同樣70米直徑的天線,收到遠在冥王星軌道外新視野號的信號功率為何比木星軌道上的朱諾號還要高接近17倍?
如圖,分別是DSN(Deep Space Network)在美國和澳大利亞的70米直徑射電望遠鏡,在木星軌道的朱諾號信號功率只有4.49 x 10^-22kW,而在土星軌道的卡西尼號即使使用口徑34米的射電望遠鏡就能接收到2.30 x 10^-20kW的功率,甚至遠在冥王星軌道外的新視野號都能收到7.78 x 10^-21kW的功率,比朱諾號還要高17倍。
與此同時,地面天線對新視野號的發射功率大概18KW,而對朱諾號則需要接近20KW。
究竟是因為探測器天線發射功率或尺寸因為各種因素有所約制,還是因為木星周邊的強磁場和大劑量輻射干擾,或者其他因素的影響?
追加:
今天我再看了一下DSN Now,同樣是70米天線朱諾號接受功率是-128.39 dBm(1.38 x 10-19 kW),符合答主沈腫的的計算。估計昨天朱諾號用的是中增益天線對地球進行通信,這次真的長知識了!DSN Now截圖:
根據查到的資料,估算了下juno和new horizons被地球70米天線接收的功率
juno上裝有25w的功率放大器,同時具有2.5米的拋物面天線,其增益大概在44db,再根據其與地球的距離以及70米天線增益,可以計算出經天線接收後的功率為-129dbm左右。同理new horizons到達地球功率為-145dbm左右,這邊對天線的增益都是根據拋物面天線增益經驗公式估計的,可能會有誤差。那麼,可以看到new horizons的功率和樓主給的基本接近,畢竟個別數據我都是估算的。
至於juno,為何差距這麼大,查閱了相關資料,先看下juno上的天線介紹:
juno上共有3種天線,高增益天線hga,中增益天線mga和低增益天線lga,這三種天線有何用?首先高增益天線為主用天線,其增益為44db,上述juno到達地面天線功率-129dbm也是基於這計算出來的。
低增益天線只在兩種情況下使用,分別為joi和prm,其中joi為jupiter orbit insertion木星軌道插入,其增益為6db左右。
中增益天線用於與地面通信主要試過在巡航或者在軌道安全模式下使用,其增益為18db。
因為不是太清楚樓主給出的juno到達地面天線功率是何種模式下得到的,根據值,估計是在juno處於巡航下使用中增益天線時所得,即用18db中增益天線時,juno到達地面70米天線後功率大概在-155dbm左右,比較符合樓主的數據來源。
謝邀,具體原因不大清楚,疑似天線增益不同。朱諾號的姿態控制沒有使用動量輪而用了復古的自旋穩定,姿態不能任意調整,天線指向地球的精度低一些,需要發散角較大的低增益天線才能保持通訊。
https://zhuanlan.zhihu.com/p/21479158
首先,既然更遠的新視野號的到達功率更強,那麼技術上,讓朱諾號的到達信號功率比現在強沒有障礙。
我給出一種我認為可能性比較大的解釋。
香農公式規定了數據速率上限(問題貼圖中的data rate,標記為C)、信號帶寬(標記為B)、信號功率(問題貼圖中的power received,標記為S)和雜訊功率(標記為N)之間的關係:
C=B log2(1+S/N)
只要實際數據速率不超過C,理論上數據傳輸可以無誤碼。
也就是說,若其他條件不變,信號接收功率越低,則數據速率上限越低。
所以,這個問題可以用香農公式解釋:朱諾號較低的數據速率,意味著地面站不需要這麼高的接收信號功率。因此朱諾號把發射功率調低了。
上知乎太少了,貌似前面的回答多少都提到了,除了天線的增益,也許木星的軌道磁場環境與探測器的飛行軌道的影響可能都需要考慮,所以問問NASA可能會有更全面詳細的答案吧,不敢班門弄斧。發布回答
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