Номер 6.83, страница 141 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Принципы радиосвязи - номер 6.83, страница 141.

Условие.

6.83. Почему для космической радиосвязи используют ультракороткие волны?

Решение.

Для космической радиосвязи используют ультракороткие волны (УКВ) по нескольким ключевым причинам, которые делают их наиболее подходящими для этой задачи:

1. Способность проходить через ионосферу. Это самая главная причина. Ионосфера — это верхний слой атмосферы Земли, содержащий ионизированный газ, который отражает радиоволны длинного (ДВ), среднего (СВ) и коротковолнового (КВ) диапазонов обратно к Земле. Это свойство используется для дальней радиосвязи на Земле, но оно делает невозможным связь с космическими аппаратами на этих частотах. Ультракороткие волны имеют достаточно высокую частоту (более 30 МГц), чтобы не отражаться, а проходить сквозь ионосферу с минимальными потерями. Это позволяет устанавливать стабильный канал связи между наземными станциями и объектами в космосе.

2. Большая информационная ёмкость (широкая полоса пропускания). Количество информации, которое можно передать по радиоканалу в единицу времени, напрямую зависит от ширины полосы частот, а она, в свою очередь, пропорциональна несущей частоте. Космическая связь требует передачи огромных объемов данных — телеметрии, научных измерений, изображений высокого разрешения, видеосигналов. Высокие частоты УКВ-диапазона позволяют использовать широкую полосу пропускания, обеспечивая высокую скорость передачи данных.

3. Компактность антенн. Размеры антенны напрямую связаны с длиной волны ($\lambda$) излучения. Например, для простой вибраторной антенны её длина составляет примерно половину длины волны ($L \approx \lambda/2$). Так как у УКВ длина волны мала (от 10 м до 1 мм), антенны для этого диапазона получаются небольшими, легкими и компактными. Это критически важно для космических аппаратов, где существуют строгие ограничения по массе и габаритам выводимого на орбиту оборудования.

4. Высокая направленность. На коротких длинах волн гораздо проще создавать остронаправленные антенны (например, параболические). Такие антенны концентрируют всю энергию радиосигнала в узком луче, направленном точно на корреспондента. Это позволяет значительно увеличить дальность связи при ограниченной мощности передатчика на борту космического аппарата и повысить помехозащищенность, так как антенна принимает сигналы только с определенного направления.

5. Низкий уровень помех. УКВ-диапазон в меньшей степени подвержен влиянию атмосферных помех (например, от молний) и промышленных шумов по сравнению с более низкочастотными диапазонами. Это обеспечивает более высокое соотношение сигнал/шум, что необходимо для уверенного приема очень слабых сигналов от далеких космических объектов.

Ответ: Ультракороткие волны используют для космической радиосвязи, потому что они, в отличие от более длинных волн, способны проходить сквозь ионосферу Земли. Кроме того, они позволяют передавать большие объемы информации, использовать компактные и легкие антенны на борту космических аппаратов и формировать узконаправленные лучи для связи на больших расстояниях при малом уровне помех.