Вы когда-нибудь задумывались, как астрономы принимают снимки, отправленные на землю космическими станциями, которые бороздят просторы Вселенной на расстоянии в миллионы или даже миллиарды (Вояджеры) километров от нашего дома? Давайте разберем это на примере аппарата OSIRIS-REx.
В 2016 году к астероиду Bennu был отправлен небольшой аппарат OSIRIS-REx. В 2019 году исследовательская станция должна будет приблизиться к космическому телу и зачерпнуть с его поверхности вещества, которые помогут ученым лучше понять процесс образования нашей Солнечной системы. Суть миссии аппарата OSIRIS-REx проста: прилететь к астероиду, собрать образцы грунта и отправить их обратно на Землю. В своих лабораториях специалисты будут изучать “первозданное” углеродистое вещество, которое могло сохраниться на Bennu со времен рождения Солнечной системы и которое, скорее всего, является “строительным материалом” живой материи. Возможно, образцы с астероида помогут нам стать на шаг ближе к разгадке тайны появления жизни на нашей планете.
По мере приближения к объекту, аппарат будет фотографировать астероид и передавать на Землю снимки, выполненные камерами OCAMS, которые разрабатывались инженерами NASA в стенах Аризонского университета. OCAMS — это блок камер, состоящий из трех приборов: PolyCam (предназначена для съемки с далекого расстояния), MapCam (будет снимать выбранный район сбора проб в высоком разрешении) и SamCam (будет снимать процесс забора проб).
[sc source=»NASA/ OSIRIS-REx в представлении художника» name=»sign-img»]
Прежде чем мы увидим на экранах своих компьютеров или телефонов фотографии, присланные OSIRIS-REx, ученым необходимо будет выполнить три важных шага: осуществить сам процесс съемки Bennu, передать информацию с зонда на Землю и принять данные с последующим получением изображений.
Шаг №1 — съемка астероида
Съемка — это работа, требующая синхронных действий между OCAMS и компьютерной системой космического аппарата. Солнечный свет, отражаясь от поверхности астероида, проходит через специальный объектив камер OCAMS, потом через встроенный фильтр, а затем “падает” на электронный чип, называемый прибором с зарядовой связью, или CCD-матрицей.
Поверхность CCD-матрицы OCAMS разделена на 1024 параллельные линии, каждая из которых дополнительно “разбита” на 1024 светочувствительных элемента, таким образом размер матрицы составляет 1024 на 1024, или 1 048 576 пикселей (пиксели формируют объекты, изображенные на снимке). Получается, что OCAMS имеет разрешение чуть больше 1-го мегапикселя (в 1 мегапикселе — 1 000 000 пикселей).
[sc source=»dslauretta.com/ Члены команды OSIRIS-REx позируют на фоне антенны с диаметром зеркала 34 метра, относящейся к комплексу дальней космической связи в Канберре» name=»sign-img»]
Каждый пиксель может передавать только один цвет, это может быть как сам цвет, так и яркость или вообще прозрачность. Цвет каждого пикселя кодируется электронной камерой в бинарный код, который обозначается цифрами 0 и 1 (составленное двоичное число называют битами), а затем этот код передается на центральный компьютер космического корабля. Компьютер ставит его в очередь, чтобы при первой удобной возможности (во время специального “окна”) передать на Землю.
Шаг №2 — передача изображения на Землю
При помощи технических систем, представляющих собой “канал передачи данных”, на Землю передается битовый поток информации в виде сигнала. Вначале информацию принимает ретранслятор для связи в глубоком космосе Small Deep Space Transponders, установленный на некоторых космических зондах, расположенных вблизи нашей планеты, затем ретранслятор перенаправляет данные на 100-ваттный усилитель Travelling Wave Tube Amplifiers, который используется для усиления радиочастотных (RF) сигналов в микроволновом диапазоне и в несколько раз усиливает мощность сигнала для последующей его передачи одной из трех бортовых антенн.
[sc source=»Wikipedia/ Поле зрения антенн Deep Space Network, вид с Северного полюса» name=»sign-img»]
Скорость передачи данных на Землю зависит от того, какую именно из трех антенн применяют ученые для связи с нашей планетой. Самые высокие скорости получаются, когда специалисты используют для приема и последующей передачи сигнала 2-х метровую высокочастотную антенну High-Gain Antenna (HGA). Также они могут использовать антенну средней мощности Medium Gain Antenna (MGA) и низкочастотную Low Gain Antenna (LGA). Антенна HGA обеспечивает максимальную скорость передачи данных на Землю (914 килобит в секунду), LGA имеет довольно слабую мощность, а скорость передачи оставляет желать лучшего. Из-за этого она в основном используется для приема информации, а не для ее передачи. MGA представляет собой нечто вроде “золотой середины” — она обеспечивает умеренную скорость передачи потока данных.
Шаг №3 — получение данных
Сигнал на Земле принимает одна из антенн NASA Deep Space Network. После чего ученые “собирают” код на компьютерах и получают изображение.
Deep Space Network (DSN) — международная сеть радиотелескопов и средств связи, используемых для радиоастрономического исследования Солнечной системы и Вселенной, для управления межпланетными космическими аппаратами и приема космических сигналов. DSN представляет собой антенную систему дальней космической связи, состоящую из трех комплексов, расположенных в разных точках земного шара, которые удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы:
1) Комплекс дальней космической связи Голдстоун. Находится в пустыне Мохаве в южной Калифорнии, США, в 60 км к северу от Барстоу.
2) Мадридский комплекс глубокой космической связи. Расположен в 60 км к западу от Мадрида в в Робледо-де-Чавела.
3) Комплекс дальней космической связи в Канберре. Его можно найти в 40 километрах к юго-западу от Канберры, в долине реки Меррамбиджи на краю заповедника Тидбинбилла.
Такое стратегическое размещение позволяет постоянно наблюдать за космическими аппаратами по мере вращения Земли (частично перекрывать зоны действия друг друга). В поле зрения основных антенн DSN могут попадать зонды либо спутники-ретрансляторы сигналов, находящиеся на расстоянии до 55 миллионов км от поверхности Земли.
[sc source=»dslauretta.com/ Антенна DSN с диаметром зеркала 70 метров по сравнению со стадионом для американского футбола Роуз-боул в городе Пасадина» name=»sign-img»]
В каждом из трех комплексов имеется по одной антенне с диаметром зеркал 70 метров, по несколько антенн с диаметром зеркал 34 метра, антенны с диаметром зеркал 26 метров, а также по паре ультрачувствительных приемников и мощных передатчиков. Основную нагрузку по управлению космическими аппаратами несут антенны с диаметром зеркал 34 метра, так как они являются более новыми и эффективными.
Читайте нас в соцсетях: Twitter, Facebook, Telegram
Смотрите нас на youtube. Следите за всем новым и интересным из мира науки на нашей страничке в Google Новости, читайте в Яндекс Дзен наши материалы, не опубликованные на сайте
