Связь взрыва метеора - Meteor burst communications

Распространение метеорного рассеяния, используемое SNOTEL

Связь с метеорным выбросом ( MBC ), также называемая связью с метеорным рассеянием , представляет собой режим распространения радиоволн, который использует ионизированные следы метеоров во время входа в атмосферу, чтобы установить короткие пути связи между радиостанциями на расстоянии до 2250 километров (1400 миль) друг от друга. Радиоволны могут быть как в прямом, так и в обратном направлении.

Как это работает

Когда Земля движется по своей орбитальной траектории, миллионы частиц, известных как метеороиды, входят в атмосферу Земли каждый день, небольшая часть из которых обладает свойствами, полезными для связи точка-точка. Когда эти метеороиды начинают гореть, они создают светящийся след из ионизированных частиц (называемый метеором ) в слое E атмосферы, который может сохраняться до нескольких секунд. Следы ионизации могут быть очень плотными и поэтому использоваться для отражения радиоволн . Частоты, которые может отражать любой конкретный ионный след, определяются интенсивностью ионизации, создаваемой метеором, часто функцией начального размера частицы, и обычно составляют от 30 МГц до 50 МГц.

Расстояние, на котором может быть установлена ​​связь, определяется высотой, на которой создается ионизация, местоположением над поверхностью Земли, где падает метеороид, углом входа в атмосферу и относительным местоположением станций, пытающихся для установления связи. Поскольку эти ионизационные следы существуют только от долей секунды до нескольких секунд, они создают лишь короткие окна возможностей для связи.

Разработка

О самом раннем прямом наблюдении взаимодействия между метеорами и распространением радиоволн сообщил в 1929 году Хантаро Нагаока из Японии. В 1931 году Гринлиф Пикард заметил, что всплески распространения на большие расстояния случаются во время сильных метеорных дождей. В то же время исследователь Bell Labs AM Скеллетт изучал способы улучшения распространения радиоволн в ночное время и предположил, что странности, которые наблюдали многие исследователи, были вызваны метеорами. В следующем году Шафер и Гудолл отметили, что атмосфера была нарушена во время метеорного потока Леонид в том году , что побудило Скеллетта постулировать, что механизмом является отражение или рассеяние электронов в метеорных следах. В 1944 году, исследуя радиолокационную систему, которая была «направлена ​​вверх» для обнаружения падающих на Лондон ракет Фау-2 , Джеймс Стэнли Хей подтвердил, что следы метеоров на самом деле отражают радиосигналы.

В 1946 году Федеральная комиссия по связи США (FCC) обнаружила прямую корреляцию между усилением УКВ радиосигналов и отдельными метеорами. Исследования, проведенные в начале 1950-х годов Национальным бюро стандартов и Стэнфордским исследовательским институтом, имели ограниченный успех в фактическом использовании этого в качестве среды.

Первые серьезные попытки использовать эту технику были предприняты Советом по оборонным исследованиям Канады в начале 1950-х годов. Их проект «JANET» (названный в честь Януса , который смотрел в обе стороны) отправлял пакеты данных, предварительно записанных на магнитную ленту, с их радиолокационной исследовательской станции в Принс-Альберте, Саскачеван, в Торонто на расстояние, превышающее 2000 км. Сигнал "несущей" на 90 МГц отслеживался на предмет внезапного увеличения мощности сигнала, сигнализирующего о метеоре, который вызвал всплеск данных. Система использовалась в оперативном режиме, начиная с 1952 года, и обеспечивала полезную связь до тех пор, пока проект радара не был закрыт примерно в 1960 году.

Военное использование

Одним из первых крупных внедрений были «КОМЕТА» ( метеорной радиосвязь ), используется для дальней связи с НАТО «s Верховного штаба ОВС НАТО в Европе штаба - квартире. COMET начала работать в 1965 году, ее станции расположены в Нидерландах, Франции, Италии, Западной Германии, Великобритании и Норвегии. COMET поддерживает среднюю пропускную способность от 115 до 310 бит в секунду, в зависимости от времени года.

Связь со вспышками метеоров исчезла из интереса с ростом использования систем спутниковой связи, начиная с конца 1960-х годов. В конце 1970-х стало ясно, что спутники не так универсально полезны, как первоначально предполагалось, особенно в высоких широтах или там, где безопасность сигнала была проблемой. По этим причинам в 1970-х годах ВВС США установили систему MBC Air Command на Аляске, хотя публично не известно, работает ли эта система до сих пор.

Более недавним исследованием является Advanced Meteor Burst Communications System (AMBCS), испытательный стенд, созданный SAIC при финансировании DARPA . Используя фазово-управляемые антенны, направленные в нужную область неба в любое заданное время суток, в направлении, где Земля движется "вперед", AMBCS смогла значительно улучшить скорость передачи данных, в среднем до 4 килобит в секунду (кбит / с). Хотя спутники могут иметь номинальную пропускную способность примерно в 14 раз больше, они намного дороже в эксплуатации.

Дополнительный прирост пропускной способности теоретически возможен за счет использования рулевого управления в реальном времени. Основная концепция заключается в использовании сигналов обратного рассеяния для определения точного местоположения ионного следа и направления антенны на это место или, в некоторых случаях, на несколько следов одновременно. Это улучшает коэффициент усиления, позволяя значительно повысить скорость передачи данных. На сегодняшний день, насколько известно, экспериментально этот подход не опробован.

Научное использование

Министерство сельского хозяйства США (USDA) использует метеров широко в своей SNOTEL системе. Более 800 станций измерения содержания воды в снеге на западе США оснащены радиопередатчиками, которые используют связь с метеоритами для отправки результатов измерений в центр обработки данных . Данные о высоте снежного покрова, собранные этой системой, можно посмотреть в Интернете.

На Аляске аналогичная система используется в Аляскинской системе связи при всплесках метеоров (AMBCS), собирающей данные для Национальной метеорологической службы с автоматических метеостанций, а также случайные данные от других правительственных агентств США.

Использование любительского радио

Запись сигналов MSK144 на частоте 50 МГц на 15-секундной дорожке водопада.

В большинстве случаев связь, связанная с рассеянием метеоров, осуществляется между радиостанциями, которые используют точный график периодов передачи и приема. Поскольку наличие метеорного следа в подходящем месте между двумя станциями невозможно предсказать, станции, пытающиеся установить связь с метеоритным рассеянием, должны многократно передавать одну и ту же информацию до тех пор, пока не будет получено подтверждение приема от другой станции. Установленные протоколы используются для регулирования потока информации между станциями. Хотя один метеор может создать ионный след, который поддерживает несколько этапов протокола связи, часто для полного обмена информацией требуется несколько метеоров и длительный период времени.

Любая форма режима связи может использоваться для связи с рассеянием метеоров. Однополосная передача звука была популярна среди радиолюбителей в Северной Америке, которые пытались установить связь с другими станциями во время метеорных дождей, не планируя заранее расписание с другой станцией. Использование кода Морзе было более популярным в Европе, где радиолюбители использовали модифицированные магнитофоны , а затем и компьютерные программы , чтобы отправлять сообщения со скоростью до 800 слов в минуту. Станции, принимающие эти пакеты информации, записывают сигнал и воспроизводят его на более медленной скорости, чтобы скопировать содержимое передачи. С 2000 года несколько цифровых режимов, реализованных с помощью компьютерных программ , по популярности заменили голосовую связь и связь с азбукой Морзе. Самый популярный режим для радиолюбителей - MSK144, реализованный в программном обеспечении WSJT-X .

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки