Ile mocy potrzebuję do przesłania sygnału radiowego przez twardą skorupę lodową o grubości 100 km?

Wyobraź sobie, że umieściłem pływającą sondę w subglacjalnym oceanie Encelado lub Europa: ile mocy powinno mieć moje radio, aby móc komunikować się z sondą z powierzchni zewnętrznej? Albo innymi słowy, ile tłumienia powoduje 100 km stałego lodu na sygnał radiowy przy, powiedzmy, częstotliwości UHF?

Nie potrafię odpowiedzieć na to pytanie bezpośrednio, ale Nasa bada pokrywy lodowe Grenlandii za pomocą radaru samolotowego, aby znaleźć głębokość podłoża skalnego. Oto, co mówią na temat lodu i fal radiowych: -

Z drugiej strony lód reaguje inaczej w zależności od częstotliwości radaru. Odbija fale radiowe o wysokiej częstotliwości, ale pomimo tego, że jest stały, radar o niższej częstotliwości może w pewnym stopniu przechodzić przez lód. Dlatego MCoRDS wykorzystuje stosunkowo niską częstotliwość - między 120 a 240 MHz. Pozwala to na wykrycie powierzchni lodu, wewnętrznych warstw lodu i podłoża skalnego poniżej. „Aby przebić dno lodu, musisz użyć niższej częstotliwości” - powiedział John Paden, naukowiec CReSIS. „Zbyt wysoka częstotliwość i sygnał zostaną utracone w lodzie”.

To przyszło stąd i warto zauważyć, że jest to radar i wymaga odbicia od podłoża skalnego, aby przejść z powrotem przez lód do samolotu odbierającego. Wyobrażam sobie, że moc odbita jest ułamkiem mocy padającej na skałę, więc może uda ci się uzyskać 10-krotność tej odległości przez solidny lód z transmisją w jedną stronę.

Oto rodzaj otrzymywanego obrazu: -

Wydaje mi się, że z radarem możliwe są +3 km. Nie wiem, jaki jest kąt wiązki radaru, więc nie można obliczyć, jaka jest moc padania na powierzchni lodu - transmisja z samolotu może być radarem pulsacyjnym o mocy 1 MW z bardzo wąskim kątem wiązki wytwarzającym moc padania przy górna powierzchnia lodu setek watów. Ponadto odbicie od podłoża skalnego nie będzie ciasną wiązką - oznacza to, że moc odbita do tyłu rozproszy się cienko wraz ze wzrostem odległości (patrz równania Friisa ). Również moc odbierana w samolocie będzie znacznie mniejsza niż ta emitowana z powierzchni lodu - ponownie zobacz równania Friisa.

Uzupełnienie

Pomyślałem o utracie łącza dla aplikacji radarowej:

• $\frac{\pi^2 D^2}{\lambda^2}\cdot 0.6$
• To ten sam problem z sygnałem odbicia. Na powierzchni podlega temu samemu tłumieniu aż do samolotu (78 dB), który jest o 1 km wyższy.

Straty te nie zostaną napotkane przez zwykłą transmisję przez lód - anteny nadawcze i odbiorcze znajdują się w lodzie lub na jego powierzchni. Wszystko to dobrze wróży zdolności do transmisji w jednym kierunku przez duże odległości lodu.

Zakładając, że zachowuje się on podobnie jak lód wodny na Ziemi, przeprowadzono pewne pomiary tłumienia RF szelfu lodowego Ross na Antarktydzie . Stwierdzono, że długość tłumienia wynosi 300-500 m dla częstotliwości od 75 MHz do 1,25 GHz.

(Długość tłumienia to odległość, z jaką sygnał ma spaść do 1 / e ~ = 0,368 ~ = -4,3 dB, nieco analogicznie do stałej czasowej)

To będzie dość zastraszające tłumienie dla grubości 100 km (coś w rodzaju -950dB). To się nie stanie.

Moc będzie, oczywiście, zależy od pasma sygnałów, które muszą być transmitowane.

Mówiąc z perspektywy, rekord komunikacji odbicia księżyca przypomina moc nadawania 3mW (tłumienie ~ -300dB). Gdybyśmy mieli 1GW, byłby to kolejny 115dB, ale wciąż znacznie mniej niż to, co jest wymagane.

Obecnie pracuję jako inżynier radaru w British Antarctic Survey, więc myślę, że mogę pomóc.

Ważna jest częstotliwość. Lód (poza pewnymi specyficznymi przerwami) nie blokuje się przy częstotliwościach MF, ale w HF i UHF lód i woda są bardzo podobne, prawie wystarczająco nieprzenikalne.

Jeśli utrzymujesz częstotliwość na wystarczająco niskim poziomie (poniżej 2,4 MHz), niż myślę, że (zakładając, że lód, o którym mówisz, jest oparty na wodzie) nie będzie miał problemów z lodem ... nadal transmitujesz w przestrzeń kosmiczną i sygnały MF są dość słabe głównie z powodu interferencji jonosferycznej na ziemi. Wiem, że ziemskie pole magnetyczne jest bardzo silne, więc może na niektórych ciałach mógłbyś go uciec.

Tak czy inaczej, myślę, że twoim głównym problemem może być znalezienie jednej częstotliwości, dla której możesz przejść przez lód i wszelkich zakłóceń atmosferycznych. z pewnością byłby to problem na ziemi