Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Andromeda – szybka łączność bezprzewodowa i GPS na całym Księżycu

Recommended Posts

Od kilku lat Księżyc cieszy się dużym zainteresowaniem agencji kosmicznych i firm prywatnych. Planowane są misje załogowe i bezzałogowe na Srebrny Glob. Jednym z najbardziej ambitnych projektów jest zbudowanie na orbicie Księżyca stacji Lunar Gateway, w której przechowywane będą zapasy, urządzenia i roboty, będzie służyła jako baza dla astronautów i zapewniała łączność z Ziemią.

Do roku 2030 różne firmy i organizacje planują ponad 90 misji związanych z Księżycem. I nawet jeśli jakaś część z nich nie dojdzie do skutku, to inne – być może większość – się odbędą. A to dopiero początek. Zainteresowanie Księżycem będzie rosło. Być może w przyszłości powstanie na nim stała baza.

Wszystkie te misje oraz potencjalna baza będą potrzebowały łączności z Ziemią. A jej zapewnienie to niełatwe zadanie. Już w czasie misji Apollo były problemy z komunikacją pomiędzy Srebrnym Globem a planetą. A gdy misji będzie więcej i będą się one odbywały w różnych miejscach Księżyca, problemy będą jeszcze większe. Niemożliwe jest bowiem zapewnienie bezpośredniej łączności zarówno ze stroną Księżyca niewidoczną z Ziemi, jak i z dużych obszarów podbiegunowych. Nawet na widocznej z Ziemi stronie łączność mogą zakłócać nierówności terenu. Trzeba też pamiętać, że oba ciała niebieskie dzieli kilkaset tysięcy kilometrów, zatem do zapewnienia łączności trzeba silnych nadajników i dużych anten oraz wzmacniaczy. Pracujące na Księżycu niewielkie roboty z pewnością nie będą miały ani odpowiednich urządzeń, ani wystarczająco dużo energii, by komunikować się z Ziemią.

Dlatego też włoska firma Argotec oraz należące do NASA Jest Propulsion Laboratory (JPL) pracują nad Andromedą. Ma to być konstelacja 24 satelitów krążący po 6 orbitach wokół Srebrnego Globu. Satelity służyłyby do przekazywania sygnałów radiowych pomiędzy Ziemią a Księżycem, zapewniając nieprzerwaną łączność na biegunach i niemal nieprzerwaną wszędzie indziej. Włoska firma opracowuje koncepcję satelity, a JPL ma dostarczyć podsystemy, takie jak nadajniki czy anteny.

Zadanie tylko z pozoru jest proste. Satelity powinny bowiem znaleźć się na stabilnych orbitach, czyli takich, które nie będą wymagało od nich manewrowania. Po drugie, orbity należy dobrać tak, by zapewnić jak najlepszą łączność obszarom, na którym prawdopodobnie będzie prowadzona najbardziej intensywna działalność. Po trzecie zaś, zapewniając łączność tym obszarom, nie należy zapomnieć o pozostałej części powierzchni Księżyca.

Zaproponowana obecnie przez Argotec koncepcja zakłada, że satelity będą znajdowały się na stabilnych orbitach, na których będą mogły pracować przez co najmniej 5 lat. Każdy z nich będzie krążył po eliptycznej orbicie o czasie obiegu 12 godzin. Orbity będą przebiegały w odległości 720 km od powierzchni Księżyca w punkcie najbliższym (perycentrum) i 8090 km w punkcie najdalszym (apocentrum). Jako, że satelita podróżuje najwolniej gdy jest w apocentrum, orbity zostaną ustawione tak, by ich apocentrum przebiegało nad najbardziej interesującym punktami Księżyca, co zapewni najdłuższy okres nieprzerwanej łączności.

