“Does fawr ddim lle i wella technoleg amledd radio. Atebion syml yn dod i ben"
Ar Dachwedd 26, 2018 am 22:53 amser Moscow, gwnaeth NASA hynny eto - glaniodd yr archwiliwr InSight yn llwyddiannus ar wyneb y blaned Mawrth ar ôl mynd i mewn i'r atmosffer, disgyniad a symudiadau glanio, a fedyddiwyd yn ddiweddarach fel "chwe munud a hanner o arswyd .” Disgrifiad addas, gan na allai peirianwyr NASA wybod ar unwaith a oedd y chwiliedydd gofod wedi glanio'n llwyddiannus ar wyneb y blaned oherwydd oedi cyfathrebu o tua 8,1 munud rhwng y Ddaear a'r blaned Mawrth. Yn ystod y ffenestr hon, ni allai InSight ddibynnu ar ei antenâu mwy modern a phwerus - roedd popeth yn dibynnu ar gyfathrebiadau UHF hen ffasiwn (dull a ddefnyddiwyd ers tro ym mhopeth o deledu darlledu a walkie-talkies i ddyfeisiau Bluetooh).
O ganlyniad, trosglwyddwyd data critigol ar statws InSight ar donnau radio ag amledd o 401,586 MHz i ddwy loeren -, WALL-E ac EVE, a oedd wedyn yn trosglwyddo data ar 8 Kbps i antenâu 70-metr sydd wedi'u lleoli ar y Ddaear. Lansiwyd y ciwbiau ar yr un roced ag InSight, ac fe aethon nhw gydag ef ar ei daith i'r blaned Mawrth i arsylwi'r glaniad a throsglwyddo data yn ôl adref ar unwaith. Mae orbitwyr eraill y blaned Mawrth, e.e. (MRS), mewn sefyllfa lletchwith ac ar y dechrau ni allent gyfnewid negeseuon gyda'r lander mewn amser real. Peidio â dweud bod y glaniad cyfan yn dibynnu ar ddau CubeSats arbrofol yr un maint cês, ond dim ond ar ôl aros hyd yn oed yn hirach y byddai'r MRS yn gallu trosglwyddo data o InSight.
Profodd glaniad InSight bensaernïaeth gyfathrebu gyfan NASA, Rhwydwaith Mars. Byddai signal y lander InSight a drosglwyddwyd i'r lloerennau cylchdroi wedi cyrraedd y Ddaear beth bynnag, hyd yn oed pe bai'r lloerennau wedi methu. Roedd angen i WALL-E ac EVE drosglwyddo gwybodaeth ar unwaith, a gwnaethant hynny. Pe na bai'r CubeSats hyn wedi gweithio am ryw reswm, roedd MRS yn barod i chwarae eu rôl. Roedd pob un yn gweithredu fel nod ar rwydwaith tebyg i'r Rhyngrwyd, gan lwybro pecynnau data trwy wahanol derfynellau a oedd yn cynnwys gwahanol offer. Heddiw, y mwyaf effeithiol ohonynt yw'r MRS, sy'n gallu trosglwyddo data ar gyflymder o hyd at 6 Mbit yr eiliad (a dyma'r record gyfredol ar gyfer teithiau rhyngblanedol). Ond mae NASA wedi gorfod gweithredu ar gyflymder llawer arafach yn y gorffennol - a bydd angen trosglwyddo data yn llawer cyflymach yn y dyfodol.
Yn union fel eich Darparwr Gwasanaeth Rhyngrwyd, mae NASA yn caniatáu defnyddwyr Rhyngrwyd cyfathrebu â llongau gofod mewn amser real.
Rhwydwaith cyfathrebu gofod dwfn
Wrth i bresenoldeb NASA yn y gofod gynyddu, daeth systemau cyfathrebu gwell i'r amlwg yn barhaus i orchuddio mwy a mwy o le: yn gyntaf mewn orbit Ddaear isel, yna mewn orbit geosyncronig a'r Lleuad, ac yn fuan aeth cyfathrebiadau yn ddyfnach i'r gofod. Dechreuodd y cyfan gyda derbynnydd radio cludadwy crai a ddefnyddiwyd i dderbyn telemetreg gan Explorer 1, y lloeren gyntaf a lansiwyd yn llwyddiannus gan yr Americanwyr yn 1958, mewn canolfannau milwrol yr Unol Daleithiau yn Nigeria, Singapôr a California. Yn araf ond yn sicr, datblygodd y sail hon i systemau negeseuon datblygedig heddiw.
