100 किमी मोटी ठोस बर्फ की परत के माध्यम से मुझे रेडियो सिग्नल को प्रसारित करने की कितनी शक्ति चाहिए?

Question

कल्पना कीजिए कि मैंने एन्सेलाडो या यूरोपा के उप-नगरीय महासागर के अंदर एक अस्थायी जांच शुरू की: मेरे रेडियो को जांच के साथ बाहरी सतह से कितनी सक्षम होना चाहिए? या, अलग-अलग शब्दों में, यूएचएफ आवृत्ति पर, रेडियो सिग्नल पर 100 किमी ठोस बर्फ का कितना क्षीणन होता है?

Comments

एक सभ्य आकार के रिएक्टर को पैक करने की योजना।

— इग्नासियो वाज़केज़-अब्राम्स

वैकल्पिक दृष्टिकोण के एक जोड़े के दिमाग में आते हैं। जांच के पीछे एक ऑप्टिकल फाइबर खींचें। ध्वनिक संचार जो फाइबर के टूटने की स्थिति में बैकअप के रूप में भी कार्य कर सकता है।

— निक एलेक्सीव

पृथ्वी की बर्फ काफी शुद्ध पानी है, और इसलिए यह यूरोपा और एनसेलेडिस की बर्फ की चादरों की तुलना में कम आयनिक हो सकता है। यहाँ समुद्री जल के माध्यम से प्रसारण से जुड़ी समस्याओं के बारे में कुछ जानकारी दी गई है (और संभवतः नमकीन बर्फ के माध्यम से?) En.wikipedia.org/wiki/Communication_with_submarines

न केवल पृथ्वी की बर्फ, बल्कि लगभग किसी भी पानी की बर्फ। पानी के जमाव के रूप में, अशुद्धियाँ क्रिस्टलीय मैट्रिक्स से बाहर निकल जाती हैं क्योंकि यह बनता है। अशुद्धियों की जेब बनाई जा सकती है, लेकिन बर्फ स्वयं काफी शुद्ध है।

— इग्नासियो वाज़क्वेज़-अब्राम्स

तो, खेल के अंत में (और सभी उत्तरों के बाद) ... यदि कोई भी रेडियो से लैस सभ्यता यूरोपा बर्फ की परत के नीचे विकसित हुई .... तो हमें कभी पता नहीं चलेगा।

— जम्पजैक

Answer 1

मैं इसका सीधा उत्तर नहीं दे सकता, लेकिन नासा ग्रीनलैंड की बर्फ की चादरों की जांच कर रहा है। यहाँ वे बर्फ और रेडियो तरंगों के बारे में क्या कहते हैं: -

दूसरी ओर, बर्फ, रडार की आवृत्ति के आधार पर अलग-अलग प्रतिक्रिया करता है। यह उच्च-आवृत्ति रेडियो तरंगों को दर्शाता है, लेकिन ठोस होने के बावजूद, कम आवृत्ति वाले रडार कुछ हद तक बर्फ से गुजर सकते हैं। यही कारण है कि MCoRDS 120 और 240 MHz के बीच अपेक्षाकृत कम आवृत्ति का उपयोग करता है। यह उपकरण को बर्फ की सतह, बर्फ की आंतरिक परतों और नीचे बेडरेस्ट का पता लगाने की अनुमति देता है। "बर्फ की तली की आवाज़ निकालने के लिए आपको कम आवृत्ति का उपयोग करना होगा," जॉन पैडेन, क्रिसिस वैज्ञानिक ने कहा। "बहुत अधिक आवृत्ति और संकेत बर्फ में खो जाएगा।"

यह यहां से आया है और यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि यह रडार है और बर्फ के माध्यम से वापस प्राप्त करने वाले हवाई जहाज से गुजरने के लिए शयनकक्ष से प्रतिबिंब की आवश्यकता होती है। मुझे लगता है कि प्रतिबिंबित शक्ति चट्टान तक पहुंचने वाली घटना शक्ति का एक हिस्सा है, इसलिए हो सकता है कि आप एक दूरी के संचरण के साथ एक ठोस बर्फ की चादर के माध्यम से इस दूरी को 10 गुना प्राप्त कर सकें।

यहां उनकी तरह की छवि मिल रही है: -

यह मुझे लगता है कि + 3 किमी रडार के साथ संभव है। मुझे नहीं पता कि रडार बीम कोण क्या है, इसलिए यह गणना करना असंभव है कि बर्फ की सतह पर घटना शक्ति क्या है - हवाई जहाज से संचरण 1MW स्पंदित राडार हो सकता है जिसमें एक बहुत तंग बीम कोण एक घटना शक्ति का उत्पादन कर सकता है सैकड़ों वाट की बर्फ की ऊपरी सतह। इसके अलावा, बेडरेक से प्रतिबिंब एक तंग बीम नहीं होगा - इसका मतलब है कि वापस परिलक्षित शक्ति दूरी बढ़ने के रूप में पतली रूप से फैली होगी (देखें फ्रिस समीकरण)। इसके अलावा, हवाई जहाज पर प्राप्त शक्ति बर्फ की सतह से बाहर निकलने की तुलना में बहुत कम होगी - फिर से फ्रिस समीकरण देखें।