Dzięki dobrze dobranym orbitom nad każdym z biegunów Księżyca zawsze będzie znajdował się jakiś satelita, a przez 94% czasu będą to trzy satelity. Z kolei nad równikiem co najmniej jeden satelita będzie przez 89% czasu, a trzy satelity przez 79%. Jako, że nawet w apocetrum satelita będzie znajdował się w odległości mniejszej niż 10 000 km od powierzchni, zapewni łączność również niewielkim urządzeniom, nie posiadającym dużych anten i nadajników. Co więcej, dzięki satelitom możliwa będzie komunikacja w czasie rzeczywistym pomiędzy ludźmi pracującymi w dwóch oddalonych lokalizacjach. Jakby jeszcze tego było mało, satelity będą działały jak księżycowy GPS, zapewniając dane lokalizacyjne ludziom i urządzeniom na Srebrnym Globie.

Andromeda musi być bardzo wydajna. Efektywna komunikacja głosowa czy przesyłanie materiałów wideo w wysokiej rozdzielczości będą wymagały prędkości transmisji rzędu megabitów na sekundę. Tym bardziej biorąc pod uwagę liczbę planowanych misji.

Jednak to nie wszystko. NASA chce umieścić na niewidocznej z Ziemi stronie Księżyca radioteleskop. Agencja pracuje obecnie nad dwiema koncepcjami. Pierwsza z nich – LCRT – zakłada zbudowanie w księżycowym kraterze największego w Układzie Słonecznym radioteleskopu o średnicy 1 km. Zbudowany przez roboty teleskop mógłby prowadzić obserwacje niedostępne z Ziemi, gdyż byłby wolny zarówno od zakłóceń powodowanych przez człowieka, zakłóceń jonosfery czy satelitów. Druga zaś rozważana koncepcja – FARSIDE – zakłada wybudowanie 128 anten. Byłyby one ustawione w okręgu o średnicy 10 km i połączone kablami ze stacją centralną.

