Berapa banyak daya yang saya perlukan untuk mengirimkan sinyal radio melalui lapisan es padat setebal 100 km?

Bayangkan saya meletakkan probe terapung di dalam lautan subglacial Encelado atau Europa: berapa banyak daya yang harus dimiliki radio saya untuk dapat berkomunikasi dari permukaan eksternal dengan probe? Atau, dengan kata lain, berapa banyak pelemahan es 100 km yang menyebabkan sinyal radio pada, katakanlah, frekuensi UHF?

Saya tidak bisa menjawabnya secara langsung tetapi NASA memeriksa lapisan es Greenland dengan radar pesawat untuk menemukan kedalaman batuan dasar. Inilah yang mereka katakan tentang gelombang es dan radio: -

Es, di sisi lain bereaksi berbeda tergantung pada frekuensi radar. Ini mencerminkan gelombang radio frekuensi tinggi, tetapi meskipun padat, radar frekuensi rendah dapat melewati es sampai batas tertentu. Inilah sebabnya mengapa MCoRDS menggunakan frekuensi yang relatif rendah — antara 120 dan 240 MHz. Ini memungkinkan instrumen untuk mendeteksi permukaan es, lapisan internal es dan lapisan batuan di bawahnya. "Untuk menyuarakan dasar es, Anda harus menggunakan frekuensi yang lebih rendah," kata John Paden, ilmuwan CReSIS. "Frekuensi dan sinyal yang terlalu tinggi akan hilang di es."

Ini datang dari sini dan itu menarik untuk dicatat bahwa ini adalah radar dan memerlukan refleksi dari batuan dasar untuk melewati kembali es ke pesawat penerima. Saya akan membayangkan bahwa kekuatan yang dipantulkan adalah sebagian kecil dari kekuatan kejadian yang mencapai batu sehingga mungkin Anda bisa mendapatkan 10x jarak ini melalui lapisan es padat dengan transmisi satu arah.

Inilah jenis gambar yang mereka dapatkan: -

Tampak bagi saya bahwa + 3km dimungkinkan dengan radar. Saya tidak tahu apa sudut pancaran radar itu sehingga tidak mungkin untuk menghitung apa yang terjadi pada permukaan es - transmisi dari pesawat mungkin adalah radar berdenyut 1MW dengan sudut pancaran yang sangat ketat menghasilkan kekuatan datang pada permukaan atas es ratusan watt. Juga, pantulan dari batuan dasar tidak akan menjadi balok yang ketat - ini berarti daya yang dipantulkan kembali akan menyebar tipis seiring meningkatnya jarak (lihat persamaan Friis ). Juga daya yang diterima di pesawat akan jauh lebih kecil dari yang dipancarkan dari permukaan es - sekali lagi lihat persamaan Friis.

Tambahan

Saya sempat memikirkan kehilangan tautan untuk aplikasi radar: -

• $\frac{\pi^2 D^2}{\lambda^2}\cdot 0.6$
• Ini masalah yang sama untuk sinyal pantulan. Di permukaan, itu tunduk pada pelemahan yang sama hingga pesawat (78dB) yang 1 km lebih tinggi.

Kerugian ini tidak akan ditemui dengan transmisi sederhana melalui antena yang mengirim dan menerima antena diletakkan di es atau di permukaannya. Ini semua pertanda baik karena mampu mentransmisikan dalam satu arah melalui es dalam jarak yang sangat jauh.

Dengan asumsi bahwa ia berperilaku mirip dengan es air di Bumi, ada beberapa pengukuran yang dilakukan terhadap pelemahan RF dari Rak Es Ross di Antartika . Panjang atenuasi ditemukan 300-500 m untuk frekuensi dari 75MHz ke 1,25GHz.

(Panjang atenuasi adalah jarak sinyal turun ke 1 / e ~ = 0,368 ~ = -4,3dB, agak analog dengan konstanta waktu)

Itu akan menjadi jumlah pelemahan yang cukup menakutkan untuk ketebalan 100 km (sekitar -950dB). Tidak akan terjadi.

The kekuatan akan, tentu saja, tergantung pada bandwidth sinyal yang perlu ditransmisikan.

Untuk meletakkannya dalam perspektif, catatan untuk komunikasi pentalan bulan adalah sesuatu seperti daya transmisi 3mW (~ atenuasi -300dB). Jika kita memiliki 1GW, itu akan menjadi 115dB, tetapi masih jauh dari yang dibutuhkan.

Saat ini saya sedang beroperasi sebagai insinyur radar untuk Survei Antartika Inggris jadi saya pikir saya bisa membantu.

Frekuensi penting Es adalah (selain beberapa celah tertentu) tidak ada yang menghalangi pada frekuensi MF tetapi pada HF dan UHF es dan air sangat mirip, hampir tidak dapat ditembus.

Jika Anda menjaga frekuensi Anda cukup rendah (di bawah 2,4Mhz) daripada yang saya kira (dengan asumsi es yang Anda bicarakan berbasis air) akan memiliki beberapa masalah dengan es ... Anda masih mentransmisikan ke ruang angkasa dan sinyal MF cukup buruk untuk itu terutama karena gangguan ionosfer di bumi. Saya tahu bahwa medan magnet Bumi sangat kuat sehingga mungkin pada beberapa benda Anda bisa lolos begitu saja.

Either way saya pikir masalah utama Anda bisa menemukan frekuensi tunggal yang dapat Anda lewati es dan gangguan atmosfer. itu pasti akan menjadi masalah di bumi