গভীর মহাকাশে কল করুন: নাসা কীভাবে আন্তঃগ্রহীয় যোগাযোগকে ত্বরান্বিত করছে

“রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি প্রযুক্তির উন্নতির জন্য কার্যত কোন অবকাশ নেই। সহজ সমাধান শেষ"

26 নভেম্বর, 2018-এ মস্কোর সময় 22:53 এ, NASA আবার এটি করেছে - ইনসাইট প্রোবটি বায়ুমণ্ডলে প্রবেশ করার পরে সফলভাবে মঙ্গল গ্রহের পৃষ্ঠে অবতরণ করেছে, অবতরণ এবং অবতরণের কৌশলগুলি, যা পরে "সাড়ে ছয় মিনিটের ভয়ঙ্কর" হিসাবে দীক্ষিত হয়েছিল " একটি উপযুক্ত বর্ণনা, যেহেতু পৃথিবী এবং মঙ্গল গ্রহের মধ্যে প্রায় 8,1 মিনিটের যোগাযোগ বিলম্বের কারণে মহাকাশ অনুসন্ধানটি গ্রহের পৃষ্ঠে সফলভাবে অবতরণ করেছে কিনা তা নাসার প্রকৌশলীরা তাৎক্ষণিকভাবে জানতে পারেননি। এই উইন্ডো চলাকালীন, ইনসাইট তার আরও আধুনিক এবং শক্তিশালী অ্যান্টেনার উপর নির্ভর করতে পারে না - সবকিছুই পুরানো দিনের UHF যোগাযোগের উপর নির্ভর করে (সম্প্রচার টেলিভিশন এবং ওয়াকি-টকি থেকে শুরু করে ব্লুটুহ ডিভাইস পর্যন্ত সমস্ত কিছুতে ব্যবহৃত একটি পদ্ধতি)।

ফলস্বরূপ, ইনসাইটের অবস্থার সমালোচনামূলক ডেটা দুটি উপগ্রহে 401,586 MHz ফ্রিকোয়েন্সি সহ রেডিও তরঙ্গে প্রেরণ করা হয়েছিল -কিউবস্যাট, WALL-E এবং EVE, যা তখন পৃথিবীতে অবস্থিত 8-মিটার অ্যান্টেনা থেকে 70 Kbps গতিতে ডেটা প্রেরণ করে। ইনসাইটের মতো একই রকেটে কিউবস্যাটগুলি উৎক্ষেপণ করা হয়েছিল, এবং তারা মঙ্গল গ্রহের যাত্রায় অবতরণ পর্যবেক্ষণ করতে এবং অবিলম্বে বাড়িতে ডেটা প্রেরণের জন্য এটির সাথে ছিল। অন্যান্য মঙ্গল গ্রহের কক্ষপথ, যেমন মঙ্গল অনুসন্ধান উপগ্রহ (MRS), একটি বিশ্রী অবস্থানে ছিল এবং প্রথমে রিয়েল টাইমে ল্যান্ডারের সাথে বার্তা বিনিময় করতে পারেনি। বলার অপেক্ষা রাখে না যে পুরো অবতরণ দুটি পরীক্ষামূলক কিউবস্যাটের উপর নির্ভর করে প্রতিটি একটি স্যুটকেসের আকারের, কিন্তু এমআরএস কেবলমাত্র আরও দীর্ঘ অপেক্ষার পরে ইনসাইট থেকে ডেটা প্রেরণ করতে সক্ষম হবে।

ইনসাইট অবতরণ আসলে নাসার সমগ্র যোগাযোগ স্থাপত্য, মার্স নেটওয়ার্ক পরীক্ষা করেছে। প্রদক্ষিণকারী উপগ্রহগুলিতে প্রেরণ করা ইনসাইট ল্যান্ডারের সংকেত যেভাবেই হোক পৃথিবীতে পৌঁছে যেত, এমনকি যদি উপগ্রহগুলি ব্যর্থ হয়। WALL-E এবং EVE-এর তাৎক্ষণিকভাবে তথ্য আদান-প্রদানের প্রয়োজন ছিল এবং তারা তা করেছে। যদি এই কিউবস্যাটগুলি কোনও কারণে কাজ না করত, এমআরএস তাদের ভূমিকা পালন করতে প্রস্তুত ছিল। প্রতিটি একটি ইন্টারনেটের মতো নেটওয়ার্কে একটি নোড হিসাবে কাজ করে, বিভিন্ন সরঞ্জাম সমন্বিত বিভিন্ন টার্মিনালের মাধ্যমে ডাটা প্যাকেট রাউটিং করে। আজ, তাদের মধ্যে সবচেয়ে কার্যকর হল MRS, 6 Mbit/s পর্যন্ত গতিতে ডেটা প্রেরণ করতে সক্ষম (এবং এটি আন্তঃগ্রহের মিশনের বর্তমান রেকর্ড)। কিন্তু নাসাকে অতীতে অনেক ধীর গতিতে কাজ করতে হয়েছে-এবং ভবিষ্যতে আরও দ্রুত ডেটা স্থানান্তরের প্রয়োজন হবে।

আপনার ইন্টারনেট পরিষেবা প্রদানকারীর মতো, NASA ইন্টারনেট ব্যবহারকারীদের অনুমতি দেয় চেক আউট রিয়েল টাইমে মহাকাশযানের সাথে যোগাযোগ।

গভীর স্থান যোগাযোগ নেটওয়ার্ক

মহাকাশে NASA-এর উপস্থিতি বাড়ার সাথে সাথে, উন্নত যোগাযোগ ব্যবস্থা ক্রমাগতভাবে আরও বেশি স্থান কভার করতে আবির্ভূত হয়েছে: প্রথমে নিম্ন পৃথিবীর কক্ষপথে, তারপর জিওসিঙ্ক্রোনাস কক্ষপথে এবং চাঁদে এবং শীঘ্রই যোগাযোগগুলি মহাকাশে আরও গভীরে চলে যায়। এটি সবই একটি অপরিশোধিত পোর্টেবল রেডিও রিসিভার দিয়ে শুরু হয়েছিল যা এক্সপ্লোরার 1 থেকে টেলিমেট্রি গ্রহণ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল, প্রথম উপগ্রহ যা আমেরিকানরা 1958 সালে নাইজেরিয়া, সিঙ্গাপুর এবং ক্যালিফোর্নিয়ায় মার্কিন সামরিক ঘাঁটিতে সফলভাবে চালু করেছিল। ধীরে ধীরে কিন্তু নিশ্চিতভাবে, এই ভিত্তিটি আজকের উন্নত মেসেজিং সিস্টেমে বিকশিত হয়েছে।

ডগলাস আব্রাহাম, NASA এর ইন্টারপ্ল্যানেটারি নেটওয়ার্ক ডিরেক্টরেটের কৌশলগত এবং সিস্টেম দূরদর্শিতা বিভাগের প্রধান, মহাকাশে বার্তা প্রেরণের জন্য তিনটি স্বাধীনভাবে উন্নত নেটওয়ার্ক হাইলাইট করেছেন। নিয়ার আর্থ নেটওয়ার্ক কম পৃথিবীর কক্ষপথে মহাকাশযানের সাথে কাজ করে। "এটি অ্যান্টেনার সংগ্রহ, বেশিরভাগই 9 থেকে 12 মিটার। এর মধ্যে কয়েকটি বড় আছে, 15 থেকে 18 মিটার," আব্রাহাম বলেছেন। তারপরে, পৃথিবীর জিওসিঙ্ক্রোনাস কক্ষপথের উপরে, বেশ কয়েকটি ট্র্যাকিং এবং ডেটা রিলে স্যাটেলাইট (TDRS) রয়েছে। "তারা পৃথিবীর নিম্ন কক্ষপথে উপগ্রহের দিকে তাকাতে পারে এবং তাদের সাথে যোগাযোগ করতে পারে এবং তারপরে এই তথ্যটি টিডিআরএসের মাধ্যমে মাটিতে প্রেরণ করতে পারে," আব্রাহাম ব্যাখ্যা করেন। "এই স্যাটেলাইট ডেটা ট্রান্সমিশন সিস্টেমটিকে নাসা স্পেস নেটওয়ার্ক বলা হয়।"

কিন্তু এমনকি টিডিআরএস মহাকাশযানের সাথে যোগাযোগ করার জন্য যথেষ্ট ছিল না, যেটি চাঁদের কক্ষপথের বাইরে অন্য গ্রহগুলিতে চলে গিয়েছিল। “সুতরাং আমাদের এমন একটি নেটওয়ার্ক তৈরি করতে হয়েছিল যা পুরো সৌরজগতকে কভার করে। এবং এটি ডিপ স্পেস নেটওয়ার্ক [DSN], আব্রাহাম বলেছেন। মঙ্গল গ্রহের নেটওয়ার্ক একটি এক্সটেনশন ডিএসএন.

এর দৈর্ঘ্য এবং বিন্যাস দেওয়া, DSN তালিকাভুক্ত সিস্টেমগুলির মধ্যে সবচেয়ে জটিল। মূলত, এটি বড় অ্যান্টেনার একটি সেট, ব্যাস 34 থেকে 70 মিটার পর্যন্ত। তিনটি DSN সাইটের প্রত্যেকটি বেশ কয়েকটি 34-মিটার অ্যান্টেনা এবং একটি 70-মিটার অ্যান্টেনা পরিচালনা করে। একটি সাইট গোল্ডস্টোন (ক্যালিফোর্নিয়া), আরেকটি মাদ্রিদের কাছে (স্পেন) এবং তৃতীয়টি ক্যানবেরায় (অস্ট্রেলিয়া) অবস্থিত। এই সাইটগুলি বিশ্বজুড়ে প্রায় 120 ডিগ্রি দূরে অবস্থিত এবং জিওসিঙ্ক্রোনাস কক্ষপথের বাইরে সমস্ত মহাকাশযানকে XNUMX-ঘন্টা কভারেজ সরবরাহ করে।

34-মিটার অ্যান্টেনাগুলি DSN-এর প্রধান সরঞ্জাম এবং দুটি প্রকার রয়েছে: পুরানো উচ্চ দক্ষতার অ্যান্টেনা এবং অপেক্ষাকৃত নতুন ওয়েভগাইড অ্যান্টেনা। পার্থক্য হল একটি গাইড ওয়েভ অ্যান্টেনায় পাঁচটি নির্ভুল আরএফ আয়না থাকে যা একটি পাইপের নিচে একটি ভূগর্ভস্থ কন্ট্রোল রুমে সিগন্যাল প্রতিফলিত করে, যেখানে ইলেকট্রনিক্স যেগুলি সেই সংকেতগুলিকে বিশ্লেষণ করে সেগুলি হস্তক্ষেপের সমস্ত উত্স থেকে আরও ভালভাবে সুরক্ষিত থাকে। 34-মিটার অ্যান্টেনা, পৃথকভাবে বা 2-3টি খাবারের দলে কাজ করে, নাসার প্রয়োজনীয় বেশিরভাগ যোগাযোগ সরবরাহ করতে পারে। কিন্তু বিশেষ ক্ষেত্রে যখন দূরত্ব এমনকি একাধিক 34-মিটার অ্যান্টেনার জন্য খুব দীর্ঘ হয়ে যায়, ডিএসএন নিয়ন্ত্রণ 70-মিটার দানব ব্যবহার করে।

"তারা বেশ কয়েকটি অ্যাপ্লিকেশনে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে," আব্রাহাম বড় অ্যান্টেনা সম্পর্কে বলেছেন। প্রথমটি হল যখন মহাকাশযানটি পৃথিবী থেকে এত দূরে থাকে যে একটি ছোট থালা ব্যবহার করে এটির সাথে যোগাযোগ স্থাপন করা অসম্ভব হবে। "ভাল উদাহরণ হতে পারে নিউ হরাইজনস মিশন, যা ইতিমধ্যেই প্লুটো বা ভয়েজার মহাকাশযান, যা সৌরজগতের বাইরে অবস্থিত তার চেয়ে অনেক বেশি উড়ে গেছে। শুধুমাত্র 70-মিটার অ্যান্টেনাগুলি তাদের প্রবেশ করতে পারে এবং তাদের ডেটা পৃথিবীতে সরবরাহ করতে পারে, "আব্রাহাম ব্যাখ্যা করেন।

70-মিটার ডিশগুলিও ব্যবহার করা হয় যখন মহাকাশযানটি বুস্টিং অ্যান্টেনা পরিচালনা করতে পারে না, হয় পরিকল্পিত জটিল পরিস্থিতি যেমন অরবিটাল এন্ট্রির কারণে বা কিছু ভয়ঙ্করভাবে ভুল হওয়ার কারণে। 70-মিটার অ্যান্টেনা, উদাহরণস্বরূপ, Apollo 13 নিরাপদে পৃথিবীতে ফিরিয়ে আনতে ব্যবহৃত হয়েছিল। তিনি নিল আর্মস্ট্রং এর বিখ্যাত লাইনটিও গ্রহণ করেছিলেন, "একজন মানুষের জন্য একটি ছোট পদক্ষেপ, মানবজাতির জন্য একটি বিশাল পদক্ষেপ।" এবং আজও, DSN বিশ্বের সবচেয়ে উন্নত এবং সংবেদনশীল যোগাযোগ ব্যবস্থা রয়ে গেছে। "কিন্তু অনেক কারণে এটি ইতিমধ্যেই তার সীমাতে পৌঁছেছে," আব্রাহাম সতর্ক করে। - রেডিও ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করে এমন প্রযুক্তির উন্নতি করার জন্য কার্যত কোথাও নেই। সহজ সমাধান ফুরিয়ে যাচ্ছে।"

তিনটি গ্রাউন্ড স্টেশন 120 ডিগ্রি দূরে

ক্যানবেরার ডিএসএন প্লেট

মাদ্রিদে ডিএসএন কমপ্লেক্স

গোল্ডস্টোন এ DSN

জেট প্রপালশন ল্যাবরেটরিতে কন্ট্রোল রুম

রেডিও এবং এর পরে কি হবে

এই গল্প নতুন নয়। গভীর স্থান যোগাযোগের ইতিহাস ফ্রিকোয়েন্সি বৃদ্ধি এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য সংক্ষিপ্ত করার জন্য একটি ধ্রুবক সংগ্রাম নিয়ে গঠিত। এক্সপ্লোরার 1 108 মেগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করেছে। NASA তারপরে বৃহত্তর, আরও ভালো-লাভ করা অ্যান্টেনা চালু করে যা L-ব্যান্ডে 1 থেকে 2 GHz ফ্রিকোয়েন্সি সমর্থন করে। তারপরে 2 থেকে 4 গিগাহার্জ ফ্রিকোয়েন্সি সহ এস-ব্যান্ডের পালা, এবং তারপরে সংস্থাটি 7-11,2 গিগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি সহ এক্স-ব্যান্ডে স্যুইচ করে।

আজ, মহাকাশ যোগাযোগ ব্যবস্থা আবার পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে - তারা এখন 26-40 GHz রেঞ্জ, Ka-ব্যান্ডে চলে যাচ্ছে। "এই প্রবণতার কারণ হল যে ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সি, দ্রুত ডেটা স্থানান্তর হার অর্জন করা যেতে পারে," আব্রাহাম বলেছেন।

আশাবাদের কারণ রয়েছে, কারণ ঐতিহাসিকভাবে নাসার যোগাযোগের গতি বেশ দ্রুত হয়েছে। জেট প্রপালশন ল্যাবরেটরির 2014 সালের একটি গবেষণাপত্র তুলনা করার জন্য নিম্নলিখিত থ্রুপুট ডেটা সরবরাহ করে: আমরা যদি বৃহস্পতি থেকে পৃথিবীতে একটি সাধারণ আইফোন ফটো প্রেরণ করতে এক্সপ্লোরার 1 এর যোগাযোগ প্রযুক্তি ব্যবহার করি তবে এটি বর্তমান যুগের মহাবিশ্বের চেয়ে 460 গুণ বেশি সময় নেবে। 2 এর দশক থেকে পাইওনিয়ার 4 এবং 1960 এর জন্য, এটি 633 বছর লাগত। 000 থেকে মেরিনার 9 এটি 1971 ঘন্টার মধ্যে সম্পন্ন করবে। আজ MRS তিন মিনিট লাগবে।

একমাত্র সমস্যা, অবশ্যই, মহাকাশযান দ্বারা প্রাপ্ত ডেটার পরিমাণ তার সংক্রমণ ক্ষমতার বৃদ্ধির চেয়ে দ্রুত না হলেও দ্রুত বৃদ্ধি পাচ্ছে। 40 বছরের অপারেশনে, ভয়েজার্স 1 এবং 2 5 টিবি তথ্য তৈরি করেছে। NISAR আর্থ সায়েন্স স্যাটেলাইট, 2020 সালে উৎক্ষেপণের জন্য নির্ধারিত, প্রতি মাসে 85 TB ডেটা তৈরি করবে। এবং যদি পৃথিবীর উপগ্রহগুলি এটিতে বেশ সক্ষম হয় তবে গ্রহগুলির মধ্যে এত পরিমাণ ডেটা স্থানান্তর করা সম্পূর্ণ আলাদা গল্প। এমনকি একটি অপেক্ষাকৃত দ্রুত MRS 85 বছরের জন্য পৃথিবীতে 20 TB ডেটা প্রেরণ করবে।