Mae Douglas Abraham, pennaeth yr Is-adran Rhagolwg Strategol a Systemau yng Nghyfarwyddiaeth Rhwydwaith Rhyngblanedol NASA, yn amlygu tri rhwydwaith a ddatblygwyd yn annibynnol ar gyfer trosglwyddo negeseuon yn y gofod. Mae Rhwydwaith Near Earth yn gweithredu gyda llongau gofod mewn orbit Ddaear isel. "Mae'n gasgliad o antenâu, yn bennaf 9 i 12 metr. Mae yna ychydig o rai mwy, 15 i 18 metr," meddai Abraham. Yna, uwchben orbit geosynchronous y Ddaear, mae yna nifer o loerennau olrhain a chyfnewid data (TDRS). “Gallant edrych i lawr ar loerennau mewn orbit Ddaear isel a chyfathrebu â nhw, ac yna trosglwyddo'r wybodaeth hon trwy TDRS i'r ddaear,” eglura Abraham. “Gelwir y system trosglwyddo data lloeren hon yn Rhwydwaith Gofod NASA.”
Ond nid oedd hyd yn oed TDRS yn ddigon i gyfathrebu â'r llong ofod, a aeth ymhell y tu hwnt i orbit y Lleuad, i blanedau eraill. “Felly roedd yn rhaid i ni greu rhwydwaith sy'n cwmpasu'r system solar gyfan. A dyma'r Rhwydwaith Gofod Dwfn [DSN], meddai Abraham. Mae rhwydwaith Mars yn estyniad .
O ystyried ei hyd a'i gynllun, DSN yw'r mwyaf cymhleth o'r systemau a restrir. Yn y bôn, mae hwn yn set o antenâu mawr, o 34 i 70 m mewn diamedr. Mae pob un o'r tri safle DSN yn gweithredu sawl antena 34-metr ac un antena 70-metr. Lleolir un safle yn Goldstone (California), un arall ger Madrid (Sbaen), a'r trydydd yn Canberra (Awstralia). Mae'r safleoedd hyn wedi'u lleoli tua 120 gradd ar wahân ledled y byd, ac yn darparu gwasanaeth XNUMX awr i bob llong ofod y tu allan i orbit geosyncronig.
Antenâu 34-metr yw prif offer DSN, ac mae dau fath: hen antenâu effeithlonrwydd uchel ac antenâu waveguide cymharol newydd. Y gwahaniaeth yw bod gan antena tonnau canllaw bum drych RF manwl gywir sy'n adlewyrchu signalau i lawr pibell i ystafell reoli dan ddaear, lle mae'r electroneg sy'n dadansoddi'r signalau hynny yn cael eu hamddiffyn yn well rhag pob ffynhonnell ymyrraeth. Gall yr antenâu 34-metr, sy'n gweithredu'n unigol neu mewn grwpiau o 2-3 dysgl, ddarparu'r rhan fwyaf o anghenion cyfathrebu NASA. Ond ar gyfer achosion arbennig pan fydd pellteroedd yn mynd yn rhy hir ar gyfer hyd yn oed antenâu 34-metr lluosog, mae rheolaeth DSN yn defnyddio angenfilod 70-metr.
“Maen nhw'n chwarae rhan bwysig mewn sawl cais,” meddai Abraham am antenâu mawr. Y cyntaf yw pan fydd y llong ofod mor bell o'r Ddaear fel y bydd yn amhosibl sefydlu cyfathrebu ag ef gan ddefnyddio dysgl lai. “Enghreifftiau da fyddai’r genhadaeth Gorwelion Newydd, sydd eisoes wedi hedfan yn llawer pellach na Phlwton, neu’r llong ofod Voyager, sydd wedi’i lleoli y tu allan i gysawd yr haul. Dim ond antenâu 70-metr all dreiddio iddynt a danfon eu data i'r Ddaear,” eglura Abraham.
