Связь Земля – Луна – Земля - Earth–Moon–Earth communication

Связь Земля – Луна – Земля (EME), также известный как Отскок луны, это радиосвязь техника, которая опирается на распространение из радиоволны из земной шар -основан передатчик направлено через отражение с поверхности Луна назад к наземному приемник.

История

Использование Луны как пассивный коммуникации спутник был предложен У. Дж. Брэй британских Главное почтовое отделение в 1940 г. Было подсчитано, что при наличии микроволновая передача полномочия и малошумящие приемники, можно было бы лучом микроволновая печь сигналы с Земли и отражать их с Луны. Считалось, что хотя бы один голос канал было бы возможно.[1]

В английской литературе, которая также стала известна в немецкоязычных странах, всегда предполагалось, что первые EME были проведены в США. Но согласно сообщениям доктора инж. У. Степп в журнале "Der Seewart", кажется, уже в 1943 году во время экспериментов с радиоизмерительной аппаратурой были получены (радиолокационные) отражения Луны и признаны таковыми. Поскольку до сих пор в cq-DL об этом не публиковалось, отчет доктора Степпа представлен здесь как преамбула к деятельности немецких любителей УКВ.

Доктор Степп пишет: «В 1943 году Telefunken приступил к разработке радиоизмерительного оборудования для обнаружения и наблюдения за наземными целями - кораблями, низколетящими самолетами, автомобилями - с максимально возможным радиусом действия.

Задача обнаружения приземных целей особенно требовала, помимо высокой мощности и высокой чувствительности приемника, как можно более коротких длин волн. Была разработана установка со следующими параметрами, соответствующими возможностям того времени: импульсная мощность передатчика 120 кВт; длительность импульса 1,5 мкс; длина волны 53 см, около 564 МГц; чувствительность приема 12 кОм; поверхность антенны 45 м2; поляризация горизонтальная; количество диполей 8 на строку по горизонтали, 80 на столбец по вертикали. [Примечание переводчика: предположительно, чувствительность 12 kTo означает, что собственный шум приемника в 12 раз больше теплового шума (постоянная Больцмана k, умноженная на абсолютную температуру To), что эквивалентно коэффициенту шума 11 дБ.]

Антенна могла вращаться вокруг своей вертикальной оси. Он был сильно сфокусирован вертикально с первыми нулями на 1,3 ° от главного горизонтального лепестка.

Устройство было названо «Würzmann». Для испытаний систему установили в конце 1943 года на реке Бакенберг на юге острова Рюген.

Результаты измерений подтвердили рассчитанные дальности: корабли средних размеров обнаруживались до горизонта около 50 км, а самолеты высотой до 1000 м на расстояниях около 100 км. Но при благоприятных погодных условиях система обнаружила цели в гавани Гданьска и Финского залива.

После первых тестов я поручил Вилли Тилю, одному из очень компетентных инженеров, самостоятельно позаботиться об оборудовании и постоянно проводить наблюдения. Несколько недель спустя я снова поехал на остров Рюген для экспериментов около Гёрена. В последний день экспериментов, всего за несколько часов до отъезда в Берлин, я снова посетил Бакенберг. Небо было очень тусклым, ночь очень темной. По дороге к Бакенбергу В. Тиль сообщил о «странном сбое оборудования», которое он наблюдал накануне примерно в то же время, но не смог найти причину; однако примерно через два часа она стала меньше, несмотря на то, что он не исправил ее, и в конце концов исчезла полностью.

После активации Würzmann я сделал следующее наблюдение: «возмущение» снова появилось, имело длительность в несколько импульсов и большую силу импульса, чем у самых сильных ближайших целей. Он не появлялся примерно через две секунды после включения передатчика и исчез (пульсирующе), соответственно, позже после его выключения. Но остальная часть эхо-изображения появлялась и пропадала при включении / выключении передатчика. «Возмущение» возникало только тогда, когда антенна была направлена ​​на восток, и сразу же исчезало при значительном изменении направления, но снова появлялось только через две секунды после поворота в исходное направление. Судя по всему, мы засекли с помощью оборудования восходящую луну за облаками. Я объяснил постепенное исчезновение импульсов отражающим телом, медленно выходящим из сильно сфокусированного горизонтально направленного луча, когда оно поднимается над горизонтом. Вскоре после этого оборудование было введено в регулярную эксплуатацию, и я не слышал о дальнейших наблюдениях ». DK2ZF http://pa3fwm.nl/technotes/annex/cqdl-7-79-eme.html

Так было до закрытия Вторая Мировая Война Однако были разработаны эти методы, специально предназначенные для отражения радиолокационных волн от Луны, чтобы продемонстрировать их потенциальное использование в обороне, связи и радиолокационной астрономии. Первая удачная попытка была осуществлена ​​на Форт Монмут, Нью-Джерси 10 января 1946 года группой под кодовым названием Проект Диана, возглавляемый Джон Х. ДеВитт.[2] Менее чем через месяц, 6 февраля 1946 г., последовала вторая успешная попытка венгерской группы во главе с Золтан Бэй.[3] В Связь Moon Relay последующий проект привел к более практическому использованию, в том числе телетайп связь между военно-морской базой в Перл Харбор, Гавайи и ВМС США штаб-квартира в Вашингтон, округ Колумбия. В дни до спутники связи, ссылка, свободная от капризы из ионосферное распространение был революционным.

