלל עמוק, ו Ka-band עבור שיעורי נתונים גבוהים מאוד.רדיו המוגדרים תוכנה (SDRs) יכול להתאים את המודולציה ואת הקידוד לתנאי הקישור.אנטנות עם הזנות פס רחב (למשל, קרני חד-מחסניות) או פעולה כפולה ניתן לתקן פעולה סטנדרטית יהיה סטנדרטי.

אנטנות ל-In-Space Assembly

מבנים גדולים, כולל אנטנה, יכולים להיות מקובצים בחלל על ידי רובוטים או אסטרונאוטים.ה-FLT:0GatewayeurFLT:1 מאחז הירחי יכלול אנטנה גבוהה אשר מוכז חלקית במסלול. אלמנטים אנטנה מודולריים שלוכדים יחד או שזורקים על ידי זרועות רובוטיות יכול לייצר מספר של מאות מטרים מעבר, המאפשרים תקשורת עם בדיקה בין כוכבית.

אלגוריתמי למידת מכונות מאומנים לחזות את ההפרעות האטמוספריות, תצפיות לוח הזמנים עבור החזרת נתונים מקסימלית, ואפילו להתאים אנטנה מחלחל בזמן אמת.FLT:0 NASA's D3uraFLT:1 (החלטה מונחת על ידי נתונים) חוקרת באמצעות AI כדי להתאים את האופן שבו DSN מקצה אנטנה למשימות.

תקשורת קוונטיתאנטנות

מושגים ארוכי טווח כוללים קישורים תקשורת קוונטיים המשתמשים בפוטונים סבוכים לשידור מאובטח.אלה דורשים טלסקופים אולטרה-לוח עם רעש רקע נמוך מאוד - מחלקה חדשה של אנטנה כי חייב לדחות אור על הרמה הבודדת-פוטואטים.אלה דורשים טלסקופים אולטרה-לוחיים עם פרוטוקולי רקע נמוכים מאוד - שיעור חדש של אנטנה אשר חייב לדחות אור משוטט ברמה הלאומית של תמונה אחת.

מסקנה: הנדסה הגשר הבלתי נראה

כל משימה חלל עמוקה תלויה חוט אלקטרומגנטי של גאסמר המקשר אותו לכדור הארץ. האנטנה, אם מנה טפילית באורך 70 מטר במדבר קליפורניה או מערך קומפקטי על מחשבת קוב, היא העוגן של חוט זה.חדשנות במגרש, דוחקים מבנים נגישים, מטאפורים, ושילוב עם קישורים אופטיים משנים את מה שניתן לעשות.

(ב) ◄ ⁇ ⁇

  • [15] [15] [15] [15]
  • ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,JPL שלב את אריאנה טכנולוגיה חדשה
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • [15] [15]