Informacje z takich teleskopów również byłyby przekazywane przed Andromedę. A na Ziemi wszystkie te dane trzeba by było odebrać. Przykładem systemu odbiorczego może być należący do NASA DSN (Deep Space Network). To zespół anten znajdujących się w USA, Australii i Hiszpanii, które służą komunikacji z misjami w dalszych partiach przestrzeni kosmicznej. DNS już teraz obsługuje wiele misji, a kolejne są planowane. Dlatego też Andromeda raczej nie będzie mogła skorzystać z DSN. Potrzebny będzie osobny system odbiorczy na Ziemi.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z The University of Texas at Austin poinformowali na łamach Nature Geoscience o odkryciu nowej warstwy stopionych skał wewnątrz Ziemi. Jej istnienie może wyjaśnić wiele kwestii dotyczących tektoniki płyt. Już wcześniej na podobnej głębokości identyfikowano roztopione skały, jednak teraz po raz pierwszy udało się wykazać, że mamy do czynienia warstwą w skali całego globu.
      Warstwa ta, położona na głębokości około 150 kilometrów, stanowi część astenosfery. Według obecnego stanu wiedzy astenosfera, dzięki temu, że jest plastyczna, umożliwia ruch płyt tektonicznych i oddziela płyty od ruchu konwekcyjnego poniżej.
      Co interesujące, przeprowadzone właśnie badania wykazały, że fakt, iż mamy do czynienia ze stopionymi skałami nie ma to znaczącego wpływu na ruchy płaszcza Ziemi. Gdy myślimy o czymś stopionym intuicyjnie sądzimy, że musi to odgrywać rolę w lepkości materiału. Jednak odkryliśmy, że nawet tam, gdzie dość duża część materiału uległa stopieniu, ma to niewielki wpływ na płaszcz, mówi Junlin Hua z Jackson School of Geosciences.
      Wykazanie, że stopiona warstwa nie wpływa na tektonikę płyt oznacza, że komputerowe modele wnętrza Ziemi nie muszą uwzględniać tego niezwykle złożonego elementu. Nie możemy całkowicie wykluczyć, że w skali lokalnej topienie się skał nie ma żadnego wpływu. Ale myślę, że możemy stwierdzić, iż obserwowane przez nas topienie się skał niekoniecznie ma wpływ na cokolwiek, dodaje profesor Thorsten Becker.
      Hua, jeszcze jako doktorant, analizował dane ze stacji sejsmicznych z Turcji i zainteresowała go zarejestrowana lokalnie warstwa stopionych skał. Wraz z kolegami skompilował podobne dane z całego świata i okazało się, że to, co uważał za anomalię, jest nieznaną wcześniej warstwą rozciągającą się na całym globie. Kolejna niespodzianka czekała go, gdy porównał dane z tej warstwy z danymi dotyczącymi ruchu płyt tektonicznych i nie znalazł żadnej korelacji.
      To bardzo ważne badania, gdyż dobre zrozumienie astenosfery i przyczyny, dla której jest plastyczna to klucz do zrozumienia ruchów tektonicznych, wyjaśnia profesor Karen Fisher z Brown University, która była opiekunem naukowym doktoratu Hua.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Klimat Ziemi przechodził zmienne koleje losu, od bardzo gorącego po epoki lodowe. Mimo to życie na naszej planecie przetrwało 3,7 miliarda lat. Badacze z MIT potwierdzili właśnie, że Ziemia posiada działający na przestrzeni setek tysięcy lat mechanizm regulacji, dzięki któremu nie dochodzi do katastrofalnych zmian klimatu, które mogłyby zakończyć historię życia.
      Naukowcy od dawna podejrzewali, że cykl węglanowo-krzemianowy odgrywa ważną rolę w ziemskim obiegu węgla. Polega on na wiązaniu atmosferycznego CO2 przez skały. Teraz udało się zdobyć bezpośrednie dowody, że działa on w skali geologicznej jak stabilizator klimatu.
      Nowe dowody opierają się na badaniach danych paleoklimatycznych i zmianach średnich temperatur na Ziemi na przestrzeni ostatnich 66 milionów lat. Naukowcy z MIT przeprowadzili analizy matematyczne, by sprawdzić, czy pojawi się jakiś wzorzec, który wskazywałby na istnienie mechanizmu stabilizującego globalne temperatury w skali geologicznej. I taki wzorzec znaleźli. Pojawia się on na przestrzeni setek tysięcy lat, co jest zgodne ze skalą, w jakiej powinien działać mechanizm stabilizujący wywoływany przez wietrzenie krzemianów.
