Kann ein Schwarm von Nanosonden als phasengesteuerte Antenne mit größerer Leistung fungieren?

Teilantworten, wachsam bleiben für mögliche Vorbehalte in der Frage:

Das ist eine wirklich interessante Frage! Während die Auflösung eines Radioteleskop-Arrays von einer großen Basislinie profitiert, ist der gesamte Empfangsbereich (und die empfangene Leistung) nur die Summe der effektiven Aperturen. Daher bezieht sich der Name Square Kilometre Array auf die Summe der Schalenflächen, nicht auf den Fußabdruck auf der Erde. Gewinnen Sie für eine einzelne feste Schüssel Skalierungen mit quadrierter Größe und Auflösung mit umgekehrter Größe, daher neigen wir dazu, Verbesserungen der Verstärkung mit Verbesserungen der theoretischen Auflösung zu verknüpfen. Aber für ein Array kleiner Antennen sind sie etwas entkoppelt.

Angenommen, 2.000 Würfel mit einer effektiven Apertur von jeweils 10 cm könnten ungefähr eine ähnliche Fläche wie eine 3,7-m-Voyager-ähnliche Parabolantenne bieten.

Aber jetzt haben Sie das elektronische thermische Rauschen von 2.000 Frontends.

Am Boden verwenden Schüsseln wie einige der größeren des Deep Space Network gekühlte Front-Ends, um das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) für schwache Signale aus dem Weltraum zu verbessern. Weitere Informationen dazu finden Sie in den coolen Bildern (Wortspiel beabsichtigt) und Links in Warum überschwemmt die thermische Radioemission von einem DSN-„Hot Dish“ die Vorteile eines kalten LNA nicht vollständig? .

Aber Ihre Würfel könnten auch kalte Frontends verwenden, wenn sie einen Mechanismus zur Strahlungskühlung hätten, ohne Wärme von der Sonne zu bekommen, wie in Hat einer der Empfänger-Frontends von Voyagers die „Kälte des Weltraums“ genutzt, um das Rauschen zu verringern ? so konnte auch das "kollektive Rauschen" von 2.000 separaten Frontends bewältigt werden.

Es ist keine physische Verbindung erforderlich. Um dieses Mal ALMA als Beispiel zu verwenden, wird das Signal, sobald es über das elektronische Rauschen hinaus verstärkt ist, auf wenige GHz herunterkonvertiert und mit einem ADC mit überraschend niedriger Auflösung digitalisiert. Siehe Warum sind die ADCs der ALMA-Empfänger nur 3-Bit? und diese Signale, die größtenteils Rauschen mit einer Signalspur enthalten, werden jetzt in digitaler Form an einem zentralen Korrelator über Glasfaserkabel gesammelt, wie es natürlich auch am SKA der Fall ist.

Um also die Analogie aufrechtzuerhalten, könnte der Schwarm 10-cm-Teleskope und optische Verbindungen im freien Weltraum anstelle von Glasfaser verwenden. Keine physische Verbindung erforderlich.

Wenn zum Senden jeder der Würfel 500 Milliwatt überträgt, ist das ein Kilowatt Gesamtleistung!

Wenn sie irgendwie in der Lage sind, die relativen Positionen der anderen über das Timing von den Roundtrip-Verzögerungen der optischen Verbindung des nächsten Nachbarn genau zu kennen, könnten sie die Phase codieren, wenn sie ihre empfangenen Signale weiterleiten, und sich während der Übertragung richtig in Phase bringen, um ein riesiges Phased Array zu emulieren. Siehe Wann ist eine Phased-Array-Antenne kein Phased-Array?

Dies bietet nicht den gleichen Gewinn wie eine solide Schüssel mit derselben Grundlinie, und das liegt daran, dass ein spärliches Array viel Energie in eine Vielzahl schwacher Nebenkeulen steckt. Nichtsdestotrotz ist ein gewisser Gewinn verfügbar, indem das Sparse-Array in Phase gebracht wird. Das plus der Leistungsgewinn aus 2.000 separaten Stromquellen und Sendern wird wahrscheinlich einen guten Empfang auf der Erde ermöglichen.

Beachten Sie auch, dass Sie, wenn die Würfel in der Ekliptik aufgereiht sind, nur eine lange Grundlinie (und eine schmale Balkenbreite) in einer Richtung haben. Sie müssten sie neigen und mit den Knoten und Phasen spielen, um eine anständige Grundlinie und Strahlbreite senkrecht zur Ekliptik zu erhalten.

Mir fällt bisher kein Grund ein, warum dies mit aktueller oder zumindest derzeit diskutierter Technik nicht möglich wäre.

außer: Beachten Sie, dass die Mathematik, die zum Kombinieren der Signale (Senden oder Empfangen) erforderlich ist, eine kräftige numerische Implementierung zusammen mit genauen Positionsinformationen jedes Mitglieds im Schwarm und des Standorts auf der Erde erfordert. Während es absolut möglich ist, dass die Berechnung auf Prozessoren im gesamten Schwarm verteilt werden könnte, liegen mir die Details zur Implementierung in diesem Kontext und einer einzigen Stack Exchange-Antwort fern. Schauen Sie sich zum Beispiel den ALMA-Korrelator an ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7), das insofern "weltraumähnlich" ist, als die Höhe so hoch und der Druck so niedrig ist, dass herkömmliche sich drehende Festplatten nicht funktionieren (kein Luftpolster für den Lese-/Schreibkopf) und die Kühlung eine Herausforderung darstellt.

Diese Anwendung würde nicht so etwas Großes wie den Korrelator benötigen, da der Schwarm ein Ein-Pixel-Teleskop ist , das nur seinen Zielpunkt auf der Erde "abbilden" muss, nicht ein weites Feld wie SKA, VLA, ALMA usw.

Und natürlich würde dieses Schwarmnetzwerk (Swarmwork? Netzschwarm?) durch die Verwendung von Blockchain (Humor) auf einem hohen Sicherheits- und Integritätsniveau gehalten werden.

Hinweis: Dies ist 2012. Der Korrelator hat seitdem ein oder mehrere wesentliche Upgrades durchlaufen, aber ich kann kein neueres, einbettbares Video finden.

Phased Arrays funktionieren nur, wenn der Abstand zwischen den Elementen im Array auf einen Bruchteil einer Wellenlänge genau bekannt ist. Das ist mit einem umlaufenden Schwarm (bei dem sich die Entfernungen ständig ändern) schwer zu erreichen. Sie müssten ständig die Entfernung und Richtung zwischen allen Raumfahrzeugen messen und das Timing jeder Welle anpassen.

Zum Vergleich: LISA ist die erste Mission, die diese Art von Genauigkeit zwischen Raumfahrzeugen erreicht. Das ist eine Milliarden-Dollar-Mission.