Defnyddir dysglau 70-metr hefyd pan na all y llong ofod weithredu'r antena hwb, naill ai oherwydd sefyllfa argyfyngus a gynlluniwyd fel mynediad orbitol, neu oherwydd bod rhywbeth yn mynd o'i le yn ofnadwy. Defnyddiwyd yr antena 70-metr, er enghraifft, i ddychwelyd Apollo 13 i'r Ddaear yn ddiogel. Mabwysiadodd hefyd linell enwog Neil Armstrong, "Un cam bach i ddyn, un cam mawr i ddynolryw." A hyd yn oed heddiw, DSN yw'r system gyfathrebu fwyaf datblygedig a sensitif yn y byd o hyd. “Ond am lawer o resymau mae eisoes wedi cyrraedd ei derfyn,” rhybuddia Abraham. – Nid oes bron unman i wella’r dechnoleg sy’n gweithredu ar amleddau radio. Mae atebion syml yn dod i ben."
Tair gorsaf ddaear 120 gradd ar wahân
Platiau DSN yn Canberra
Cyfadeilad DSN ym Madrid
DSN yn Goldstone
Ystafell reoli yn y Labordy Jet Propulsion
Radio a beth fydd yn digwydd ar ei ôl
Nid yw'r stori hon yn newydd. Mae hanes cyfathrebu gofod dwfn yn cynnwys brwydr gyson i gynyddu amlder a lleihau tonfeddi. Defnyddiodd Explorer 1 amleddau 108 MHz. Yna cyflwynodd NASA antenâu mwy o faint, gwell a oedd yn cefnogi amleddau yn y band L, 1 i 2 GHz. Yna tro'r band S oedd hi, gydag amleddau o 2 i 4 GHz, ac yna newidiodd yr asiantaeth i'r band X, gydag amleddau o 7-11,2 GHz.
Heddiw, mae systemau cyfathrebu gofod yn cael eu newid eto - maent bellach yn symud i'r ystod 26-40 GHz, Ka-band. “Y rheswm am y duedd hon yw po fyrraf yw’r tonfeddi a’r uchaf yw’r amleddau, y cyflymaf y gellir cyflawni’r cyfraddau trosglwyddo data,” meddai Abraham.
Mae yna resymau dros fod yn optimistaidd, o ystyried bod cyflymder cyfathrebu NASA wedi bod yn eithaf cyflym yn hanesyddol. Mae papur ymchwil 2014 gan y Labordy Gyrru Jet yn darparu'r data trwybwn canlynol i'w gymharu: Pe baem yn defnyddio technolegau cyfathrebu Explorer 1 i drosglwyddo llun iPhone nodweddiadol o blaned Iau i'r Ddaear, byddai'n cymryd 460 gwaith yn hirach na'r Bydysawd oedran presennol. Ar gyfer Arloeswyr 2 a 4 o'r 1960au, byddai wedi cymryd 633 o flynyddoedd. Byddai Mariner 000 o 9 wedi ei wneud mewn 1971 awr. Heddiw bydd yn cymryd tair munud i MRS.
Yr unig broblem, wrth gwrs, yw bod faint o ddata a dderbynnir gan longau gofod yn tyfu mor gyflym, os nad yn gyflymach na thwf ei alluoedd trosglwyddo. Dros y 40 mlynedd o weithredu, cynhyrchodd Voyagers 1 a 2 5 TB o wybodaeth. Bydd lloeren Gwyddor Daear NISAR, y bwriedir ei lansio yn 2020, yn cynhyrchu 85 TB o ddata y mis. Ac os yw lloerennau'r Ddaear yn eithaf galluog i wneud hyn, mae trosglwyddo cymaint o ddata rhwng planedau yn stori hollol wahanol. Bydd hyd yn oed MRS cymharol gyflym yn trosglwyddo 85 TB o ddata i'r Ddaear am 20 mlynedd.
“Bydd y cyfraddau data disgwyliedig ar gyfer archwilio’r blaned Mawrth ar ddiwedd y 2020au a dechrau’r 2030au yn 150 Mbps neu’n uwch, felly gadewch i ni wneud y mathemateg,” meddai Abraham. – Os gall llong ofod dosbarth MRS ar y pellter mwyaf oddi wrthym ni i blaned Mawrth anfon tua 1 Mbit yr eiliad i antena 70-metr ar y Ddaear, yna i drefnu cyfathrebu ar gyflymder o 150 Mbit yr eiliad amrywiaeth o 150 70-metr bydd angen antenâu. Oes, wrth gwrs, gallwn ddod o hyd i ffyrdd clyfar o leihau'r swm hurt hwn ychydig, ond mae'r broblem yn amlwg yn bodoli: mae trefnu cyfathrebu rhyngblanedol ar gyflymder o 150 Mbps yn hynod o anodd. Yn ogystal, rydym yn rhedeg allan o amleddau a ganiateir.”
