Vyzrajeme na nemožnost komunikace během návratu do atmosféry?!  
Nemožnost komunikace se stroji obklopenými žhavým plazmatem nedá vědcům spát. Že by konečně našli ten správný recept?

 

 

Úspěšný zážeh hlavního motoru proti směru letu, otočení do správné polohy pomocí trysek RCS, rozdělení soulodí a už se návratový modul začíná nořit do hustých vrstev atmosféry. Za okýnkem se astronautům začínají objevovat první žluté jazyky vznikajícího plazmatu až nakonec výhled obklopí jedno ohnivé inferno. V pozemním středisku houstne atmosféra.  Do komunikace s astronauty se nejprve vloudí drobné praskání, které za chvíli zcela pohltí radiový šum. Data na obrazovkách terminálů už v tomto okamžiku také nevypovídají nic o tom, co se aktuálně s lodí děje…

 

Podobné scénáře provázejí sestup každého tělesa z oběžné dráhy. Pozemní řídící týmy nemají tuto fázi letu zrovna v lásce a tak se nelze divit radosti, jež zavládne po opětovném navázání spojení. Jev způsobuje plazma, které vzniká, když se těleso pohybuje v husté atmosféře rychlostí 10 Machů a více. Tím pádem se problém s rušením komunikace netýká jen vracejících se kosmických strojů, ale i hypersonických letadel nebo balistických střel. Takže i armáda má velký zájem na řešení tohoto palčivého problému, protože nyní může tyto stroje jen obtížně řídit, znemožněna je i autodestrukce v případě nestandardního chování a zejména navigace pomocí GPS, jejíž signál je velice slabý a nejsnáze se zaruší.

 

Problémy se spojením s objekty letícími hypersonickými rychlostmi byly známy dříve, než začal člověk létat do kosmu, ale teprve s počátkem pilotovaných letů se stal problém natolik palčivým, aby se do jeho řešení začalo významněji investovat. Hledaly se frekvence, které budou na rušení plazmou nejméně náchylné – neúspěšně. Návrh na hrot, který by trčel z lodi mimo hlavní oblak plazmatu či změna tvaru „nosu“ lodi na ostřejší, také neprošly. Při programu Gemini se uvažovalo o rozstřikování vody do plazmového pláště s cílem tento narušit. Bohužel by na efektivní deionizaci bylo potřeba poměrně velké množství vody, která by letěla na úkor užitečnějšího nákladu. Jinou látku, která by dokázala deionizovat podobně jako voda a byla například součástí ablativního štítu, přičemž by se uvolňovala, jsme zatím neobjevili, i když několik kandidátů by bylo. Problémem jsou testy, které se dají dělat v menším měřítku ve speciálních větrných tunelech, jelikož rychlosti nad Mach 10 je obtížné docílit. Skutečně relevantní data poskytnou však pouze testy přímo v atmosféře, což vyžaduje těleso dostatečně urychlit a hlavně uřídit. Testy jsou tak extrémně finančně náročné. Díky nedostatečnému počtu testů máme pak nedostatek dat k tomu, abychom mohli provádět skutečně průkazné simulace v počítači.

Kosmickou loď kónického tvaru plasma zcela obemkne a znemožní tak radiovou komunikaci. Zdroj: nasa.gov
Kosmickou loď kónického tvaru plasma zcela obemkne a znemožní tak radiovou komunikaci. Zdroj: nasa.gov

 

Mezi další nápady, které se během let výzkumu tohoto fenoménu objevily a jsou rozpracovány pouze teoreticky, patří ovládání plazmatu pomocí magnetického pole, využití extrémně výkonných laserů nebo vystřelování drobných projektilů ne nepodobných vzkazu v lahvi. Problém vyřešil až příchod raketoplánu a zejména instalace komunikačních družic TDRS na geostacionární dráze. Dokázal to díky své velikosti, protože malá tělesa plazma snadno obemkne (viz úvodní obrázek Atmospheric Re-Entry Demonstrator). Podstatný také byl jeho tvar, pod jakým úhlem a v jaké poloze vstupoval do atmosféry. V ionizovaném plynu tak vznikl tunel, díky němuž antény na horní části raketoplánu měly volný přístup k TDRS, takže přenos hlasu a telemetrie byl možný.

