100 km kalınlığındaki katı bir buz kabuğundan radyo sinyali iletmek için ne kadar güce ihtiyacım var?

Encelado veya Europa'nın buzul okyanusuna yüzen bir prob koyduğumu düşünün: telsizimin dış yüzeyden probla iletişim kurabilmesi için ne kadar güç olması gerekir? Ya da farklı bir deyişle, 100 km katı buzun ne kadar zayıflaması, örneğin UHF frekansında bir radyo sinyaline neden olur?

Buna doğrudan cevap veremem ama Nasa, ana kaya derinliğini bulmak için Grönland'ın buz tabakalarını uçak radarıyla inceliyor. Buz ve radyo dalgaları hakkında söyledikleri:

Buz ise radarın frekansına bağlı olarak farklı tepkiler verir. Yüksek frekanslı radyo dalgalarını yansıtır, ancak katı olmasına rağmen, düşük frekanslı radar buzdan bir dereceye kadar geçebilir. Bu nedenle MCoRDS, 120 ila 240 MHz arasında nispeten düşük bir frekans kullanır. Bu, cihazın buz yüzeyini, buzun iç katmanlarını ve aşağıdaki ana kayayı tespit etmesini sağlar. CReSIS bilim adamı John Paden, "Buzun dibinden ses çıkarmak için daha düşük bir frekans kullanmanız gerekiyor," dedi. "Buzda çok yüksek bir frekans ve sinyal kaybolacak."

Bu buradan geldi ve bunun radar olduğunu ve buzdan alıcı uçağa geri geçmek için ana kayadan bir yansıma gerektirdiğini belirtmek ilginç. Yansıyan gücün kayaya ulaşan olay gücünün bir kısmı olduğunu hayal edebilirim, bu yüzden bu mesafeyi tek yönlü bir iletim ile sağlam bir buz tabakasıyla 10 kat alabilirsiniz.

İşte elde ettikleri görüntü türü: -

Bana öyle geliyor ki radar ile + 3km mümkün. Radar ışın açısının ne olduğunu bilmiyorum, bu yüzden buz yüzeyindeki olay gücünün ne olduğunu hesaplamak imkansız - uçaktan iletim, bir olay gücü üreten çok sıkı bir ışın açısına sahip 1MW darbeli bir radar olabilir. yüzlerce watt buzun üst yüzeyi. Ayrıca, ana kayadan yansıma sıkı bir ışın olmayacaktır - bu, geri yansıyan gücün mesafe arttıkça ince yayılacağı anlamına gelir (bkz. Friis denklemleri). Ayrıca uçakta alınan güç, buzun yüzeyinden yayılan güçten çok daha küçük olacaktır - tekrar Friis denklemlerine bakın.

ek

Radar uygulaması için bağlantı kaybı hakkında bir fikir vardı: -

• Düzlemden yere bağlantı kaybı. 2 m çaplı bir tabak kazancı olacaktır$\frac{\pi^2 D^2}{\lambda^2}\cdot 0.6$
• Yansıtma sinyali için de aynı problem. Yüzeyde, 1km daha yüksek olan uçağa (78dB) kadar aynı zayıflamaya tabidir.

Bu kayıplar, buz yoluyla basit bir iletim ile karşılaşmaz - verici ve alıcı antenler buzun içinde veya yüzeyinde bulunur. Bu, büyük buz mesafeleri boyunca tek bir yönde iletim yapabilmek için iyi bir seçimdir.

Dünyadaki su buzuna benzer şekilde davrandığı varsayılarak, Antarktika'daki Ross Buz Rafının RF zayıflamasıyla ilgili bazı ölçümler yapıldı . Zayıflama uzunluğunun 75MHz ila 1.25GHz frekansları için 300-500m olduğu bulunmuştur.

(Zayıflama uzunluğu, sinyalin 1 / e ~ = 0.368 ~ = -4.3dB'ye düşme mesafesi, biraz zaman sabitine benzer)

Bu 100km kalınlık için oldukça korkutucu bir zayıflama olacaktır (-950dB gibi bir şey). Olmayacak.

Güç , tabii ki, iletilmesi gereken sinyallerin bant genişliğinin bağlı olacaktır.

Perspektife koymak için, ay sıçrama iletişimi kaydı 3mW iletim gücü (~ -300dB zayıflama) gibi bir şeydir. 1GW'ımız olsaydı, bu 115dB daha olurdu, ama yine de gerekli olandan çok kısa.

Şu anda İngiliz Antarktika Araştırması için radar mühendisi olarak çalışıyorum, bu yüzden yardımcı olabileceğimi düşünüyorum.

Frekans önemlidir Buz (bazı belirli boşluklar dışında) MF frekanslarında hiçbiri bloke olmaz, ancak HF ve UHF'de buz ve su çok benzerdir, yeterince aşılmaz.

Sizi frekanstan (2.4Mhz'nin altında) yeterince düşük tuttuysanız (bahsettiğiniz buzun su bazlı olduğu varsayılarak) buzla ilgili çok az sorun yaşayacağınızı ... hala uzaya ilettiğiniz ve MF sinyallerinin oldukça zayıf olduğunu düşünüyorum bunun nedeni esas olarak dünyadaki iyonosferik parazittir. Dünya'nın manyetik alanının çok güçlü olduğunu biliyorum, bu yüzden belki bazı bedenlerde ondan kurtulabilirsiniz.

Her iki şekilde de, asıl sorununuz, buzdan ve herhangi bir atmosferik rahatsızlıktan geçebileceğiniz tek bir frekans bulmak olabilir. bu kesinlikle dünyadaki sorun olurdu