Развитие спутники связи в 1960-е годы сделали эту технику устаревшей. тем не мение радиолюбители увлекся общением с EME в качестве хобби; первый любительское радио Общение с лунным отскоком произошло в 1953 году, и любители во всем мире до сих пор используют эту технику.

Текущие коммуникации EME

Радиолюбители (радиолюбители) используют EME для двусторонняя связь. EME представляет серьезные проблемы для операторов-любителей, заинтересованных в передаче слабых сигналов. EME обеспечивает самый длинный канал связи любые два станции на Земле можно использовать.

Любительские диапазоны частот от 50 МГц до 47 ГГц успешно используются, но большая часть сообщений EME находится на 2 метра, 70-сантиметр, или же 23-сантиметр группы. Общие режимы модуляции: непрерывная волна с кодом Морзе, цифровой (JT65 ), а когда позволяют бюджеты ссылок, озвучивайте.

Последние достижения в цифровая обработка сигналов позволили контактам EME, по общему признанию, с низкой скоростью передачи данных, иметь место с полномочиями порядка 100 Вт и один Антенна Яги – Уда.

Всемирный день отскока луны, 29 июня 2009 г., был создан Отголоски Аполлона и отмечается во всем мире как событие, предшествующее 40-летию Годовщина из Аполлон-11 Посадка на Луну. Изюминкой торжества стало интервью через Moon с Аполлон 8 космонавт Билл Андерс, который также был частью дублирующего экипажа Аполлона-11. Университет Тасмании в Австралии своими 26-метровыми блюдо смогли отразить сигнал данных от поверхности Луны, который был принят большой тарелкой в ​​Нидерландах, Радиообсерватория Двингелоо. Сигнал данных был успешно преобразован обратно в данные, установив мировой рекорд для сигнала данных с наименьшей мощностью, возвращаемого с Луны, с мощностью передачи 3 милливатта, примерно 1000-й мощности фонарик напольная лампа. Второй Всемирный день отскока Луны был 17 апреля 2010 года, что совпало с 40-й годовщиной завершения миссии Аполлона-13.

В октябре 2009 года медиа-художник Даниэла де Паулис предложила ассоциации радиолюбителей CAMRAS, базирующейся в Радиообсерватории Двингелоо, использовать отскок Луны для передачи живого изображения. В результате ее предложения в декабре 2009 года радист CAMRAS Ян ван Муйлвейк и радист Дэниел Гаучи осуществили первую передачу изображения через Луну с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом MMSSTV. Де Паулис назвала инновационную технологию «Visual Moonbounce», и с 2010 года она использовала ее в нескольких своих арт-проектах, включая живое представление OPTICKS, во время которого цифровые изображения отправляются на Луну и обратно. реальное время и прогнозируется в прямом эфире.

Задержка эха и временной разброс

Радиоволны размножаться в вакууме на скорость света c, ровно 299 792 458 м / с. Время распространения до Луны и обратно колеблется от 2,4 до 2,7 секунд, в среднем 2,56 секунды (расстояние от Земли до Луны составляет 384 400 км).

Луна почти сферическая, а ее радиус соответствует примерно 5,8 миллисекундам времени распространения волны. Задние части эха, отраженные от неровные поверхности вблизи края лунного диска, задерживаются от передней кромки вдвое больше этой величины.

Большая часть поверхности Луны кажется относительно гладкой на типичных длинах волн микроволнового излучения, используемых для любительского ЭМИ. Большинство любителей используют контакты EME на частотах ниже 6 ГГц, а различия в отражательной способности Луны несколько трудно различить на частотах выше 1 ГГц.

Отражения Луны по своей природе квази-зеркальный (как у блестящего шарикоподшипника). Мощность, полезная для связи, в основном отражается от небольшой области около центра диска. Эффективный временной разброс эха составляет не более 0,1 мс.

Поляризация антенны для станций EME необходимо учитывать, что отражение от гладкой поверхности сохраняет линейная поляризация но меняет смысл круговые поляризации.

