Введение

Метеоритные коммуникации (MBC), также называемые коммуникациями метеоритного рассеяния, - это режим радиопропаганды, который использует ионизированные следы метеоров во время входа в атмосферу для установления коротких путей связи между радиостанциями. Радиоволны могут рассеиваться вперед или назад.

Как это работает

По мере того, как Земля движется по своей орбитальной траектории, миллионы частиц, известных как метеориты, ежедневно попадают в атмосферу Земли, небольшая часть из которых обладает свойствами, полезными для связи между точками. Когда эти метеориты начинают гореть, они создают светящийся след ионизированных частиц (называемых метеоритами) в слое E атмосферы, который может сохраняться до нескольких секунд. Следы ионизации могут быть очень плотными и, таким образом, использоваться для отражения радиоволн. Частоты, которые могут отражаться на любом конкретном ионном следе, определяются интенсивностью ионизации, созданной метеором, часто в зависимости от исходного размера частицы, и обычно составляют от 30 МГц до 50 МГц. Расстояние, на котором может быть установлена связь, определяется высотой, на которой создается ионизация, местоположением над поверхностью Земли, где падает метеорит, углом входа в атмосферу и относительными местоположениями станций, пытающихся установить связь. Поскольку эти следы ионизации существуют только от доли секунды до нескольких секунд, они создают лишь короткие окна возможности для связи.

Разработка

О самом раннем непосредственном наблюдении за взаимодействием между метеорами и радиопропагандой сообщил в 1929 году Ханторо Нагаока из Японии. В 1931 году Гринлиф Пикард заметил, что всплески распространения на большие расстояния происходят во время крупных метеорных дождей. В то же время исследователь Bell Labs А. М. Скелетт изучал способы улучшения ночного радиопропагандирования и предположил, что странности, которые видели многие исследователи, были вызваны метеорами. В следующем году Шафер и Гудэлл отметили, что атмосфера была нарушена во время метеорного дождя Леонидов в том году, что побудило Скелетт предположить, что механизм был отражением или рассеянием электронов в следах метеоров. В 1944 году, исследуя радарную систему, которая была "направлена" на обнаружение ракет V2, падающих на Лондон, Джеймс Стенли Хей подтвердил, что следы метеоритов на самом деле отражали радиосигналы. В 1946 году Федеральная комиссия по связи США (FCC) обнаружила прямую корреляцию между улучшением радиосигналов VHF и отдельными метеорами. Исследования, проведенные в начале 1950-х годов Национальным бюро стандартов и Стэнфордским исследовательским институтом, имели ограниченный успех в фактическом использовании этого в качестве среды. Первые серьезные попытки использовать эту технику были предприняты Канадским советом по исследованиям обороны в начале 1950-х годов. Их проект "ДЖАНЕТ" (названный в честь Януса, который смотрел в обе стороны) отправлял всплески данных, заранее записанных на магнитной ленте, с их исследовательской станции радаров в Принс-Альберте, Саскачеван, до Торонто, на расстояние более 2000 км. Сигнал "носителя" частотой 90 МГц отслеживался на предмет внезапного увеличения силы сигнала, сигнализирующего о метеорите, который вызвал всплеск данных. Система была использована с 1952 года и обеспечивала полезную связь до тех пор, пока проект радара не был закрыт около 1960 года.

Военное применение

Одним из первых крупных развертываний был "COMET" (COMmmunication by MEteor Trails), используемый для связи на большие расстояния с Верховным штабом НАТО в штаб-квартире Allied Powers Europe. Станции COMET начали работать в 1965 году, и их станции расположены в Нидерландах, Франции, Италии, Западной Германии, Соединенном Королевстве и Норвегии. COMET поддерживал среднюю пропускную способность от 115 до 310 бит в секунду, в зависимости от времени года. В связи с ростом использования спутниковых систем связи, начиная с конца 1960-х годов, интерес к метеорным всплескам исчез. В конце 1970-х годов стало ясно, что спутники не так универсальны, как первоначально считалось, особенно на больших широтах или там, где проблема безопасности сигнала. По этим причинам ВВС США установили систему MBC Alaska Air Command в 1970-х годах, хотя общественности не известно, работает ли эта система до сих пор. Более позднее исследование - это Advanced Meteor Burst Communications System (AMBCS), тестовый блок, созданный SAIC при финансировании DARPA. Используя фазовые управляемые антенны, направленные на правильную область неба в любое время суток, в направлении, в котором Земля движется "вперед", AMBCS смог значительно улучшить скорость передачи данных, в среднем 4 килобита в секунду (кбит / с). Хотя номинальная пропускная способность спутников примерно в 14 раз выше, эксплуатация их намного дороже. Дополнительные преимущества в пропускной способности теоретически возможны за счет использования рулевого управления в режиме реального времени. Основная концепция заключается в использовании обратного рассеяния сигналов для определения точного местоположения ионной следы и направления антенны на это место, или в некоторых случаях, несколько следов одновременно. Это улучшает усиление, позволяя значительно улучшить скорость передачи данных. На сегодняшний день этот подход не был экспериментально опробован, насколько известно.

Научное использование

Министерство сельского хозяйства США (USDA) широко использовало рассеивание метеоров в своей системе SNOTEL в течение более 40 лет, но прекратило это использование в 2023 году. Более 800 станций по измерению содержания воды в снегу на западе Соединенных Штатов были оснащены радиопередатчиками, которые полагались на связи метеоритного рассеяния для отправки измерений в центр обработки данных.

Радиолюбители

Большинство коммуникаций с метеоритными рассеяниями осуществляется между радиостанциями, которые занимаются точным расписанием периодов передачи и приема. Поскольку наличие метеоритного следа в подходящем месте между двумя станциями не может быть предсказано, станции, пытающиеся связаться с метеоритным рассеянием, должны передавать ту же информацию неоднократно, пока не будет получено подтверждение приема от другой станции. Для регулирования хода информационного потока между станциями используются установленные протоколы. В то время как один метеор может создать ионный след, который поддерживает несколько шагов протокола связи, часто для полного обмена информацией требуется несколько метеоров и длительный период времени. Любой вид связи может быть использован для связи с метеоритным рассеянием. Односторонняя аудиопередача была популярна среди радиолюбителей в Северной Америке, пытающихся установить контакт с другими станциями во время метеоритных ливней, не планируя заранее график работы с другой станцией. Использование кода Морзе было более популярным в Европе, где радиолюбители использовали модифицированные магнитофоны, а позже компьютерные программы, для отправки сообщений со скоростью передачи до 800 слов в минуту. Станции, получающие эти всплески информации, записывают сигнал и воспроизводят его с более медленной скоростью, чтобы скопировать содержание передачи. С 2000 года несколько цифровых режимов, реализованных компьютерными программами, заменили в популярности голосовые и морзево-кодовые коммуникации. Наиболее популярным режимом для радиолюбителей является MSK144, который реализован в программном обеспечении WSJT X.