"2020-এর দশকের শেষের দিকে এবং 2030-এর দশকের শুরুতে মঙ্গল গ্রহের অনুসন্ধানের জন্য প্রত্যাশিত ডেটা রেট 150 Mbps বা তার বেশি হবে, তাই আসুন গণিত করি," আব্রাহাম বলেছেন৷ – যদি আমাদের থেকে মঙ্গলে সর্বোচ্চ দূরত্বে একটি MRS-শ্রেণীর মহাকাশযান পৃথিবীতে 1-মিটার অ্যান্টেনায় প্রায় 70 Mbit/s পাঠাতে পারে, তাহলে 150 Mbit/s গতিতে যোগাযোগের ব্যবস্থা করতে 150 70-মিটারের অ্যারে। অ্যান্টেনা প্রয়োজন হবে। হ্যাঁ, অবশ্যই, আমরা এই অযৌক্তিক পরিমাণকে কিছুটা কমাতে চতুর উপায় নিয়ে আসতে পারি, তবে সমস্যাটি স্পষ্টতই বিদ্যমান: 150 এমবিপিএস গতিতে আন্তঃগ্রহীয় যোগাযোগ সংগঠিত করা অত্যন্ত কঠিন। উপরন্তু, আমরা অনুমোদিত ফ্রিকোয়েন্সি ফুরিয়ে যাচ্ছি।"

আব্রাহাম যেমন দেখান, এস-ব্যান্ড বা এক্স-ব্যান্ডে কাজ করে, একটি একক 25 এমবিপিএস মিশন পুরো উপলব্ধ স্পেকট্রাম দখল করবে। কা-ব্যান্ডে আরও স্থান রয়েছে, তবে 150 মেগাবিট/সেকেন্ডের থ্রুপুট সহ মাত্র দুটি মঙ্গল স্যাটেলাইট পুরো স্পেকট্রাম দখল করবে। সহজ কথায়, ইন্টারপ্লানেটারি ইন্টারনেটের কাজ করার জন্য শুধু রেডিওর চেয়ে বেশি প্রয়োজন হবে - এটি লেজারের উপর নির্ভর করবে।

অপটিক্যাল যোগাযোগের উত্থান

লেজারগুলি ভবিষ্যতবাদী শোনায়, তবে অপটিক্যাল যোগাযোগের ধারণাটি 1880-এর দশকে আলেকজান্ডার গ্রাহাম বেলের দায়ের করা একটি পেটেন্ট থেকে পাওয়া যেতে পারে। বেল এমন একটি সিস্টেম তৈরি করেছিলেন যেখানে সূর্যের আলো, একটি খুব সংকীর্ণ রশ্মির দিকে নিবদ্ধ, একটি প্রতিফলিত মধ্যচ্ছদাতে নির্দেশিত হয়েছিল যা শব্দ দ্বারা কম্পিত ছিল। কম্পনগুলি লেন্সের মধ্য দিয়ে অপরিশোধিত ফটোডিটেক্টরে আলোর পরিবর্তন ঘটায়। ফটোডিটেক্টরের প্রতিরোধের পরিবর্তন ফোনের মধ্য দিয়ে কারেন্ট প্রবাহিত করে।

সিস্টেমটি অস্থির ছিল, ভলিউম খুব কম ছিল এবং বেল শেষ পর্যন্ত ধারণাটি ত্যাগ করে। কিন্তু প্রায় 100 বছর পরে, লেজার এবং ফাইবার অপটিক্স দিয়ে সজ্জিত, নাসার প্রকৌশলীরা এই পুরানো ধারণায় ফিরে এসেছেন।

"আমরা রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সিস্টেমের সীমাবদ্ধতা জানতাম, তাই 1970-এর দশকের শেষের দিকে, 1980-এর দশকের গোড়ার দিকে, আমরা স্পেস লেজার ব্যবহার করে গভীর স্থান থেকে বার্তা প্রেরণের সম্ভাবনা নিয়ে আলোচনা শুরু করি," আব্রাহাম বলেন। ডিপ স্পেস অপটিক্যাল কমিউনিকেশনে কী সম্ভব এবং কী নয় তা আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য, ল্যাবরেটরিটি 1980 এর দশকের শেষের দিকে একটি চার বছরের ডিপ স্পেস রিলে স্যাটেলাইট সিস্টেম (ডিএসআরএসএস) অধ্যয়ন শুরু করে। গবেষণায় সমালোচনামূলক প্রশ্নের উত্তর দিতে হয়েছিল: আবহাওয়া এবং দৃশ্যমানতার সমস্যাগুলি সম্পর্কে কী (সর্বশেষে, রেডিও তরঙ্গগুলি সহজেই মেঘের মধ্য দিয়ে যেতে পারে, যখন লেজারগুলি পারে না)? যদি সূর্য-পৃথিবী-প্রোব কোণ খুব তীব্র হয়? পৃথিবীর একটি ডিটেক্টর কি সূর্যের আলো থেকে দুর্বল অপটিক্যাল সিগন্যালকে আলাদা করতে পারে? এবং অবশেষে, এই সব খরচ কত হবে এবং এটি মূল্যবান হবে? “আমরা এখনও এই প্রশ্নগুলোর উত্তর খুঁজছি,” আব্রাহাম স্বীকার করেন। "তবে, উত্তরগুলি ক্রমবর্ধমানভাবে অপটিক্যাল ডেটা ট্রান্সমিশনের সম্ভাবনাকে সমর্থন করে।"

DSRSS পরামর্শ দিয়েছে যে পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের উপরে অবস্থিত একটি বিন্দু অপটিক্যাল এবং রেডিও যোগাযোগের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত হবে। এটি বলা হয়েছিল যে অরবিটাল স্টেশনে ইনস্টল করা অপটিক্যাল যোগাযোগ ব্যবস্থা আইকনিক 70-মিটার অ্যান্টেনা সহ যে কোনও স্থল-ভিত্তিক আর্কিটেকচারের চেয়ে ভাল পারফর্ম করবে। নিম্ন-পৃথিবী কক্ষপথে, এটি একটি 10-মিটার ডিশ স্থাপন করার পরিকল্পনা করা হয়েছিল, এবং তারপরে এটিকে জিওসিঙ্ক্রোনাসে উন্নীত করা হয়েছিল। যাইহোক, এই ধরনের একটি সিস্টেমের খরচ - একটি থালা, একটি লঞ্চ ভেহিকেল এবং পাঁচটি ব্যবহারকারী টার্মিনাল সহ একটি স্যাটেলাইট সমন্বিত - নিষিদ্ধ ছিল। অধিকন্তু, গবেষণায় প্রয়োজনীয় সহায়ক সিস্টেমের খরচও অন্তর্ভুক্ত করা হয়নি যা একটি স্যাটেলাইট ব্যর্থতার ক্ষেত্রে কার্যকর হবে।

