Как учёные удвоили скорость передачи данных с New Horizons

В конце прошлого года проснулась межпланетная станция New Horizons, отправленная для исследования Плутона и его спутника Харона в 2006 году. Станция сделала изображения для оптической навигации, но на Землю они попадут через две недели. Почему так долго? Ведь камера LORRI каждый день делает только десять изображений. Ответ прост: Плутон от Земли находится на расстоянии, равном тридцати расстояниям от нашей планеты до Солнца. Поэтому радио сигнал слаб: New Horizons может передавать один килобит в секунду. И принимают данные только три семидесятиметровые тарелки Сети дальней космической связи НАСА.

Но у команды станции есть козырь в рукаве — трюк, позволяющий увеличить скорость передачи почти в два раза.

Как станция передает данные сейчас?

Для передачи данных на Землю New Horizons использует антенну и один радио усилитель. Скорость составляет 1 килобит в секунду. Принимать данные с такого расстояния способны три 70-метровые тарелки Сети дальней космической связи НАСА, за работу с которыми приходится бороться – в лучшем случае команда получит одну восьмичасовую сессию связи в день. За это время можно отправить 28,8 мегабит данных. Пока станция New Horizons направлена на Землю, она не смотрит на Плутон, так что предстоит выбирать между передачей и сбором данных.

Сенсор камеры LORRI, которую использует станция, представляет собой квадрат со стороной 1024 пикселя по 12 бит, получаем файл размером 12 582 912 бита. Изображение можно ужать до 2,5 мегабит без потерь, тем более – когда его часть занимает чернота космоса. Можно ужать сильнее в JPEG, но для оптической навигации нужна большая точность. За 8 часов мы получим 11 изображений, если будем передавать только их. Но это не единственный тип данных, которые собирает New Horizons.

Все это значит, что во время активного сбора информации станция заполняет диски, которые затем не может освободить – не успевает отправить информацию на Землю. Как передать все данные? Нужно увеличить скорость.

70-метровая тарелка в Канберре, Австралия.

Как увеличить скорость?

Система связи New Horizons включает в себя два почти идентичных радио усилителя TWTA на случай выхода из строя одного из них. Отличие между ними — разносторонняя круговая поляризация. Благодаря этому TWTA могут передавать одни и те же данные синхронно, а специальное оборудование в Сети дальней космической связи НАСА примет и объединит их. Это усилит сигнал в 1,9 раз по сравнению с использованием одного TWTA.

Исследователи придумали этот хак уже после запуска станции и опробовали его в начале миссии, но усилителям нужно много энергии, а радиоизотопный источник энергии New Horizons деградировал почти за десять лет использования. Его возможностей не хватит на одновременную работу двух усилителей вместе с обеспечением других систем станции. Поэтому нужно выключить «что-нибудь ненужное». Например, навигационную и контрольную системы. Возникает следующий вопрос:

Как держать станцию направленной на Землю?

Чтобы держать антенну станции ориентированной на Землю, нужна энергия для системы позиционирования. Но учёные придумал, как обойти и это ограничение. Перед началом длительного сеанса связи с использованием двух передатчиков станция закручивается вокруг своей оси. Гироскопический эффект стабилизирует её направление. Для раскрутки станции нужно потратить топливо — гидразин. Хотя при этом фотографировать с помощью LORRI будет нельзя.

Для освобождения места для данных команда планирует провести два долговременных сеанса связи. Первый – с 10 марта по 4 апреля, второй – с 15 по 27 мая. В это время станция не будет делать фото, но некоторые другие системы – SWAP, PEPSSI, SDC – продолжат работать.

Этот трюк можно использовать только в случае, если оба передатчика будут в строю. В любом случае понадобится более года, прежде чем на Землю поступят все данные: их слишком много. Скоро энергии не хватит для одновременной работы TWTA. К моменту исследования пояса Койпера наверняка будет работать только один передатчик, так что New Horizons станет для всех уроком терпения.





Источник: geektimes.ru/post/245238/