нано АМС

[Frontm]

"Вообще, "исследовать солнечную систему автоматами" это примерно тоже самое, что посылать "робота" вместо себя в фитнес, качаться."
Зомби. Просто Зомби (с)
+ 10 !!![/size]
         

А так как сами дойти до фитнеса не в состоянии, остаётся злорадствовать пока посланные роботы-автоматы исследуют солнечную систему    

[SpaceR]

Вопрос недостатка мощности имхо решаем за счет сокращения длительности передачи, просто нужно научиться как можно больше данных "впихивать" в 1-2 сек (навскидку, мож и меньше) работы передатчика. Само собой, приемное устройство должно для этого обдадать требуемой временнОй селективностью.

Ещё мощность можно увеличить за счет быстрой разрядки аккумуляторов (либо аккум.устройств на базе конденсаторов), длительно (несколько часов) заряжаемых РИТЭГОМ.

А в качестве микродвигателей для такой нано-АМС возможно поработает идея с микрочиповыми ячейками, выстреливающими содержимое при подаче электрического заряда. Для повышения эффективности можно ставить их на достаточно длинной выдвижной штанге.

Конечно, не размером с копейку, но в массу наносата влезть имхо реально.

[pkl]

А она вообще есть, эта проблема мощности, которую все так рьяно бросились решать? У LOLA /лазерный локатор LRO/ суммарное энергопотребление - менее 30 Вт. Что не мешает ему принимать отражённые от тёмной Луны сигналы. Какие проблемы? С уголковыми отражателями на Луне "связь" была тоже вполне устойчивой.

[Имxотеп]

На самом деле все не так плохо.  Аппарат с антенной диаметром 1 м, мощностью передатчика 10 Вт и работающий на частоте 15 ГГц может с Юпитера передавать на 32-метровую DSN тарелку на скорости ~ 10 кбит/с. Если поднять частоту до 150 ГГЦ - то и с Плутона (желающие могут побаловаться с калькулятором). Нано, не нано, но в пару кг необходимое оборудование уместить наверное можно.

[zyxman]

Но! Если использовать ионники для прецизионного наведения?

Тогда "нано" не получится.

Говоря нано, я имел в виду АМС массой килограммы-десятки килограмм, как в классификации ИСЗ, а не буквально "нано".

Ионники разные бывают.
Вот сейчас ходовые технологии с газом и с испарением фторопласта.
А идут работы над ионниками, работающими на жидком металле, и похожими по принципу на дюзы струйника - их делают как раз для прецизионной стабилизации зеркал разнесенного телескопа.

А если этой точности мало - уже сделали прототип взаимоориентации давлением луча лазера.

Вобщем может оно и не будет целиком нано - вероятно, таки будет большой зонд, а например зеркало телескопа и по совместительству передающее - "нанотехнологическое", плюс вокруг будет летать "умная пыль".
Так "нанотехнологические" штуки УЖЕ способны существенно улучшить АМС.

[pkl]

На самом деле все не так плохо.  Аппарат с антенной диаметром 1 м, мощностью передатчика 10 Вт и работающий на частоте 15 ГГц может с Юпитера передавать на 32-метровую DSN тарелку на скорости ~ 10 кбит/с. Если поднять частоту до 150 ГГЦ - то и с Плутона (желающие могут побаловаться с калькулятором). Нано, не нано, но в пару кг необходимое оборудование уместить наверное можно.

В пару кг :?: С радиосвязью :?:  :?:  :shock: Ооооо!!!! Я и представить себе не мог! Рассчитывал на 20-50 кг в лучшем случае! Подобные зонды можно было бы пускать на конверсионных носителях /возможно, с разгоном на ЭРД или даже солнечных парусах/, а программа полёта могла бы включать и выход на орбиту в т.ч.

