La comunicación Tierra-Luna-Tierra ( EME ), también conocida como rebote de la Luna , es una técnica de comunicaciones por radio que se basa en la propagación de ondas de radio desde un transmisor basado en la Tierra dirigido a través de la reflexión desde la superficie de la Luna hacia un receptor terrestre. receptor .
Historia
El uso de la Luna como satélite de comunicaciones pasivas fue propuesto por WJ Bray de la Oficina General de Correos británica en 1940. Se calculó que con las potencias de transmisión de microondas disponibles y los receptores de bajo ruido , sería posible emitir señales de microondas desde la Tierra. y reflejarlos en la Luna. Se pensó que sería posible al menos un canal de voz . [1]
En la literatura inglesa, que también se ha dado a conocer en los países de habla alemana, siempre se asumió que la primera EME se realizó en EE. UU. Pero según los informes del Dr. Ing. W. Stepp en la revista "Der Seewart", parece que ya en 1943, durante los experimentos con equipos de medición de radio, los reflejos de la luna (radar) fueron recibidos y reconocidos como tales. Dado que hasta ahora no se ha publicado nada sobre esto en cq-DL, el informe del Dr. Stepp se presenta aquí como un preámbulo de las actividades de los aficionados alemanes de VHF. Ha sido traducido al inglés por Pieter-Tjerk de Boer, también conocido como PA3FWM.
El Dr. Stepp escribe: [2]
En 1943, Telefunken había asumido la tarea de desarrollar equipos de medición de radio para detectar y estudiar objetivos cercanos al suelo (barcos, aviones de vuelo bajo, automóviles) con un alcance lo más amplio posible.
La tarea de localizar objetivos cercanos al suelo requería especialmente, además de alta potencia y alta sensibilidad del receptor, longitudes de onda lo más cortas posible. Se desarrolló un setup con los siguientes parámetros, acorde con las posibilidades de esa época: Potencia de impulso del transmisor 120 kW; Duración del impulso 1,5 µs; Longitud de onda 53 cm, aproximadamente 564 MHz; Sensibilidad RX 12 kTo; Superficie de la antena 45 m2; Polarización horizontal; Número de dipolos 8 por fila horizontal, 80 por columna vertical. [Nota del traductor: presumiblemente, la sensibilidad de 12 kTo significa que el propio ruido del receptor es 12 veces el ruido térmico (la constante k de Boltzmann multiplicada por la temperatura absoluta To), lo que equivale a una figura de ruido de 11 dB].
La antena se puede girar alrededor de su eje vertical. Estaba fuertemente enfocado verticalmente con los primeros nulos a 1.3 ° de distancia del lóbulo principal horizontal.
El dispositivo recibió el nombre de "Würzmann". Para las pruebas, el sistema se instaló a finales de 1943 en Bakenberg, al sur de la isla de Rügen.
Los resultados de la medición confirmaron los rangos calculados: se detectaron barcos de tamaño medio hasta el horizonte, unos 50 km, y aviones hasta 1000 m de altura hasta distancias de unos 100 km. Pero con condiciones climáticas favorables, el sistema detectó objetivos en el puerto de Gdansk y el Golfo de Finlandia.
Después de las primeras pruebas, asigné a Willi Thiel, uno de los ingenieros más competentes, para que se ocupara del equipo por su cuenta y realizara observaciones continuamente. Algunas semanas más tarde viajé de nuevo a la isla de Rügen para realizar experimentos cerca de Göhren. El último día de los experimentos, solo unas horas antes de partir de regreso a Berlín, visité nuevamente el Bakenberg. El cielo estaba muy opaco, la noche muy oscura. De camino al Bakenberg W. Thiel informó sobre una "extraña perturbación del equipo", que había observado el día anterior aproximadamente a la misma hora, pero cuya causa no había podido encontrar; sin embargo, había disminuido después de unas dos horas a pesar de que él no lo había arreglado, y al final había desaparecido por completo.
