¿Cuál es la frecuencia no óptica más alta utilizada o probada para su uso en la comunicación en el espacio profundo?

Para antenas parabólicas utilizadas para transmitir una señal a grandes distancias, la ganancia en el eje escala como D 2 / λ 2 o D 2 F 2 / C 2 donde λ y F son la longitud de onda o frecuencia y C es la velocidad de la luz. En igualdad de condiciones, duplicar la frecuencia significa cuatro veces la potencia recibida por un receptor distante con un área de antena de recepción fija.

Pregunta: Excluyendo las frecuencias ópticas, ¿cuál es la frecuencia más alta que se ha usado o incluso probado con naves espaciales que podrían usarse más allá de la órbita terrestre? Estoy buscando una frecuencia aproximada, no solo un código de letras para la designación de una banda.

nota 1: la recepción en la órbita de la Tierra (así como en la superficie de la Tierra) cuenta para esta pregunta.

nota 2: ajusté un poco esta pregunta para permitir pruebas que no se realizaron necesariamente más allá de la órbita terrestre, siempre que los resultados sean aplicables e informativos para el uso potencial más allá de la órbita terrestre.

a continuación: nombres de bandas de microondas y frecuencias aproximadas, de Ka vs. Ku de Skyware Technology : una revisión imparcial

bandas de microondas

abajo: antena parabólica de 70 metros en el complejo Goldstone de DSN. Para la escala, tenga en cuenta que la pintura roja denota pasillos y escaleras. De Gizmodo .

Plato Goldstone de 70 metros

Según este documento spaceacademy.net.au/spacelink/radiospace.htm , el borde superior de la ventana de radio de la atmósfera está a 30 GHz. "Por encima de 30 GHz, la atmósfera inferior o troposfera, por debajo de los 10 km, absorbe señales de radio debido al oxígeno y al vapor de agua. Incluso entre 20 y 30 GHz, hay algunas bandas de absorción que deben evitarse".
@Uwe gracias! Ciertamente , la banda Ka está al alcance de la superficie de la Tierra. Pero no estoy seguro de la frecuencia más alta utilizada por una nave espacial más allá del espacio cis-lunar. Véase también Ka-Band representa el futuro de las comunicaciones espaciales .
El rango de frecuencia de la banda Ka es de 26,5 a 40 GHz. Las bandas de absorción (20 a 30 GHz y por encima de 30 GHz) están dentro de la banda Ka, no todas las frecuencias de la banda Ka pueden utilizarse para enlaces tierra-espacio.
Veo a que te refieres. Es por eso que la pregunta solicita "una frecuencia aproximada, no solo un código de letras para la designación de una banda".
Según este documento tele-satellite.com/TELE-satellite-0709/eng/feature.pdf , la banda Ka depende mucho del clima. La estación terrestre debe estar en una región muy seca. La atenuación aumenta con la frecuencia y la intensidad de la lluvia. La lluvia muy ligera con menos de 5 mm/h no es problema. Ver figura 4 en la última página. Hay mucha diferencia entre una frecuencia en el borde inferior o superior de la banda Ka.
@Uwe Nunca me detuve a considerar la interferencia de la lluvia, eso podría ser un problema muy serio para las comunicaciones o mediciones de tiempo crítico. Gracias por el enlace!

Respuestas (2)

En el caso de las comunicaciones Tierra-espacio y espacio-Tierra (es decir, no espacio-espacio), hay una ventana de banda V de interés sobre las bandas actuales: ingrese la descripción de la imagen aquí( esa presentación puede ser interesante para leerla en su totalidad)

En el extremo superior de la ventana inferior, hay un esfuerzo experimental utilizando la carga útil AlphaSat Aldo Paraboni para medir los efectos espacio-Tierra en Ka/Q y bandas V inferiores. El esfuerzo de Ka/Q está analizando la atenuación y la propagación alrededor de los 40 GHz. El esfuerzo V está mirando a 48 GHz. Hay varios documentos de IEEE de pago sobre resultados , pero desafortunadamente las únicas fuentes que no son de pago que puedo encontrar son solo sobre las pruebas de equipos .

Esa campaña de banda V podría contar como "prueba de frecuencia más alta", aunque todavía no se trata realmente de "comunicaciones en el espacio profundo".