Fel y dangosodd Abraham, gan weithredu mewn band S neu X-band, bydd un genhadaeth 25 Mbps yn meddiannu'r sbectrwm cyfan sydd ar gael. Mae mwy o le yn y Ka-band, ond dim ond dwy loeren Mars gyda mewnbwn o 150 Mbit yr eiliad fydd yn meddiannu'r sbectrwm cyfan. Yn syml, bydd angen mwy na radios yn unig ar y rhyngrwyd rhyngblanedol - bydd yn dibynnu ar laserau.
Ymddangosiad cyfathrebiadau optegol
Mae laserau'n swnio'n ddyfodolaidd, ond gellir olrhain y syniad o gyfathrebu optegol yn ôl i batent a ffeiliwyd gan Alexander Graham Bell yn y 1880au. Datblygodd Bell system lle'r oedd golau'r haul, yn canolbwyntio ar belydryn cul iawn, yn cael ei gyfeirio at ddiaffram adlewyrchol a oedd yn cael ei ddirgrynu gan synau. Achosodd y dirgryniadau amrywiadau yn y golau a oedd yn mynd trwy'r lens i'r ffotosynhwyrydd crai. Newidiodd newidiadau yng ngwrthiant y ffotosynhwyrydd y cerrynt sy'n mynd trwy'r ffôn.
Roedd y system yn ansefydlog, roedd y cyfaint yn isel iawn, a rhoddodd Bell y gorau i'r syniad yn y pen draw. Ond bron i 100 mlynedd yn ddiweddarach, gyda laserau ac opteg ffibr, mae peirianwyr NASA wedi dychwelyd at yr hen gysyniad hwn.
“Roedden ni’n gwybod cyfyngiadau systemau amledd radio, felly yn JPL ar ddiwedd y 1970au, dechrau’r 1980au, fe ddechreuon ni drafod y posibilrwydd o drosglwyddo negeseuon o ofod dwfn gan ddefnyddio laserau gofod,” meddai Abraham. Er mwyn deall yn well beth sy'n bosibl ac nad yw'n bosibl mewn cyfathrebiadau optegol gofod dwfn, lansiodd y labordy astudiaeth System Lloeren Relay Space Deep (DSRSS) pedair blynedd ar ddiwedd y 1980au. Roedd yn rhaid i'r astudiaeth ateb cwestiynau hanfodol: beth am broblemau tywydd a gwelededd (wedi'r cyfan, gall tonnau radio basio'n hawdd trwy gymylau, tra na all laserau)? Beth os bydd ongl chwiliwr yr Haul-Daear yn mynd yn rhy llym? A all synhwyrydd ar y Ddaear wahaniaethu rhwng signal optegol gwan a golau'r haul? Ac yn olaf, faint fydd hyn i gyd yn ei gostio ac a fydd yn werth chweil? “Rydyn ni’n dal i chwilio am atebion i’r cwestiynau hyn,” mae Abraham yn cyfaddef. “Fodd bynnag, mae’r atebion yn cefnogi’n gynyddol y posibilrwydd o drosglwyddo data optegol.”
Awgrymodd DSRSS y byddai pwynt wedi'i leoli uwchben atmosffer y Ddaear yn fwyaf addas ar gyfer cyfathrebu optegol a radio. Dywedwyd y byddai'r system gyfathrebu optegol a osodwyd ar yr orsaf orbitol yn perfformio'n well nag unrhyw bensaernïaeth ar y ddaear, gan gynnwys yr antenâu 70 metr eiconig. Mewn orbit daear isel, y bwriad oedd gosod dysgl 10-metr, ac yna ei godi i geosyncronig. Fodd bynnag, roedd cost system o'r fath—yn cynnwys lloeren gyda dysgl, cerbyd lansio, a phum terfynell defnyddiwr—yn afresymol. At hynny, nid oedd yr astudiaeth hyd yn oed yn cynnwys cost y system ategol angenrheidiol a fyddai'n dod i rym pe bai lloeren yn methu.