Při opětovnému přechodu k lodím klasického tvaru se nám problém plazmatem vrátil jako bumerang. S teoretickým řešením přišli dva čínští vědci Xiaotian Gao a Binhao Jiang z Harbinského technologického institutu. Chtějí použít plazmatický plášť, který běžně brání elektromagnetickým vlnám, naopak pro zesílení signálu. Zjistili, že pokud elektromagnetické fluktuace antén jsou synchronizované s fluktuacemi okolí, tak v tu chvíli jev známý jako rezonance může zesílit jejich signál. Dá se to připodobnit k opernímu pěvci, který správným tónem dokáže rozvibrovat sklenici s vínem až se tato roztříští.

 

V horní části raketoplánu má signál z antén cestu k družicím TDRS částečně otevřenu. Zdroj: nasa.gov
V horní části raketoplánu má signál z antén cestu k družicím TDRS částečně otevřenu. Zdroj: nasa.gov

 

V reálu by to vypadalo tak, že na povrchu komunikační antény by byly pečlivě navržené izolační vrstvy, které by ukládaly elektrickou energii. V kombinaci s plazmatem by pak tato „uzavřená vrstva“ generovala rezonanční stav a signál by se tak mohl šířit. K zajištění rezonance je nutné aby uzavřená vrstva spolu s plasmatem byly tenčí než je vlnová délka přenášených signálů. Vrstva plazmatu se během letu mění, což komplikuje snahy o generování rezonance. Vědci ale navrhli řešení: Uzavřená vrstva může kompenzovat tyto změny, pokud je vyrobena z materiálu, jehož elektromagnetické vlastnosti mohou být změněny elektricky.


Nepotřebujeme znát přesně vlastnosti vrstvy plazmatu, ale potřebujeme znát rozsahy těchto vlastností,“ uvedl Gao v prohlášení pro Space.com. „Uzavřená vrstva bude upravena automatickým řídícím systémem, takže nám stačí znát rozsahy, abychom se ujistili, že celý tento systém může fungovat správně.“

Vědci poznamenávají, že jejich nový přístup má řadu výhod oproti předchozím pokusům o vyřešení problematiky komunikačního blackoutu. Nepotřebujeme měnit tvar tělesa ani spotřebovávat více energie nebo navyšovat hmotnost.

Přesto Gao varoval, že celé řešení je zpracováno pouze v teoretické rovině. „Je třeba jej ověřit dalšími experimenty,“ řekl.

Celá koncepce vypadá docela nadějně. Ostatně využít plazmatu jako antény není nijak nový nápad a tomto směru právě probíhá drobná technologická revoluce u vysokofrekvenčních zařízení.

 

Zdroje informací:
http://www.space.com/29675-hypersonic-spacecraft-communications-reentry-tech.html
https://www.aip.org/publishing/journal-highlights/communicating-hypersonic-vehicles-flight
http://www.spaceacademy.net.au/spacelink/blackout.htm
http://urgentcomm.com/mag/shuttle-blackout-myth-persists
http://www.scientificamerican.com/article/piercing-the-plasma/
https://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_antenna

Zdroje obrázků:
http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/images/abteilungen/abt_rf/rf_ARD1-2.jpg
http://www.nasa.gov/centers/langley/images/content/534809main_unflyable1-720p.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/orion-eft-1-flight-reentry1_1.jpg

Psáno pro Kosmonautix a osel.cz

Datum: 29.07.2015
Tisk článku

Loď - Vácha Marek
 
 
cena původní: 138 Kč
cena: 130 Kč
Loď
Vácha Marek
Související články:

