Метеорная связь ( MBC ), также называемая метеорной связью с рассеянием [1] , представляет собой режим распространения радиоволн , который использует ионизированные следы метеоров во время входа в атмосферу для установления коротких путей связи между радиостанциями на расстоянии до 2250 километров (1400 миль) друг от друга. Может быть прямое или обратное рассеяние радиоволн.
По мере того, как Земля движется по своей орбитальной траектории, миллионы частиц, известных как метеороиды, ежедневно попадают в атмосферу Земли, небольшая часть которых обладает свойствами, полезными для связи точка-точка. [2] Когда эти метеороиды начинают сгорать, они создают светящийся след ионизированных частиц (называемый метеором ) 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 быть отражены любым конкретным ионным следом, определяются интенсивностью ионизации, созданной метеором, часто функцией начального размера частицы и обычно составляют от 30 МГц до 50 МГц. [3]
Расстояние, на котором может быть установлена связь, определяется высотой, на которой создается ионизация, местоположением над поверхностью Земли, где падает метеороид, углом входа в атмосферу и относительным расположением станций, пытающихся установить связь. Поскольку эти ионизационные следы существуют только в течение долей секунды или даже нескольких секунд, они создают только краткие окна возможностей для связи. [ необходима цитата ]
Самое раннее прямое наблюдение взаимодействия между метеорами и распространением радиоволн было сообщено в 1929 году Хантаро Нагаокой из Японии. В 1931 году Гринлиф Пикард заметил, что всплески распространения на большие расстояния происходили во время крупных метеорных потоков. В то же время исследователь Bell Labs А. М. Скеллетт изучал способы улучшения распространения радиоволн в ночное время и предположил, что странности, которые наблюдали многие исследователи, были вызваны метеорами. В следующем году Шефер и Гудолл отметили, что атмосфера была возмущена во время метеорного потока Леониды того года , что побудило Скеллетта предположить, что механизм был отражением или рассеянием от электронов в метеорных следах. В 1944 году, исследуя радиолокационную систему, которая была «направлена вверх» для обнаружения ракет V-2, падающих на Лондон, Джеймс Стэнли Хей подтвердил, что метеорные следы на самом деле отражают радиосигналы.
В 1946 году Федеральная комиссия по связи США (FCC) обнаружила прямую корреляцию между усилением 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. [ необходима цитата ]
Первая серьезная попытка использовать эту технику была предпринята Канадским советом по оборонным исследованиям в начале 1950-х годов. [ необходима цитата ] Их проект «JANET» (названный в честь Януса , который смотрел в обе стороны), отправлял пакеты данных, предварительно записанных на магнитную ленту, с их радиолокационной исследовательской станции в Принс-Альберте, Саскачеван , в Торонто , на расстояние более 2000 км. Сигнал «несущей» частоты 90 МГц отслеживался на предмет внезапного увеличения силы сигнала, сигнализирующего о метеоре, который вызывал пакет данных. Система использовалась оперативно, начиная с 1952 года, и обеспечивала полезную связь до тех пор, пока проект радара не был закрыт около 1960 года. [ необходима цитата ]
Одним из первых крупных развертываний была «COMET» ( COmunication by MEteor Trails ), использовавшаяся для дальней связи со штаб-квартирой Верховного главнокомандующего ОВС НАТО в Европе . COMET вступила в строй в 1965 году, ее станции располагались в Нидерландах, Франции, Италии, Западной Германии, Великобритании и Норвегии. [ необходима цитата ] COMET поддерживала среднюю пропускную способность от 115 до 310 бит в секунду в зависимости от времени года. [ необходима цитата ]
Метеорные сообщения сошли на нет с ростом использования спутниковых систем связи, начиная с конца 1960-х годов. В конце 1970-х годов стало ясно, что спутники не так универсально полезны, как изначально считалось, особенно в высоких широтах или там, где безопасность сигнала была проблемой. По этим причинам ВВС США установили систему MBC Alaska Air Command в 1970-х годах, хотя публично неизвестно, работает ли эта система до сих пор. [ необходима цитата ]
Более недавнее исследование — Advanced Meteor Burst Communications System (AMBCS), испытательный стенд, созданный SAIC при финансировании DARPA . Используя фазоуправляемые антенны, направленные на нужную область неба в любое заданное время суток в направлении, куда Земля движется «вперед», AMBCS смогла значительно улучшить скорость передачи данных, составив в среднем 4 килобита в секунду (кбит/с). Хотя номинальная пропускная способность спутников может быть примерно в 14 раз выше, [ нужна цитата ] они значительно дороже в эксплуатации.
Дополнительный прирост пропускной способности теоретически возможен за счет использования управления в реальном времени. Основная концепция заключается в использовании сигналов обратного рассеяния для точного определения местоположения ионного следа и направления антенны на это место или, в некоторых случаях, на несколько следов одновременно. Это повышает прирост, позволяя значительно улучшить скорость передачи данных. На сегодняшний день [ когда? ] этот подход не был опробован экспериментально, насколько известно. [ необходима цитата ]
Министерство сельского хозяйства США (USDA) широко использовало метеорное рассеяние в своей системе SNOTEL на протяжении более 40 лет, но прекратило это использование в 2023 году. [ необходима ссылка ] Более 900 станций измерения содержания воды в снеге на западе США были оснащены радиопередатчиками , которые использовали связь с метеорным рассеянием для отправки измерений в центр обработки данных . [4] [5]
Большая часть метеорной связи осуществляется между радиостанциями, которые работают по точному графику периодов передачи и приема. Поскольку наличие метеорного следа в подходящем месте между двумя станциями невозможно предсказать, станции, пытающиеся метеорной связи, должны передавать одну и ту же информацию повторно, пока не будет получено подтверждение приема от другой станции. Установленные протоколы используются для регулирования хода потока информации между станциями. Хотя один метеор может создать ионный след, который поддерживает несколько шагов протокола связи, часто для полного обмена информацией требуется несколько метеоров и длительный период времени.
Любая форма режима связи может использоваться для метеорно-рассеянной связи. Однополосная аудиопередача была популярна среди радиолюбителей в Северной Америке, пытающихся установить связь с другими станциями во время метеорных потоков без предварительного планирования расписания с другой станцией. Использование азбуки Морзе было более популярно в Европе, где радиолюбители использовали модифицированные магнитофоны , а позже и компьютерные программы , для отправки сообщений со скоростью передачи до 800 слов в минуту. Станции, принимающие эти пакеты информации, записывают сигнал и воспроизводят его на более медленной скорости, чтобы скопировать содержание передачи. С 2000 года несколько цифровых режимов, реализованных компьютерными программами, заменили по популярности голосовую и азбуку Морзе. Самым популярным режимом для любительских радиоопераций является MSK144, который реализован в программном обеспечении WSJT-X .