¿Cómo un satélite espía escucha a escondidas a otro satélite?

Perdón por responder mi propia pregunta, pero finalmente obtuve algunas ideas sobre el tema.

1) ¿Dónde puedo encontrar esos "documentos liberados"?

Según la excelente reseña sobre el tema de Marco Langbroek (el mismo rastreador de satélites aficionado que tomó la imagen en el OP) :

El 6 de septiembre de 2016, The Intercept publicó una serie de documentos nuevos de los archivos de Snowden, en el contexto de una investigación sobre los “asesinatos selectivos” (ataques con drones) y el papel y la función en estos de Menwith Hill, un gran grupo estadounidense-británico. Base de SIGINT en Yorkshire, Reino Unido

El documento real donde se menciona el espionaje de Mentor-4 en Thuraya-2 se puede encontrar aquí: https://assets.documentcloud.org/documents/3089495/MHS-collection-assets.pdf

El contexto de este lanzamiento específico se revisa en esta publicación de The Intercept .

2) ¿Cuál fue la distancia mínima (o la distancia promedio) entre Mentor-4 y Thuraya-2 durante las escuchas?

Según las observaciones de aficionados, Mentor-4 se acercó a Thuraya-2 justo cuando Mentor-2 se alejaba de la región. Los documentos filtrados y estas observaciones dejaron en claro que el espionaje de Mentor-4 fue una continuación de las actividades de otro satélite (que ahora sabemos que era Mentor-2) en Thuraya-2, pero la principal diferencia que notaron los observadores aficionados fue que Mentor- 4 se acercó mucho a Thuraya-2 (al parecer, mucho más que su predecesor).

Así que voy a calcular la distancia entre ambos objetos usando TLE's alrededor de la fecha de esta fotografía.

Que fue tomada en mayo de 2016, al parecer. Puedo recuperar un TLE para Thuraya-2 de space-track.org para el 15 de mayo de 2016, pero no puedo hacerlo para Mentor-4 (como era de esperar, ya que esta base de datos está controlada por el gobierno de los EE. UU. y las operaciones del satélite son todavía clasificado). Para Mentor-4 TLE recurro a observadores aficionados. Mike McCant hizo un excelente trabajo y hay un TLE para Mentor-4 disponible también para el 15 de mayo de 2016. Usando ambos en HeavenSat , puedo detectar sus distancias desde una ubicación específica en la Tierra y sus coordenadas para calcular su distancia real.

A las 19:14:37 GMT, Mentor-4 y Thuraya-2 tenían una separación angular de solo 3,35 segundos de arco, lo que (usando los valores de distancia disponibles de los TLE) ¡corresponde a solo 31 km entre ambos objetos !.

Teniendo en cuenta el hecho de que se cree que Mentor-4 tiene una antena parabólica de 100 m, esto significa que, en ese momento, estaba tan cerca que un observador de Thuraya-2 podría haber visto la antena parabólica de Mentor-4 ~37% del tamaño de la Luna llena (ciertamente suficiente para detectar detalles del otro satélite a simple vista). Creo que la distancia pudo haber sido bastante constante entre ambos pero quizás haya valores aún más cercanos después de tantos años persiguiéndose.

3) ¿Cómo escucha un satélite a otro y por qué necesita estar cerca de él para hacer eso?

Aquí aceptaría como explicación plausible la realizada por user3528438. El enlace de radio entre Thuraya-2 y las estaciones terrestres no puede ser económicamente factible usando antenas omnidireccionales y debe enfocarse hacia el objetivo en GEO. Eso significa que hay un haz relativamente estrecho por donde viaja la información. Supongo que acercarse al centro del haz significa obtener una mayor amplitud en esa señal. Supongo que estar a 30 km del centro del haz con una antena parabólica de 100 m es suficiente para captar la señal, por lo que el haz no puede estar tan colimado como un láser.

Si el ancho de banda total utilizado fue, digamos, 1 GHz, entonces para una temperatura efectiva del receptor de 300 Kelvin, la potencia equivalente de ruido de una antena de estación terrestre será de aproximadamente$k_B T \times \Delta f$dónde$k_B$es la constante de Boltzmann (1,381 × 10 ^-23 J/K) o alrededor de 4 × 10 ^-12 vatios. Si el satélite transmitiera un total de 100 vatios distribuidos en 1 GHz y en una huella de 10 ⁷ km ² en la Tierra, eso sería de 10 ^{a 11} vatios por metro cuadrado, por lo que un plato de unos pocos metros cuadrados estaría bien para recibir su señal. ( 1 , 2 , 3 , 4 )

Un plato con un área 3000 veces más grande que estaba 1000 veces más cerca que estaba en el haz tendría una señal 3 × 10 ⁹ veces más fuerte, pero tal vez no queramos entrar directamente en el haz por alguna razón.

Por lo tanto, a un lado, si la potencia del haz débil y dispersado aleatoriamente se redujera en 95 dB en relación con el pico, todavía tendríamos una señal muy por encima del ruido y de la misma fuerza que una estación terrestre.

¡95 dB es una gran diferencia! Una pequeña fuga de la bocina de alimentación o la dispersión incluso de un elemento estructural diminuto de la antena o una imperfección de la superficie podría ser suficiente para dispersar una milmillonésima parte de la potencia en alguna otra dirección.