Ar gyfer y system hon, dechreuodd y Labordy edrych ar y bensaernïaeth ddaear a ddisgrifiwyd yn adroddiad Astudiaeth Technoleg Uwch Seiliedig ar y Ddaear (GBATS) y Labordy, a gynhaliwyd tua'r un amser â DRSS. Lluniodd y bobl sy'n gweithio ar GBATS ddau gynnig amgen. Y cyntaf yw gosod chwe gorsaf gydag antenâu 10-metr ac antenâu sbâr metr o hyd wedi'u lleoli 60 gradd ar wahân ar hyd y cyhydedd cyfan. Bu’n rhaid adeiladu’r gorsafoedd ar gopaon mynyddoedd, lle’r oedd y tywydd yn glir o leiaf 66% o’r dyddiau’r flwyddyn. Felly, bydd 2-3 gorsaf bob amser yn weladwy i unrhyw long ofod, a bydd ganddyn nhw dywydd gwahanol. Yr ail opsiwn yw naw gorsaf, wedi'u clystyru mewn grwpiau o dri, ac wedi'u lleoli 120 gradd oddi wrth ei gilydd. Dylai'r gorsafoedd o fewn pob grŵp fod wedi'u lleoli 200 km oddi wrth ei gilydd fel eu bod mewn gwelededd uniongyrchol, ond mewn gwahanol gelloedd tywydd.
Roedd y ddwy bensaernïaeth GBATS yn rhatach na'r dull gofod, ond roedd ganddynt broblemau hefyd. Yn gyntaf, gan fod yn rhaid i'r signalau deithio trwy atmosffer y Ddaear, byddai derbyniad yn ystod y dydd yn llawer gwaeth na derbyniad yn ystod y nos oherwydd yr awyr oleuedig. Er gwaethaf y trefniant clyfar, bydd gorsafoedd daear optegol yn dibynnu ar y tywydd. Yn y pen draw, bydd yn rhaid i long ofod sy'n pwyntio laser at orsaf ddaear addasu i amodau tywydd gwael ac ailsefydlu cyfathrebiadau â gorsaf arall nad yw'n cael ei chuddio gan gymylau.
Fodd bynnag, waeth beth fo'r problemau, gosododd y prosiectau DSRSS a GBATS y sylfaen ddamcaniaethol ar gyfer systemau optegol ar gyfer cyfathrebu gofod dwfn a datblygiadau modern peirianwyr yn NASA. Y cyfan oedd ar ôl oedd adeiladu system o'r fath a dangos ei pherfformiad. Yn ffodus, dim ond ychydig fisoedd i ffwrdd oedd hyn.
Gweithredu'r prosiect
Erbyn hynny, roedd trosglwyddo data optegol yn y gofod eisoes wedi digwydd. Cynhaliwyd yr arbrawf cyntaf ym 1992, pan oedd stiliwr Galileo yn mynd tuag at Iau a throi ei gamera cydraniad uchel tuag at y Ddaear i dderbyn set o gorbys laser a anfonwyd o'r telesgop 60-cm yn Arsyllfa Mynydd y Bwrdd ac o'r 1,5 m yn llwyddiannus. Ystod telesgop optegol Starfire USAF yn New Mexico. Ar hyn o bryd, roedd Galileo 1,4 miliwn km o'r Ddaear, ond tarodd y ddau drawst laser ei gamera.
Mae Asiantaethau Gofod Japan ac Ewropeaidd hefyd wedi gallu sefydlu cyfathrebu optegol rhwng gorsafoedd daear a lloerennau yn orbit y Ddaear. Roeddent wedyn yn gallu sefydlu cysylltiad 50 Mbps rhwng y ddwy loeren. Sawl blwyddyn yn ôl, sefydlodd tîm o'r Almaen gysylltiad deugyfeiriadol optegol cydlynol 5,6 Gbps rhwng lloeren NFIRE yn orbit y Ddaear a gorsaf ddaear yn Tenerife, Sbaen. Ond roedd yr holl achosion hyn yn gysylltiedig ag orbit y Ddaear isel.
