Связь Земля-Луна-Земля ( EME ), также известная как « Отскок Луны» , представляет собой метод радиосвязи , основанный на распространении радиоволн от наземного передатчика , направленных посредством отражения от поверхности Луны обратно на наземный объект. получатель .
Использование Луны в качестве пассивного спутника связи было предложено У. Дж. Бреем из Главпочтамта Великобритании в 1940 году. Было подсчитано, что при имеющихся мощностях микроволновой передачи и малошумящих приемниках можно будет излучать микроволновые сигналы с Земли и отразить их от Луны. Считалось, что будет возможен хотя бы один голосовой канал . [1]
Отражения радара от Луны были получены и признаны таковыми в 1943 году во время немецких экспериментов с радиоизмерительным оборудованием, как сообщил доктор инж. В. Степп в журнале Der Seewart . Степп отметил «возмущение», которое «появилось, имело длительность в несколько импульсов и большую силу импульса, чем у самых сильных близлежащих целей. Оно появлялось примерно через две секунды после включения передатчика и исчезало (пульсируя) соответственно позже после выключение его, но остальная часть эхо-изображения появлялась и исчезала при включении/выключении передатчика. «Возмущение» возникало только тогда, когда антенна была направлена на восток, и исчезало сразу же при резком изменении направления. , но появился вновь лишь примерно через две секунды после поворота обратно в исходное направление. Видимо, мы зафиксировали восходящую луну за облаками с помощью аппаратуры. Это объяснило постепенное исчезновение импульсов отражающим телом, медленно выходящим из сильно сфокусированного, горизонтально. направленный луч, поднимающийся над горизонтом». [2]
Однако только в конце Второй мировой войны были разработаны методы, специально предназначенные для отражения радиолокационных волн от Луны, чтобы продемонстрировать их потенциальное использование в обороне, связи и радиолокационной астрономии . Первая успешная попытка была предпринята в Форт-Монмуте , штат Нью-Джерси, 10 января 1946 года группой под кодовым названием « Проект Диана» , возглавляемой Джоном Х. ДеВиттом . [3] Менее чем через месяц, 6 февраля 1946 года, последовала вторая успешная попытка, предпринятая венгерской группой под руководством Золтана Бэя . [4] Последующий проект Communication Moon Relay привел к более практическому использованию, включая телетайпную связь между военно-морской базой в Перл-Харборе , Гавайи , и штаб-квартирой ВМС США в Вашингтоне, округ Колумбия. В дни, когда еще не было спутников связи , связь была свободна от капризы ионосферного распространения были революционными.
Развитие спутников связи в 1960-х годах сделало эту технику устаревшей. Однако радиолюбители восприняли EME-связь как хобби; Первая любительская радиосвязь на Луне состоялась в 1953 году, и любители во всем мире до сих пор используют эту технику.
Радиолюбители (любители) используют EME для двусторонней связи . EME представляет собой серьезную проблему для операторов-любителей, заинтересованных в слабой связи. EME обеспечивает самый длинный путь связи, который могут использовать любые две станции на Земле.
Любительские диапазоны частот от 50 МГц до 47 ГГц использовались успешно, но большая часть связи EME осуществляется в диапазонах 2 метра , 70 сантиметров или 23 сантиметра . Обычными режимами модуляции являются непрерывная волна с кодом Морзе, цифровая ( JT65 ) и, если позволяет бюджет канала, голосовая.
Недавние достижения в области цифровой обработки сигналов позволили осуществлять контакты EME, правда, с низкой скоростью передачи данных, с мощностью порядка 100 Вт и одной антенной Яги-Уда .
Всемирный день прыжка на Луну, 29 июня 2009 года, был учрежден организацией Echoes of Apollo и отмечается во всем мире как событие, предшествующее 40- летию высадки Аполлона -11 на Луну. Изюминкой празднования стало интервью через Луну с астронавтом Аполлона-8 Биллом Андерсом , который также был частью резервного экипажа Аполлона-11. Университет Тасмании в Австралии со своей 26-метровой (85-футовой) тарелкой смог отскочить информационный сигнал с поверхности Луны, который был принят большой тарелкой в Нидерландах, радиообсерватории Двингелоо . Сигнал данных был успешно преобразован обратно в данные, установив мировой рекорд по сигналу данных наименьшей мощности, возвращенному с Луны, с мощностью передачи 3 милливатт, что составляет примерно 1000 мощности лампы- фонарика . Второй Всемирный день лунного прыжка состоялся 17 апреля 2010 года, что совпало с 40-летием завершения миссии «Аполлон-13».