Размышляя над вышеприведённой картинкой "самособирающейся" антенны... запускается ворох 10 кг зондов куда-нибудь к Нептуну. Каждый выполняет специализированную задачу: фотосъёмка, ИК-спектрометрия, измерения магнитного поля, регистрация заряженных частиц. Каждый летает сам по себе и выполняет свою программу. Когда надо сбросить данные, они объединяются в единую структуру.

[zyxman]

На самом деле все не так плохо.  Аппарат с антенной диаметром 1 м, мощностью передатчика 10 Вт и работающий на частоте 15 ГГц может с Юпитера передавать на 32-метровую DSN тарелку на скорости ~ 10 кбит/с. Если поднять частоту до 150 ГГЦ - то и с Плутона (желающие могут побаловаться с калькулятором).

На самом деле с мощностями все плохо.
Галактический шум, шум Солнца, и техногенный шум Земли, конечно имеют не совсем равномерное распределение, но мешают очень серьезно.
Причем с техногенным шумом проблема, что он постоянно и неуклонно поднимается на все более высокие частоты, и совсем не факт что всего через 10 лет 150ГГЦ еще будет свободной частотой.
Кроме того 150ГГЦ даже еще больше зависят от атмосферной влаги итп.
Ну а кроме поднятия частоты есть только один способ увеличения скорости - расширение полосы, что означает увеличение мощности передатчика.

[pkl]

Буквально только что в голову пришла идея АМС-трансформера из таких вот полуавтономных блоков-кубиков. Под обтекателем ракеты они образуют компактный параллелепипед. На траектории система перестраивается в крестообразную структуру, на концах которой - датчики. "Тело" "креста" образуют двигательные и энергетические блоки, а в центре - система управления. Когда надо передать информацию, "крест" перестраивается в "тарелку".

[pkl]

Ну а кроме поднятия частоты есть только один способ увеличения скорости - расширение полосы, что означает увеличение мощности передатчика.

Т.е. всё-таки переход на оптику?

[Старый]

На самом деле все не так плохо.  Аппарат с антенной диаметром 1 м, мощностью передатчика 10 Вт и работающий на частоте 15 ГГц может с Юпитера передавать на 32-метровую DSN тарелку на скорости ~ 10 кбит/с. Если поднять частоту до 150 ГГЦ - то и с Плутона (желающие могут побаловаться с калькулятором). Нано, не нано, но в пару кг необходимое оборудование уместить наверное можно.

Смотрим однако в НК про Нью Хоризонс. Мощность передатчика, жаль, не указана. Диаметр антены однако 2 метра, частота - 8 ГГц, передача с Плутона ажно 1200 бит/с максимум. Чтото не то. Ширина диаграммы направленности 0.3 градуса. Если за счёт частоты сузить диаграмму на порядок то возникнет проблема наведения такой диаграммы на Землю - телескоп с таким угловым разрешением получится уже изрядной массы.
 Там же написано что изотопный генератор имеет 11 кг окиси плутония и мощность у Плутона 200 Вт. То есть 20 Вт на килограм окиси. То есть при излучаемой можности передптчика 10 ВТ и кпд 50% одной только окиси плутония потребуется килограм. А ведь нужно ещё и сами преобразователи которые превращают тепло в электричество и радиаторы-излучатели.
 Так что в пару кг никак не уложиться.

 Все приборы на Нью Хоризонсе весят по нескольку кг. Очевидно сделать легче никак не выходит.
 Так что легче чем в центнер АМС для исследования планет очевидно никак не сделать...

[Старый]

запускается ворох 10 кг зондов куда-нибудь к Нептуну. Каждый выполняет специализированную задачу: фотосъёмка, ИК-спектрометрия, измерения магнитного поля, регистрация заряженных частиц.

На ворох зондов потребуется ворох систем управления, датчиков ориентации, бортовой электроники и т.д. и т.п. что существенно дороже чем для одной АМС.

Каждый летает сам по себе и выполняет свою программу. Когда надо сбросить данные, они объединяются в единую структуру.

