¿Por qué se observó un cambio doppler tan grande desde el Apolo 17 que orbita alrededor de la luna?

Siguiendo los enlaces en este comentario de @Uwe, encontré algunas fuentes interesantes de información sobre operadores de radioaficionados que intentan escuchar las transmisiones de Apollo. Uno de ellos es Tracking Apollo-17 de Sven Grahn desde Florida .

Ham está instalando un plato de 9 metros para recibir señales de la Luna y una medición de desplazamiento Doppler (compensación) de la señal recibida en alrededor de 2287,5 MHz mientras la nave espacial orbitaba el lado cercano de la Luna. De Seguimiento del Apolo-17 desde Florida .

Parece que habrá al menos 50 kHz de desplazamiento doppler para una órbita del hemisferio cercano de la luna, observando el gráfico.

50 kHz dividido por 2287,5 MHz es aproximadamente 22,9 ppm. Multiplique eso por la velocidad de la luz y obtengo un cambio de velocidad de 6557 m/s. Usando un GM_moon de 4.905E+12 m^3/s^2 y una altitud de 60km, estimo la velocidad orbital de solo 1650 m/s.

Eso hace que la estimación del cambio en la velocidad de la línea de visión sea cuatro veces mayor que la velocidad orbital. Puedo entender dos veces, ya que cambia de venir hacia a irse. Pero no cuatro veces.

Pregunta: ¿Cuál es la explicación de un cambio Doppler tan grande?

Imágenes de Tracking Apollo-17 de Florida de Sven Grahn

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Sven Grahn necesitaba un oscilador de referencia muy estable para medir un desplazamiento Doppler de solo 23 ppm. Probablemente al menos un oscilador xtal de horno que mantenga el xtal a temperatura constante. Pero recuerdo un informe sobre un radioaficionado (aficionado) que usaba un oscilador xtal enterrado en el suelo a unos 1 o 2 metros para mantener el cristal a una temperatura muy constante. Por supuesto, el oscilador debe enterrarse unos días antes para estabilizar la temperatura.
Atenuación de 13 dB para coaxial de 25 m o 52 dB para 100 m, eso es bastante. Hoy en día son cables con sólo 5,5 dB por 25 m o 22 dB por 100 m a 2,3 GHz. Pero las guías de ondas flexibles serían mejores a un precio más alto.

Respuestas (1)

Desde tu enlace:

Si la órbita hubiera sido perfectamente circular en el período de 128,2 minutos, el desplazamiento Doppler para un transmisor simple habría sido = 2287,5 x 1000 x 1,58/300000= ± 12 kHz. Para un transpondedor coherente, el desplazamiento Doppler sería casi el doble de este número (desplazamiento Doppler tanto en el enlace ascendente como en el descendente), es decir, 46 kHz.

Si el Apolo 8 se estaba moviendo hacia la Tierra, el cambio es de +12 kHz, al alejarse -12 kHz, la diferencia es de 24 kHz y el doble de eso es de 48 kHz.
OK, ahora lo veo, ¡gracias! También esto suena vagamente familiar. El sistema de enlace descendente Apolo recibía constantemente una señal de enlace ascendente desde la tierra y generaba una frecuencia de enlace descendente utilizando un desplazamiento estable. Esto proporciona a la NASA un control continuo de su cambio doppler sin tener que construir un sistema separado. El período de 128 minutos todavía parece largo para esa altitud, pero lo analizaré más adelante.
@uhoh: ese método es muy antiguo, el V2 alemán de la Segunda Guerra Mundial usó este método de cambio doppler para apagar el motor a la velocidad correcta. Se envió una señal desde tierra al cohete, se duplicó la frecuencia y se envió de vuelta a tierra. La estación terrestre comparó ambas frecuencias y midió el desplazamiento doppler. Cuando se alcanzó el valor de referencia, se envió un comando de apagado desde tierra al cohete. Medición precisa del desplazamiento doppler sin necesidad de dos relojes atómicos muy estables en tierra y en el cohete.
¿Por qué se observó un cambio doppler tan grande desde el Apolo 17 que orbita alrededor de la luna?
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