Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Запасной план заключается в использовании любительского радио. Дело в том, что у Марса есть ионосфера – слой заряженных частиц в верхних слоях атмосферы, – которая может отражать радиосигналы, обеспечивая связь на поверхности Марса в коротковолновом диапазоне так же, как это происходит на Земле

. Мы хорошо знаем свойства ионосферы Марса благодаря измерениям, проведенным «Маринером-9», орбитальными аппаратами «Викингов» и европейским зондом «Марс Экспресс». Она простирается вверх, начиная с высоты около 120 километров, и состоит из ионов, включающих 90 % O₂

+ и 10 % CO₂

+, и равного количества свободных электронов, создаваемых фотоионизацией. В течение дня плотность электронов достигает пикового значения около 200 000 частиц в кубическом сантиметре на высоте около 135 километров. За ночь концентрация спадает до минимальной – около 5000 частиц в кубическом сантиметре на высоте около 120 километров. Эти значения где-то в 25 раз ниже, чем аналогичные показатели ионосферы Земли. Вместе с тем, поскольку верхний порог частот для коротковолнового радио зависит от квадратного корня из плотности, максимум, доступный на Марсе, будет ниже максимума на Земле примерно в пять раз. У нас радиолюбители могут разговаривать друг с другом с частотах до 20 МГц, а на Марсе потолком будет значение около 4 МГц в дневное время и 700 кГц в ночное. Последняя цифра покажется вам слишком маленькой, если вы хотите пересылать изображения или наладить высокоскоростную передачу данных, но этого более чем достаточно для инженерной телеметрии или голосового общения. На самом деле на Земле данная полоса частот – АМ-радио – наиболее удобна для коммерческих радиостанций и некоторых других форм связи.

Кроме того, хоть коротковолновый диапазон на Марсе и располагается на несколько более низких частотах, чем на Земле, этот недостаток (с использованием более высоких частот можно передавать данные на большей скорости) уравновешивается тем, что марсианская ионосфера намного меньше подвержена радиопомехам. На Земле энергетические требования к передаче сигналов в коротковолновом диапазоне продиктованы фактором помех, вызываемых далекими грозами и большим количеством других радиолюбителей, а также коммерческих радиостанций и военных в эфире. Всего этого не будет на Марсе.

Возможно, вы сейчас представляете себе какое-нибудь тяжелое, громоздкое любительское радиооборудование, непригодное для мобильной связи. Однако существуют и вполне современные коротковолновые технологии, они были разработаны в военных целях и хорошо подходят для использования на Марсе – например, усовершенствованная миниатюрная высокочастотная система (УМВЧС, Advanced Miniature High Frequency System), созданная корпорацией «Дифенс Системс Инк.». Это двунаправленная система, состоящая из передатчика и приемника, каждый ее блок имеет массу 0,8 килограмма и объем 0,7 литра – она достаточно мала, чтобы не только разместить ее в роверах, но и взять с собой на время внекорабельной деятельности. Система может передавать сигнал в глобальном масштабе на освещенной стороне Марса со скоростью 2,4 кбит в секунду с использованием 10-ваттного генератора на солнечных батареях, или ядерного генератора, или 30-ваттного электрического.

Такой скорости достаточно для инженерной телеметрии, переписки по электронной почте, голосового общения низкого качества в режиме реального времени или высококачественной передачи записанных пакетов голосовых сообщений. Чтобы осуществлять высококачественную передачу голосовых сообщений в реальном времени (как в земных телефонах), потребуется в 20 раз большая скорость передачи данных и 600 Вт мощности, которые легко генерируются в ровере. Тем не менее требования к мощности можно будет сильно снизить, если ионосфера Марса действительно настолько тихая, как и предсказывает теория. В любом случае УМВЧС использует технологию зондирования, которая автоматически проводит поиск в спектре радиочастот, чтобы найти максимальную применимую в режиме реального времени, а затем отдает команду обоим устройствам провести контрольную установку соединения на конкретной частоте и подтвердить, что данные были переданы корректно. Таким образом, даже если ионосферные условия окажутся непредсказуемыми или меняющимися во время передачи, УМВЧС сможет адаптироваться, чтобы найти и сохранить лучший канал связи. Она использует свою электронику, чтобы компенсировать размер антенны для длины выбранной для связи волны. Так, 6-метровая гибкая штыревая антенна может использоваться для передачи сигнала на 0,5 МГц как на частоте 5 МГц. Используемая в системе антенна очень легкая и, как правило, представляет собой просто пружину, которую можно быстро развернуть при необходимости.