Во первых чем это поможет?
 Во вторых зачем такие сложности? Чем это лучше одной нормальной АМС?

[Имxотеп]

Смотрим однако в НК про Нью Хоризонс. Мощность передатчика, жаль, не указана. Диаметр антены однако 2 метра, частота - 8 ГГц, передача с Плутона ажно 1200 бит/с максимум. Чтото не то.

Все то. Гугл уточняет, что мощность TWTA - 12 Вт, частота 8.4 ГГц, диаметр антенны 2.1 м. Подставляя все это в калькулятор, получаем при скорости 1200 бит/с ,  шумовой температуре приемной антенны 40 К и C/N= 5 dB расчетную дальность связи ~35 а.е. То, что нужно, с учетом возможных запасов и погрешностей.

Про остальное я не скажу, но вопрос со связью - он технически принципиально решаемый в более-менее обозримой перспективе.

[Старый]

Ну, а 10 кбс с Плутона при метровой тарелке получается?
 И если на Нью Хорисонсе для 12-ватного передатчика требуется такой РИТЭГ то почему на нано-АМС будет меньше?

[zyxman]

Ну а кроме поднятия частоты есть только один способ увеличения скорости - расширение полосы, что означает увеличение мощности передатчика.

Т.е. всё-таки переход на оптику?

Вобщем да. Люди врядли будут сильно использовать в связи на Земле оптический диапазон, ввиду желания видеть глазами и ввиду постоянной засветки - поэтому, вероятно техника ограничится СВЧ и ИК.
А вот в космосе оптический диапазон удобен и относительно мало помех, поэтому может быть очень высокая скорость передачи информации.

То есть конечно и для оптики помехи есть, но ситуация забавна тем, что действительно мощными излучателями оптики могут быть только звезды, и их в солнечной системе совсем немного :wink: , а вот радио излучает например тот-же Юпитер, и Земля, и надеюсь, скоро будут и Луна с Марсом излучать.

[pkl]

На самом деле все не так плохо.  Аппарат с антенной диаметром 1 м, мощностью передатчика 10 Вт и работающий на частоте 15 ГГц может с Юпитера передавать на 32-метровую DSN тарелку на скорости ~ 10 кбит/с. Если поднять частоту до 150 ГГЦ - то и с Плутона (желающие могут побаловаться с калькулятором). Нано, не нано, но в пару кг необходимое оборудование уместить наверное можно.

Смотрим однако в НК про Нью Хоризонс. Мощность передатчика, жаль, не указана. Диаметр антены однако 2 метра, частота - 8 ГГц, передача с Плутона ажно 1200 бит/с максимум. Чтото не то. Ширина диаграммы направленности 0.3 градуса. Если за счёт частоты сузить диаграмму на порядок то возникнет проблема наведения такой диаграммы на Землю - телескоп с таким угловым разрешением получится уже изрядной массы.
 Там же написано что изотопный генератор имеет 11 кг окиси плутония и мощность у Плутона 200 Вт. То есть 20 Вт на килограм окиси. То есть при излучаемой можности передптчика 10 ВТ и кпд 50% одной только окиси плутония потребуется килограм. А ведь нужно ещё и сами преобразователи которые превращают тепло в электричество и радиаторы-излучатели.
 Так что в пару кг никак не уложиться.

 Все приборы на Нью Хоризонсе весят по нескольку кг. Очевидно сделать легче никак не выходит.
 Так что легче чем в центнер АМС для исследования планет очевидно никак не сделать...

Но ведь "утрамбовали" же в 1972-м Пионер-10 в 258 кг! На "той" электронике. А если сейчас использовать современные интегральные схемы /а выше я показал, как можно интегрировать в одну сборку главный научный инструмент и систему связи/, композиты, отражатель антенны сделать тонкоплёночным, как предложил Alex_Semenov и т.п.