Después de activar el Würzmann, hice la siguiente observación: la "perturbación" apareció nuevamente, tuvo una duración de varios impulsos y una fuerza de impulso mayor que los objetivos cercanos más fuertes. No apareció hasta unos dos segundos después de encender el transmisor y desapareció (pulsando) correspondientemente más tarde después de apagarlo. Pero el resto de la imagen de eco apareció y desapareció en el caso de encender / apagar el transmisor. La "perturbación" solo ocurrió cuando la antena estaba apuntando hacia el este, y desapareció inmediatamente después de un gran cambio de dirección, pero reapareció solo unos dos segundos después de girar de nuevo a la dirección original. Aparentemente habíamos detectado la luna creciente detrás de las nubes con el equipo. Expliqué la desaparición gradual de los impulsos por parte del cuerpo reflectante que se mueve lentamente fuera del rayo fuertemente enfocado y apuntado horizontalmente, a medida que se eleva por encima del horizonte. Poco después de esto, el equipo se puso en uso regular y no he oído hablar de más observaciones.
Sin embargo, no fue hasta el final de la Segunda Guerra Mundial que se desarrollaron técnicas específicamente diseñadas con el propósito de hacer rebotar las ondas de radar en la luna para demostrar su uso potencial en defensa, comunicaciones y astronomía de radar. El primer intento exitoso se llevó a cabo en Fort Monmouth , Nueva Jersey el 10 de enero de 1946 por un grupo llamado Proyecto Diana , encabezado por John H. DeWitt . [3] Fue seguido menos de un mes después, el 6 de febrero de 1946, por un segundo intento exitoso, por un grupo húngaro liderado por Zoltán Bay . [4] El proyecto Communication Moon Relay que siguió condujo a usos más prácticos, incluido un enlace de teletipo entre la base naval en Pearl Harbor , Hawaii y el cuartel general de la Marina de los Estados Unidos en Washington, DC En los días previos a los satélites de comunicaciones , un enlace libre de la Los caprichos de la propagación ionosférica fueron revolucionarios.
El desarrollo de los satélites de comunicación en la década de 1960 hizo obsoleta esta técnica. Sin embargo, los radioaficionados tomaron la comunicación EME como un pasatiempo; La primera comunicación de radioaficionado con rebote lunar tuvo lugar en 1953, y los aficionados de todo el mundo todavía utilizan la técnica.
Comunicaciones actuales de EME
Los operadores de radioaficionados (radioaficionados) utilizan EME para comunicaciones bidireccionales . EME presenta desafíos importantes para los operadores aficionados interesados en la comunicación de señales débiles. EME proporciona la ruta de comunicaciones más larga que pueden utilizar dos estaciones en la Tierra.
Las bandas de frecuencia de aficionados de 50 MHz a 47 GHz se han utilizado con éxito, pero la mayoría de las comunicaciones EME se encuentran en las bandas de 2 metros , 70 centímetros o 23 centímetros . Los modos de modulación comunes son onda continua con código Morse, digital ( JT65 ) y cuando los presupuestos del enlace lo permiten, voz.
Los recientes avances en el procesamiento de señales digitales han permitido que los contactos EME, ciertamente con baja velocidad de datos, se realicen con potencias del orden de 100 Watts y una sola antena Yagi-Uda .
El Día Mundial del Rebote de la Luna, el 29 de junio de 2009, fue creado por Echoes of Apollo y se celebró en todo el mundo como un evento que precede al 40 aniversario del aterrizaje lunar del Apolo 11 . Un punto culminante de las celebraciones fue una entrevista a través de la Luna con el astronauta del Apolo 8 Bill Anders , quien también fue parte del equipo de respaldo del Apolo 11. La Universidad de Tasmania en Australia con su antena parabólica de 26 metros pudo hacer rebotar una señal de datos. la superficie de la Luna que fue recibida por un gran plato en los Países Bajos, el Radio Observatorio Dwingeloo . La señal de datos se resolvió con éxito de nuevo a los datos que establecieron un récord mundial para la señal de datos de menor potencia devuelta desde la Luna con una potencia de transmisión de 3 milivatios, aproximadamente la milésima parte de la potencia de una lámpara de linterna . El segundo Día Mundial del Rebote de la Luna fue el 17 de abril de 2010, coincidiendo con el 40 aniversario de la conclusión de la misión Apolo 13.
