Comunicação Terra-Lua-Terra - Earth–Moon–Earth communication

A comunicação Terra-Lua-Terra ( EME ), também conhecida como salto da Lua , é uma técnica de comunicação de rádio que se baseia na propagação de ondas de rádio de um transmissor baseado na Terra direcionado por reflexão da superfície da Lua de volta para um baseado na Terra receptor .

História

O uso da Lua como um satélite de comunicações passivas foi proposto por WJ Bray do British General Post Office em 1940. Foi calculado que, com as potências de transmissão de microondas disponíveis e receptores de baixo ruído , seria possível enviar sinais de microondas da Terra e refleti- los na lua. Pensou-se que pelo menos um canal de voz seria possível.

Os reflexos de radar da lua foram recebidos e reconhecidos como tal em 1943 durante experimentos alemães com equipamentos de medição de rádio, conforme relatado pelo Dr. Ing. W. Stepp na revista "Der Seewart". Stepp notou uma "perturbação", que "apareceu, tinha uma duração de vários impulsos e uma força de impulso maior do que os alvos próximos mais fortes. Não apareceu até cerca de dois segundos depois de ligar o transmissor e desapareceu (pulsando) correspondentemente mais tarde desligando-o. Mas o resto da imagem do eco apareceu e desapareceu no caso de ligar / desligar o transmissor. A 'perturbação' só ocorreu quando a antena foi apontada para o leste e desapareceu imediatamente após uma grande mudança de direção , mas reapareceu apenas cerca de dois segundos depois de girar de volta para a direção original. Aparentemente, tínhamos detectado a lua nascente atrás das nuvens com o equipamento. Expliquei o desaparecimento gradual dos impulsos pelo corpo refletor movendo-se lentamente para fora do fortemente focado, horizontalmente feixe apontado, à medida que se eleva acima do horizonte. "

No entanto, foi só no final da Segunda Guerra Mundial que foram desenvolvidas técnicas especificamente destinadas a lançar ondas de radar na lua para demonstrar seu uso potencial em defesa, comunicação e astronomia de radar. A primeira tentativa bem-sucedida foi realizada em Fort Monmouth , New Jersey, em 10 de janeiro de 1946, por um grupo de codinome Projeto Diana , liderado por John H. DeWitt . Foi seguido menos de um mês depois, em 6 de fevereiro de 1946, por uma segunda tentativa bem-sucedida, por um grupo húngaro liderado pela Baía de Zoltán . O projeto Communication Moon Relay que se seguiu levou a usos mais práticos, incluindo um link de teletipo entre a base naval de Pearl Harbor , Havaí e o quartel - general da Marinha dos Estados Unidos em Washington, DC Nos dias anteriores aos satélites de comunicação , um link livre dos caprichos da ionosfera a propagação foi revolucionária.

O desenvolvimento de satélites de comunicação na década de 1960 tornou essa técnica obsoleta. No entanto, os rádios amadores adotaram a comunicação EME como um hobby; a primeira comunicação moonbounce de rádio amador ocorreu em 1953, e amadores em todo o mundo ainda usam a técnica.

Comunicações EME atuais

Operadores de rádio amador (amador) utilizam EME para comunicações bidirecionais . EME apresenta desafios significativos para operadores amadores interessados ​​em comunicação de sinal fraco. O EME fornece o caminho de comunicação mais longo que duas estações na Terra podem usar.

As bandas de frequência amadoras de 50 MHz a 47 GHz foram usadas com sucesso, mas a maioria das comunicações EME estão nas bandas de 2 metros , 70 centímetros ou 23 centímetros . Os modos de modulação comuns são onda contínua com código Morse, digital ( JT65 ) e, quando os orçamentos do link permitirem, voz.

Avanços recentes no processamento de sinais digitais têm permitido que contatos EME, reconhecidamente com baixa taxa de dados, ocorram com potências da ordem de 100 Watts e uma única antena Yagi-Uda .

O Dia Mundial do Salto da Lua, 29 de junho de 2009, foi criado pela Echoes of Apollo e celebrado mundialmente como um evento que precede o 40º aniversário do pouso da Apollo 11 na Lua. Um destaque das celebrações foi uma entrevista via Lua com o astronauta da Apollo 8 Bill Anders , que também fazia parte da tripulação reserva da Apollo 11. A Universidade da Tasmânia, na Austrália, com sua antena parabólica de 26 metros (85 ') foi capaz de quicar um sinal de dados da superfície da Lua que foi recebido por uma grande antena na Holanda, Dwingeloo Radio Observatory . O sinal de dados foi resolvido com sucesso de volta aos dados estabelecendo um recorde mundial para o sinal de dados de menor potência retornado da Lua com uma potência de transmissão de 3 miliwatts, cerca de 1.000 da potência de uma lâmpada de lanterna . O segundo Dia Mundial do Salto da Lua foi em 17 de abril de 2010, coincidindo com o 40º aniversário da conclusão da missão Apollo 13.

Em outubro de 2009, a artista de mídia Daniela de Paulis propôs à associação de radioamadores CAMRAS baseada no Observatório de Rádio Dwingeloo usar o Moon bounce para uma performance de transmissão de imagem ao vivo. Como resultado de sua proposta, em dezembro de 2009, o operador de rádio CAMRAS, Jan van Muijlwijk, e o operador de rádio Daniel Gautchi, fizeram a primeira transmissão de imagem através da Lua usando o software de código aberto MMSSTV. De Paulis chamou a tecnologia inovadora de "Visual Moonbounce" e desde 2010 ela tem usado em vários de seus projetos de arte, incluindo a performance ao vivo chamada OPTICKS, durante a qual imagens digitais são enviadas para a Lua e de volta em tempo real e projetadas ao vivo.

