Voy a suponer que por constante, realmente quiere decir constante en lugar de instantáneo. En otras palabras, todavía estamos limitados por la velocidad del retraso en la propagación de la luz. También estamos obligados por las leyes de la mecánica orbital como se entiende actualmente.

Dado que usa el plural "planetas", entiendo que la humanidad tiene colonias en múltiples planetas y posiblemente lunas, en lugar de solo un puesto de avanzada lejos de la Tierra o la órbita centrada en la Tierra (que ya tenemos uno: la Estación Espacial Internacional).

También voy a, en aras de la simplicidad, asumir que tiene una potencia de salida ilimitada para los transmisores. En la práctica, este no será el caso, pero en una aproximación de primer orden para mantener la suspensión de la incredulidad del lector, funciona bien. Además, puede intercambiar potencia de salida por velocidad de datos, como se describe en el teorema de Shannon-Hartley , por lo que si puede aceptar una velocidad de transmisión de datos más baja, puede arreglárselas con menos potencia (hasta cierto punto).

Comencemos con colonias solo en la superficie de los planetas, no en ninguna de las lunas del sistema solar. El problema aquí es que los planetas giran alrededor del Sol sin tener en cuenta su alineación orbital respectiva con los otros planetas.

La forma más sencilla de asegurarse de que cada planeta esté siempre a la vista de al menos un satélite de retransmisión de comunicaciones es probablemente colocar los satélites de retransmisión en una órbita alrededor del Sol, que está muy inclinada en relación con la eclíptica del sistema solar (el disco imaginario formado por las órbitas de los planetas, que se remonta al disco protoplanetario del sistema solar). Una forma simple de hacerlo (bueno, "simple", pero aún costosa en términos de maniobras orbitales para llegar a su lugar) sería usar una órbita polar solar. Esta es una órbita que atraviesa los polos del Sol, en lugar de alrededor del ecuador del Sol, en un ángulo de 90 grados con respecto a la eclíptica.

Tener tres satélites repetidores en una órbita polar solar, desfasados ​​120 grados, garantizará que siempre haya uno a la vista en algún lugar de cada planeta del sistema solar, ya que el Sol solo bloqueará la vista de uno en cualquier momento ( visto desde cualquier planeta en particular). Es posible que desee algunos extra para la redundancia, pero hacerlo no cambia significativamente la configuración. Dado que el otro extremo del enlace está cerca de la eclíptica, tener tres asegura que uno esté siempre a la vista de cada planeta, mientras que con dos podría darse la situación de que uno esté detrás del Sol y el otro esté directamente frente al mismo. Sol. Es casi seguro que eso funcionaría desde un punto de vista geométrico, pero en la práctica tendría serios problemas para distinguir la señal del ruido del Sol (ver más abajo).

Ahora, noten que dije en algún lugar de cada planeta. Vas a necesitar una constelación similar en órbita alrededor de cada planeta donde haya una colonia humana, para asegurar que haya un satélite a la vista en cada punto de la superficie donde se necesite. En este punto, todo se reduce a un escenario similar al descrito en Número mínimo de satélites para obtener imágenes de la totalidad de la superficie de la Tierra en todo momento.. Resulta que esto es posible con cuatro o seis satélites (principalmente dependiendo de las capacidades de su estación terrestre, supongo; cuatro es el mínimo absoluto requerido para que la constelación de satélites pueda ver cada punto en la superficie todo el tiempo, pero también necesita puntos particulares en la superficie para poder comunicarse con al menos uno de los satélites en un momento dado). Una vez más, es posible que desee algunos extra para la redundancia, pero resolver este problema no es una tarea insuperable.

Una vez que agregue colonias en las lunas de los planetas o en la órbita de los planetas, necesitará un método confiable para la comunicación desde la colonia a los satélites de retransmisión alrededor del planeta. Para esto, puede consultar el Sistema satelital de seguimiento y retransmisión de datos (TDRSS)por inspiración. Para resumir, necesita al menos tres satélites en órbita geoestacionaria para mantener comunicaciones constantes entre cualquier punto en órbita y cualquier punto en el suelo, después de lo cual obtener la señal para los satélites de retransmisión del sistema solar es simplemente una cuestión de obtener una señal (cualquiera señal) del punto A al punto B en la superficie del planeta o de la luna, o entre los satélites tipo TDRSS. Una vez que la señal esté a la vista de uno de los satélites de retransmisión solar, haga que el satélite la dispare hacia el satélite de retransmisión solar y la señal se dirigirá a su penúltimo destino.

