Krievijas fiziķi atrisina radio aptumšošanas problēmu, lai atkārtoti iekļūtu kosmosa kuģī

Kad kosmosa kuģis atgriežas uz Zemes, viena no saspringtākajām misijas daļām ir radio aptumšošana, kas rodas, transportlīdzeklim atkārtoti ieejot atmosfērā. Braucot ar hiperskaņas ātrumu no 8 līdz 15 Mach, kosmosa kuģis uzsilda un sadala molekulas atmosfērā, izraisot plazmas veidošanos. Tas ir šis plazmas apvalks, kas novērš radio sakarus.

Pilotiem kosmosa kuģiem, kas atkārtoti nonāk no orbītas, radio aptumšošana ilgst dažas minūtes, radot svīstošas ​​plaukstas visiem iesaistītajiem.

Gadu gaitā daudzas grupas ir pētījušas dažādus veidus, kā novērst šo problēmu. Viena no idejām ir izmantot zemas frekvences signālus, kurus plazma nebloķē. Tomēr tie nodrošina tikai zemu datu pārraides ātrumu.

Cits ir veidot kuģi tā, lai plazma neveidotos noteiktos apgabalos, kur var novietot radio antenu. Bet tas nozīmē, ka viss transportlīdzeklis ir jāprojektē ap sakaru sistēmu, kuru pēc tam nevar mainīt.

Vēl viena ideja ir novietot radio antenu deguna smailē tā, lai tā izkļūtu ārpus plazmas. Tas nodrošina radio sakarus, līdz antena nolietojas ablācijas dēļ.

Neviens no šiem risinājumiem nav ideāls. Taču šodien Aleksandrs Korotkevičs Landau Teorētiskās fizikas institūtā Maskavā un daži draugi atklāj jaunu veidu, kā apiet šo problēmu.

Viņu ideja ir izmantot pašas plazmas īpašības, lai panāktu transmisiju tādā pašā veidā, kā džudo eksperts izmanto pretinieka spēku un kustības, lai to uzvarētu. Šķiet, ka šī pieeja ir vienkārša un eleganta.

Vispirms nedaudz fona. Plazmas absorbē elektromagnētiskos viļņus, kas ir tuvu īpašai rezonanses frekvencei, ko sauc par plazmas frekvenci, kas ir atkarīga no pašas plazmas īpašībām, piemēram, tās blīvuma.

Korotkevičs un co norāda, ka jebkurš ienākošais signāls tuvu šai frekvencei tiek gan atspoguļots, gan absorbēts plazmā. Atstarotais signāls tiek zaudēts, bet absorbētā enerģija noteiktā dziļumā ar plazmu izveido rezonējošu elektrisko lauku.

Tas ir būtisks punkts. Faktiski šis slānis plazmā darbojas kā radio antena, kas uztver signālu. Tomēr signāls nevar pārvietoties tālāk pa plazmu uz kosmosa kuģi.

Jaunā ideja ir sapludināt šo slāni ar radioviļņiem, kas ģenerēti no kosmosa kuģa. Šos viļņus gan absorbēs plazma, gan atspoguļos atpakaļ kosmosa kuģī. Tomēr galvenais ir tas, ka atstarotos viļņus vajadzētu modulēt ar jebkādām elektriskā lauka izmaiņām plazmā.

Citiem vārdiem sakot, atstarotajiem viļņiem vajadzētu būt sava veida sākotnējā ārējā radio signāla nospiedumam. Tas ļautu zemes vadībai sazināties ar saviem astronautiem.

Korotkevičs un draugi saka, ka to pašu ideju var izmantot apgrieztā veidā, lai pārraidītu signālus. Šajā gadījumā vienkārši izpūtiet plazmas apvalku no kosmosa kuģa iekšpuses ar signālu, kuru tie vēlas pārraidīt. Tas pārraida apraides signālu uz plazmas iekšējo elektrisko lauku, kas pēc tam atmosfērā izstaro daudz vājāku signālu.

Korotkevičs un kolēģi saka, ka pārraides signāla vājumam nav nozīmes, jo uz zemes izvietotos uztvērējus var padarīt ļoti jutīgus, protams, daudz jutīgākus nekā mobilos uztvērējus.

Tā ir gudra ideja. Faktiski viņi pārvērš plazmas apvalku par milzīgu antenu, kas gan saņem, gan pārraida ziņojumus. Un viņi saka, ka to var panākt ar standarta raidītājiem, kas šodien ir pieejami vairāk vai mazāk no plaukta.

Protams, ir daži brīdinājumi. Pētījums, ko viņi šodien publicē, ir interesants, tajā aplūkots tikai idealizēts gadījums, un, lai prototips darbotos, būs jāņem vērā daudzas papildu detaļas.

Piemēram, viens jautājums ir par to, vai radiosignāli mainīs plazmas aerodinamisko uzvedību, radot nestabilitāti, kas varētu apdraudēt kuģi.

Korotkevičs un kolēģi saka, ka nē, jo radio signāli mainās daudz ātrāk nekā jebkura plazmas nestabilitāte. Faktiski plazmu var uzskatīt par sasaltu radiofrekvencēs, viņi saka.

Tomēr tas neizslēdz nelineārus efektus, kas var ļaut nelielai nestabilitātei strauji pieaugt. Tas ir kaut kas, kas būs jāizpēta sīkāk.

Protams, liela interese, visticamāk, būs no militārpersonām. Lai gan radio aptumšošana ir tikai nedaudz kairinoša cilvēku misijām, tā ir nopietns ierobežojums militāriem kuģiem, piemēram, ballistiskajām raķetēm vai hiperskaņas lidmašīnām. Radio aptumšošana neļauj šiem transportlīdzekļiem piekļūt GPS signāliem navigācijas nolūkos un neļauj tos atkārtoti mērķēt vai atbruņot pēdējā brīdī.

Ja Korotkevičs un citi ir atraduši praktisku veidu, kā atrisināt šo problēmu, viņu idejas, iespējams, būs ļoti vērtīgas noteiktās jomās.

Atsauce: arxiv.org/abs/0704.3103 : saziņa caur plazmas apvalkiem

paslēpties