Скільки потрібно енергії для передачі радіосигналу через тверду крижану кору товщиною 100 км?

Уявіть, що я помістив плаваючий зонд у підледовиковий океан Енцеладо чи Європи: скільки потужності повинно мати моє радіо, щоб мати змогу спілкуватися з зовнішньої поверхні за допомогою зонда? Або, по-різному, скільки ослаблення 100 км твердого льоду викликають радіосигнал на, скажімо, частоті УВЧ?

Я не можу відповісти на це безпосередньо, але Nasa зондує льодовикові покриви Гренландії літаком з радіолокаційним літаком, щоб знайти глибину основи. Ось що вони кажуть про кригу та радіохвилі: -

Крига, з іншого боку, реагує по-різному в залежності від частоти радара. Він відображає високочастотні радіохвилі, але, незважаючи на твердість, радіолокатори нижчої частоти можуть певною мірою проходити крізь лід. Ось чому MCoRDS використовує відносно низьку частоту - від 120 до 240 МГц. Це дозволяє приладу виявляти крижану поверхню, внутрішні шари льоду та основу внизу. "Щоб озвучити дно льоду, вам потрібно використовувати меншу частоту", - сказав Джон Паден, вчений CReSIS. "Занадто висока частота і сигнал будуть втрачені в льоду."

Це прийшло звідси, і цікаво відзначити, що це радіолокація і вимагає відбиття від основи, щоб пройти назад через лід до приймаючого літака. Я б міг уявити, що відбита потужність є часткою падаючої сили, що досягає скелі, тому, можливо, ви можете отримати цю відстань в 10 разів через суцільний крижаний лист з односторонньою передачею.

Ось такий образ вони отримують: -

Мені здається, що + 3 км можливі за допомогою радарів. Я не знаю, який кут радіолокаційного променя, тому неможливо порахувати, яка потужність падаючої поверхні на льоду - передача від літака може бути радіолокаційним імпульсом 1МВт з дуже тугим кутом променя, що створює потужність падаючої сили на верхня поверхня льоду сотнями ват. Крім того, відбиття від основи не буде тісним променем - це означає, що відбита назад сила буде поширюватися по мірі збільшення відстані (див. Рівняння Фріса ). Також потужність, отримана в літаку, буде набагато меншою, ніж випромінювана з поверхні льоду - знову дивіться рівняння Фріса.

Додаток

Я подумав про втрату посилання для додатку РЛС: -

• Втрати зв'язку від площини до землі. Блюдо діаметром 2 м матиме посилення = 3,35 або приблизно 10,5 дБ. Якщо літак знаходиться на 1 км вище льоду, втрата зв'язку на ідентичну тарілку (на льоду) становитиме -21 (посилення антени) +32,5 + 20log (МГц) + 20log (км) = 11,5 + 46 + 20 = 78dB посилання втрати. Якщо вихідна потужність радіолокатора дорівнює 1 МВт (90 дБм), прийнятий сигнал на поверхні землі / крижаної кришки становитиме 12 дБм (16 мВт).$\frac{\pi^2 D^2}{\lambda^2}\cdot 0.6$
• Це та сама проблема для відбивного сигналу. На поверхні він піддається такому ж ослабленню до літака (78dB), що на 1 км вище.

З цими втратами не виникне простої передачі через лід, передавальні та приймальні антени розміщені або в льоду, або на його поверхні. Це все добре, що здатна передавати в одному напрямку великі відстані льоду.

Якщо припустити, що він поводиться аналогічно водному льоду на Землі, були проведені деякі вимірювання радіочастотного ослаблення шельфу льоду Росса в Антарктиді . Було виявлено, що довжина загасання становить 300-500 м для частот від 75 МГц до 1,25 ГГц.

(Довжина ослаблення - це відстань для падіння сигналу до 1 / е ~ = 0,368 ~ = -4,3 дБ, дещо аналогічна постійній часу)

Це буде досить страхітливою кількістю ослаблення на 100 км товщини (щось на кшталт -950dB). Не станеться

Сила буде, звичайно, залежатиме від смуги пропускання сигналів , які повинні бути передані.

Якщо говорити про це в перспективі, запис для зв’язку відмов на місяці - це щось на кшталт потужності передачі 3 мВт (ослаблення ~ -300 дБ). Якби у нас був 1 ГВт, це було б ще 115 дБ, але все ще недостатньо того, що потрібно.

В даний час я працюю інженером радіолокації для Британського обстеження на Антарктиці, тому я думаю, що можу допомогти.

Важлива частота. Ожеледиця (окрім деяких специфічних прогалин) не блокується на частоті МЧ, але на ВЧ та УВЧ лід та вода дуже схожі, майже непроникні.

Якщо ви тримали частоту досить низькою (нижче 2,4 МГц), ніж я думаю, що (якщо вважати, що лід, про який ви говорите, є на воді), у вас виникне мало проблем з льодом ... ваші все ще передачі в космос і MF сигнали досить погані в основному через іоносферні перешкоди на землі. Я знаю, що магнітне поле Землі дуже потужне, тому, можливо, на деяких тілах ви могли б від нього піти.

Так чи інакше, я думаю, що вашою основною проблемою може бути пошук єдиної частоти, за яку можна пройти крізь лід та будь-які атмосферні порушення. це, безумовно, буде проблемою на землі