Как зонд «Новые горизонты» передает данные на Землю
Все мы с замиранием сердца следили за тем моментом, когда зонд «Новые горизонты», преодолевший сумасшедшее расстояние в более чем 4,5 миллиарда километров, доберется до Плутона. Космический аппарат сделал множество уникальных снимков карликовой планеты, пролетев от нее на расстоянии в 12,5 тысяч километров. Но для того, чтобы передать фотографии и прочие собранные данные обратно на Землю, зонду понадобится более 16 месяцев, так как передача информации происходит на скорости около 1 килобита в секунду. Давайте попробуем разобраться, почему же межпланетный интернет такой медленный.
Действительно, скорость передачи данных с «Новых горизонтов» на Землю сравнима разве что с допотопным телефонным модемом из 90-х. Отправка каждой фотографии занимает у зонда около часа. Но это только сам процесс отправки. Пройдет еще чуть больше четырех часов, прежде чем биты информации, несущиеся в безвоздушном пространстве космоса, достигнут земных антенн. Мешает процессу и тот факт, что «Новые горизонты» не умеет одновременно собирать данные и отправлять их домой. По сути, этот аппарат строго однозадачный: либо собирает данные и сохраняет их на встроенный накопитель, либо пересылает полученную информацию на Землю.
Какова точная скорость передачи данных с «Новых горизонтов» на Землю?
Wikipedia утверждает, что чем дальше зонд удаляется от своей родной планеты, тем медленнее осуществляется передача данных. Например, пролетая мимо Юпитера, «Новые горизонты» вели передачу информации на скорости около 38 кбит/с, а приблизившись к Плутону, скорость снизилась до 1 кбит/с. На Земле информацию принимают огромные 70-метровые антенны сети NASA Deep Space Network. Чтобы отправить 1 килобайт информации, зонду необходимо около 8 секунд времени, а чтобы передать 1 мегабайт, понадобится 1024 секунд или около 17 минут. Но это не совсем корректные подсчеты, так как к каждому биту зачастую следует прибавить корректирующую информацию, что автоматически увеличивает размеры пакетов пересылаемых данных.
Сколько нужно времени, чтобы передать на Землю одну фотографию?
Фотография с камеры LORRI, установленной на «Новых горизонтах», архивируется до размера в 2,5 мегабайта (здесь все зависит от содержимого фотографии). Отправка такого снимка на Землю занимает около 42 минут времени. Но сигналу еще необходимо добраться до своих получателей.
Как долго эта фотография добирается до Земли?
Плутон и «Новые горизонты» в данный момент находятся на расстоянии около 4,6 миллиарда километров от Земли. Радиоволны распространяются в космосе на скорости 300 000 км/ч, так что первые биты снимка с камеры зонда доберутся до нас примерно за 4 часа 20 минут. Потребуется еще 42 минуты, чтобы получить последние биты отправленного изображения. Получается, от момента завершения отправки до момента завершения получения снимка на Земле уйдет примерно 5 часов и 2 минуты.
Сколько изображений с зонда можно получить в течение одного месяца?
Если брать в расчет, что первый снимок будет получен спустя 5 часов и 2 минуты, то каждый последующий будет приходить раз в 42 минуты. Таким образом, за сутки можно получать 34 изображения с «Новых горизонтов», а в месяц это всего 1045 фотографий. На самом же деле первыми на Землю приходят не сами фотографии, а сильно сжатый каталог снимков, как бы маленькие копии изображений, которые мы часто видим в файловом браузере нашей операционной системы. Только после того, как ученые изучат полученные снимки, на зонд отправляется команда – какие именно фотографии в полном разрешении необходимо передать на Землю.
Существует ли какой-то график передачи данных с зонда?
Ниже вы можете видеть примерное расписание передачи данных с «Новых горизонтов». С августа по сентябрь ученые будут получать данные о плазме и пыли, затем какие-то особо важные данные в течение первой недели сентября, потом те самые сильно сжатые превью фотографий (с сентября по ноябрь 2015), и лишь затем начнется передача снимков высокого разрешения, полученных во время пролета мимо Плутона. Эта передача займет период с ноября 2015 года по октябрь 2016.
Почему передача данных такая медленная?
Зонд «Новые горизонты» находится очень далеко от Земли, поэтому сигнал, который поступает с него, очень слабый. Чтобы быть точно уверенными в том, какой бит (единичка или ноль) информации добрался до нашей планеты, зонд транслирует этот самый бит намного дольше, чем обычно. На Земле этот бит также принимают в течение более продолжительного времени, дабы исключить ошибку при получении. Именно поэтому передача данных такая медленная.
Передача данных идет постоянно, когда зонд не занят сбором информации?
Нет. Существует ряд факторов, которые не позволяют «Новым горизонтам» передавать данные на Землю в режиме 24 часа в сутки 7 дней в неделю. К примеру, иногда Земля находится вне зоны видимости аппарата. Так как зонд постоянно поворачивается к исследуемым объектам различными измерительными приборами, его транслирующая антенна бывает попросту отвернута от нашей планеты в противоположную сторону. Посмотрите на его изображение чуть ниже: как видите, корпус «Новых горизонтов» со всех сторон усеян измерительными приборами, поэтому ему приходится постоянно менять свое положение в пространстве, чтобы сделать все необходимые замеры. Первостепенной задачей зонда является именно сбор данных, а их отправка на Землю может быть осуществлена позднее в подходящее для этого время.
Кто принимает отправленные данные на Земле?
Изображения принимают огромные антенны сети NASA Deep Space Network, расположенные в трех точках земного шара. Первая антенна находится в Мадриде (Испания), вторая – в обсерватории Голдстоун (пустыня Мохаве, США), а третья – в Канберра (Австралия). Кстати, на официальном сайте NASA вы можете в реальном времени наблюдать, какая из антенн принимает сигналы от удаленных космических аппаратов в данный момент.