Hay dos grandes problemas con esto a los que se enfrentarían los ingenieros de su mundo, que se me ocurren.

Primero, el Sol es bastante ruidoso en el espectro de RF. Eso es un problema cuando el Sol está alineado con la señal deseada. Por lo tanto, deberá colocar los satélites en órbita solar en una órbita relativamente alta alrededor del Sol para garantizar una separación suficiente que las antenas de alta ganancia puedan seleccionar contra el ruido de radio del Sol, o extremadamenteantenas de alta ganancia en los extremos de los enlaces. No sé cuál de estos sería más fácil, pero dado que luchar contra el ecléptico ya es difícil, bien podría valer el precio a pagar. Tenga en cuenta que las antenas de mayor ganancia requieren una orientación más precisa, lo que requerirá más mantenimiento de la posición, lo que requerirá más masa de reacción ("combustible") a bordo de los satélites para una vida útil determinada. Nuevamente, no es insuperable, pero vale la pena tenerlo en cuenta, ya que es un problema con el que los ingenieros de la vida real tendrían que lidiar y hacer concesiones.

En segundo lugar, la órbita polar solar es difícil. Aludí a esto anteriormente, pero no desestimes su importancia; realmente es una locura difícil. Supongamos que desea colocar los satélites de retransmisión en órbita solar a la distancia del Sol de Venus (0,73 UA), con una inclinación de la eclíptica de 90 grados. Primero, debe llegar a la órbita de Venus, que se puede lograr con una transferencia de Hohmann (calculada en función de un marco de referencia heliocéntrico o centrado en el Sol):

que es manejable (ir a la Luna tomó un total de alrededor de 11 km/s delta-v para el viaje de ida, más algo para aterrizar y regresar para un presupuesto total de delta-v de alrededor de 20 km/s dividido entre las etapas de Saturno, módulo de servicio, descenso del módulo lunar y ascenso del módulo lunar). Esto te sitúa en la vecindad de Venus; no necesariamente en la ubicación real de Venus (eso depende del tiempo de transferencia orbital, o lo que llamamos ventanas de lanzamiento ), pero al menos aproximadamente en órbita conjunta con él. Ahora, suponga que su órbita es circular y cambie su inclinación en 90 grados mientras mantiene su circularidad (técnicamente, su excentricidad), donde$v = 35.02~\text{km/s}$es la velocidad orbital de Venus alrededor del Sol:

Entonces, si su nave espacial que transporta satélites ya está en la órbita de la Tierra (que no es lo mismo que una órbita alrededor de la Tierra, sino más bien, coorbitando el Sol con la Tierra), necesita un presupuesto de cambio de velocidad total (delta-v) de unos 54.600 m/s para entrar en una órbita polar solar a la distancia de Venus del Sol, y eso después de aplicar casi 8 km/s más pérdidas por arrastre para llegar a la órbita terrestre baja. Si bien es casi seguro que hay trucos que puede usar para reducir la cantidad de esto que necesita aplicar bajo potencia (con motores de cohetes en funcionamiento), sigue siendo una tarea enorme . No me sorprendería en lo más mínimo si estuvieras mirando algo similar al Saturn C-8., que tenía aproximadamente la misma altura pero mucho más voluminoso que el Saturno V que envió a Apolo hacia la Luna.

Compare también ¿Es posible comunicarse en el espacio mientras el sol está entre las partes? en el SE de exploración espacial.

Deje que las señales simplemente se reflejen en otros planetas, lunas y objetos brillantes.

En la llamada astronomía de radar , los científicos envían señales de microondas tan lejos como Mercurio y Venus y pueden medir la señal reflejada hacia nosotros. Es posible que también hayas escuchado que un láser rebota en una placa reflectante en la Luna, dejada allí por los astronautas del Apolo.