Sefydlwyd y cyswllt optegol cyntaf un sy'n cysylltu gorsaf ddaear a llong ofod mewn orbit ger planed arall yng nghysawd yr haul ym mis Ionawr 2013. Trosglwyddwyd y ddelwedd du-a-gwyn 152 x 200 picsel o'r Mona Lisa o Orsaf Bylchu Laser Lloeren y Genhedlaeth Nesaf yng Nghanolfan Hedfan Ofod Goddard NASA i'r Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ar 300 bps. Roedd y cyfathrebu yn un ffordd. Anfonodd LRO y ddelwedd a gafodd o'r Ddaear yn ôl trwy gyfathrebu radio rheolaidd. Roedd angen ychydig o gywiro gwall meddalwedd ar y ddelwedd, ond hyd yn oed heb y codio hwn roedd yn hawdd ei adnabod. Ac ar y pryd, roedd lansiad system fwy pwerus i'r Lleuad eisoes wedi'i gynllunio.
O brosiect Orbiter Rhagchwilio Lunar 2013: Er mwyn clirio gwybodaeth o wallau trosglwyddo a gyflwynwyd gan atmosffer y Ddaear (chwith), defnyddiodd gwyddonwyr yng Nghanolfan Hedfan Gofod Goddard gywiriad gwall Reed-Solomon (dde), a ddefnyddir yn eang mewn CDs a DVDs. Mae gwallau cyffredin yn cynnwys picsel coll (gwyn) a signalau ffug (du). Mae streipen wen yn dynodi saib byr wrth drosglwyddo.
«(LADEE) mynd i mewn i orbit lleuad ar Hydref 6, 2013, a dim ond wythnos yn ddiweddarach lansiodd ei laser pwls i drosglwyddo data. Y tro hwn, ceisiodd NASA drefnu cyfathrebu dwy ffordd ar gyflymder o 20 Mbit yr eiliad i'r cyfeiriad arall a chyflymder uchaf erioed o 622 Mbit yr eiliad i'r cyfeiriad arall. Yr unig broblem oedd oes fer y genhadaeth. Dim ond am ychydig funudau ar y tro yr oedd cyfathrebiadau optegol LRO yn gweithio. Cyfnewidiodd LADEE ddata gyda'i laser am 16 awr dros 30 diwrnod. Disgwylir i'r sefyllfa hon newid gyda lansiad y lloeren Arddangos Cyfathrebu Laser (LCRD), a drefnwyd ar gyfer Mehefin 2019. Ei genhadaeth yw dangos sut y bydd systemau cyfathrebu yn y gofod yn y dyfodol yn gweithio.
Mae LCRD yn cael ei ddatblygu yn Labordy Jet Propulsion NASA ar y cyd â Labordy Lincoln MIT. Bydd ganddo ddwy derfynell optegol: un ar gyfer cyfathrebu mewn orbit Ddaear isel, a'r llall ar gyfer gofod dwfn. Bydd yn rhaid i'r cyntaf ddefnyddio Allweddu Newid Cyfnod Gwahaniaethol (DPSK). Bydd y trosglwyddydd yn anfon curiadau laser ar amledd o 2,88 GHz. Gan ddefnyddio'r dechnoleg hon, bydd pob did yn cael ei amgodio gan wahaniaeth cyfnod corbys olynol. Bydd yn gallu gweithredu ar gyflymder o 2,88 Gbps, ond bydd hyn yn gofyn am lawer o bŵer. Dim ond gwahaniaethau rhwng corbys mewn signalau ynni uchel y gall synwyryddion eu canfod, felly mae DPSK yn gweithio'n wych ar gyfer cyfathrebu ger y Ddaear, ond nid dyma'r dull gorau ar gyfer gofod dwfn, lle mae storio ynni yn broblemus. Bydd signal a anfonir o'r blaned Mawrth yn colli ynni erbyn iddo gyrraedd y Ddaear, felly bydd LCRD yn defnyddio technoleg fwy effeithlon o'r enw modiwleiddio cyfnod pwls i ddangos cyfathrebu optegol â gofod dwfn.