На более коротких длинах волн поверхность Луны выглядит все более шероховатой, поэтому отражения на частотах 10 ГГц и выше содержат значительную размытый компонент, а также квази-зеркальный компонент. Диффузная составляющая деполяризована и может рассматриваться как источник системного шума низкого уровня. Значительные части диффузного компонента возникают из областей, расположенных дальше к краю Луны. В медиана временной разброс может достигать нескольких миллисекунд. Однако во всех практических случаях разброс по времени достаточно мал, чтобы не вызывать значительного размазывания CW манипуляции или межсимвольная интерференция в медленно нажатом модуляции обычно используется для цифрового EME. Рассеянный компонент может проявляться как значительный шум при более высоких скоростях передачи данных.

Распределение времени EME действительно имеет один очень важный эффект. Компоненты сигнала, отраженные от разных частей лунной поверхности, проходят разные расстояния и достигают Земли со случайными фазовыми соотношениями. Поскольку относительная геометрия передающей станции, приемной станции и отражающей поверхности Луны изменяется, компоненты сигнала могут иногда складываться, а иногда отменяться.

Динамическое добавление и отмена вызовут большие колебания амплитуды. Эти изменения амплитуды называются «либрационным замиранием». Эти вариации амплитуды будут хорошо коррелированы по когерентности пропускная способность (обычно несколько кГц). Либрация угасание компоненты связаны с временным разбросом отраженных сигналов.

Типы и частоты модуляции для EME

УКВ

УВЧ

СВЧ

Другие факторы, влияющие на коммуникации EME

Эффект Допплера при 144 МГц полоса составляет 300 Гц при восходе или закате луны. Доплеровское смещение приближается к нулю, когда Луна находится над головой. На других частотах будут существовать другие доплеровские смещения. Во время восхода луны возвращаемые сигналы будут смещены примерно на 300 Гц выше по частоте. Когда Луна пересекает небо к точке, расположенной прямо на юге, эффект Доплера приближается к нулю. К закату Луны они сдвинуты на 300 Гц ниже. Эффекты Доплера вызывают много проблем при настройке и захвате сигналов с Луны.

Поляризация эффекты могут снизить мощность принимаемых сигналов. Один из компонентов - это геометрическое выравнивание передающей и приемной антенн. Многие антенны создают предпочтительную плоскость поляризации. Антенны передающей и приемной станций не могут быть совмещены с точки зрения наблюдателя на Луне. Этот компонент фиксируется выравниванием антенн, и станции могут включать в себя устройство для поворота антенн для регулировки поляризации. Другой компонент Вращение Фарадея на пути Земля-Луна-Земля. Плоскость поляризации радиоволн вращается, когда они проходят через ионизированные слои атмосферы Земли. Этот эффект более выражен на более низких частотах ОВЧ и становится менее значительным на 1296 МГц и выше. Некоторые потери из-за рассогласования поляризации могут быть уменьшены за счет использования антенной решетки большего размера (большего количества элементов Yagi или большей антенны).[4]

Галерея

  • Массив из 8 антенн Yagi для 144 МГц EME в EA6VQ, Балеарские острова, Испания

  • Часть антенной решетки EME 144 МГц на WA6PY в Калифорнии, США

  • Тарелочная антенна для работы СВЧ EME в WA6PY, Калифорния, США

  • Тарелочная антенна для UHF EME в I2FZX, Милан, Италия

  • Антенная решетка любительского радио, используемая для связи Земля – Луна – Земля на 144 МГц. Расположение Килафорс в Средней Швеции. Владелец Сверкер Хедберг, SM3PWM.

  • Антенная решетка любительского радио, используемая для связи Земля – Луна – Земля на 144 МГц. Расположение Ядер, Средняя Швеция. Владелец Лейф Осбринк, SM5BSZ.

  • Антенная решетка любительского радио, используемая для связи Земля – Луна – Земля на 144 МГц. Расположение Стаффансторп, Южная Швеция. Владелец Кьелл Расмуссон, SM7BAE.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Петер, Джон (1998). Почтовое отделение на войне. Bletchley Park Trust. п. 25.
  2. ^ Бутрика, Эндрю Дж. (1996). Увидеть невидимое: история планетарной радиолокационной астрономии. НАСА. Архивировано из оригинал на 2007-08-23.
  3. ^ "Бухта, Золтан". omikk.bme.hu. ОМИКК. Получено 2017-01-13.
  4. ^ Ларри Вольфганг, Чарльз Хатчинсон, (редактор), ARRL | Справочник радиолюбителей, Шестьдесят восьмое издание , Американская радиорелейная лига, 1990 ISBN  0-87259-168-9, страницы 23-34, 23-25,

внешняя ссылка