Lo que esto demuestra es que su civilización no necesita una estación de retransmisión alrededor del sol, solo necesitan un objeto reflectante. Un "espejo" en órbita estaría bien, ¿quizás un trozo de hielo más alejado, un cometa pulido? O tal vez espejos esparcidos alrededor de Mercurio, ya que no tiene atmósfera.

Hay algún precedente de esto en la órbita terrestre. En 1960, EE. UU. lanzó Echo 1 , un satélite inflado altamente reflectante que permitía a las personas en la Tierra comunicarse mediante el rebote de señales de radio.

A continuación se muestra una imagen del Echo 1 que se está probando en la NASA y de LAGEOS 1 , que se lanzó en 1971.

El satélite LAGEOS refleja la luz láser y no fue diseñado como un relé de comunicación. En cambio, se utiliza para medir distancias. ¿Y como telón de fondo para una historia de ciencia ficción, tal vez? Verá, el satélite LAGEOS todavía está en órbita alrededor de la Tierra, pero se espera que se estrelle contra nuestra atmósfera en 8 millones de años. Contiene una placa diseñada por Carl Sagan, destinada a ser entendida por cualquier criatura inteligente que viviera en el planeta en ese momento. ¿Se entenderá?

Tres o cuatro satélites alrededor de cada planeta, lo suficientemente altos como para que se vean entre sí y uno siempre sea visible desde cualquier lugar (excepto las latitudes polares) en el suelo. Para un sistema confiable, ocho satélites podrían ser una apuesta más segura. Le gustaría poder conectarse a dos de ellos para minimizar la pérdida durante el cambio.

Más dos (una es esencialmente redundante) plataformas de comunicaciones adicionales en los puntos de Lagrange 4 y 5 de la Tierra. De esa manera, siempre tendrá al menos dos vistas claras en cada punto del sistema solar.

Querrá agregar estas plataformas lagrangianas a todos los planetas para que siempre pueda conectarse directamente entre cualquiera de ellos. Ahorra ancho de banda y retrasos.

El enrutamiento será una pieza interesante de matemática aplicada, no solo calculando las mejores rutas, sino especialmente el momento óptimo para cambiar entre rutas, dependiendo de su ancho de banda variable.

Según la NASA, durante la Conjunción Solar :

Recopilan datos de otros y los almacenan. En algunos casos, continúan enviando datos a la Tierra, sabiendo que algunos datos se perderán.

Bien, esto no es genial, pero el sol no bloquea la comunicación por completo.

La estación repetidora en órbita que no está en la eclíptica podría ayudar, pero habrá problemas con ella:

• Problemas de mantenimiento
• Érase una vez que podría estar en conjunción solar con cualquiera de estos planetas.

Por esta razón, preferiría usar otro planeta o colonias en The Belt como relevos. Primero, habrá muchos de ellos, y segundo, se encargarán del mantenimiento de sus comunicaciones de todos modos. Por supuesto, las tarifas durante la conjunción se dispararán, pero bueno, todo tiene un precio.

Este no es un problema realista.

No ha explicado claramente por qué es necesario el canal de comunicación, pero por el contexto de su pregunta, asumo que es para que la Tierra pueda lanzar una flota de defensa para defender el planeta colonia.

Consideremos a Marte, ya que es el planeta más cercano remotamente habitable ( la superficie de Venus tiene un promedio de 467 grados centígrados, lo suficientemente caliente como para derretir el plomo ). La ventana óptima de lanzamiento de energía mínima ocurre aproximadamente una vez cada dos años y dura aproximadamente un mes. Esto ocurre en un punto cuando la diferencia en la órbita entre los dos planetas es de 44 grados , lo que significa que el sol ciertamente no está oscureciendo la línea de visión entre los dos planetas. Este plan de vuelo de transferencia tarda aproximadamente 260 días en llegar a Marte. Son posibles planes de vuelo más rápidos, pero requieren mucha más energía.

Con una ventana de transferencia de un mes que solo ocurre cada dos años, sus probabilidades de que el ataque extraterrestre ocurra en el momento óptimo son muy bajas, e incluso entonces, si tiene suerte, tardará dos tercios de un año en llegar a Marte. .

Además, si entiendo correctamente este artículo , solo perdemos la comunicación visual con Marte durante unos días cada dos años. Si lleva más de medio año volar a Marte en el mejor de los casos, y Marte nunca se pierde de vista por más de unos pocos días, esa pérdida de comunicación es extremadamente insignificante.

