Frekvenca X

Let radijske kukavice na Luno

Radijski signal je do Lune in nazaj potoval 2 sekundi in pol

almostthere
Pošiljanje radijskega signala proti luni
foto: Goran Andrić

Radio je ena izmed največjih iznajdb sodobne tehnike. Gre za tehnologijo, ki omogoča prenos signalov s prilagajanjem oziroma modulacijo elektromagnetnih valov, ki imajo manjše frekvence kot svetloba. Od prve radijske zveze, ki jo je leta 1902 vzpostavil Marconi s prenosom telegrafskega signala – črke »S« v Morsejevi abecedi, je tehnologija sprejemanja in oddajanja seveda močno napredovala, posebej še po izumu tranzistorja in integriranih vezij. Radijski signal si je utrl pot do vsakega še tako oddaljenega koščka Zemlje in tudi najdlje v vesolje.

Večina človeške komunikacije in prenosa informacij na daljavo temelji na pojavu valovanja. Valovanje ni le vsem dobro znan pojav valov na vodi, ampak je valovanje tudi zvok, ki se širi po zraku, tekočinah ali trdi snovi, elektromagnetno valovanje, ki se lahko širi po praznem prostoru (radijski valovi, svetloba,rentgenski žarki, žarki gama …), poznamo tudi gravitacijske valove pa tudi delci, ki sestavljajo svet atomov in molekul, se vedejo kot valovanje.

Radijski valovi potujejo skozi prazen prostor premočrtno, v vseh smereh. Ko naletijo na snov, pa se jim spremeni hitrost, se lahko lomijo, uklanjajo, odbijajo, absorbirajo in sipajo. Vse to se z njimi dogaja v Zemljini atmosferi. Odbijajo se tudi od površja Zemlje. Za zanesljive radijske zveze radijske valove usmerimo h komunikacijskim satelitom. Ti jih zajamejo, ojačajo, jim spremenijo frekvenco in pošljejo nazaj na Zemljo.

Če ne potrebujemo velike zanesljivosti, pa je radijsko zvezo mogoče vzpostaviti na več načinov. Eden zanimivejših je vzpostavljanje zvez prek odbojev od Lune, lahko pa jo vzpostavimo tudi ob pomoči sipanja na dežnih kapljicah visoko v deževnih oblakih, odboja od ionosfere, meteorskih sledi, avrore in celo prek letal.

Nekaj teh so z nenehnim vzpostavljanjem radijskih zvez odkrili radioamaterji. Radioamaterstvo se je namreč začelo že takrat kot razvoj radijske tehnike – konec 19. stoletja. Radioamaterje so zanimale enake stvari kot znanstvenike, ki so razvijali radio, zato so kmalu začeli sodelovati. Za namene eksperimentiranja so jim dodelili tudi frekvence, ki so v uporabi še danes.

Intervju: inženir Sine Mermal


V poklon 85-letnici Radia na Slovenskem – njegov izvirni prepoznavni znak je po zaslugi inženirja Marija Osane kukavica – smo signal radijske kukavice s pomočjo radioamaterjev poslali na najdaljši polet, kar jih je doslej preletela na poti proti poslušalcem. Inž. Sine Mermal z Oddajnikov in zvez, med radioamateriji znan po klicnem znaku S53RM, je s pomočjo švicarskega kolega Dana – HB9Q kukavico z navdušenjem poslal kar do Lune, tam pa se je odbila in se nekoliko oskubljena vrnila na Zemljo, in sicer v Švico. Zakaj smo morali poklicati na pomoč radioamaterje?

Da bi slišali odboj od Meseca, je treba imeti dobro usmerjeno anteno. To pa pomeni, da je antena zelo velika. Take imamo tudi na Oddajnikih in zvezah RTV, vendar so ves čas obrnjene na komunikacijske satelite, pa zato ne moremo z njimi slediti Meseca. Dovolj velike antene smo imeli postavljene tudi na Menini planini, a jih pred zimo vedno pospravimo. Z Danom sem večkrat imel zvezo prek odboja od Lune, pa sem se spomnil, da bi mi lahko pomagal, ker je vedno imel zelo močan signal.

Preden slišimo zapis potovanja kukavice, me zanima, kako je zaplavala po radijskih valovih, ali kot rečete strokovno: Kako ste jo pretvorili v elektromagnetno valovanje?

Kukavica je najprej zvočno valovanje, ki ga s pomočjo mikrofona pretvorimo v nihanje električnega toka. To nihanje električnega toka naložimo (vtisnemo) na električni tok zelo visoke frekvence. Temu procesu rečemo modulacija. Te združene signale nato močno ojačamo in po vodniku pošljemo do antene. Naloga antene je, da ta nihanja električnega toka pretvori v radijske valove in jih usmeri v določeno smer – proti Mesecu:
Tako je kukavica švistnila proti Luni, se odbila in vrnila na Zemljo:

Osupljivo, ampak vesoljska pustolovščina naše kukavice je trajala le dve sekundi in pol. Kaj pa se je v tem kratkem času dogajalo s signalom?

