Апрель привнёс свежие выводы касательно потенциала лазерной связи на Марсе. Ученые, исследовав результаты климатических моделей, подтвердили: основное препятствие для передачи данных исходит не из-за удалённости, а из-за присутствия атмосферной пыли. Её воздействия варьируются от сезонных изменений до значительных потерь сигнала во время песчаных бурь, что ставит под сомнение надёжность систем Free Space Optical Communication (FSO) в важных районах планеты.
В основе исследования лежат расчёты из системы Mars Climate Database (MCD), которая объединила многолетние данные с орбитальных и наземных марсианских установок. Специалисты проанализировали три сценария — нормальные условия, повышенный уровень пыли («тёплый режим») и глобальные штормы. Для оценки оптической плотности на длине волны 1,55 мкм они применили два подхода: упрощённое масштабирование воздушной массы и параметризацию вертикального распределения пыли. Оба метода показали, что даже при «климатическом» сценарии область Hellas Planitia, огромный кратер глубиной 7 километров, представляет собой проблемную зону из-за постоянного накопления частиц. Здесь потери сигнала могут достигать 90% даже при умеренном уровне пыли, а в северном полушарии ситуация ухудшается при смене сезонов, когда концентрация пыли увеличивается вчетверо. Глобальные бури, аналогичные тем, что произошли в 2001 и 2007 годах, делают оптическую связь неприменимой на протяжении до 100 дней, полностью блокируя лазерный луч.
Результаты практических испытаний трёх видов связи выявили парадокс: спутник на высоте 350 км теряет до 99% сигнала, если находится низко относительно горизонта, так как тогда луч проходит через плотные слои атмосферы под углом. Воздушные шары на высоте 18 км сокращают путь через пылевые слои в 20 раз, однако их использование ограничено короткой продолжительностью полета. Вертолёты, такие как Ingenuity, показывают стабильность на высоте 10 метров, однако их вклад в глобальную коммуникационную сеть пока незначителен. Исторический контекст работы относит к 1980-м годам, когда первые проекты предполагали применение зелёных Nd:YAG-лазеров (0,53 мкм). Данные миссий Viking и Mariner 9 тогда выявили проблему атмосферного «размытия» сигнала, что вынуждало переходить в инфракрасный диапазон.
Для предстоящих миссий становится критически важным тщательно выбирать местоположение терминалов. Район Phoenix в северной полярной области поддерживает стабильную связь даже в «тёплых» условиях, тогда как Gale Crater (место работы Curiosity) и Hellas Planitia регулярно испытывают трудности с сигналом. Исследователи настаивают на двойном подходе — использование радиосистем для дублирования оптических каналов и эксплуатация орбитальных ретрансляторов, чья высота помогает свести к минимуму прохождение луча через пылевые слои. Отдельный акцент делается на возможность изменения рабочей длины волны: переход в инфракрасную область до 2 мкм способен уменьшить потери на 30% – 40%, однако требует пересмотра конструкции приёмников и передатчиков.
Тем не менее, текущие модели всё ещё не включают в себя некоторые важные аспекты, такие как фоновое свечение атмосферы и вибрации платформ. Эти элементы будут рассмотрены в следующем этапе исследований, вместе с изучением распределения пылевых частиц по размеру (от 0,1 до 10 мкм) и высоте. «Оптические методы не заменят радио, но станут его значимым дополнением, — подчёркивают авторы. — Успех зависит от возможности предсказывать бури и адаптировать системы.» Следующим шагом станут испытания терминалов в наземных лабораториях с условиями, близкими к марсианским, где инженеры смогут практиковать переключение между каналами в реальном времени.
Источник: iXBT
