Как зонд "Новые горизонты" передаёт данные, на Землю?

В продолжение и дополнение этой темы. Тема касается технических вопросов работы зонда.

Все мы с замиранием сердца следили за тем моментом, когда зонд «Новые горизонты», преодолевший сумасшедшее расстояние в более чем 4,5 миллиарда километров, доберётся до Плутона. Космический аппарат сделал множество уникальных снимков карликовой планеты, пролетев от неё на расстоянии в 12,5 тысяч километров. Но для того, чтобы передать фотографии и прочие собранные данные обратно на Землю, зонду понадобится более 16 месяцев, так как передача информации происходит на скорости около 1 килобита в секунду. Давайте попробуем разобраться, почему же межпланетный интернет такой медленный.

Действительно, скорость передачи данных с «Новых горизонтов» на Землю сравнима разве что с допотопным телефонным модемом из 90-х. Отправка каждой фотографии занимает у зонда около часа. Но это только сам процесс отправки. Пройдёт ещё чуть больше четырёх часов, прежде чем биты информации, несущиеся в безвоздушном пространстве космоса, достигнут земных антенн. Мешает процессу и тот факт, что «Новые горизонты» не умеет одновременно собирать данные и отправлять их домой. По сути, этот аппарат строго однозадачный: либо собирает данные и сохраняет их на встроенный накопитель, либо пересылает полученную информацию на Землю.

Какова точная скорость передачи данных с «Новых горизонтов» на Землю?

Wikipedia утверждает, что чем дальше зонд удаляется от своей родной планеты, тем медленнее осуществляется передача данных. Например, пролетая мимо Юпитера, «Новые горизонты» вел передачу информации на скорости около 38 кбит/с, а приблизившись к Плутону, скорость снизилась до 1 кбит/с. На Земле информацию принимают огромные 70-метровые антенны сети NASA Deep Space Network. Чтобы отправить 1 килобайт информации, зонду необходимо около 8 секунд времени, а чтобы передать 1 мегабайт, понадобится 1024 секунд или около 17 минут. Но это не совсем корректные подсчёты, так как к каждому биту зачастую следует прибавить корректирующую информацию, что автоматически увеличивает размеры пакетов пересылаемых данных.

Сколько нужно времени, чтобы передать на Землю одну фотографию?

Фотография с камеры LORRI, установленной на «Новых горизонтах», архивируется до размера в 2,5 мегабайта (здесь всё зависит от содержимого фотографии). Отправка такого снимка на Землю занимает около 42 минут времени. Но сигналу ещё необходимо добраться до своих получателей.

Как долго эта фотография добирается до Земли?

Плутон и «Новые горизонты» в данный момент находятся на расстоянии около 4,6 миллиарда километров от Земли. Радиоволны распространяются в космосе на скорости 300 000 км/с, так что первые биты снимка с камеры зонда доберутся до нас примерно за 4 часа 20 минут. Потребуется ещё 42 минуты, чтобы получить последние биты отправленного изображения. Получается, от момента завершения отправки до момента завершения получения снимка на Земле уйдёт примерно 5 часов и 2 минуты.

Сколько изображений с зонда можно получить в течение одного месяца?

Если брать в расчет, что первый снимок будет получен спустя 5 часов и 2 минуты, то каждый последующий будет приходить раз в 42 минуты. Таким образом, за сутки можно получать 34 изображения с «Новых горизонтов», а в месяц это всего 1045 фотографий. На самом же деле первыми на Землю приходят не сами фотографии, а сильно сжатый каталог снимков, как бы маленькие копии изображений, которые мы часто видим в файловом браузере нашей операционной системы. Только после того, как учёные изучат полученные снимки, на зонд отправляется команда – какие именно фотографии в полном разрешении необходимо передать на Землю.

Существует ли какой-то график передачи данных с зонда?

Ниже вы можете видеть примерное расписание передачи данных с «Новых горизонтов». С августа по сентябрь учёные будут получать данные о плазме и пыли, затем какие-то особо важные данные в течение первой недели сентября, потом те самые сильно сжатые превью фотографий (с сентября по ноябрь 2015), и лишь затем начнётся передача снимков высокого разрешения, полученных во время пролёта мимо Плутона. Эта передача займёт период с ноября 2015 года по октябрь 2016.

Почему передача данных такая медленная?

Зонд «Новые горизонты» находится очень далеко от Земли, поэтому сигнал, который поступает с него, очень слабый. Чтобы быть точно уверенными в том, какой бит (единичка или ноль) информации добрался до нашей планеты, зонд транслирует этот самый бит намного дольше, чем обычно. На Земле этот бит также принимают в течение более продолжительного времени, дабы исключить ошибку при получении. Именно поэтому передача данных такая медленная.

Передача данных идёт постоянно, когда зонд не занят сбором информации?

Нет. Существует ряд факторов, которые не позволяют «Новым горизонтам» передавать данные на Землю в режиме 24 часа в сутки 7 дней в неделю. К примеру, иногда Земля находится вне зоны видимости аппарата. Так как зонд постоянно поворачивается к исследуемым объектам различными измерительными приборами, его транслирующая антенна бывает попросту отвёрнута от нашей планеты в противоположную сторону. Посмотрите на его изображение чуть ниже: как видите, корпус «Новых горизонтов» со всех сторон усеян измерительными приборами, поэтому ему приходится постоянно менять своё положение в пространстве, чтобы сделать все необходимые замеры. Первостепенной задачей зонда является именно сбор данных, а их отправка на Землю может быть осуществлена позднее в подходящее для этого время.