Mae peirianwyr NASA yn paratoi LADEE ar gyfer profi
Yn 2017, profodd peirianwyr modemau hedfan mewn siambr gwactod thermol
“Cyfrif ffotonau ydi o yn y bôn,” eglura Abraham. – Rhennir y cyfnod byr a neilltuir ar gyfer cyfathrebu yn sawl cyfnod amser. I gael data, y cyfan sydd angen i chi ei wneud yw gwirio a oedd y ffotonau'n gwrthdaro â'r synhwyrydd ar bob egwyl. Dyma sut mae'r data'n cael ei amgodio yn y FIM." Mae fel cod Morse, ond ar gyflymder hynod gyflym. Naill ai mae fflach ar adeg benodol neu nid oes, ac mae'r neges wedi'i hamgodio gan ddilyniant o fflachiadau. “Er bod hyn yn llawer arafach na DPSK, gallwn barhau i ddarparu degau neu gannoedd o Mbps o gyfathrebiadau optegol o mor bell i ffwrdd â Mars,” ychwanega Abraham.
Wrth gwrs, nid y ddau derfynell hyn yn unig yw'r prosiect LCRD. Dylai hefyd weithredu fel canolbwynt Rhyngrwyd yn y gofod. Ar lawr gwlad, bydd tair gorsaf yn gweithredu gyda LCRD: un yn White Sands yn New Mexico, un yn Table Mountain yng Nghaliffornia, ac un ar Ynys Hawaii neu Maui. Y syniad yw profi newid o un orsaf ddaear i un arall os bydd tywydd gwael yn digwydd yn un o'r gorsafoedd. Bydd y genhadaeth hefyd yn profi perfformiad yr LCRD fel trosglwyddydd data. Bydd signal optegol o un o'r gorsafoedd yn cael ei anfon i loeren ac yna'n cael ei drosglwyddo i orsaf arall - i gyd trwy gyswllt optegol.
Os na ellir trosglwyddo'r data ar unwaith, bydd LCRD yn ei storio a'i drosglwyddo pan fydd cyfle. Os yw'r data'n frys neu os nad oes digon o le yn y storfa ar y bwrdd, bydd yr LCRD yn ei anfon ar unwaith trwy ei antena Ka-band. Felly, rhagflaenydd i loerennau trosglwyddydd yn y dyfodol, bydd LCRD yn system radio-optegol hybrid. Dyma'r union fath o uned y mae angen i NASA ei gosod mewn orbit o amgylch y blaned Mawrth i sefydlu rhwydwaith rhyngblanedol a fydd yn cefnogi archwilio gofod dwfn dynol yn y 2030au.
Dod â Mars ar-lein
Dros y flwyddyn ddiwethaf, mae tîm Abraham wedi ysgrifennu dau bapur yn disgrifio dyfodol cyfathrebu gofod dwfn, a gyflwynir yng nghynhadledd SpaceOps yn Ffrainc ym mis Mai 2019. Mae un yn disgrifio cyfathrebu gofod dwfn yn gyffredinol, a'r llall (“") yn cynnig disgrifiad manwl o'r seilwaith sy'n gallu darparu gwasanaeth tebyg i'r Rhyngrwyd i ofodwyr ar y Blaned Goch.
Amcangyfrifon o'r cyflymder trosglwyddo data cyfartalog brig oedd tua 215 Mbit yr eiliad i'w lawrlwytho a 28 Mbit yr eiliad ar gyfer llwytho i fyny. Bydd Rhyngrwyd Mars yn cynnwys tri rhwydwaith: WiFi yn gorchuddio'r ardal archwilio arwyneb, rhwydwaith planedol sy'n trosglwyddo data o'r wyneb i'r Ddaear, a Rhwydwaith y Ddaear, rhwydwaith cyfathrebu gofod dwfn gyda thri safle yn gyfrifol am dderbyn y data hwn ac anfon ymatebion yn ôl i Mawrth.
“Wrth ddatblygu seilwaith o’r fath, mae llawer o broblemau. Rhaid iddo fod yn ddibynadwy ac yn sefydlog, hyd yn oed ar y pellter mwyaf i'r blaned Mawrth o 2,67 AU. yn ystod cyfnodau o gysylltiad solar uwch, pan fydd y blaned Mawrth yn cuddio y tu ôl i'r Haul,” meddai Abraham. Mae cysylltiad o'r fath yn digwydd bob dwy flynedd ac yn amharu'n llwyr ar gyfathrebu â'r blaned Mawrth. “Heddiw allwn ni ddim ymdopi â hyn. Mae'r holl orsafoedd glanio ac orbitol sydd ar y blaned Mawrth yn colli cysylltiad â'r Ddaear am tua phythefnos. Gyda chyfathrebu optegol, bydd colledion cyfathrebu oherwydd cysylltedd solar hyd yn oed yn hirach, 10 i 15 wythnos. ” Ar gyfer robotiaid, nid yw bylchau o'r fath yn arbennig o frawychus. Nid yw unigedd o'r fath yn achosi problemau iddynt, oherwydd nid ydynt yn diflasu, nid ydynt yn profi unigrwydd, ac nid oes angen iddynt weld eu hanwyliaid. Ond i bobl mae'n hollol wahanol.
