Антенна нового типа позволит космическим аппаратам поддерживать прямую связь между Марсом и Землей [Наука]

  В настоящее время все исследовательские аппараты, действующие на поверхности Марса, могут связываться с Землей, используя марсианские орбитальные аппараты в качестве коммуникационных спутников-ретрансляторов. Однако, использование антенны нового типа, разработанной специалистами Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, позволит исключить промежуточные узлы и позволит марсоходам следующего поколения устанавливать связь непосредственно со станциями дальней космической связи на поверхности нашей планеты.

  Новая антенна может сыграть большую роль в выполнении целого ряда будущих миссий, таких, как миссия марсохода Mars 2020, которая, согласно планам, будет запущена в 2020 году. Конструкция новой антенны состоит из матрицы маленьких антенн сложной формы, выстроенных в определенной геометрии. Эта антенна сможет передавать сигналы большей мощности, а в области приема радиосигналов определенного диапазона она имеет более высокую чувствительность, нежели антенны, используемые в нынешнее время.

  "У НАСА имеется потребность в расширении возможностей радиосвязи X-диапазона. Новые коммуникационные системы аппаратов следующего поколения, таких, как марсоход Mars 2020, должны иметь способность устанавливать связь с Землей напрямую, минуя любые промежуточные узлы" - рассказывает Яхья Рахмэт-Самий (Yahya Rahmat-Samii), один из разработчиков новой антенны. Заметим, что Яхья Рахмэт-Самий является профессором Калифорнийского университета, во введении которого находится лаборатория Antenna Research, Analysis and Measurement Laboratory (ARAM). Он сам и сотрудники этой лаборатории работали над проектами антенн для многих космических миссий, включая аппарат Cassini, аппарат Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) и других космических аппаратов.

  Интерес НАСА к возможности установления прямой связи с Землей с поверхности Марса определяется тем, что сроки службы марсианских орбитальных аппаратов приближаются к концу и нет никакой уверенности в том, что оборудование этих аппаратов будет работоспособно в недалеком будущем. Основным промежуточным коммуникационным узлом является аппарат Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), который был запущен в 2005 году и который уже несколько раз испытывал проблемы с бортовым оборудованием. Резервным вариантом является аппарат Mars Odyssey, который был запущен в 2002 году и который является рекордсменом по самой большой продолжительности марсианской миссии.



  Аппараты, находящиеся на поверхности Марса, будут иметь возможность установить прямую связь с Землей, когда Марс и Земля окажутся в определенном взаимном положении. В настоящее время аппараты на поверхности Красной Планеты имеют возможность общения с Землей два раза в сутки по 15 минут каждый раз. Антенна нового типа, установленная на подвижной "руке", позволяющей менять направление антенны, позволит резко увеличить время стабильной связи. "В зависимости от взаимного положения Марса и Земли время одного непрерывного сеанса связи может составлять несколько часов".

  Новая антенна была разработана и изготовлена двумя аспирантами, работающими под руководством профессора Рахмэт-Самий, при содействии специалистов из Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения. Отметим, что элементы этой антенны были изначально разработаны для внутреннего использования в стенах лаборатории ARAM, но позже исследователи оптимизировали конструкцию этих элементов и создали на их основе опытную антенну с матрицей 4 на 4 элемента.

  Антенна, состоящая из элементов, имеющих достаточно сложное название (circularly polarized half E-shaped patch antenna element), позволяет посылать и принимать радиосигналы, минимизируя эффекты вмешательства частиц газа и пыли атмосферы. Это, в свою очередь, делает атмосферу практически прозрачной для радиосвязи, сводя к минимально возможному уровень шумов и помех. "Уникальные особенности и возможности элементов этой антенны делают ее самым очевидным выбором для коммуникационных систем будущих аппаратов, которые предназначены для исследований Марса, Европы и других космических тел" - рассказывает Яхья Рахмэт-Самий.