এই সিস্টেমের জন্য, ল্যাবরেটরি গ্রাউন্ড বেসড অ্যাডভান্সড টেকনোলজি স্টাডি (GBATS) রিপোর্টে বর্ণিত গ্রাউন্ড আর্কিটেকচার দেখতে শুরু করে, যা প্রায় একই সময়ে DRSS-এর মতো পরিচালিত হয়েছিল। জিবিএটিএস-এ কর্মরত লোকেরা দুটি বিকল্প প্রস্তাব নিয়ে এসেছিল। প্রথমটি হল সমগ্র বিষুবরেখা বরাবর 10 ডিগ্রি দূরে অবস্থিত 60-মিটার অ্যান্টেনা এবং মিটার-লম্বা অতিরিক্ত অ্যান্টেনা সহ ছয়টি স্টেশন স্থাপন। স্টেশনগুলি পাহাড়ের চূড়ায় তৈরি করতে হয়েছিল, যেখানে বছরের অন্তত 66% দিন আবহাওয়া পরিষ্কার ছিল। এইভাবে, 2-3টি স্টেশন সবসময় যেকোনো মহাকাশযানের কাছে দৃশ্যমান হবে এবং তাদের আবহাওয়া ভিন্ন হবে। দ্বিতীয় বিকল্পটি নয়টি স্টেশন, তিনটি গ্রুপে ক্লাস্টার করা এবং একে অপরের থেকে 120 ডিগ্রি দূরে অবস্থিত। প্রতিটি গ্রুপের স্টেশনগুলি একে অপরের থেকে 200 কিলোমিটার দূরে অবস্থিত হওয়া উচিত যাতে তারা সরাসরি দৃশ্যমান হয়, তবে বিভিন্ন আবহাওয়া কোষে।

উভয় জিবিএটিএস আর্কিটেকচারই মহাকাশ পদ্ধতির তুলনায় সস্তা ছিল, তবে তাদেরও সমস্যা ছিল। প্রথমত, যেহেতু সংকেতগুলিকে পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের মধ্য দিয়ে যেতে হয়েছিল, আলোকিত আকাশের কারণে দিনের অভ্যর্থনা রাতের অভ্যর্থনার চেয়ে অনেক খারাপ হবে। চতুর ব্যবস্থা সত্ত্বেও, অপটিক্যাল গ্রাউন্ড স্টেশনগুলি আবহাওয়ার উপর নির্ভর করবে। একটি গ্রাউন্ড স্টেশনে একটি লেজার নির্দেশ করে এমন একটি মহাকাশযানকে অবশেষে খারাপ আবহাওয়ার পরিস্থিতির সাথে খাপ খাইয়ে নিতে হবে এবং অন্য একটি স্টেশনের সাথে যোগাযোগ পুনঃস্থাপন করতে হবে যা মেঘের দ্বারা অস্পষ্ট নয়।

যাইহোক, সমস্যাগুলি নির্বিশেষে, ডিএসআরএসএস এবং জিবিএটিএস প্রকল্পগুলি গভীর মহাকাশ যোগাযোগের জন্য অপটিক্যাল সিস্টেম এবং NASA-তে ইঞ্জিনিয়ারদের আধুনিক উন্নয়নের তাত্ত্বিক ভিত্তি স্থাপন করেছে। যা অবশিষ্ট ছিল তা হল এই ধরনের একটি সিস্টেম তৈরি করা এবং এর কার্যকারিতা প্রদর্শন করা। সৌভাগ্যক্রমে, এটি মাত্র কয়েক মাস দূরে ছিল।

প্রকল্প বাস্তবায়ন

ততক্ষণে, মহাকাশে অপটিক্যাল ডেটা ট্রান্সমিশন ইতিমধ্যেই হয়ে গেছে। প্রথম পরীক্ষাটি 1992 সালে করা হয়েছিল, যখন গ্যালিলিও প্রোবটি বৃহস্পতির দিকে যাচ্ছিল এবং টেবিল মাউন্টেন অবজারভেটরিতে 60-সেমি টেলিস্কোপ থেকে এবং 1,5 মিটার থেকে সফলভাবে পাঠানো লেজার ডালগুলির একটি সেট গ্রহণ করতে পৃথিবীর দিকে তার উচ্চ-রেজোলিউশন ক্যামেরা ঘুরিয়েছিল। নিউ মেক্সিকোতে USAF স্টারফায়ার অপটিক্যাল টেলিস্কোপ রেঞ্জ। এই মুহুর্তে, গ্যালিলিও পৃথিবী থেকে 1,4 মিলিয়ন কিমি দূরে ছিল, কিন্তু উভয় লেজার বিম তার ক্যামেরায় আঘাত করেছিল।

জাপানি এবং ইউরোপীয় মহাকাশ সংস্থাগুলিও পৃথিবীর কক্ষপথে গ্রাউন্ড স্টেশন এবং স্যাটেলাইটের মধ্যে অপটিক্যাল যোগাযোগ স্থাপন করতে সক্ষম হয়েছে। তারা তখন দুটি স্যাটেলাইটের মধ্যে 50 Mbps সংযোগ স্থাপন করতে সক্ষম হয়েছিল। বেশ কয়েক বছর আগে, একটি জার্মান দল পৃথিবীর কক্ষপথে NFIRE স্যাটেলাইট এবং স্পেনের টেনেরিফে একটি গ্রাউন্ড স্টেশনের মধ্যে একটি 5,6 Gbps সুসংগত অপটিক্যাল দ্বিমুখী সংযোগ স্থাপন করেছিল। কিন্তু এই সব ঘটনা নিম্ন-পৃথিবী কক্ষপথের সাথে যুক্ত ছিল।

