Метеорная радиосвязь
Каждый день миллиарды космических камней врезаются в атмосферу Земли и распадаются на части, прежде чем успеют достичь Земли. Это производит два основных эффекта: первый мы можем наблюдать своими глазами, другой – не можем.
Эффект, который мы можем наблюдать — при условии, что метеорит имеет достаточно большие размеры — это фактическое разрушение камня, когда она ударяется о воздух, нагревает его молекулы и расплавляется под воздействием тепла. Когда метеор горит и летит через атмосферу, он оставляет за собой след из светящихся частиц, который мы называем падающей звездой. Хотя кажется, что это событие происходит в небе на высоте всего несколько тысяч метров, большинство метеоров распадаются на части на высотах между 80 и 100 километрами.
Второй эффект, который мы не можем видеть – это ионизация. Метеор превращается в составные молекулы, которые, двигаясь на высокой скорости, сталкиваются с молекулами воздуха и разрывают их на части, вызывая процесс ионизации. Метеоры, даже размером с песчинку, способны создавать столбы ионизированного воздуха длиной в десятки километров. И поскольку атмосфера непрерывно подвергается атаке метеоритов размером с песчинку, следы ионизации более или менее постоянно присутствуют в верхних слоях атмосферы.
Что, если мы используем эти следы ионизации для отражения радиоволн с целью обеспечить связь на дальние расстояния? Фактически, мы уже используем ионосферу, расположенную на высоте в пределах 60-1000 км, для отражения радиоволн коротких длин и связи с людьми на другом конце Земли. Ионосфера может отражать радиоволны частотой от 3 до 30 МГц. Всё, что выше, проходит прямо через ионосферу. Но плотность ионизации в метеорных следах выше, чем в ионосфере, что позволяет радиоволнам гораздо более высоких частот отражаться обратно на поверхность Земли.
Известный японский физик Хантаро Нагаока был первым, кто установил связь между метеорами и отражением радиоволн в 1929 году, хотя он думал, что метеоры могут препятствовать распространению радиоволн. Именно американский пионер радио Гринлиф Уиттиер Пикард и исследователь Bell Labs А. М. Скеллетт впервые предположили, что метеорные дожди способны в действительности улучшать радиосвязь. Гринлиф Пикард заметил, что всплески распространения радиосигналов на большие расстояния происходят во время крупных метеорных дождей, в то время как Скеллетт установил связь между кинетической энергией метеора и ионизацией ионосферы.
Первая существенная попытка использовать метеоры для связи была предпринята канадским Советом по оборонным исследованиям в начале 1950-х годов. Проект JANET использовал несущий сигнал 90 МГц для отправки коротких всплесков данных на расстояния, превышающие 2000 км. Система действовала примерно до 1960 года. Ещё один крупный проект назывался COMET. Им руководило НАТО; станции располагались в Нидерландах, Франции, Италии, Западной Германии, Великобритании и Норвегии.
Типичная метеорная радиосвязь состоит из главной станции и одной или нескольких приёмных станций. Главная станция посылает непрерывный зондирующий сигнал в атмосферу, в то время как приёмные станции ждут и слушают зонд. Когда появляется метеор, сигнал отражается обратно на приёмную станцию. Затем приёмная станция передаёт сигнал обратно на главную станцию, используя тот же метеорный след, что и канал связи. Главная станция даёт подтверждение, и происходит установление связи. Теперь у обеих станций есть немного времени, обычно доля секунды, чтобы отправить и получить данные до того, как метеорный след рассеется и канал закроется. Затем главный канал возвращается к передаче с использованием зонда до тех пор, пока не будет найден следующий путь. К счастью, им не приходится долго ждать. Согласно рассекреченному отчёту АНБ, «окошки связи» продолжительностью 100 миллисекунд доступны раз в 17 секунд, «окошки» продолжительностью 200 миллисекунд наблюдаются каждые 35 секунд, а «окошки» продолжительностью 400 миллисекунд – каждые две с половиной минуты. Более продолжительные «окошки», например, 1,6 секунды, однако, случаются только раз в два дня.
Главное преимущество метеорной радиосвязи – её стойкость к нарушениям. Спутник можно взорвать, а кабели связи – перерезать, однако следы метеоров находятся вне досягаемости людей. Сигнал метеорной радиосвязи также имеет относительно небольшой след, что затрудняет подслушивание, если только злоумышленник не находится очень близко к приёмным станциям. В силу этих причин метеорная радиосвязь используются военными для определённых целей.
Метеорная связь также используется системой SNOTEL Службы охраны природных ресурсов США для сбора информации о снегопадах и прочих климатических данных, прогнозирования ежегодных запасов воды и наводнений и проведения общих климатических исследований.