Inmarsat-4A F4 está en GEO y, por lo tanto, no aborda la pregunta, pero aún es divertido leer sobre el experimento. Había especificado "espacio profundo" y "más allá de la órbita terrestre" porque estaba bastante seguro de que las frecuencias más altas se habían probado al menos localmente.
En realidad, he ajustado la redacción de la pregunta para que esta pueda ser la respuesta aceptada. ¡Esto es realmente interesante!

editar: dado que también soy el OP, después de aceptar la respuesta de @BobJacobsen, revisé ligeramente la pregunta para permitir otra respuesta muy informativa , que aborda la prueba de una banda de frecuencia más alta a través de la atmósfera de la Tierra, aunque la prueba se realizó desde LEO y no el espacio profundo. Esta respuesta aquí es sobre la frecuencia más alta utilizada o probada desde el espacio profundo .

Publicaré esto como una respuesta tentativa. No estoy 100% seguro de que no se haya probado una frecuencia más alta, pero parece que las frecuencias de la banda Ka del espacio profundo alrededor de 32 GHz son las más altas que han recibido pruebas y uso sustanciales y sistemáticos en el espacio profundo.

También debo señalar que el Satélite de sondeo de exoplanetas en tránsito (TESS) utilizará la banda Ka desde el espacio cis-lunar (hablando en términos generales) como se analiza en la pregunta ¿Habrá asignaciones de banda Ka en el "espacio cercano" para TESS?

Del Manual de diseño de enlaces de telecomunicaciones DSN 201, Rev. B, Asignaciones de canales y frecuencias, publicado el 15 de diciembre de 2009 :

ingrese la descripción de la imagen aquí

No debería que todos estos parecen ser enlace descendente. No he encontrado ninguna información de enlace ascendente de banda Ka correspondiente.

Kepler:

El Telescopio Kepler ha estado utilizando la banda Ka para descargar datos procesados ​​regularmente a una distancia de aproximadamente 1 UA.

Orbitador de reconocimiento de Marte (MRO):

De acuerdo con el resumen de este documento Mars Reconnaissance Orbiter Ka-band (32 GHz) Demonstration: Cruise Phase Operations (también esta presentación ):

Entre los aspectos más destacados de estos estaba establecer un récord de un solo día para el retorno de datos de una nave espacial profunda (133 Gbits) logrado durante un pase de 10 horas; logrando la velocidad de datos más alta de una misión planetaria (6 Mbps) y demostrando con éxito DDOR de banda Ka.

No estoy seguro de las distancias, los experimentos parecen haber sido realizados durante la fase de crucero de la misión antes de la inserción orbital.

Juno:

Las transmisiones en banda Ka de la nave espacial Juno se han estudiado sistemáticamente durante un período prolongado de tiempo. En el Informe de progreso de IPN Análisis de señal portadora de banda Ka de enlace descendente de Cassini . Aquí está el resumen completo, hay mucho que leer en este informe:

Las bandas de telemetría de baja frecuencia se están volviendo más limitadas en ancho de banda con más competencia entre proyectos de vuelo y otras entidades. Las bandas de frecuencia más altas ofrecen un ancho de banda significativamente mayor y, por lo tanto, la perspectiva de velocidades de datos mucho más altas. Los proyectos de vuelo futuros o prospectivos que consideran enlaces de datos de telemetría en banda Ka (32 GHz) están interesados ​​en la experiencia de vuelo anterior con datos recibidos en banda Ka. Se adquirieron más de 10 años de datos de portadora de banda Ka recibidos en circuito cerrado de Cassini que involucran más de 2 millones de mediciones individuales en los tres sitios de Deep Space Network (DSN). Analizamos estos datos para caracterizar el rendimiento del enlace en una amplia gama de condiciones climáticas y en función del ángulo de elevación. Sobre la base de este análisis, hemos derivado una recomendación para el margen del enlace de telecomunicaciones con fines de planificación previa al vuelo.

Si se utilizaran 40 GHz en lugar de 32 GHz para el enlace descendente, el aumento de la ganancia de la antena (mismo diámetro del plato) será de solo 1,9 dB. Creo que para compensar la mayor atenuación ionosférica y atmosférica será necesario un margen mayor para conseguir una disponibilidad similar del enlace.
Consulte este artículo sobre el uso de la banda W. Parece que no veremos el uso de la banda W para el espacio profundo en el corto plazo.
¿Cuál es la frecuencia no óptica más alta utilizada o probada para su uso en la comunicación en el espacio profundo?
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