В октябре 2009 года медиахудожница Даниэла де Паулис предложила ассоциации радиолюбителей CAMRAS, базирующейся в Радиообсерватории Двингело, использовать отскок Луны для передачи живого изображения. В результате ее предложения в декабре 2009 года радист CAMRAS Ян ван Мейлвейк и радист Даниэль Гаутчи осуществили первую передачу изображения через Луну с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом MMSSTV. Де Паулис назвала инновационную технологию «Visual Moonbounce» и с 2010 года использует ее в нескольких своих арт-проектах, включая живой перформанс под названием OPTICKS, во время которого цифровые изображения отправляются на Луну и обратно в реальном времени и проецируются в прямом эфире.
Радиоволны распространяются в вакууме со скоростью света c , ровно 299 792 458 м/с. Время распространения до Луны и обратно составляет от 2,4 до 2,7 секунды, в среднем 2,56 секунды (среднее расстояние от Земли до Луны — 384 400 км).
Луна имеет почти сферическую форму, а ее радиус соответствует примерно 5,8 миллисекундам времени прохождения волны. Задние части эха, отраженные от неровных поверхностей вблизи края лунного диска, задерживаются от переднего края почти в два раза больше этой величины.
Большая часть поверхности Луны выглядит относительно гладкой на типичных длинах волн микроволнового излучения, используемых для любительских электромагнитных волн. Большинство любителей используют EME-контакты на частотах ниже 6 ГГц, а различия в отражательной способности Луны трудно различить на частотах выше 1 ГГц.
Лунные отражения по своей природе квазизеркальны ( как отражения от блестящего шарикоподшипника). Энергия, полезная для общения, в основном отражается от небольшой области вблизи центра диска. Эффективный временной разброс эха составляет не более 0,1 мс.
Поляризация антенны для станций EME должна учитывать, что отражение от гладкой поверхности сохраняет линейную поляризацию, но меняет смысл круговой поляризации .
На более коротких длинах волн лунная поверхность кажется все более шероховатой, поэтому отражения на частоте 10 ГГц и выше содержат значительную диффузную составляющую, а также квазизеркальную составляющую. Диффузный компонент деполяризован и может рассматриваться как источник системного шума низкого уровня. Значительные части рассеянного компонента возникают из областей, расположенных дальше к краю Луны. Средний разброс времени может достигать нескольких миллисекунд. Однако во всех практических случаях временное расширение достаточно мало и не вызывает значительного размытия CW- манипуляции или межсимвольных помех в модуляциях с медленной манипуляцией, обычно используемых для цифрового EME. Рассеянный компонент может проявляться как значительный шум при более высоких скоростях передачи данных.
Распределение времени EME действительно имеет один очень существенный эффект. Компоненты сигнала, отраженные от разных частей лунной поверхности, проходят разные расстояния и достигают Земли со случайными фазовыми соотношениями. По мере изменения относительной геометрии передающей станции, приемной станции и отражающей лунной поверхности компоненты сигнала иногда складываются, а иногда уменьшаются, в зависимости от их фазового соотношения, создавая большие колебания амплитуды принимаемого сигнала. Эти изменения амплитуды «либрационного затухания» хорошо коррелируют по полосе пропускания когерентности (обычно несколько кГц). Компоненты либрационного замирания связаны с временным разбросом отраженных сигналов.
УКВ
УВЧ
Эффект Доплера в диапазоне 144 МГц составляет 300 Гц при восходе или заходе луны. Доплеровское смещение уменьшается примерно до нуля, когда Луна находится над головой. На других частотах будут существовать другие доплеровские смещения. При восходе луны отраженные сигналы будут смещены примерно на 300 Гц выше по частоте. Когда Луна пересекает небо к точке на юге или на севере, эффект Доплера приближается к нулю. К заходу Луны они смещаются на 300 Гц ниже. Эффекты Доплера вызывают множество проблем при настройке и захвате сигналов с Луны.
Эффекты поляризации могут снизить силу принимаемых сигналов. Одним из компонентов является геометрическое выравнивание передающей и приемной антенн. Многие антенны создают предпочтительную плоскость поляризации. Антенны передающей и приемной станции могут быть не совмещены с точки зрения наблюдателя на Луне. Этот компонент фиксируется путем выравнивания антенн, и станции могут включать в себя устройство для вращения антенн для регулировки поляризации. Другая составляющая – фарадеевское вращение по траектории Земля-Луна-Земля. Плоскость поляризации радиоволн вращается при прохождении через ионизированные слои атмосферы Земли. Этот эффект более выражен на более низких частотах УКВ и становится менее значимым на частоте 1296 МГц и выше. Некоторые потери из-за рассогласования поляризации можно уменьшить, используя антенную решетку большего размера (больше элементов Яги или большую антенну). [5]
