¿Puede un enjambre de nano-sondas actuar como una antena en fase de mayor potencia?

Respuestas parciales, manteniéndose alerta ante posibles advertencias en la pregunta:

¡Esta es una pregunta realmente interesante! Si bien la resolución de un conjunto de radiotelescopios se beneficia de una gran línea de base, el área de recepción total (y la potencia recibida) es solo la suma de las aperturas efectivas. Por lo tanto, el nombre Square Kilometre Array se refiere a la suma de las áreas del plato, no a la huella en la Tierra. Para un solo plato sólido, escalas de ganancia con tamaño al cuadrado y resolución con tamaño inverso, por lo que tendemos a vincular mejoras en ganancia con mejoras en resolución teórica. Pero para un conjunto de antenas pequeñas, están algo desacopladas.

Entonces, digamos que 2000 cubos con aperturas efectivas de 10 cm cada uno podrían proporcionar un área aproximadamente similar a la de una antena parabólica tipo Voyager de 3,7 m.

Pero ahora tienes el ruido térmico electrónico de 2000 interfaces.

En tierra, para mejorar la relación señal/ruido (S/N) para las señales débiles recibidas desde el espacio exterior, las antenas parabólicas como algunas de las más grandes de Deep Space Network utilizan frontales enfriados. Para obtener más información, vea las imágenes geniales (juego de palabras) y los enlaces en ¿Por qué la emisión de radio térmica de un "plato caliente" de DSN no inunda por completo los beneficios de un LNA frío? .

Pero sus cubos también podrían usar extremos frontales fríos, si tuvieran algún mecanismo para enfriarse por radiación sin recibir calor del Sol, como se explica en ¿Alguno de los extremos frontales de los receptores de Voyagers aprovechó el "frío del espacio" para reducir el ruido? ? por lo tanto, el "ruido colectivo" de 2000 interfaces independientes también podría gestionarse.

No se necesita conexión física. Usando ALMA como ejemplo esta vez, una vez que la señal se amplifica por encima del ruido electrónico, se convierte a unos pocos GHz y se digitaliza con un ADC de resolución sorprendentemente baja. Consulte ¿Por qué los ADC de los receptores de ALMA son solo de 3 bits? y estas señales que contienen principalmente ruido con un rastro de señal, ahora en forma digital, se recopilan en un correlador central a través de cables de fibra óptica, como por supuesto también se hace en el SKA.

Entonces, para mantener la analogía, el enjambre podría usar telescopios de 10 cm y conexiones ópticas de espacio libre en lugar de fibra. No es necesaria una conexión física.

Para transmitir, si cada uno de los cubos transmite 500 milivatios, ¡eso es un kilovatio de potencia total!

Si de alguna manera pueden conocer las posiciones relativas de los demás con precisión a través del tiempo de los retrasos de ida y vuelta del enlace óptico del vecino más cercano, podrían codificar la fase al transmitir las señales recibidas y sincronizarse correctamente durante la transmisión para emular una matriz en fase gigante. Consulte ¿Cuándo una antena de matriz en fase no es una matriz en fase?

Esto no proporciona la misma ganancia que un plato sólido de la misma línea de base, y eso se debe a que una matriz escasa pondrá mucha energía en una plétora de lóbulos laterales débiles. No obstante, hay alguna ganancia disponible al poner en fase la matriz dispersa. Eso, más la ganancia de energía de tener 2000 fuentes de energía y transmisores separados, probablemente permitirá una buena recepción en la Tierra.

También tenga en cuenta que si los cubos están ensartados en la eclíptica, entonces solo tiene una línea de base larga (y un ancho de haz estrecho) en una dirección. Tendría que inclinarlos y jugar con los nodos y las fases para obtener una línea de base decente y un ancho de haz perpendicular a la eclíptica.

Hasta ahora, no puedo pensar en ninguna razón por la que esto no se pueda hacer con la tecnología actual, o al menos discutida actualmente .

excepto: tenga en cuenta que las matemáticas necesarias para combinar las señales (transmitir o recibir) necesitan una implementación numérica considerable junto con información precisa sobre las posiciones de cada miembro del enjambre y el sitio en la Tierra. Si bien es absolutamente posible que el cálculo pueda distribuirse entre los procesadores en todo el enjambre, los detalles de cómo implementar eso en este contexto están más allá de mí y una sola respuesta de Stack Exchange. Eche un vistazo al correlador de ALMA, por ejemplo ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7) que es "similar al espacio" en el sentido de que la altitud es tan alta y la presión tan baja que los discos duros giratorios convencionales no funcionan (sin colchón de aire para el cabezal de lectura/escritura) y la refrigeración es un desafío.

Esta aplicación no necesitaría algo tan grande como el correlador porque el enjambre es un telescopio de un píxel en el sentido de que solo necesita "imagen" de su punto objetivo en la Tierra, no de un campo amplio como SKA, VLA, ALMA, etc.

Y, por supuesto, esta red de enjambre (¿trabajo de enjambre? ¿enjambre de redes?) se mantendría en un alto nivel de seguridad e integridad mediante el uso de blockchain (humor).

nota: estamos en 2012. El correlacionador ha pasado por una o más actualizaciones sustanciales desde entonces, pero no puedo encontrar un video más nuevo que se pueda insertar.

Las matrices en fase solo funcionan si la distancia entre los elementos de la matriz se conoce dentro de una fracción de longitud de onda. Eso es difícil de lograr con un enjambre en órbita (donde las distancias siguen cambiando). Tendrías que medir constantemente la distancia y la dirección entre todas las naves espaciales y seguir ajustando el tiempo de cada ola.

A modo de comparación, LISA es la primera misión en lograr ese tipo de precisión entre naves espaciales. Esta es una misión de mil millones de dólares.