En octubre de 2009, la artista de medios Daniela de Paulis propuso a la asociación de radioaficionados CAMRAS, con sede en el Radio Observatorio de Dwingeloo, utilizar Moon bounce para una presentación de transmisión de imágenes en vivo. Como resultado de su propuesta, en diciembre de 2009, el operador de radio de CAMRAS, Jan van Muijlwijk, y el operador de radio, Daniel Gautchi, realizaron la primera transmisión de imágenes a través de la Luna utilizando el software de código abierto MMSSTV. De Paulis llamó a la tecnología innovadora "Visual Moonbounce" y desde 2010 la ha estado usando en varios de sus proyectos de arte, incluida la presentación en vivo llamada OPTICKS, durante la cual las imágenes digitales se envían a la Luna y regresan en tiempo real y se proyectan en vivo.
Retraso del eco y propagación del tiempo
Las ondas de radio se propagan en el vacío a la velocidad de la luz c , exactamente 299,792,458 m / s. El tiempo de propagación a la Luna y viceversa varía de 2,4 a 2,7 segundos, con un promedio de 2,56 segundos (la distancia de la Tierra a la Luna es de 384,400 km).
La Luna es casi esférica y su radio corresponde a aproximadamente 5,8 milisegundos de tiempo de viaje de la onda. Las partes posteriores de un eco, reflejadas por las características de la superficie irregular cerca del borde del disco lunar, se retrasan desde el borde de ataque hasta el doble de este valor.
La mayor parte de la superficie de la Luna parece relativamente lisa en las longitudes de onda de microondas típicas utilizadas para EME amateur. La mayoría de los aficionados hacen contactos EME por debajo de 6 GHz, y las diferencias en la reflectividad de la luna son algo difíciles de discernir por encima de 1 GHz.
Reflexiones lunares son por naturaleza cuasi especular (como los de un cojinete de bolas brillante). El poder útil para la comunicación se refleja principalmente en una pequeña región cerca del centro del disco. La extensión de tiempo efectiva de un eco no es superior a 0,1 ms.
La polarización de la antena para las estaciones EME debe considerar que la reflexión de una superficie lisa conserva la polarización lineal pero invierte el sentido de polarizaciones circulares .
A longitudes de onda más cortas, la superficie lunar parece cada vez más rugosa, por lo que los reflejos a 10 GHz y más contienen un componente difuso significativo , así como un componente cuasi-especular. El componente difuso está despolarizado y puede verse como una fuente de ruido de sistema de bajo nivel. Porciones significativas del componente difuso surgen de regiones más alejadas hacia el borde lunar. El margen de tiempo medio puede ser de varios milisegundos. En todos los casos prácticos, sin embargo, el tiempo de propagación es lo suficientemente pequeño como para que no cause una mancha significativa de codificación CW o interferencia entre símbolos en las modulaciones de codificación lenta comúnmente utilizadas para EME digital. El componente difuso puede aparecer como un ruido significativo a velocidades de transmisión de datos de mensajes más altas.
La propagación del tiempo de EME tiene un efecto muy significativo. Los componentes de la señal reflejados desde diferentes partes de la superficie lunar viajan diferentes distancias y llegan a la Tierra con relaciones de fase aleatorias. A medida que cambia la geometría relativa de la estación transmisora, la estación receptora y la superficie lunar reflectante, los componentes de la señal a veces pueden agregarse y otras cancelarse.
La adición y cancelación dinámicas crearán grandes fluctuaciones de amplitud. Estas variaciones de amplitud se denominan "desvanecimiento de libración". Estas variaciones de amplitud estarán bien correlacionadas con el ancho de banda de coherencia (normalmente unos pocos kHz). Los componentes de desvanecimiento de libración están relacionados con la propagación en el tiempo de las señales reflejadas.
Tipos de modulación y frecuencias para EME
VHF
- CW
- JT65A y JT65B
UHF
- CW
- JT65B
- SSB
Microonda
- CW
- SSB
- JT4F o G
Otros factores que influyen en las comunicaciones de EME
El efecto Doppler en la banda de 144 MHz es de 300 Hz a la salida o puesta de la luna. El desplazamiento Doppler se acerca a cero cuando la Luna está en lo alto. En otras frecuencias existirán otras compensaciones Doppler. Al salir la luna, las señales devueltas se desplazarán aproximadamente 300 Hz más en frecuencia. A medida que la Luna atraviesa el cielo hacia un punto hacia el sur, el efecto Doppler se acerca a cero. A la puesta de la Luna, se desplazan 300 Hz más abajo. Los efectos Doppler causan muchos problemas al sintonizar y fijar las señales de la Luna.