Podvodní Apollo 11 v režii ESA     Autor: Tomáš Kohout (16.09.2013)
Posádka ISS testovala elektromagnetické udržení stanice     Autor: Tomáš Kohout (09.11.2013)
Magnetická síť vyčistí orbitu     Autor: Tomáš Kohout (15.02.2014)
Budeme vozit suroviny z Měsíce ?     Autor: Tomáš Kohout (17.03.2014)
„Když Číňané letí na Měsíc, tak my taky!“ vzkazují Japonci     Autor: Tomáš Kohout (08.05.2015)



Diskuze:

Jozef Vyskočil,2015-08-04 10:25:04

Obvykle sa hovorí buď o vysokej teplote až zhorení telesa, alebo o odraze od atmosféry. Nie je možné riadiť zostup tak, aby bola teplota prijateľná za cenu zopár obletov zeme? Len rozmýšľam nahlas.

Odpovědět


i kdybychom aerodynamicky klouzali

Josef Hrncirik,2015-08-04 20:43:10

a tudíž jen pomalu klesali, vždy víříme vzduch při více než M = 10,
a tudíž tam vzniká plazma.
Vzniká ho sice poněkud méně než při špatné aerodynamice, ale i tak je ho příliš

Odpovědět


termonukleární hlavice je nutno doručit express

Josef Hrncirik,2015-08-05 21:56:11

aby nepřátelé měli nejmenší možnost je poškodit či odklonit,
abychom jim neprodlužovali zadarmo život
a aby už nemohli litovat svých hříchů.

Odpovědět

pokud antény budou vysílat šum plazmatu

Josef Hrncirik,2015-08-01 16:16:31

skutečně něco vyzáří, ale smysluplná zpráva to nebude.
Frekvence šumu plazmy je navíc extrémně vysoko nad běžně používanou.
Plazma je vodič a je to jako vysílat z Faradayovy klece nebo z ponorky z mořské vody. Vodivá plazma a fluktuace tlaku a teploty spolehlivě utlumí a rozptýlí i laserové paprsky.
Obálka za tělesem bude vždy, jen málo slabší než na náběhu.
Zbývá už jen kvantový entanglement jištěný telepatickou komunikací.
Nebo ztracený výkon v celé aerodynamické plazmě (? cca MW) musí anténa do malé impedance cca 10x přezářit blikáním morseovky v požadované frekvenci.
Nebo vhodnými klapkami uvádět do rezonance s anténami plazmu.

Odpovědět


Re: pokud antény budou vysílat šum plazmatu

Petr Hájek,2015-08-04 14:22:41

Plazma je sice vodič, ale Faradayova klec se v tomto případě nekoná. Není totiž uzeměna. A tedy, pokud se jedná o neuzeměný vodič, je možné ho použít jako anténu. Jen bude potřeba si pohrát s SWR :) Tedy ladit vlastnosti "antenního vodiče" a vysílače tak, aby odpovídal vlastnostem magmatu okolo. A samozřejmě kompenzovat rušení vznikající v magmatu kolem lodi.

Odpovědět


Provedl jsem myšlenkový pokus a zabalil jsem zboží s RF čipem do alobalu, ale bez uzemnění

Josef Hrncirik,2015-08-04 20:45:55

Je to trestné?

Odpovědět


domnívám se možná naivně, že vysílám tím že kolem antény se šíří její elektrické a magnetické pole

Josef Hrncirik,2015-08-04 21:13:56

Myšlenkový pokus.
Aby Vás NSA a drony na chvíli ztratily z dohledu, zabalte si mobil a GPS do alobalu.
TISÍCE DĚKOVNÝCH DOPISŮ od mudžahedínů.
Pokud je anténa uzavřena v kleci, pole neprosakují, ale zkratuje je již vnitřní povrch klece, který se ohřeje.
Zemnění je zichr, ale není nutné.
Ke vnějšímu povrchu klece se již rozumné množství energie nedostane, tudíž má všude stejný potenciál a žádné proudy budící pole (to je působící jako prosáklý obraz antény)tam prakticky nejsou. Je to vlastně dobře zastíněný vodič či anténa.
Těleso obalené plazmou je jen jeden pól.
Chybí 2. pól, aby tekl proud a mag. a el. pole se mohly vlnit.
Chce to jen 2. ohnivá tělesa spojená pevným žáruvzdorným koaxiálem a je vyhráno.
Nebo komunikovat vysoko nad frekvencemi šumu plasmy ostrými a výkonnými pulzy.

