Электромагнитная безэховая камера, сокращенно GEMAC, в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, уже более полувека является важным испытательным полигоном для антенных технологий. Кредит: НАСА
В любой день сети НАСА могут связываться с более чем 100 космическими миссиями. Независимо от того, поддерживает ли миссия линии связи с находящимися на орбите астронавтами или со спутниками глубоко в космосе, у всех этих десятков спутников есть одна общая черта: каждому нужна антенна. Без него миссии НАСА и их открытия были бы просто невозможны.
Чтобы убедиться, что эти антенны отвечают требованиям космических полетов, для большинства это означает тщательные испытания на земле в моделируемой космической среде. Электромагнитная безэховая камера Годдарда (GEMAC) в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, уже более 50 лет служит испытательным полигоном встроенной антенны.
«Звуковая будка» для космических сигналов
Ряды кобальтово-синих шпилей в антенной камере Годдарда напоминают звуконепроницаемую комнату или изолирующую кабину студии звукозаписи. В некотором смысле камера похожа, но вместо гашения звуковых волн эта установка блокирует радиосигналы и устраняет отражения радиоволн внутри камеры — «безэховый» означает отсутствие эха.
Подобно записи треков в популярный альбом, случайный окружающий шум, улавливаемый микрофоном, может испортить идеальный дубль. То же самое происходит и с радиоволнами, когда инженеры хотят протестировать антенну космического корабля. Радиосреда на Земле «зашумлена»: радиопередачи AM и FM, телевизионные сигналы, сотовые телефоны и даже микроволновые печи — все излучает радиочастоты — RF. Чтобы смоделировать относительно спокойную радиочастотную среду космоса, инженерам нужен способ изолировать антенны от всех этих других земных радиоволн во время испытаний.
Это работа плотно упакованных колонн шипов, выстилающих полы и стены. Эти конусы из пенополиуретана являются поглотителями микроволн. Они блокируют внешние помехи и шум, а в «тихой зоне» камеры, как ее называют инженеры, создают среду без отражений, какую антенна будет испытывать в космосе.
Инженеры Центра космических полетов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, завершили испытания антенны с высоким коэффициентом усиления для римского космического телескопа Нэнси Грейс. Антенна, показанная здесь в электромагнитной безэховой камере Годдарда в январе 2023 года, обеспечит основную линию связи между римским космическим кораблем и землей. Фото: НАСА/Крис Ганн.
Антенны прошли испытания
Благодаря такой радиозащитной среде инженеры Годдарда могут точно измерить, насколько эффективно антенны передают и принимают сигналы. Если во время полета сигнал антенны пойдет в неожиданном или нежелательном направлении, это может означать потерю данных миссии или даже всего космического корабля, если критическая команда будет пропущена.
Пытаться проектировать и тестировать антенны без такой камеры «все равно, что отобрать калькулятор у бухгалтера», сказал инженер Годдарда Кен Херси.
Поскольку миссии НАСА (и их антенны) со временем становились все сложнее, инженеры Годдарда модернизировали безэховую камеру, чтобы последовать этому примеру. Херси был ведущим разработчиком последнего капитального ремонта, который в 1997 году расширил диапазон частот антенн, которые можно было использовать в испытаниях. Камера может даже помочь в калибровке научных инструментов, таких как радары и датчики микроволнового излучения.
Совсем недавно безэховая камера сертифицировала антенну с высоким коэффициентом усиления римского космического телескопа и антенну покрытия Земли для миссии PACE — миссии «Планктон, аэрозоль, облако, экосистема океана». Запущенный к маю 2027 года, Роман будет иметь поле зрения как минимум в 100 раз больше, чем у Хаббла, и поможет решить важные вопросы о темной материи и темной энергии. В январе 2024 года ПАСЕ стартует с миссией по изучению качества воздуха на Земле, состояния океана и изменения климата.
Как только эти миссии начнут полет, их новаторские наблюдения станут последними в продолжающемся наследии открытий, ставших возможными благодаря батарее полиуретановых конусов и безэховой антенной камере Годдарда.