Los efectos de polarización pueden reducir la fuerza de las señales recibidas. Un componente es la alineación geométrica de las antenas transmisora y receptora. Muchas antenas producen un plano de polarización preferido. Las antenas de las estaciones transmisoras y receptoras pueden no estar alineadas desde la perspectiva de un observador en la luna. Este componente se fija mediante la alineación de las antenas y las estaciones pueden incluir una función para rotar las antenas para ajustar la polarización. Otro componente es la rotación de Faraday en la trayectoria Tierra-Luna-Tierra. El plano de polarización de las ondas de radio gira a medida que atraviesan las capas ionizadas de la atmósfera terrestre. Este efecto es más pronunciado en frecuencias VHF más bajas y se vuelve menos significativo a 1296 MHz y superiores. Parte de la pérdida por desajuste de polarización se puede reducir utilizando una matriz de antenas más grande (más elementos Yagi o un plato más grande). [5]
Galería
Un conjunto de 8 antenas Yagi para EME de 144 MHz en EA6VQ, Islas Baleares, España
Parte del conjunto de antenas EME de 144 MHz en WA6PY en California, EE. UU.
Una antena parabólica para microondas EME funciona en WA6PY, California, EE. UU.
Una antena parabólica para UHF EME en I2FZX, Milán, Italia
Conjunto de antenas de radioaficionado utilizado para la comunicación Tierra-Luna-Tierra en 144 MHz. Ubicación Kilafors en el centro de Suecia. Propietario Sverker Hedberg, SM3PWM.
Conjunto de antenas de radioaficionado utilizado para la comunicación Tierra-Luna-Tierra en 144 MHz. Ubicación Jäder, Suecia central. Propietario Leif Åsbrink, SM5BSZ.
Conjunto de antenas de radioaficionado utilizado para la comunicación Tierra-Luna-Tierra en 144 MHz. Ubicación Staffanstorp, sur de Suecia. Propietario Kjell Rasmusson, SM7BAE.
Ver también
- Relé de comunicación lunar
- Teoría de la información
- Experimento de alcance láser lunar
- Comunicaciones por ráfagas de meteoros
- Repetidor pasivo
- Ecuación de radar
- Banda S unificada
Referencias
- ^ Pether, John (1998). La oficina de correos en guerra . Fideicomiso de Bletchley Park . pag. 25.
- ^ Stepp, Ing. "cq-DL 7/79, pág. 328" . Página de inicio de PA4FWM . Traducido por de Boer, Pieter-Tjerk.
- ^ Butrica, Andrew J. (1996). Para ver lo invisible: una historia de la astronomía de radar planetario . NASA . Archivado desde el original el 23 de agosto de 2007.
- ^ "Bahía, Zoltán" . omikk.bme.hu . OMIKK . Consultado el 13 de enero de 2017 .
- ^ Larry Wolfgang, Charles Hutchinson, (ed), The ARRL | Manual para radioaficionados, sexagésima octava edición , Liga de retransmisiones de radio estadounidense, 1990 ISBN 0-87259-168-9 , páginas 23-34, 23-25,
enlaces externos
- NASA, Más allá de la ionosfera: el desarrollo de las comunicaciones por satélite
- http://www.k5rmg.org/tech/EME.html (otra calculadora)
- http://www.df9cy.de/tech-mat/pathloss.htm (proporciona fórmulas para el cálculo de la pérdida de ruta de EME)
- http://www.camras.nl sitio de la asociación de radioaficionados CAMRAS en el radiotelescopio Dwingeloo
- http://www.opticks.info
- https://web.archive.org/web/20100213034553/http://echoesofapollo.com/moon-bounce/ Día mundial del rebote de la luna - Ecos de Apolo
- http://www.wia.org.au/members/armag/2009/august/ Amateur Radio - Agosto de 2009 - Wireless Institute of Australia
- http://www.k3pgp.org/uhftveme.htm K3PGP: recepción de TV UHF a través de la comunicación Tierra-Luna-Tierra
- Recepción del operador de TV UHF a través de moonbounce (EME) en Wayback Machine (archivado el 14 de marzo de 2019)
- https://www.mitpressjournals.org/doi/abs/10.1162/LEON_a_01098