Odpovědět


Re: domnívám se možná naivně, že vysílám tím že kolem antény se šíří její elektrické a magnetické pole

Honza Jirásek,2015-12-26 18:42:01

Taky jsem si udělal pokus, ale nedopadl úplně podle očekávání. Strčil jsem mobil do plechovky o tloušťce stěny cca 0,6 mm. Celou plechovku, včetně víka jsem připojil vodičem o průřezu 1,2 mm ke kolíku elektrické zásuvky. Zavolal jsem si do plechovky jiným mobilem a očekával, že bude mimo signál jako třeba v metru, ale chyba, normálně zvonil. Co jsem tedy udělal špatně? Napadá mě jen malá vzdálenost od stěn plechovky, ale nejsem si jistej..

Odpovědět


Re: pokud antény budou vysílat šum plazmatu

Tomáš Kohout,2015-08-07 08:06:25

Opravdu se o Faradayovu klec nejedná. Pokud byste měl Faradayovu klec, ovšem neuzemněnou, tak v momentě, kdy se na ní připojíte vodičem, tak z ní uděláte anténu. Do jisté míry se v případě plazmatu jedná o podobnou záležitost. Ta izolace na anténě vytvoří v interakci s plazmatem de facto LC článek.

Odpovědět


Pokud jsem vně klece a připojím se na ni vodičem pod napětím

Josef Hrncirik,2015-08-07 15:41:06

projde malý kapacitní proud, a vyzáří se pole z proudu či pole kolem měněných nábojů. Pokud je 2. elektroda zdroje, čili kapacita zdroje oproti objektu "tj. kleci" malá, je malá i vyzářená energie.
Tj. potřebuji pořádnou "protiváhu" mimo žhavý tlumící vodič. Jinak mi vzniká pole v oblasti plazmy, kde se rychle utlumí tím že ohřívá elektrony, kterých je mnoho a po vybuzení RF signálem se zlomyslně dostanou tepelným pohybem, tj. silným šumem mimo fázi.
Tj. odrážejí, zkratují, tlumí a šumí jako velmi zlomyslná klec. Zem je daleko, ale potenciál na povrchu ohnivé koule je furt stejný, protože elektrony či vlny ze zdroje se zlomyslně zkratují již v kouli, místo aby jí procházely, ji nabíjely a vybíjely dle plánů radiooperátora a šířili mimo protivný šum užitečný signál do etheru.
Stále mi to připomíná situaci, že vysílám anténou z mořské vody do vody SOS, místo abych klepal do trupu nebo raději ve vzduchu na hladině otvíral dvířka jedoucí mikrovlnky do rytmu SOS..
Nebo jinak. LC článkem narvu do plazmy v blízkém okolí zbytek své baterie.
Nebo si vysílám otvíráním dvířek mikrovlnky proti safírovému oknu kosmického modulu. Vzniklé pole ohřeje trochu plazmy, část se odrazí dovnitř do trouby a vše se rychle utlumí na vzdálenosti několika vlnových délek šumu plazmy.
Baterie už je taky v troubě.
Děkuji za vzácnou trpělivost při vyvracení mých obludných bludů.
Spolehlivě mě uzemní několik čísel.
tloušťka plazmové vrstvy (délka či počet vln šumu)
její vodivost či útlum
vlastní frekvence tepelného el. šumu
Těším se NATO, že právě čínské hlavičky budou komunikovat s PRC hlavicemi i přes oblaka přátelských či nepřátelských ohňů.

Odpovědět

Po 1 rozbité sklenici a láhvi s vínem 2 operní pěvci (kosmonauté)

Josef Hrncirik,2015-08-01 15:46:57

snadno rozvibrují a rezonancí rozpráší i plazmovou vlnovou obálku kolem tělesa.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace