100km 두께의 단단한 얼음 빵 껍질을 통해 무선 신호를 전송하려면 얼마나 많은 전력이 필요합니까?

Encelado 또는 Europa의 빙하 바다에 플로팅 프로브를 넣었다고 상상해보십시오. 무전기가 외부 표면에서 프로브와 통신 할 수 있어야하는 전력은 얼마입니까? 다시 말하면, UHF 주파수에서 100km의 단단한 얼음이 무선 신호에 얼마나 많은 감쇠를 유발합니까?

직접 대답 할 수는 없지만 Nasa는 기반암의 깊이를 찾기 위해 비행기 레이더로 그린란드의 빙상을 조사하고 있습니다. 얼음과 전파에 대해 다음과 같이 말합니다.-

반면에 얼음은 레이더의 주파수에 따라 다르게 반응합니다. 고주파 무선파를 반사하지만 단단하지만 낮은 주파수 레이더는 얼음을 어느 정도 통과 할 수 있습니다. 이것이 MCoRDS가 120 ~ 240MHz의 비교적 낮은 주파수를 사용하는 이유입니다. 이를 통해 계측기는 얼음 표면, 얼음의 내부 층 및 아래 기반암을 감지 할 수 있습니다. CReSIS 과학자 인 존 파덴 (John Paden)은“얼음 바닥을 들리려면 더 낮은 주파수를 사용해야한다. "얼음에서 너무 높은 주파수와 신호가 손실됩니다."

이것은 여기 에서 왔으며 이것이 레이더이며 얼음을 통해 수신 비행기로 다시 통과하기 위해 암반에서 반사가 필요하다는 점에 주목하는 것이 흥미 롭습니다. 반사 전력이 암석에 도달하는 입사 전력의 일부라고 생각할 수 있으므로 단방향 전송 장치가있는 단단한 얼음 시트를 통해이 거리의 10 배를 얻을 수 있습니다.

그들이 얻는 이미지의 종류는 다음과 같습니다.-

레이더로 + 3km가 가능한 것으로 보입니다. 레이더 빔 각도가 무엇인지 알지 못하므로 얼음 표면의 입사 전력이 무엇인지 계산하는 것은 불가능합니다. 비행기로부터의 전송은 빔 각도가 매우 단단한 1MW 펄스 레이더 일 수 있습니다. 수백 와트의 얼음의 윗면. 또한 기반암의 반사는 단단한 빔이 아닙니다. 이는 거리가 증가함에 따라 다시 반사 된 전력이 얇게 퍼지는 것을 의미합니다 ( Friis 방정식 참조 ). 또한 비행기에서받는 힘은 얼음 표면에서 나오는 힘보다 훨씬 작습니다. 다시 Friis 방정식을보십시오.

추가

레이더 애플리케이션의 링크 손실에 대해 생각했습니다.-

• 비행기에서지면으로의 링크 손실. 2m 직경 접시는 = 3.35 또는 약 10.5 dB의 게인을 갖습니다. 항공기가 얼음 위에서 1km 떨어진 경우 동일한 접시 (얼음 위)에 대한 링크 손실은 -21 (안테나 이득) +32.5 + 20log (MHz) + 20log (km) = 11.5 + 46 + 20 = 78dB 링크입니다. 손실. 레이더 출력 전력이 1MW (90dBm) 인 경우 접지 / 아이스 캡 표면에서 수신 된 신호는 12dBm (16mW)입니다.$\frac{\pi^2 D^2}{\lambda^2}\cdot 0.6$
• 반사 신호와 동일한 문제입니다. 수면에서는 1km 더 높은 기체까지 동일한 감쇠 (78dB)를받습니다.

이러한 손실은 얼음을 통한 간단한 전송으로는 발생하지 않습니다. 전송 및 수신 안테나는 얼음 또는 표면에 위치합니다. 이 모든 것은 먼 거리의 얼음을 통해 한 방향으로 전달할 수있는 좋은 방법입니다.

그것이 지구상의 수빙과 유사하게 행동한다고 ​​가정하면, 남극 대륙 에있는 Ross Ice Shelf 의 RF 감쇠에 대한 측정이 이루어졌습니다 . 감쇠 길이는 75MHz ~ 1.25GHz의 주파수에서 300-500m 인 것으로 밝혀졌습니다.

(감쇠 길이는 신호가 1 / e ~ = 0.368 ~ = -4.3dB로 떨어질 거리이며 시정 수와 다소 유사합니다)

그것은 100km 두께 (-950dB와 같은)에 대해 상당히 위협적인 감쇠량이 될 것입니다. 일어나지 않을거야

전원은 물론, 전송 될 필요가 신호의 대역폭에 따라 달라집니다.

이를 보자면, Moon Bounce 통신 의 기록은 3mW 전송 전력 (약 -300dB 감쇠)과 비슷합니다. 우리가 1GW를 가졌다면, 그것은 또 다른 115dB 일 것이지만, 여전히 필요한 것보다 부족합니다.

현재 영국 남극 측량의 레이더 엔지니어로 일하고 있으므로 도움을 드릴 수 있습니다.

주파수가 중요합니다 얼음은 (일부 틈새 제외) MF 주파수에서는 막히지 않지만 HF와 UHF에서는 얼음과 물이 매우 유사하여 거의 뚫리지 않습니다.

당신이 생각하는 것보다 (2.4Mhz 이하) 충분히 낮은 주파수를 유지한다면 (당신이 이야기하는 얼음이 물을 기반으로한다고 가정 할 때) 얼음에 거의 문제가 없을 것입니다 ... 여전히 우주로 전송 중이며 MF 신호는 상당히 열악합니다. 지구상의 전리층 간섭으로 인해 나는 지구 자기장이 매우 강력하다는 것을 알고 있습니다.

어느 쪽이든, 당신의 주요 문제는 얼음과 대기 방해를 통과 할 수있는 단일 주파수를 찾는 것일 수 있습니다. 그것은 확실히 지구상의 문제 일 것입니다