Si el golpe de ataque de los alienígenas tiene lugar en otro planeta, la flota de la Tierra tardará mucho más en llegar. Para darle una idea de la escala, Júpiter es el siguiente planeta en el sistema solar después de Marte, y se necesitan seis años para volar a Júpiter.

Si su especie alienígena está lo suficientemente avanzada como para lanzar un ataque desde fuera de nuestro sistema solar , probablemente sea lo suficientemente inteligente como para planificar su ataque de tal manera que maximice el tiempo que le tomaría a una fuerza de defensa de la Tierra llegar al planeta. Por lo tanto, el tiempo de viaje probablemente estará más cerca del peor de los casos que del mejor de los casos.

tl; dr

Lleva tanto tiempo volar a otro planeta que no vale la pena preocuparse por las breves brechas en la comunicación cuando el planeta se eclipsa detrás del sol.

¿Por qué no modelar el protocolo Ethernet TCP/IP? donde puede tener muchos transmisores y relés/enrutadores que crearán una tabla de enrutamiento resistente para enviar comunicaciones a la ruta más rápida disponible en ese momento

Esto dará tolerancia a fallas y permitirá el ajuste a las estaciones de comunicación que se caen.

Las transmisiones direccionales enfocadas requerirían menos energía pero más mantenimiento. Además, no supongamos que estamos solos en el universo, las transmisiones enfocadas pueden mantener la mayoría de las transmisiones prácticamente en silencio fuera del objetivo previsto. Solo puedo suponer que, como la gente, algunos de otros mundos son buenos y otros no.

Hay un montón de sol para el poder fuera de nuestra atmósfera. por lo que los satélites terrestres y las estaciones lunares podrían ser la primera capa.

A veces, Marte está cerca de nuestra órbita y, a veces, está al otro lado del sol, que está lejos. por lo que los tiempos de comunicación variarán desde cualquier lugar que no sea la luna.

coloque 2 planetas artificiales (no puedo llamarlos satélites) en una órbita polar elíptica alrededor del sol, pasarán la mayor parte del tiempo fuera de la eclíptica y, por lo tanto, al menos uno debería estar accesible en cualquier momento

¿Quizás una red de malla en o cerca del cinturón de asteroides? Montones y montones de relés muy pequeños, muy baratos y también económicamente reemplazables que interconectan todo el cinturón aumentan las probabilidades de estar en línea de visión con uno o más de los satélites y de que todos los satélites estén en línea de visión con al menos uno de los otros. Siémbralos ligeramente por encima o por debajo del plano de la eclíptica. El factor de redundancia significa que el sistema sería mucho más robusto que un puñado de satélites de retransmisión. La desventaja es que la velocidad de la luz no es un factor trivial. Para cuando el mensaje llega a la Tierra, los alienígenas han reunido a todos los colonos en cenas televisadas.

¡Es simple! Mira el mapa de Star Fox 64 .

Instale una gran antena en los planetas que la UHF ha colonizado. Estarán conectados entre sí, evitando el sol. Si hay un planeta tratando de comunicarse con uno detrás del Sol, simplemente busque otra estación repetidora (planeta) para enviar su mensaje al planeta receptor.

Mira este:

Por supuesto, existe un software que controla la RF.

Recomendaría un enfoque similar a las líneas telefónicas reales hoy en día: una serie de repetidores repartidos por todos los planetas (en este momento solo están en la cima de edificios o montañas), por lo que incluso si el Sol está entre la señal original y la Tierra habrá repetidores a su alrededor.

Existe un fenómeno real que desafía las limitaciones impuestas por la velocidad de la luz: el entrelazamiento cuántico, donde dos partículas cuánticas entrelazadas funcionan de tal manera que un cambio de estado en una de las partículas afecta instantáneamente a la otra. Este fenómeno teóricamente ignora cualquier tipo de distancia, por lo que sería una base ideal para la comunicación. Si pudiera aprovecharse para tal propósito, uno de esos pares proporcionaría un ancho de banda ilimitado entre dos puntos. Entonces, podrías crear una Internet interplanetaria o incluso intergaláctica usando eso.