Кстати, этот PDF
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0709/0709.4288.pdf
утверждает, что мощность передатчика New Horizons - 16 Вт.
Отсюда:
http://ru.wikipedia.org/wiki/New_Horizons
Меньше лампочки накаливания.

[zyxman]

А, да, еще у оптики есть достоинство, что довольно легко обеспечить минимальную боковую засветку приемника.

[pkl]

запускается ворох 10 кг зондов куда-нибудь к Нептуну. Каждый выполняет специализированную задачу: фотосъёмка, ИК-спектрометрия, измерения магнитного поля, регистрация заряженных частиц.

На ворох зондов потребуется ворох систем управления, датчиков ориентации, бортовой электроники и т.д. и т.п. что существенно дороже чем для одной АМС.

Зонды я вижу одинаковыми, как гвозди. Точнее, как кубсаты. Т.е. служебные системы стандартны. Различаются только задачи и полезная нагрузка соответственно. Что до систем... Помните SSTLовский SNAP-1? ИСЗ массой 6,5 кг имел камеры, трёхосную ориентацию и двигательную установку для маневрирования. Интересная, кстати штучка. Загадочная. У них на сайте о нём ни слова. Да и вообще в сети. Я ещё просил Вас прокомментировать, а Вы тоже... как воды в рот набрали.

Каждый летает сам по себе и выполняет свою программу. Когда надо сбросить данные, они объединяются в единую структуру.

Во первых чем это поможет? Во вторых зачем такие сложности? Чем это лучше одной нормальной АМС?

Ну я же писал выше. Вообще, главная идея - сэкономить на энергетике. Чем меньше масса, тем проще её запустить. В дальней перспективе - сверхлёгкие межзвёздные зонды. Но давайте об этом не здесь /есть же профильная тема/. А я хочу для начала потренироваться на кошках... тьфу, внешних планетах и поясе Койпера. Если покатит здесь, можно и о звёздах помечтать. Нет - значит, и к звёздам нет. Таким способом. Т.е., проверка идеи - вот главное стратегическое направление. Но не только. Чем лучше одной АМС?.. Во-первых, дешёвый запуск и быстрый перелёт. Возможно, какие-то альтернативные варианты запуска, вроде ионников и парусов.  Далее. Такая "АМС" обещает быть весьма живучей - выход из строя отдельных блоков практически никак не скажется на её возможностях. Возможность проведения одновременных наблюдений/измерений в разных точках.

[pkl]

Ну, а 10 кбс с Плутона при метровой тарелке получается?
 И если на Нью Хорисонсе для 12-ватного передатчика требуется такой РИТЭГ то почему на нано-АМС будет меньше?

Всё ж таки NH делали на серийных компонентах, не первой свежести.

Я вот ещё что подумал... а ведь ТАМ же холодно! А нельзя ли как-то применить сверхпроводимость? :roll:

[zyxman]

Кстати, по массам передатчиков - собственно, обычные мобильники GSM-900-1800 дают мощность передачи до 2Вт при собственной массе менее 100г (радиостанции чуть хуже по соотношению мощности и массы, но карманные 15Вт существуют), и кстати, полупроводниковые усилители для передатчика на 60ГГц уже есть.
Так что проблема в первом приближении только в охлаждении, тк КПД там конечно не 100%, вроде для радиопередатчиков реальная цифра около 60%.
А вот во втором приближении уже нужно учитывать радиационные эффекты и они могут серьезно подпортить картину.

[pkl]

Дык! За рубежом энтузиасты давно уже делают нано- и пикоспутники из покупных компонентов. Я думаю, начнать надо с этого.

По поводу СТР - думаю, гораздо актуальней будет проблема как не замёрзнуть. Такой крошечный объём остынет очень быстро. Я вот думаю над сверхпроводимостью.

А вот что делать с радиацией... даже не знаю  :roll: Может, карбид кремния применить? Он хорошо держит радиацию. Высокие температуры тоже.