“Rydym felly yn ddamcaniaethol yn caniatáu ar gyfer comisiynu dau drosglwyddydd orbitol wedi'u gosod mewn orbit cyhydeddol gylchol 17300 km uwchben wyneb y blaned Mawrth,” meddai Abraham. Yn ôl yr astudiaeth, dylent bwyso 1500 kg yr un, a chael set o derfynellau sy'n gweithredu yn y band X, Ka-band, ac ystod optegol, a chael eu pweru gan baneli solar gyda phŵer o 20-30 kW. Rhaid iddynt gefnogi'r Protocol Rhwydwaith Oedi sy'n Goddefgar - TCP/IP yn y bôn, sydd wedi'i gynllunio i ymdrin â'r oedi hir a fydd yn anochel yn digwydd mewn rhwydweithiau rhyngblanedol. Rhaid i'r gorsafoedd orbitol sy'n cymryd rhan yn y rhwydwaith allu cyfathrebu â gofodwyr a cherbydau ar wyneb y blaned, gyda gorsafoedd daear a chyda'i gilydd.
“Mae’r croesgyplu hwn yn bwysig iawn oherwydd mae’n lleihau nifer yr antenâu sydd eu hangen i drosglwyddo data ar 250 Mbps,” meddai Abraham. Mae ei dîm yn amcangyfrif y byddai angen amrywiaeth o chwe antena 250-metr i dderbyn data 34 Mbps o un o'r trosglwyddyddion orbitol. Mae hyn yn golygu y bydd angen i NASA adeiladu tri antena ychwanegol mewn safleoedd cyfathrebu gofod dwfn, ond maen nhw'n cymryd blynyddoedd i'w hadeiladu ac maen nhw'n ddrud iawn. “Ond rydyn ni’n meddwl y gallai dwy orsaf orbitol rannu’r data a’i anfon ar yr un pryd ar 125 Mbps, gydag un trosglwyddydd yn anfon hanner y pecyn data a’r llall yn anfon y llall,” meddai Abraham. Hyd yn oed heddiw, gall antena cyfathrebu gofod dwfn 34 metr dderbyn data ar yr un pryd o bedair llong ofod wahanol ar yr un pryd, gan arwain at yr angen am dri antena i gwblhau'r dasg. “Mae derbyn dau drosglwyddiad 125 Mbps o’r un ardal o’r awyr yn gofyn am yr un nifer o antenâu â derbyn un trosglwyddiad,” eglura Abraham. “Dim ond os oes angen i chi gyfathrebu ar gyflymder uwch y mae angen mwy o antenâu.”
Er mwyn delio â'r broblem cysylltiad solar, cynigiodd tîm Abraham lansio lloeren trosglwyddydd i bwyntiau L4/L5 orbit Haul-Mars/Sul-Earth. Yna, yn ystod cyfnodau cysylltiad, gellid ei ddefnyddio i drawsyrru data o amgylch yr Haul, yn lle anfon signalau drwyddo. Yn anffodus, yn ystod y cyfnod hwn bydd y cyflymder yn gostwng i 100 Kbps. Yn syml, bydd yn gweithio, ond mae'n sucks.
Yn y cyfamser, bydd yn rhaid i ofodwyr y dyfodol ar y blaned Mawrth aros ychydig dros dri munud i dderbyn llun o'r gath fach, heb gyfrif oedi a allai fod hyd at 40 munud. Yn ffodus, cyn i uchelgeisiau dynoliaeth fynd â ni ymhellach na'r Blaned Goch, bydd y Rhyngrwyd rhyngblanedol eisoes yn gweithio'n dda y rhan fwyaf o'r amser.
Ffynhonnell: hab.com