সৌরজগতের অন্য গ্রহের কাছে কক্ষপথে একটি গ্রাউন্ড স্টেশন এবং একটি মহাকাশযানের সাথে সংযোগকারী প্রথম অপটিক্যাল লিঙ্কটি 2013 সালের জানুয়ারিতে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। মোনা লিসার 152 x 200 পিক্সেলের কালো-সাদা চিত্রটি 300 bps গতিতে NASA-এর গডার্ড স্পেস ফ্লাইট সেন্টারের নেক্সট জেনারেশন স্যাটেলাইট লেজার রেঞ্জিং স্টেশন থেকে লুনার রিকনেসেন্স অরবিটারে (LRO) প্রেরণ করা হয়েছিল। যোগাযোগ ছিল একমুখী। LRO নিয়মিত রেডিও যোগাযোগের মাধ্যমে পৃথিবী থেকে প্রাপ্ত ছবিটি পাঠিয়েছে। ছবিটির একটু সফ্টওয়্যার ত্রুটি সংশোধনের প্রয়োজন ছিল, কিন্তু এই কোডিং ছাড়াই এটি সনাক্ত করা সহজ ছিল। এবং সেই সময়ে, চাঁদে আরও শক্তিশালী সিস্টেম উৎক্ষেপণের পরিকল্পনা করা হয়েছিল।

2013 সালের লুনার রিকনেসেন্স অরবিটার প্রকল্প থেকে: পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল (বাম) দ্বারা প্রবর্তিত সংক্রমণ ত্রুটি থেকে তথ্য পরিষ্কার করার জন্য, গডার্ড স্পেস ফ্লাইট সেন্টারের বিজ্ঞানীরা রিড-সলোমন ত্রুটি সংশোধন (ডানদিকে) ব্যবহার করেছেন, যা ব্যাপকভাবে সিডি এবং ডিভিডিতে ব্যবহৃত হয়। সাধারণ ত্রুটির মধ্যে রয়েছে অনুপস্থিত পিক্সেল (সাদা) এবং মিথ্যা সংকেত (কালো)। একটি সাদা স্ট্রাইপ সংক্রমণে একটি ছোট বিরতি নির্দেশ করে।

«চন্দ্রের বায়ুমণ্ডল ও ধূলিকণার পরিবেশ গবেষক ড(LADEE) 6 অক্টোবর, 2013 তারিখে চন্দ্রের কক্ষপথে প্রবেশ করেছে এবং মাত্র এক সপ্তাহ পরে ডেটা প্রেরণের জন্য তার স্পন্দিত লেজার চালু করেছে। এবার, NASA অন্য দিকে 20 Mbit/s গতিতে এবং অন্য দিকে 622 Mbit/s এর রেকর্ড গতিতে দ্বিমুখী যোগাযোগ সংগঠিত করার চেষ্টা করেছে। একমাত্র সমস্যা ছিল মিশনের স্বল্প আয়ুষ্কাল। LRO এর অপটিক্যাল যোগাযোগগুলি একবারে কয়েক মিনিটের জন্য কাজ করে। LADEE 16 দিনের মধ্যে 30 ঘন্টা ধরে তার লেজারের সাথে ডেটা বিনিময় করেছে। জুন 2019-এর জন্য নির্ধারিত লেজার কমিউনিকেশনস ডেমোনস্ট্রেশন (LCRD) স্যাটেলাইট উৎক্ষেপণের মাধ্যমে এই পরিস্থিতি পরিবর্তন হতে চলেছে৷ মহাকাশে ভবিষ্যতে যোগাযোগ ব্যবস্থা কীভাবে কাজ করবে তা দেখানোই এর লক্ষ্য৷

LCRD তৈরি করা হচ্ছে নাসার জেট প্রপালশন ল্যাবরেটরিতে MIT-এর লিঙ্কন ল্যাবরেটরির সাথে। এতে দুটি অপটিক্যাল টার্মিনাল থাকবে: একটি নিম্ন-পৃথিবী কক্ষপথে যোগাযোগের জন্য, অন্যটি গভীর স্থানের জন্য। প্রথমে ডিফারেনশিয়াল ফেজ শিফট কীিং (DPSK) ব্যবহার করতে হবে। ট্রান্সমিটারটি 2,88 GHz ফ্রিকোয়েন্সিতে লেজার ডাল পাঠাবে। এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে, প্রতিটি বিট ধারাবাহিক ডালের ফেজ পার্থক্য দ্বারা এনকোড করা হবে। এটি 2,88 Gbps গতিতে কাজ করতে সক্ষম হবে, তবে এর জন্য প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হবে। ডিটেক্টররা শুধুমাত্র উচ্চ-শক্তি সংকেতগুলিতে নাড়ির পার্থক্য সনাক্ত করতে পারে, তাই DPSK পৃথিবীর কাছাকাছি যোগাযোগের জন্য দুর্দান্ত কাজ করে, তবে এটি গভীর স্থানের জন্য সর্বোত্তম পদ্ধতি নয়, যেখানে শক্তি সঞ্চয় করা সমস্যাযুক্ত। মঙ্গল গ্রহ থেকে প্রেরিত একটি সংকেত পৃথিবীতে পৌঁছানোর সময় শক্তি হারাবে, তাই LCRD গভীর স্থানের সাথে অপটিক্যাল যোগাযোগ প্রদর্শনের জন্য পালস ফেজ মডুলেশন নামক আরও দক্ষ প্রযুক্তি ব্যবহার করবে।

