211service.com
Ruští fyzici řeší problém výpadku rádiového signálu při opětovném vstupu do kosmické lodi
Když se kosmická loď vrátí na Zemi, jednou z nejnapjatějších částí mise je zatemnění rádia, ke kterému dochází, když vozidlo znovu vstoupí do atmosféry. Kosmická loď, která se pohybuje nadzvukovou rychlostí mezi 8 a 15 Machy, zahřívá a rozkládá molekuly v atmosféře, což způsobuje tvorbu plazmatu. Právě toto plazmové pouzdro brání radiové komunikaci.
U kosmických lodí s lidskou posádkou, kteří znovu vstoupili z oběžné dráhy, trvá výpadek rádia několik minut, což všem zúčastněným vytváří zpocené dlaně.
V průběhu let četné skupiny studovaly různé způsoby, jak tento problém vyřešit. Jedním z nápadů je použití nízkofrekvenčních signálů, které nejsou blokovány plazmou. Ty však poskytují pouze nízké přenosové rychlosti.
Dalším je tvarování plavidla tak, aby se plazma nevytvářela v určitých oblastech, kde lze umístit rádiovou anténu. To však znamená, že celé vozidlo musí být navrženo kolem komunikačního systému, který pak nelze změnit.
Ještě další nápad je umístit rádiovou anténu do nosního hrotu tak, aby vyčnívala za plazmu. To umožňuje rádiovou komunikaci, dokud se anténa neopotřebuje v důsledku ablace.
Žádné z těchto řešení není ideální. Ale dnes Aleksandr Korotkevich z Landauova institutu pro teoretickou fyziku v Moskvě a několik kamarádů odhalili nový způsob, jak tento problém obejít.
Jejich myšlenkou je využít vlastností samotného plazmatu k přenosu stejným způsobem, jakým expert na judo využívá sílu a pohyb protivníka, aby ho porazil. Zdá se, že jde o jednoduchý a elegantní přístup.
Nejprve nějaké pozadí. Plazma absorbují elektromagnetické vlny blízké speciální rezonanční frekvenci zvané plazmová frekvence, která závisí na vlastnostech samotného plazmatu, jako je jeho hustota.
Korotkevich a spol. poukazují na to, že jakýkoli příchozí signál v blízkosti této frekvence je plazmou odražen i pohlcen. Odražený signál se ztratí, ale absorbovaná energie vytvoří rezonující elektrické pole v určité hloubce s plazmatem.
To je zásadní bod. Ve skutečnosti tato vrstva v plazmě funguje jako rádiová anténa, která přijímá signál. Signál však nemůže putovat dále plazmou do kosmické lodi.
Nová myšlenka je přerušit tuto vrstvu rádiovými vlnami generovanými zevnitř kosmické lodi. Tyto vlny budou plazmou absorbovány a odraženy zpět uvnitř kosmické lodi. Klíčovým bodem však je, že odražené vlny by měly být modulovány jakýmikoli změnami elektrického pole v plazmatu.
Jinými slovy, odražené vlny by měly nést jakýsi otisk původního vnějšího rádiového signálu. To by umožnilo pozemní kontrole komunikovat s jejich astronauty.
Korotkevich a kamarádi říkají, že stejný nápad lze použít obráceně k přenosu signálů. V tomto případě jednoduše odstřelte plazmový plášť zevnitř kosmické lodi signálem, který chtějí vysílat. Tím se vysílaný signál přenese do vnitřního elektrického pole plazmy, které pak vyzařuje do atmosféry mnohem slabší signál.
Korotkevich a spol. říkají, že na slabosti vysílacího signálu nezáleží, protože pozemní přijímače mohou být velmi citlivé, rozhodně mnohem více než mobilní.
To je chytrý nápad. Ve skutečnosti přeměňují plazmový plášť na obří anténu, která přijímá i vysílá zprávy. A říkají, že toho lze dosáhnout se standardními vysílači, které jsou dnes víceméně běžně dostupné.
Existují samozřejmě určitá upozornění. Navzdory tomu, že studie, kterou dnes publikují, je zajímavá, považuje pouze za idealizovaný případ a aby prototyp fungoval, bude třeba vzít v úvahu mnoho dalších podrobností.
Jednou otázkou například je, zda rádiové signály změní aerodynamické chování plazmatu a vytvoří nestabilitu, která by mohla ohrozit plavidlo.
Korotkevich a spol. říkají, že ne, protože rádiové signály se mění mnohem rychleji než jakákoli nestabilita plazmy. Ve skutečnosti lze plazmu považovat za zmrazenou na rádiových frekvencích, říkají.
To však nevylučuje nelineární efekty, které mohou umožnit rychlý růst malých nestabilit. To je něco, co bude muset být prozkoumáno podrobněji.
Velký zájem bude samozřejmě pravděpodobně ze strany armády. Zatímco výpadek rádiového signálu je pro lidské mise jen o málo více než dráždivý, pro vojenská plavidla, jako jsou balistické střely nebo hypersonická letadla, představuje vážné omezení. Zatemnění rádia brání těmto vozidlům v přístupu k signálům GPS pro navigaci a neumožňuje jejich opětovné zacílení nebo deaktivaci na poslední chvíli.
Pokud Korotkevich a spol. našli praktický způsob, jak tento problém vyřešit, jejich nápady budou pravděpodobně v určitých oblastech nesmírně cenné.
Ref: arxiv.org/abs/0704.3103 : Komunikace prostřednictvím plazmových pouzder