Кто принимает отправленные данные на Земле?

Изображения принимают огромные антенны сети NASA Deep Space Network, расположенные в трёх точках земного шара. Первая антенна находится в Мадриде (Испания), вторая – в обсерватории Голдстоун (пустыня Мохаве, США), а третья – в Канберра (Австралия). Кстати, на официальном сайте NASA вы можете в реальном времени наблюдать, какая из антенн принимает сигналы от удалённых космических аппаратов в данный момент.

Источник

Это сообщение отредактировал Аццкийинженер - 21.07.2015 - 12:23

яснопонятно..но что мешало сделать антенну, постоянно ориентирующуся на Землю?и вещать нон-стоп(за исключением периодов. когда планета невидима)

Это сообщение отредактировал alexcommmm - 21.07.2015 - 12:31

Да просто тебя не было рядом, а другие не догадались ёпта.

Это сообщение отредактировал Alex422 - 21.07.2015 - 12:34

Да уж, на такой скорости порнуху с плутона не посмотреть

спасибо за шутку Петросян..по сабжу что-нибудь сообщишь?

Чисто из любопытства вопрос:

а есть ли какие нибудь проекты по размещению спутников связи - ретрансляторов около других планет Солнечной системы? Скорость передачи увеличится - больше данных можно собрать...

а как ты себе это представляешь? она не только по одной оси вокруг корпуса должна будет вращаться, такой механизм еще попробуй реализуй, чтобы он надежным был. Да и это лишние затраты энергии на постоянный поворот антены, подвижный блок для вращения имеет большую вероятность выхода из строя чем статично закрепленная антена.
з.ы. чета мне подсказывает, что всё это было просчитано не один десяток раз и выбор на статичную антену не просто так пал.

alexcommmm

смею предположить, что это очень усложнило бы итак сложную конструкцию зонда. Для постоянной ориентации на Землю антенну пришлось бы ставить на кронштейн с приводом, а это:
- дополнительный вес
- дополнительный источник потребления электричества
- дополнительное усложнение конструкции
- вытекающее из последнего дополнительное снижение надёжности зонда (а все мы знаем, что чем проще - тем надёжнее).

Зонд снабжён массой дублирующих систем, но это оправдано в случае работы на таких расстояниях

а не 136 минут?

спасибо за мнения, но я понимал это и до написания комментария. Такие проекты делаются раз в десятилетие, почему не улучшить передачу данных, ведь сбор информации без ее передачи на Землю бессмыслен.

Добавлено в 13:00

раздели 1024 на 60))

1024/60=17,06666666666667
но это конечно, если в твоём часе не 7,5 минут

Это сообщение отредактировал SenorValidol - 21.07.2015 - 13:03

Как-как. Сисадмин в сферическом вакууме витуху тянет и матерится =)

Наверное слишком много энергии уходило бы на постоянную ориентацию антенны на Землю.

Ограниченность источника энергии мешала. Там же нет солнечных батарей — всё на радиоизотопном источнике, а он достаточно слабый.

На постоянное вращение антенны нужно много энергии, кроме того, такой механизм постоянного вращения утяжелит и усложнит аппарат. Зачем это нужно, если после пролёта Плутона он будет годы лететь в пустоте и спокойно передавать записанные данные?

1кбит*8*1024=8192сек на передачу 1 МБайта = 136 минут, не?
если только в вашем мегабайте не 128 кбайта

Это сообщение отредактировал sergart - 21.07.2015 - 13:24

Надо было поставить усилитель антенный, и скорость бы подросла! Всему их учить надо

Это сообщение отредактировал alex1i - 21.07.2015 - 13:35

У мну тож файлы чойта не сошлись... таки >8000 секунд,

по поводу применения антенны, вращающейся для постоянного нацеливания на Землю - вставлю свой пятачок. Зонд и антенна = замкнутая система, для поворота / ориентации антенны к ней нужно приложить силу, а силы, как известно, "живут" только парами (спасибо 3-му закону Ньютона...). Стало быть, если ворочать антенну, то мы одновременно будем ворочать и сам зонд, только в противоположную сторону и на другую величину (расстояние, градус) (ибо масса антенны и зонда не совпадают...) Отсюда вытекает необходимость дополнительной стабилизации зонда, ориентированного своими датчиками на объекты исследования. Короче - энергии нужно слишком много для такого барства...

Это сообщение отредактировал краковяк - 21.07.2015 - 15:04

Внезапно...

уже не раз сказано об этом, но ты тоже прав

а еще ж эффект доплера, за счет того, что новые горизонты со скоростью удаляется от земли: к примеру сейчас он послал кусок инфы, а конец передачи через 47 минут, передатчик уже удалился со скоростью 30 км/сек очень далеко и конечному сигналу еще нужно преодолеть это расстояние, а значит на земле этот пакет еще замедлится при приеме.

Это сообщение отредактировал znsoft - 21.07.2015 - 16:48