NASA ইঞ্জিনিয়াররা LADEE কে পরীক্ষার জন্য প্রস্তুত করছে

2017 সালে, প্রকৌশলীরা তাপীয় ভ্যাকুয়াম চেম্বারে ফ্লাইট মডেম পরীক্ষা করেছিলেন

"এটি মূলত ফোটন গণনা করছে," আব্রাহাম ব্যাখ্যা করেছেন। - যোগাযোগের জন্য বরাদ্দ করা সংক্ষিপ্ত সময়কে বেশ কয়েকটি সময়ের মধ্যে বিভক্ত করা হয়েছে। ডেটা প্রাপ্ত করার জন্য, আপনাকে প্রতিটি ব্যবধানে ডিটেক্টরের সাথে ফোটনের সংঘর্ষ হয়েছে কিনা তা পরীক্ষা করতে হবে। এইভাবে FIM-এ ডেটা এনকোড করা হয়।" এটা মোর্স কোডের মত, কিন্তু অতি দ্রুত গতিতে। হয় একটি নির্দিষ্ট মুহুর্তে একটি ফ্ল্যাশ আছে বা সেখানে নেই, এবং বার্তাটি ফ্ল্যাশের একটি ক্রম দ্বারা এনকোড করা হয়েছে। "যদিও এটি DPSK-এর তুলনায় অনেক ধীর, আমরা এখনও মঙ্গল গ্রহের মতো দূর থেকে দশ বা শত শত Mbps অপটিক্যাল যোগাযোগ সরবরাহ করতে পারি," আব্রাহাম যোগ করেন।

অবশ্য এলসিআরডি প্রকল্প শুধু এই দুটি টার্মিনাল নয়। এটি মহাকাশে একটি ইন্টারনেট হাব হিসাবে কাজ করা উচিত। মাটিতে, তিনটি স্টেশন LCRD এর সাথে কাজ করবে: একটি নিউ মেক্সিকোতে হোয়াইট স্যান্ডসে, একটি ক্যালিফোর্নিয়ার টেবিল মাউন্টেনে এবং একটি হাওয়াই দ্বীপ বা মাউইতে। ধারণাটি হল একটি স্টেশন থেকে অন্য গ্রাউন্ড স্টেশনে সুইচিং পরীক্ষা করা যদি কোনও স্টেশনে খারাপ আবহাওয়া দেখা দেয়। মিশনটি একটি ডেটা ট্রান্সমিটার হিসাবে LCRD এর কার্যকারিতাও পরীক্ষা করবে। একটি স্টেশন থেকে একটি অপটিক্যাল সিগন্যাল একটি উপগ্রহে পাঠানো হবে এবং তারপর অন্য স্টেশনে প্রেরণ করা হবে - সবই একটি অপটিক্যাল লিঙ্কের মাধ্যমে।

যদি ডেটা অবিলম্বে স্থানান্তর করা না যায় তবে এলসিআরডি এটি সংরক্ষণ করবে এবং সুযোগ পেলে তা স্থানান্তর করবে। ডেটা জরুরী হলে বা অনবোর্ড স্টোরেজে পর্যাপ্ত জায়গা না থাকলে, এলসিআরডি তার কা-ব্যান্ড অ্যান্টেনার মাধ্যমে তা অবিলম্বে পাঠাবে। সুতরাং, ভবিষ্যতের ট্রান্সমিটার স্যাটেলাইটের একটি অগ্রদূত, LCRD একটি হাইব্রিড রেডিও-অপটিক্যাল সিস্টেম হবে। 2030-এর দশকে মানুষের গভীর মহাকাশ অন্বেষণকে সমর্থন করবে এমন একটি আন্তঃগ্রহ নেটওয়ার্ক স্থাপন করতে NASA-কে মঙ্গলের চারপাশে কক্ষপথে স্থাপন করা ঠিক এই ধরনের ইউনিট।

মঙ্গল গ্রহ অনলাইনে নিয়ে আসা

গত এক বছরে, আব্রাহামের দল গভীর মহাকাশ যোগাযোগের ভবিষ্যত বর্ণনা করে দুটি গবেষণাপত্র লিখেছে, যেগুলি ফ্রান্সে 2019 সালের মে মাসে স্পেসঅপস সম্মেলনে উপস্থাপন করা হবে। একটি সাধারণভাবে গভীর মহাকাশ যোগাযোগের বর্ণনা দেয়, অন্যটি (“মানুষের অন্বেষণের যুগের জন্য মঙ্গল গ্রহের আন্তঃগ্রহ নেটওয়ার্ক - সম্ভাব্য সমস্যা এবং সমাধান") রেড প্ল্যানেটে নভোচারীদের জন্য ইন্টারনেটের মতো পরিষেবা প্রদান করতে সক্ষম পরিকাঠামোর একটি বিশদ বিবরণ অফার করে৷

সর্বোচ্চ গড় ডেটা স্থানান্তর গতির অনুমান ছিল ডাউনলোডের জন্য প্রায় 215 Mbit/s এবং আপলোড করার জন্য 28 Mbit/s। মঙ্গল গ্রহের ইন্টারনেট তিনটি নেটওয়ার্কের সমন্বয়ে গঠিত হবে: পৃষ্ঠ অনুসন্ধান এলাকাকে আচ্ছাদিত WiFi, ভূপৃষ্ঠ থেকে পৃথিবীতে ডেটা প্রেরণকারী একটি গ্রহের নেটওয়ার্ক এবং আর্থ নেটওয়ার্ক, একটি গভীর মহাকাশ যোগাযোগ নেটওয়ার্ক যা তিনটি সাইট এই ডেটা প্রাপ্তির জন্য দায়ী এবং প্রতিক্রিয়া পাঠানোর জন্য দায়ী মঙ্গল.