Naša kukavica je zapustila anteno kot elektromagnetno valovanje s hitrostjo svetlobe. To je 300.000 km/s. Za primer vzemimo, da je Mesec na vzhodnem nebu. Zaradi vrtenja Zemlje proti vzhodu se s hitrostjo okoli 300 m/s gibljemo proti Mesecu, zato se nekaj malega poviša radijska frekvenca kukavice. Temu rečemo Dopplerjev pojav. Zaradi zelo visoke frekvence radijskih valov, s katerimi potuje kukavica, je zanjo ionosfera prozorna. Prosti elektroni v ionosferi pa vseeno poizkušajo zanihati v ravnini električnega polja njenih radijskih valov, vendar jim zemeljsko magnetno polje ves čas spreminja smer nihanja. Po več kot sto kilometrih potovanja po ionosferi se tako zasuka smer električnega in magnetnega polja v njenem valovanju. Rečemo, da valovi spremenijo polarizacijo. Pojav se imenuje Faradayeva rotacija. Po tem ima kukavica prosto pot do Meseca. Površina Meseca večino radijskih valov absorbira, samo okoli 6 % razprši v vse smeri po vesolju. Zelo majhen del se jih odbije nazaj proti naši anteni.Njegova površina tudi ni vsa enako oddaljena od naše antene. Vsi žarki tako ne opravijo enako dolge poti, zato se tudi na Zemljo do naše antene vrnejo z različno zakasnitvijo.

Znano je, da nam Mesec kaže ves čas isti obraz. Vendar to ni popolnom točno. Pot Meseca okoli Zemlje ni idealna krožnica s središčem v središču Zemlje, zato mesec z vrtenjem okoli svoje osi malo prehiteva in nato spet zaostaja. Tako nam Mesec vseeno včasih nastavi malo bolj svoje desno, včasih levo lice. Ravnina kroženja Meseca okoli Zemlje in os vrtenja Meseca tudi nista pravokotni. Zato ga včasih vidimo malo bolj od zgoraj ali pa spodaj. Tudi mi nismo v središču Zemlje.Vse to pa pomeni, da se nekateri njegovi deli z majhno hitrostjo približujejo, drugi pa oddaljujejo od nas. Zato se različno spremeni frekvenca žarkov, ki se odbijejo od različnih delov Meseca. Teh učinkov na uho pri našem odboju ne opazimo, če pa bi frekvenco radijskih valov pri oddaji kukavice povečali za 10-krat, bi postali izraziti.

Na poti nazaj morajo radijski valovi spet skozi ionosfero, kjer se polarizacija spet zasuče v isto smer, naša antena se jim še vedno približuje, zato se jim še enkrat poviša frekvenca. Mesec je oddaljen od nas okoli 400.000 km. Za pot tja in nazaj kukavica porabi malo več kot dve sekundi in pol.

Popraviti moramo frekvenco našega sprejemnika, zasukati polarizacijo naše antene in sprejeti signal ojačati, ker je za 1025-krat šibkejši od tistega, ki smo ga poslali na pot proti Mesecu. Potem ločimo še kukavico od visoke frekvence (naredimo demodulacijo) ter nihanje električnega toka pripeljemo na zvočnik …

Zveze vzpostavljate na različne načine. Eden zanimivejših je brez dvoma zveza prek odboja z Lune, ki smo jo uporabili pri radijski kukavici.

Radioamaterji vzpostavljamo radijske zveze z govorom, telegrafijo, z računalniki, z različnimi vrstami digitalnih modulacij in protokolov, ob pomoči repetitorjev, digipiterjev (digitalnih radijskih vozlišč), radioamaterskih satelitov itn. Pri tem uporabljamo različne naravne pojave, na primer odboj radijskih valov nizkih frekvenc od ionosfere, ki deluje kot ogledalo, temperaturni obrat, odboj od meteorskih sledi, sipanje na kapljicah deževnih oblakov, odboj od polarnega sija (avrore), od letal ali od Meseca itn.

Vsekakor so zveze ob pomoči odboja od Meseca ene najzahtevnejših in najzanimivejših zvez, ki jih vzpostavljamo radioamaterji. Pri tem si zadnjih 10 let pomagamo tudi z računalniškim programom za kodiranje in dekodiranje zelo šibkih signalov. Napisal ga je ameriški radioamater Joe Taylor – K1JT. Radioamater je že od mladosti. Zanimivo pa je, da je tudi Nobelov nagrajenec za fiziko. Nobelovo nagrado je dobil za odkritje milisekundnih pulzarjev. S preučevanjem njihovih radijskih valov ob pomoči velike antene v Arecibu je prvi posredno potrdil obstoj gravitacijskih valov.

Slovenski radioamaterji dosegate odlične uspehe pri vzpostavljanju radijskih zvez. Tako kot se dobro spomnite svoje prve radioamaterske zveze, najbrž ne boste zlepa pozabili letošnjega avgusta?

Da, res je. Domžalski radioamaterji smo ob pomoči odboja od meteorskih sledi v roju Perzeidi vzpostavili zvezo z radioamaterjem s Kanarskih otokov. Ta zveza je za malo več kot 200 km izboljšala skoraj 30 let star svetovni rekord v tem načinu vzpostavljanja zvez. To je edini svetovni rekord take vrste, ki je zdaj v lasti slovenskih radioamaterjev.

Čestitke in hvala, inž. Sine Mermal. Zdaj vemo, da radijski signal lahko seže do vsakega še tako oddaljenega koščka Zemlje in tudi najdlje v vesolje. Mogoče pa kje daleč v vesolju živi radiomater, ki prisluškuje signalom iz smeri Sonca in bo enkrat nagrajen za svoj trud.