Nowe kody nawigacyjne “ogarną” sondy nawet 180 mln km od Ziemi

Zamiast kilometrowych marginesów błędu, mówią o precyzji sięgającej pojedynczych metrów. Tam, gdzie margines błędu rzędu kilkunastu metrów może okazać się katastrofalny dla misji, nowe kody nawigacyjne mogą się przydać jak znalazł.

Jak to działa? Wyobraźmy sobie próbę kontaktu z maszyną oddaloną o setki milionów kilometrów. Fale radiowe, które dla nas są czymś codziennym, w takiej skali stają się niemal przezroczyste. Stosowane dotąd kody pomiarowe działają jak miarka – z "ząbkami" pozwalającymi odczytać odległość po czasie powrotu sygnału. Kłopot w tym, że "miarka" ma za słabą skalę. Gdy dystanse liczą się w dziesiątkach czy setkach milionów kilometrów, precyzja gwałtownie spada. Ostatecznie zyskujemy nie tyle punkt na mapie kosmosu, co gigantyczną plamę, w obrębie której sonda może się znajdować.

Wszystko to oznacza spore komplikacje na każdym etapie: od korekt trajektorii po przygotowanie manewru wejścia na orbitę. Błąd rzędu kilku kilometrów w pobliżu planety czy księżyca może być naprawdę kosztowny.

Nowe kody LS

Zespół prof. Xiaoyu Danga z Hangzhou Dianzi University opracował zestaw ośmiu nowych kodów nazwanych Legendre Sequence Ranging Codes. Ich przewaga polega na wydłużeniu wzorca – czyli na stworzeniu wspomnianej wcześniej "dłuższej miarki". I tak oto sygnał może być śledzony dalej, a jego powtarzalność nie wprowadza zakłóceń w obliczeniach. Symulacje pokazały, że LS są w stanie mierzyć odległości nawet 2375 razy większe niż obecne rozwiązania. Tak możemy uzyskać harmonijne utrzymanie kontaktu z sondą znajdującą się 180 milionów kilometrów od Ziemi – czyli dalej niż dystans między naszą planetą a Słońcem.

Czytaj dalej poniżej

Mango, papryka i kukurydza. Łączy je związek o niezwykłych właściwościach Patryk Koncewicz

Kołdra obciążeniowa - hit czy ściema? Naukowcy odpowiadają Patryk Łobaza

Postęp nie kończy się na samym zasięgu. LS pozwalają również skrócić czas blokowania sygnału – czyli moment, w którym odbiornik na Ziemi ustanawia pewne połączenie z sondą. Przy misjach, gdzie każda sekunda ma znaczenie, to ogromna przewaga.

Voyager kontra nowe podejście

Dla porównania, NASA od 1977 roku utrzymuje łączność z Voyagerem 1, który dziś jest niemal 25 miliardów kilometrów stąd. Używa jednak skomplikowanej kombinacji oryginalnego kodu i dodatkowych sygnałów niskiej częstotliwości – coś jak zestaw różnych linijek przykładanych jedna do drugiej. To rozwiązanie działa, ale nie jest doskonałe: wymaga dużych zasobów inżynierskich i jest podatne na zakłócenia. LS mają tę przewagę, że pozwalają uprościć cały proces: jeden kod, a precyzja wystarczająca do krytycznych manewrów bez mnożenia warstw technicznych trików.

To uproszczenie nie oznacza jednak rezygnacji z jakości. Wręcz przeciwnie – dzięki większej przejrzystości systemu łatwiej wykryć i skorygować potencjalne błędy. A w realiach misji rozciągniętej na dekady, taka przejrzystość jest bezcenna.

Elastyczność i zastosowania

Nowe sekwencje mają jeszcze jedną zaletę – można je dostosować do konkretnej misji. Jeśli celem jest szybkie złapanie sygnału sondy, kod da się skrócić kosztem części precyzji. Jeśli ważniejsza jest dokładność pozycji, można użyć pełnej sekwencji. Owa elastyczność oznacza, że LS mogą sprawdzić się zarówno w krótszych misjach księżycowych, jak i w wieloletnich podróżach ku zewnętrznym planetom.

Daje to również szansę na lepsze planowanie przyszłych lotów załogowych. Komunikacja oparta na LS mogłaby w teorii zwiększyć bezpieczeństwo misji do Marsa, gdzie opóźnienie sygnału i ryzyko błędów w nawigacji są szczególnie problematyczne. W perspektywie dalszej – przy eksploracji Jowisza czy Saturna – takie rozwiązania mogą stać się warunkiem koniecznym, by w ogóle podjąć próbę wysłania tam ludzi.

Czytaj również: Voyager 1 osiągnie niewiarygodny dystans od Ziemi. Wkrótce skalą będzie światło!

Co dalej?

Na razie mamy jedynie symulacje. Badacze planują testy sprzętowe w laboratoriach, a następnie propozycję wdrożenia kodów w realnych misjach. Prawdziwy sprawdzian nadejdzie wraz z zetknięcią się z kosmosem, który to potrafi obnażyć każdą słabość algorytmu. Do tego dochodzi konieczność odporności na zakłócenia elektromagnetyczne i ekstremalne warunki pracy odbiorników. Jeśli jednak LS przejdą ten test, mogą stać się standardem w komunikacji kosmicznej kolejnych dekad.