“এই ধরনের অবকাঠামো উন্নয়ন করার সময়, অনেক সমস্যা দেখা দেয়। এটি অবশ্যই নির্ভরযোগ্য এবং স্থিতিশীল হতে হবে, এমনকি মঙ্গল গ্রহ থেকে সর্বোচ্চ 2,67 AU দূরত্বেও। সৌর উচ্চতর সংযোগের সময়কালে, যখন মঙ্গল সূর্যের পিছনে লুকিয়ে থাকে,” আব্রাহাম বলেছেন। এই ধরনের সংযোগ প্রতি দুই বছরে ঘটে এবং মঙ্গলের সাথে যোগাযোগ সম্পূর্ণভাবে ব্যাহত করে। “আজকে আমরা এর সাথে মানিয়ে নিতে পারছি না। মঙ্গলে থাকা সমস্ত অবতরণ এবং অরবিটাল স্টেশনগুলি প্রায় দুই সপ্তাহের জন্য পৃথিবীর সাথে যোগাযোগ হারিয়ে ফেলে। অপটিক্যাল যোগাযোগের সাথে, সৌর সংযোগের কারণে যোগাযোগের ক্ষতি আরও দীর্ঘ হবে, 10 থেকে 15 সপ্তাহ।" রোবটের জন্য, এই ধরনের ফাঁক বিশেষভাবে ভীতিকর নয়। এই ধরনের বিচ্ছিন্নতা তাদের সমস্যা সৃষ্টি করে না, কারণ তারা বিরক্ত হয় না, একাকীত্ব অনুভব করে না এবং তাদের প্রিয়জনকে দেখার প্রয়োজন হয় না। কিন্তু মানুষের জন্য এটা সম্পূর্ণ ভিন্ন।

"তাই আমরা তাত্ত্বিকভাবে মঙ্গল গ্রহের পৃষ্ঠ থেকে 17300 কিমি উপরে একটি বৃত্তাকার বিষুবীয় কক্ষপথে স্থাপন করা দুটি অরবিটাল ট্রান্সমিটার চালু করার অনুমতি দিই," আব্রাহাম চালিয়ে যান। সমীক্ষা অনুসারে, তাদের প্রতিটির ওজন 1500 কেজি হওয়া উচিত এবং এক্স-ব্যান্ড, কা-ব্যান্ড এবং অপটিক্যাল পরিসরে কাজ করা টার্মিনালের একটি সেট বোর্ডে থাকা উচিত এবং 20-30 কিলোওয়াট শক্তির সৌর প্যানেল দ্বারা চালিত হওয়া উচিত। তাদের অবশ্যই বিলম্ব সহনশীল নেটওয়ার্ক প্রোটোকলকে সমর্থন করতে হবে — মূলত TCP/IP, দীর্ঘ বিলম্বগুলি পরিচালনা করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যা অনিবার্যভাবে আন্তঃগ্রহীয় নেটওয়ার্কগুলিতে ঘটবে। নেটওয়ার্কে অংশগ্রহণকারী অরবিটাল স্টেশনগুলিকে অবশ্যই গ্রহের পৃষ্ঠে মহাকাশচারী এবং যানবাহনের সাথে, স্থল স্টেশনগুলির সাথে এবং একে অপরের সাথে যোগাযোগ করতে সক্ষম হতে হবে।

"এই ক্রস-কাপলিংটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি 250 Mbps এ ডেটা প্রেরণের জন্য প্রয়োজনীয় অ্যান্টেনার সংখ্যা হ্রাস করে," আব্রাহাম বলেছেন। তার দল অনুমান করে যে অরবিটাল ট্রান্সমিটারগুলির একটি থেকে 250 এমবিপিএস ডেটা পেতে ছয়টি 34-মিটার অ্যান্টেনার অ্যারের প্রয়োজন হবে। এর মানে হল যে NASA কে গভীর মহাকাশ যোগাযোগের সাইটগুলিতে তিনটি অতিরিক্ত অ্যান্টেনা তৈরি করতে হবে, তবে সেগুলি তৈরি করতে কয়েক বছর সময় লাগে এবং এটি অত্যন্ত ব্যয়বহুল। "কিন্তু আমরা মনে করি দুটি অরবিটাল স্টেশন ডেটা ভাগ করে নিতে পারে এবং 125 এমবিপিএস গতিতে একযোগে পাঠাতে পারে, একটি ট্রান্সমিটার ডেটা প্যাকেটের একটি অর্ধেক পাঠাতে পারে এবং অন্যটি অন্যটি পাঠাতে পারে," আব্রাহাম বলেছেন। আজও, 34-মিটার গভীর মহাকাশ যোগাযোগের অ্যান্টেনাগুলি একসাথে চারটি ভিন্ন মহাকাশযান থেকে ডেটা গ্রহণ করতে পারে, যার ফলে কাজটি সম্পূর্ণ করার জন্য তিনটি অ্যান্টেনার প্রয়োজন হয়৷ "আকাশের একই এলাকা থেকে দুটি 125 এমবিপিএস ট্রান্সমিশন গ্রহণের জন্য একটি ট্রান্সমিশন গ্রহণের মতো একই সংখ্যক অ্যান্টেনা প্রয়োজন," আব্রাহাম ব্যাখ্যা করেন। "আপনাকে উচ্চ গতিতে যোগাযোগ করার প্রয়োজন হলেই আরও অ্যান্টেনার প্রয়োজন হয়।"

সৌর সংযোগ সমস্যা মোকাবেলা করার জন্য, আব্রাহামের দল সূর্য-মঙ্গল/সূর্য-পৃথিবী কক্ষপথের L4/L5 পয়েন্টে একটি ট্রান্সমিটার স্যাটেলাইট চালু করার প্রস্তাব করেছিল। তারপর, সংযোগের সময়কালে, এটির মাধ্যমে সংকেত পাঠানোর পরিবর্তে এটি সূর্যের চারপাশে ডেটা প্রেরণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। দুর্ভাগ্যবশত, এই সময়ের মধ্যে গতি 100 Kbps-এ নেমে যাবে। সহজ কথায়, এটা কাজ করবে, কিন্তু এটা suck.

ইতিমধ্যে, মঙ্গল গ্রহে ভবিষ্যতের নভোচারীদের বিড়ালছানার একটি ছবি পাওয়ার জন্য মাত্র তিন মিনিট অপেক্ষা করতে হবে, 40 মিনিট পর্যন্ত বিলম্বের হিসাব না করে। সৌভাগ্যবশত, মানবতার উচ্চাকাঙ্ক্ষা আমাদেরকে লাল গ্রহের থেকে আরও বেশি এগিয়ে নিয়ে যাওয়ার আগে, আন্তঃগ্রহীয় ইন্টারনেট ইতিমধ্যে বেশিরভাগ সময় ভাল কাজ করবে।

উত্স: www.habr.com