      Z jednej strony to dobra wiadomość, bo dzięki temu wiemy, że obecne globalne ocieplenie zostanie zniwelowane za pomocą tego mechanizmu. Jednak z drugiej strony, potrwa to setki tysięcy lat, a to zbyt wolno, by rozwiązać nasze obecne problemy, mówi Constantin Arnscheidt z MIT. Jest on, wraz z profesorem Danielem Rothmanem, współautorem badań.
      Naukowcy już wcześniej widzieli pewne oznaki działania mechanizmu stabilizującego. Analizy chemiczne starych skał wskazywały bowiem, że przepływ węgla ze skorupy ziemskiej i do niej jest dość zrównoważony, nawet gdy dochodzi do znacznych zmian temperatur na Ziemi. Modele obliczeniowe wskazywały, że proces wietrzenia krzemianów może w pewnym stopniu stabilizować klimat. Ponadto sam fakt, że życie na Ziemi przetrwało miliardy lat sugerował istnienie jakiegoś wbudowanego, geologicznego, mechanizmu zapobiegającego ekstremalnym zmianom temperatury.
      Mamy planetę, której klimat poddany był wielu dramatycznym zmianom. Dlaczego życie je przetrwało? Jedno z wyjaśnień brzmi, że musi istnieć jakiś mechanizm stabilizujący temperatury w zakresie zdanym dla życia. Jednak dotychczas nikt nie przedstawił dowodów, że taki mechanizm bez przerwy kontroluje klimat naszej planety, wyjaśnia Arnscheidt.
      Rothman i Arnscheidtprzjrzeli się danym dotyczącym zmian temperatury na Ziemi. Informacje na ten temat pochodziły zarówno z analiz składu chemicznego muszli sprzed milionów lat, jak i z badań rdzeni lodowych. Nasze badania były możliwe tylko dzięki temu, że nauka dokonała olbrzymiego postępu w dziedzinie zwiększenia rozdzielczości danych temperaturowych. Dysponujemy więc zapisem z ostatnich 66 milionów lat, w którym poszczególne punkty pomiaru temperatury są oddalone od siebie najwyżej o kilka tysięcy lat, wyjaśniają uczeni.
      Naukowcy wykorzystali stochastyczne równania różniczkowe, które są do poszukiwania wzorców w zestawach wysoce zmiennych danych. Okazało się, że w ten sposób można przewidzieć co się będzie działo z klimatem, jeśli istnieje mechanizm go stabilizujący. To trochę podobne do pędzącego samochodu. Gdy naciśniemy hamulec, upłynie trochę czasu, zanim samochód się zatrzyma. To właśnie nasza skala, w której klimat – w wyniku działania tego mechanizmu – powraca do stanu stabilnego – wyjaśniają uczeni. Gdyby taki mechanizm nie istniał, zmiany temperatury powinny zwiększać się z czasem. Jednak tak się nie dzieje. W pewnym momencie mechanizm stabilizujący jest silniejszy i nie dochodzi do ekstremalnych zmian, zagrażających istnieniu życia na Ziemi. Skala tych zmian – wynosząca setki tysięcy lat – jest zgodna z przewidywaniami dotyczącymi skali działania cyklu węglowo-krzemianowego.
      Co ciekawe, naukowcy nie znaleźli żadnego mechanizmu, który stabilizowałby klimat w skali dłuższej niż milion lat. Zdaniem autorów badań, mieliśmy szczęście, że zmiany w tej skali nie były dotychczas ekstremalnie duże. Są dwie szkoły. Jedni mówią, że to przypadek, zdaniem innych – istnieje mechanizm stabilizujący. Na podstawie danych wykazaliśmy, że prawda prawdopodobnie leży po środku. Innymi słowy, istnieje mechanizm stabilizujący, ale i zwykłe szczęście odegrało rolę pomogło życiu na Ziemi przetrwać miliardy lat, wyjaśnia Arnscheidt.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W ostatnią sobotę na Ziemię powrócił tajemniczy X-37B, znany też jako Orbital Test Vehicle (OTV). Napędzana energią słoneczną pojazd, który wyglądem przypomina prom kosmiczny, spędził w przestrzeni kosmicznej 908 dni. Była to już jego 6. misja. Poprzednia trwała 780 dni, a od czasu pierwszego wystrzelenia w 2010 roku X-37B przebywał poza Ziemią łącznie 3774 dni i przeleciał w tym czasie ponad 2 miliardy kilometrów.