Atraso de eco e propagação de tempo

As ondas de rádio se propagam no vácuo à velocidade da luz c , exatamente 299.792.458 m / s. O tempo de propagação para a Lua e vice-versa varia de 2,4 a 2,7 segundos, com uma média de 2,56 segundos (a distância média da Terra à Lua é de 384.400 km).

A Lua é quase esférica e seu raio corresponde a cerca de 5,8 milissegundos do tempo de viagem das ondas. As partes de fuga de um eco, refletidas de características irregulares da superfície perto da borda do disco lunar, são atrasadas na borda de ataque em até duas vezes esse valor.

A maior parte da superfície da Lua parece relativamente lisa nos comprimentos de onda de micro-ondas típicos usados ​​para EME amador. A maioria dos amadores faz contatos EME abaixo de 6 GHz, e as diferenças na refletividade da lua são um tanto difíceis de discernir acima de 1 GHz.

Os reflexos lunares são por natureza quase especulares (como aqueles de um rolamento de esferas brilhante). O poder útil para a comunicação é refletido principalmente em uma pequena região próxima ao centro do disco. O tempo de propagação efetivo de um eco não chega a mais de 0,1 ms.

A polarização da antena para estações EME deve considerar que a reflexão de uma superfície lisa preserva a polarização linear, mas inverte o sentido das polarizações circulares .

Em comprimentos de onda mais curtos, a superfície lunar parece cada vez mais rugosa, de modo que as reflexões a 10 GHz e acima contêm um componente difuso significativo , bem como um componente quase especular. O componente difuso é despolarizado e pode ser visto como uma fonte de ruído do sistema de baixo nível. Porções significativas do componente difuso surgem de regiões mais distantes em direção à borda lunar. O intervalo de tempo médio pode chegar a vários milissegundos. Em todos os casos práticos, entretanto, o espalhamento de tempo é pequeno o suficiente para não causar manchas significativas de codificação CW ou interferência intersimbólica nas modulações de codificação lenta comumente usadas para EME digital. O componente difundido pode aparecer como ruído significativo em taxas de dados de mensagem mais altas.

A propagação do tempo EME tem um efeito muito significativo. Os componentes do sinal refletidos de diferentes partes da superfície lunar percorrem distâncias diferentes e chegam à Terra com relações de fase aleatórias. Como a geometria relativa da estação transmissora, da estação receptora e da superfície lunar refletora muda, os componentes do sinal às vezes adicionam e às vezes cancelam, dependendo de sua relação de fase , criando grandes flutuações de amplitude no sinal recebido. Essas variações de amplitude de "desvanecimento da libração" estão bem correlacionadas com a largura de banda de coerência (normalmente alguns kHz). Os componentes de desvanecimento da calibração estão relacionados à propagação do tempo dos sinais refletidos.

Tipos de modulação e frequências para EME

VHF

UHF

Microondas

Outros fatores que influenciam as comunicações EME

O efeito Doppler na banda de 144 MHz é de 300 Hz no nascer ou pôr da lua. O deslocamento doppler vai para cerca de zero quando a Lua está acima. Em outras frequências, existirão outros desvios doppler. No nascer da lua, os sinais retornados serão deslocados aproximadamente 300 Hz mais altos em frequência. Conforme a Lua atravessa o céu até um ponto ao sul ou ao norte, o efeito Doppler se aproxima de zero. No Moonset, eles são deslocados 300 Hz para baixo. Os efeitos Doppler causam muitos problemas ao sintonizar e travar os sinais da lua.

Os efeitos de polarização podem reduzir a força dos sinais recebidos. Um componente é o alinhamento geométrico das antenas de transmissão e recepção. Muitas antenas produzem um plano preferido de polarização. As antenas da estação de transmissão e recepção podem não estar alinhadas da perspectiva de um observador na lua. Este componente é fixado pelo alinhamento das antenas e as estações podem incluir um recurso para girar as antenas para ajustar a polarização. Outro componente é a rotação de Faraday no caminho Terra-Lua-Terra. O plano de polarização das ondas de rádio gira à medida que passam pelas camadas ionizadas da atmosfera terrestre. Este efeito é mais pronunciado em frequências VHF mais baixas e se torna menos significativo em 1296 MHz e acima. Parte da perda de incompatibilidade de polarização pode ser reduzida usando um conjunto de antenas maior (mais elementos Yagi ou um prato maior).

Galeria

  • Uma matriz de 8 antenas Yagi para 144 MHz EME em EA6VQ, Ilhas Baleares, Espanha

  • Uma parte do conjunto de antenas EME de 144 MHz em WA6PY na Califórnia, EUA

  • Uma antena parabólica para micro-ondas EME funciona em WA6PY, Califórnia, EUA

  • Uma antena parabólica para UHF EME em I2FZX, Milão, Itália

  • Matriz de antena de rádio amador usada para comunicação Terra-Lua-Terra em 144 MHz. Localização Kilafors no meio da Suécia. Proprietário Sverker Hedberg, SM3PWM.

  • Matriz de antena de rádio amador usada para comunicação Terra-Lua-Terra em 144 MHz. Localização Jäder, meio da Suécia. Proprietário Leif Åsbrink, SM5BSZ.

  • Matriz de antena de rádio amador usada para comunicação Terra-Lua-Terra em 144 MHz. Localização Staffanstorp, Sul da Suécia. Proprietário Kjell Rasmusson, SM7BAE.

Veja também

Referências

links externos