Метеорна комуникация (метеоритен взрив): принципи и приложения

Метеорна комуникация: как йонизираните следи от метеорити отразяват радиовълни за бързи, дискретни и надеждни връзки — военни, морски и специални приложения.

Комуникацията при метеоритен взрив (известна още като комуникация при разсейване на метеорити или англ. meteor burst communication) използва радиовълни, които се отразяват от йонизираните следи, образувани от метеоритите при навлизането им в земната атмосфера. Когато малки частици от космически произход нагряват въздуха около себе си, от повърхността им се отделят електрони и се образува временна йонизирана следа. Тази следа може да отразява радиовълните по начин, подобен на проводник, и да позволи пренос на сигнали между две точки, които иначе не са в пряка линия на виждане.

Принцип на работа

По време на влизане в атмосферата метеорите (малки частици, фрагменти или прашинки) създават стълб от йонизирано въздушно вещество. Тази йонизирана следа има ограничено време на съществуване — от десетки милисекунди до няколко секунди, в зависимост от размера и височината на метеора и условията в атмосферата. Времето е достатъчно за предаване на кратки пакети данни между две станции.

За да се използва разсейването, обикновено се ползва геометрия, при която предавателят и приемникът са раздалечени на стотици километри и не могат да комуникират директно по права линия. Сигналът се предава към йонизираната следа и се отразява/разсейва към другата станция — това е причината съобщението да не се движи по обикновен голям кръг около земната крива, а да преминава чрез отразяване.

Характеристики и ограничения

• Типичният размер на частиците, използвани за практическо разсейване, е в порядъка между една хилядна и една стотна от грама. По-малките прашинки често не образуват достатъчно плътни йонизирани следи, а по-големите са рядкост.
• Йонизираната следа обикновено трае кратко — от милисекунди до няколко секунди — затова комуникацията е по форма на кратки „взривове“ (burst) и пакетно предаване. Понякога е необходимо да се използват няколко такива взрива, за да се предаде цялото съобщение.
• Честотният диапазон: традиционно се ползват VHF честоти (поради доброто съотношение между отразяване от йонизирани следи и наличните антени), което осигурява връзки в среден обхват — стотици до над хиляда километра, в зависимост от условията.
• Комуникацията има висока моментна скорост при самия взрив, но средната скорост на предаване във времето е ограничена от спорадичността на метеорните събития. Затова системите използват специални протоколи за многократно предаване, проверки за грешки и автоматично повтаряне на пакети.
• Тъй като приемникът получава сигнал, който е отразен, често е трудно точно да се определи посоката на източника на съобщението — това е използвано в практики, където се изисква по-голяма дискретност или анти-локализация.

Системна архитектура и употреба

Типична система за комуникация при метеоритен взрив включва:

• силен предавател и чувствителен приемник на VHF честоти;
• насочени антени (например Yagi) или високи вертикални антени за по-добро облъчване на обема от атмосфера, където се очакват следи;
• автоматични контролни и протоколни механизми, които следят за наличието на приемлив отзвук и синхронизират кратки пакети данни;
• софтуер за повторно предаване и събиране на парчета от съобщение — тъй като цялото съобщение рядко минава в един взрив.

На практика предавателите често са разполагани на отдалечени места или върху буйове в морето, както и на далечно отдалечени станции за теле- или телекомуникации и телеметрия. Употребата е била разпространена в приложения, където е нужна комуникация на средни разстояния без достъп до оптични или спътникови връзки.

Приложения и история

Комуникацията чрез метеоритен взрив придобива широко приложение през 50-те години на XX век. Била е особено ценена за военни и специални връзки, тъй като наблюдателят не може лесно да определи точния източник на сигнал поради отразяващия характер на пътя. Системите са използвани и за дистанционно събиране на данни от метеорологични станции, хидрологични буйове, телеметрия на отдалечени обекти и др.

В края на XX век широкото разпространение на комуникационни спътници в комбинация с развитието на глобални телекомуникационни мрежи направи метеорната комуникация по-рядка за широки приложения. Все пак тя запази своето място в някои нишови сценарии — например при необходимост от устойчиви връзки в райони без спътниково покритие, при търсене на по-евтини решения за редки кратки съобщения или в ситуации, където е търсена определена степен на дискретност.

Предимства и недостатъци

• Предимства: възможност за връзки извън пряка видимост; относителна простота на наземната техника; ниски оперативни разходи за предаването на кратки съобщения; трудност за насочване/локализиране на предавателя.
• Недостатъци: непредсказуемост и спорадичност на наличието на подходящи йонизирани следи; нисък среден битов поток; необходимост от склад и повторни предавания; зависимост от атмосферни и космически условия.

Заключение

Метеорната комуникация е интелигентен начин за използване на естествени атмосферни явления за предаване на информация на средни разстояния. Въпреки че е технически ограничена от краткотрайността и случайността на метеорните следи, тя предлага уникални предимства за конкретни приложения и остава интересна както исторически, така и като резервна или нишова комуникационна технология.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява комуникацията при метеоритен взрив?

В: Какво представляват метеорите?

В: Как работи комуникацията при метеоритен взрив?

Въпрос: Какъв трябва да е размерът на метеоритите, за да се осъществява комуникация чрез метеоритен взрив?

Въпрос: Колко дълго трае йонизираната следа?

Въпрос: Кога за първи път е била широко използвана комуникацията при метеоритен взрив?

В: Защо днес комуникациите чрез метеоритни взривове са станали по-редки?

Търсене по буква