      O najnowszej misji pojazdu wiadomo niewiele ponad to, że na jego pokładzie znajdował się moduł serwisowy, który prowadził eksperymenty na potrzeby Naval Research Laboratory, U.S. Air Force Academy i innych instytucji. Moduł oddzielił się od pojazdu przed rozpoczęciem manewru lądowania. Wiemy też, że X-37B wyniósł w przestrzeń kosmiczną satelitę FalconSat-8, który został zbudowany przez kadetów U.S. Air Force Academy we współpracy z Air Force Research Laboratory. Od października ubiegłego roku satelita ten znajduje się na orbicie.
      X-37B został wybudowany przez Boeinga na zamówienie United States Space Force. Pojazd ma 8,8 metra długości i jest autonomiczny. Przypomina promy kosmiczne, które były jednak znacznie większe. Miały bowiem 37 metrów długości i były pilotowane przez ludzi.
      U.S. Space Force prawdopodobnie posiada dwa takie pojazdy. Dotychczas odbyły one sześć misji, a każda była dłuższa od poprzedniej. Ta ostatnia, OTV-6, rozpoczęła się 17 maja 2020 roku i zakończyła 12 listopada 2022 roku.
      Space Force i Boeing informują, że X-37B to głównie platforma testowa, która pozwala na sprawdzenie, jak różnego typu ładunek znosi długotrwały pobyt w przestrzeni kosmicznej. To, co OTV zabiera na pokład jest w znacznej mierze tajne. Nie są też podawane informacje na temat orbity pojazdu, z góry też nie wiemy, jak długo potrwa każda z misji.
      Od czasu do czasu wojskowi zdradzają jednak niektóre szczegóły. Dzięki temu wiemy, że w ramach OTV-6 testowano Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module zbudowany przez Naval Research Laboratory, laboratorium badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i Korpusu Marines. To urządzenie wielkości pudełka pizzy, którego zadaniem jest zamiana energii słonecznej na mikrofale i przesłanie ich na Ziemię. Eksperymenty tego typu przybliżają moment budowy efektywnych elektrowni fotowoltaicznych na orbicie i przesyłania z nich prądu na Ziemię.
      Na pokładzie OTV-6 prowadzono też, na zlecenie NASA, badania nad długotrwałym przebywaniem nasion w przestrzeni kosmicznej oraz wpływem środowiska pozaziemskiego na różne materiały.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Już 14 listopada satelita typu CubeSat CAPESTONE dotrze w okolice Księżyca i będzie pierwszym pojazdem w historii, który zajmie unikatową wydłużoną orbitę wokół Srebrnego Globu. Orbita ta będzie wykorzystywana w ramach programu Artemis, a CAPESTONE ma przetrzeć drogę dla stacji kosmicznej Gateway, która zostanie zbudowana na orbicie Księżyca. Zadaniem CAPESTONE'a jest przetestowanie innowacyjnych technologii nawigacyjnych i zweryfikowanie danych o dynamice orbity, na której wcześniej nie umieszczano pojazdów.
      Mowa tutaj o orbicie NRHO (near-rectilinear halo orbit), która w wyniku oddziaływania pomiędzy Ziemią a Księżycem jest orbitą półstabilną. Znajdujący się tam obiekt trzyma się orbity w znacznej mierze dzięki grawitacji, więc umieszczone na niej pojazdy zużyją minimalne ilości paliwa na korekty orbity. NASA planuje wykorzystanie NRHO między innymi do zaparkowanie tam stacji kosmicznej Gatway na co najmniej 15 lat.
      Przez ostatnie 4 miesiące pojazd CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment) podróżował w kierunku Księżyca niezwykle wydłużoną trasą zwaną balistycznym transferem księżycowym. Trasa ta wykorzystuje grawitację Ziemi,  Księżyca i Słońca do przemieszczenia pojazdu pomiędzy Ziemią a Księżycem. Jest niezwykle efektywna pod względem energetycznym, wymaga zużycia niewielkiej ilości paliwa, ale podążający nią pojazd musi oddalić się od Ziemi na odległość 1–2 milionów kilometrów i powrócić w jej okolice.
