Как дозвониться до Полюса?
Когда говорят о спутниках слежения и передачи данных TDRS, то обычно подразумевают их использование в качестве ретрансляторов для осуществления связи между космическими аппаратами, в том числе – МКС, и наземными станциями. Мало кому известно, что эта система вот уже двадцать лет служит для связи с исследователями Антарктиды, предоставляя им не только связь с «большой землёй», но также интернет и даже телевизионную медицину.
Полярное сияние на станции Амундсен-Скотт, Антарктида (фото National Science Foundation)
Исследовательская станция Амундсен-Скотт была основана в 1956 году в точке Южного географического полюса. За время своего существования станция трижды меняла свой облик. И, конечно, обретала всё новое и новое научное оборудование. В настоящий момент в число инструментов станции входят одиннадцатикилометровая низкочастотная антенна для наблюдения за космическими бурями, десятиметровый телескоп, буровая установка для изучения нейтрино. И это только самые интересные приборы!
Вахту на станции обычно несут более ста учёных, осуществляющих исследования в самых разных областях науки – от метеорологии и климатологии до астрофизики. Несколько десятков из них остаются на зимовку, и примерно с середины февраля и до конца октября каждого года практически полностью изолированы от внешнего мира. Но, обладая столь многофункциональной батареей инструментов, учёные за время своей вахты получают огромный объём информации. Которую необходимо каким-то образом передать на «большую землю», желательно без искажений и длительных задержек.
И уже в 1980-х годах прошлого века Национальный научный фонд (NSF) столкнулся с проблемой обеспечения связи со станцией. Самолёты, которые все предыдущие годы использовались для транспортировки не только людей, но и собранных научных данных на накопителях, в этот период на станции приземляться не могут из-за экстремально низкой температуры. Потому основным способом связи с внешним миром являлось высокочастотное радио, однако надёжность и пропускная способность такой линии связи явно не удовлетворяли требованиям исследователей. Небольшие объёмы информации можно было передать с помощью спутников, находящихся на околополярных орбитах. Однако передавались они только на соседнюю станцию МакМердо, расположенную в 1360 километрах к северу. И длительное время обеспечить устойчивый поток данных из Антарктиды в США существовавшими средствами связи было невозможно.
В начале 1990-х годов начались эксперименты по использованию для связи с Антарктикой геостационарных космических аппаратов. Вначале это были отслужившие свой срок метеорологические и связные спутники, затем – и более новые. Однако скорость передачи данных оставалась невысокой, а объем собираемой исследователями научной информации, напротив, неуклонно возрастал.
Спутник-ретранслятор TDRS-1, через который осуществлялись первые сеансы связи с Южным полюсом. Переведён на орбиту захоронения и отключён в 2010 году (изображение NASA).
Таким образом, возникла идея использования для связи с Антарктикой систему спутников TDRS, которая могла обеспечивать существенно большую скорость передачи данных, чем любые предыдущие спутники, к которым имел доступ Национальный научный фонд. Для реализации этого замысла, правда, потребовалось построить коммуникационную антенну на Южном полюсе и добавить новую систему в операционный центр TDRS, расположенный в Нью-Мексико.
Наземный терминал системы TDRS Южного полюса (South Pole TDRS Relay – SPTR), установленный на станции Амундсен-Скотт в декабре 1997 года и начавший работу 9 января 1998 года (фото NASA)
Первый сигнал через новую линию связи был передан 12 декабря 1997 года, а официально система начала функционировать с 9 января 1998 года. Теперь учёные могли не беспокоиться о том, что собранная информация «не пролезет в линию». Однако уже на следующий год выяснилось, что канал связи с высокой пропускной способностью необходим не только для этой цели.
В ходе зимовки 1999 года врач станции Джерри Нильсон обнаружила у себя рак молочной железы. С помощью линии связи TDRS врачи, находящиеся на континентальной территории США, помогли Джерри выполнить самобиопсию и провести химиотерапию до того момента, пока в Антарктику пришло лето и на станции смог приземлиться самолёт. В следующий раз врачи использовали систему телемедицины в 2002 году, когда врачу на станции потребовалась помощь при осуществлении операции на колене метеоролога Дара Гибсона.
В 2009 году первоначальное оборудование было заменено модернизированным, позволяющим осуществлять доступ не только к любому космическому аппарату TDRS, но также в период между «окнами видимости» передавать научные данные через геостационарные спутники GOES, использующие иную систему связи.
Аппаратное обеспечение SPTR было заменено в 2009 году обновленным оборудованием SPTR-2 (фото NASA)
Каждый год в Антарктиде появляются всё новые и новые инструменты, которые собирают ещё больший объём информации и, как следствие, требуют всё более высоких скоростей передачи данных. Астрофизики, занимающиеся исследованиями космического излучения, ожидают, что в ближайшие несколько лет на станции будет собираться до 300 мегабит данных в день. Потому и линия связи должна продолжать развиваться с учетом этих растущих потребностей.
Наконец - если Россия будет возрождать свои работы в Антарктике, то и нам придётся задуматься о тесной взаимосвязи космических и полярных исследований и о взаимопроникновении технологий. Тем более, что условия на нашей станции «Восток» даже более тяжёлые, чем на Южном полюсе.
Фотографии с сайтов NSF (https://www.nsf.gov) и NASA (https://www.nasa.gov)