परिशिष्ट

रडार अनुप्रयोग के लिए लिंक हानि के बारे में मेरा एक विचार था: -

• $\frac{\pi^2 D^2}{\lambda^2}\cdot 0.6$
• यह प्रतिबिंब संकेत के लिए एक ही समस्या है। सतह पर, यह विमान (78dB) तक एक ही क्षीणन के अधीन है जो 1 किमी अधिक है।

इन नुकसानों का सामना एक साधारण ट्रांसमिशन थ्रू आइस द्वारा नहीं किया जाएगा - ट्रांसमिशन और प्राप्त करने वाले एंटेना या तो बर्फ में या इसकी सतह पर बैठे होते हैं। यह सभी अच्छी तरह से बर्फ की बड़ी दूरी के माध्यम से एक ही दिशा में संचारित होने में सक्षम है।

Answer 2

यह मानते हुए कि यह पृथ्वी पर बर्फ के पानी के समान है, अंटार्कटिका में रॉस आइस शेल्फ के आरएफ क्षीणन के कुछ माप किए गए थे । 75MHz से 1.25GHz तक आवृत्तियों के लिए क्षीणन की लंबाई 300-500 मीटर पाई गई।

(गतिहीनता की लंबाई सिग्नल के लिए 1 / e ~ = 0.368 ~ = -4.3dB तक गिरने की दूरी है, कुछ समय के अनुरूप)

यह 100 किमी मोटाई (जैसे कुछ -950 डीबी) के लिए क्षीणन की बहुत डराने वाली राशि होने जा रही है। नहीं होने वाला।

बिजली , ज़ाहिर है, संकेत संचारित करने की आवश्यकता है के बैंडविड्थ पर निर्भर करेगा।

इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, चाँद उछाल संचार के लिए रिकॉर्ड कुछ ऐसा है जैसे 3mW संचारित शक्ति (~ -300 dB क्षीणन)। यदि हमारे पास 1GW है, तो यह एक और 115dB होगा, लेकिन अभी भी अच्छी तरह से आवश्यक है।

Comments

मैं अनिश्चित हूं कि "क्षीणन की लंबाई" वास्तव में क्या है।

— एंडी उर्फ

संपादित .. या यह एक गहरा सवाल है?

— स्पेरो पेफेनी

नहीं, कुछ भी गहरा नहीं है। दिलचस्प लेख और मैं अभी भी यह जानने की कोशिश कर रहा हूं कि परिणामों का क्या मतलब है - ऐसा लगता है कि वे प्रतिबिंबों को देखकर दूरी बनाने की कोशिश कर रहे हैं। हो सकता है कि आपके पास इस पर बेहतर कदम हो। ऐसा लगता है कि नासा के नतीजों का मेरे जवाब में विरोधाभास है और मैं बड़ी असमानता के साथ अपना सिर खुजला रहा हूं।

— एंडी उर्फ

आप क्षीणन डीबी से आवश्यक शक्ति तक "पास" कैसे करते हैं? (उदाहरण के लिए 115 डीबी से 1 मेगावाट)

— जंपजैक

dB 10 * लॉग (x / y) है जहाँ लॉग बेस 10 है और x / y शक्तियों का अनुपात है। यदि x = 1 गीगावाट और y = 0.003W, तो यह लगभग 115dB है।

— स्पायरो पेफेनी

Answer 3

वर्तमान में मैं ब्रिटिश अंटार्कटिक सर्वेक्षण के लिए एक रडार इंजीनियर के रूप में काम कर रहा हूं, इसलिए मुझे लगता है कि मैं मदद कर सकता हूं।

फ़्रिक्वेंसी महत्वपूर्ण है आइस (कुछ विशिष्ट अंतरालों के अलावा) कोई भी एमएफ फ़्रीक्वेंसी पर अवरुद्ध नहीं होता है, लेकिन एचएफ और यूएचएफ में बर्फ और पानी बहुत समान हैं, जो काफी अभेद्य हैं।

अगर आपको लगता है कि आपने आवृत्ति को काफी कम (2.4Mhz से कम) रखा है, तो मुझे लगता है कि (यह मानते हुए कि आप जिस बर्फ के बारे में बात कर रहे हैं, वह पानी आधारित है) बर्फ के साथ कुछ समस्याएँ होने जा रही हैं ... आपका अभी भी अंतरिक्ष और एमएफ सिग्नलों को प्रेषित करना काफी खराब है मुख्य रूप से पृथ्वी पर आयनोस्फेरिक हस्तक्षेप के कारण। मुझे पता है कि पृथ्वी चुंबकीय क्षेत्र बहुत शक्तिशाली है, इसलिए शायद कुछ निकायों पर आप इससे दूर हो सकते हैं।

किसी भी तरह से मुझे लगता है कि आपका प्राथमिक मुद्दा एकल आवृत्ति हो सकता है जिसके लिए आप बर्फ और किसी भी वायुमंडलीय गड़बड़ी से गुजर सकते हैं। यह निश्चित रूप से पृथ्वी पर समस्या होगी