      CAPSTONE został wystrzelony 28 czerwca z Nowej Zelandii. Podczas czteromiesięcznej podróży wykonał pięć manewrów. Dzięki nim pojazd ma idealnie wejść na NRHO. Precyzja jest tutaj bardzo ważna. Poruszający się w prędkością ponad 6100 km/h pojazd musi w odpowiednim czasie znaleźć się w odpowiednim miejscu orbity. Ma to nastąpić 14 listopada o 0:48 czasu polskiego. NASA ocenia, że będzie potrzebowała kolejnych pięciu dni na analizę danych, przeprowadzenie dwóch dodatkowych manewrów i potwierdzenie umieszczenia pojazdu na właściwej orbicie.
      Pojazd ma pozostać na NRHO przez co najmniej sześć miesięcy. W tym czasie co 6,5 doby uruchomi silniki, by skorygować orbitę. Dostarczy w ten sposób danych, dzięki którym inżynierowie przyszłych misji będą mogli zoptymalizować zużycie paliwa na NRHO. Dodatkowo misja przetestuje innowacyjne systemy nawigacyjne, pozwalające na precyzyjne określanie pozycji pojazdów znajdujących się na NRHO względem innych pojazdów. W ten sposób ma zmniejszyć się zależność pojazdów na NRHO od łączności z Ziemią. CAPSTONE będzie określał swoją pozycję względem Lunar Reconnaissance Orbitera, który od 2009 roku znajduje się na orbicie Księżyca. Dzięki temu w przyszłości pojazdy z NRHO będą mogły wysyłać na Ziemię szybciej istotne dane dotyczące np. prowadzonych przez siebie badań, gdyż zwolni się część pasma z anteny skierowanej w stronę naszej planety.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki teleskopowi Gemini North na Hawajach udało się wykryć najbliższą Ziemi czarną dziurę. Obiekt Gaia BH1 ma masę 10-krotnie większą od Słońca i znajduje się w odległości 480 parseków (ok. 1560 lat świetlnych) od Ziemi w Gwiazdozbiorze Wężownika.
      Dziurę odkryto dzięki temu, że krąży wokół niej żółty karzeł typu widmowego G o masie 0,93 mas Słońca i metaliczności podobnej do słonecznej. Jest to więc gwiazda tego samego typu, co Słońce. Weź Układ Słoneczny, wsadź czarną dziurę tam, gdzie jest Słońce, a Słońce tam, gdzie jest Ziemia i masz obraz tego układu, wyjaśnia główny autor badań Kareem El-Badry, astrofizyk z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i Instytutu Astronomii im. Maksa Plancka. Okres orbitalny gwiazdy wokół Gai BH1 wynosi aż 185,6 ziemskich dni, jest więc dłuższy niż jakikolwiek znany nam okres orbitalny w podobnym układzie.
      Wielokrotnie ogłaszano odkrycie podobnych systemów, jednak niemal wszystkie te stwierdzenia zostały z czasem obalone. Tutaj mamy pierwsze jednoznaczne odkrycie w naszej galaktyce gwiazdy typu słonecznego na szerokiej orbicie wokół czarnej dziury o masie gwiazdowej, dodaje El-Badry.
      Obecne modele astronomiczne nie wą w stanie wyjaśnić, w jaki sposób mógł powstać taki system. Przede wszystkim dlatego, że skoro mamy czarną dziurę o masie 10-krotnie większej od masy Słońca, to musiała ona powstać z gwiazdy o masie co najmniej 20-krotnie większej od masy Słońca. To oznacza, że mogła ona istnieć zaledwie przez kilka milionów lat. Jeśli zaś obie gwiazdy – czyli ta, która zamieniła się w czarną dziurę i ta, która wokół niej krąży – powstały w tym samym czasie, to bardziej masywna z gwiazd na tyle szybko powinna zmienić się w czerwonego olbrzyma, pochłaniając towarzyszącą gwiazdę, że towarzyszka nie zdążyłaby wyewoluować do etapu gwiazdy ciągu głównego podobnej do Słońca. Nie wiadomo, jak towarzyszka czarnej dziury przetrwała etap czerwonego olbrzyma drugiej z gwiazd. Modele teoretyczne, które zakładają taką możliwość, mówią, że gwiazda o masie Słońca powinna znajdować się na znacznie ciaśniejszej orbicie wokół czarnej dziury.
      To oznacza, że w naszym rozumieniu tworzenia się i ewolucji czarnych dziur w układach podwójnych znajdują się spore luki, co sugeruje, że istnienie niezbadana dotychczas populacja czarnych dziur w takich układach.
      Trzeba tutaj przypomnieć, że rok temu poinformowano, iż wokół czerwonego olbrzyma V723 Mon, w odległości 460 parseków (ok.1500 lat świetlnych) od Ziemi, krąży najbliższa nam czarna dziura. Po jakimś czasie okazało się, że w układzie tym nie ma czarnej dziury.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...