”Radiotaajuuksilla toimivaa tekniikkaa ei ole juuri minnekään parannettava. Helpot ratkaisut loppuvat"
26. marraskuuta 2018 klo 22 Moskovan aikaa NASA onnistui jälleen - InSight-luotain laskeutui onnistuneesti Marsin pinnalle paluu-, laskeutumis- ja laskuharjoitusten jälkeen, joita myöhemmin kutsuttiin "kuuden ja puolen minuutin kauhuksi". Osuva kuvaus, koska NASAn insinöörit eivät voineet heti tietää, oliko avaruusluotain onnistunut laskeutumaan planeetan pinnalle, johtuen Maan ja Marsin välisen viestinnän aikaviiveestä, joka oli noin 53 minuuttia. Tämän ikkunan aikana InSight ei voinut luottaa nykyaikaisimpiin ja tehokkaampiin antenneihinsa - kaikki riippui vanhanaikaisesta UHF-viestinnästä (tätä menetelmää on käytetty pitkään kaikessa TV-lähetyksistä ja radiopuhelimista Bluetooth-laitteisiin).
Tämän seurauksena kriittistä tietoa InSightin tilasta lähetettiin radioaaloilla taajuudella 401,586 MHz kahdelle satelliitille -, WALL-E ja EVE, jotka sitten lähettivät dataa 8 kbps nopeudella 70 metrin antenneihin, jotka sijaitsevat maan päällä. Cubesats laukaistiin samalla raketilla kuin InSight, ja he seurasivat sitä matkalla Marsiin tarkkailemaan laskeutumista ja lähettämään tietoja välittömästi kotiin. Muut kiertävät Marsin alukset, kuten (MRS), olivat epämukavassa asennossa eivätkä voineet aluksi välittää reaaliaikaisia viestejä laskeutumislaitteen kanssa. Ei tarkoita, että koko laskeutuminen riippuisi kahdesta kokeellisesta matkalaukun kokoisesta Cubesatista, mutta MRS pystyisi lähettämään tietoja InSightista vasta vielä pidemmän odotuksen jälkeen.
InSightin laskeutuminen itse asiassa testasi NASAn koko viestintäarkkitehtuurin, "Mars Networkin". InSight-laskeutujan signaali, joka lähetettiin kiertäville satelliiteille, olisi saavuttanut Maahan joka tapauksessa, vaikka satelliitit epäonnistuisivat. WALL-E ja EVE tarvittiin välittömään tiedonsiirtoon, ja he tekivät sen. Jos nämä Cubsatit eivät jostain syystä toimineet, MRS oli valmis täyttämään roolinsa. Jokainen niistä toimi solmuna Internetin kaltaisessa verkossa reitittäen datapaketteja eri päätelaitteiden kautta, jotka koostuivat eri laitteista. Nykyään tehokkain niistä on MRS, joka pystyy lähettämään dataa jopa 6 Mbps:n nopeudella (ja tämä on nykyinen planeettojen välisten tehtävien ennätys). NASA on kuitenkin joutunut toimimaan paljon hitaammilla nopeuksilla aiemmin - ja se tarvitsee paljon nopeampaa tiedonsiirtoa tulevaisuudessa.
Kuten Internet-palveluntarjoajasi, NASA sallii Internetin käyttäjille yhteydenpito avaruusalusten kanssa reaaliajassa.
Deep Space Network
NASAn lisääntyvän läsnäolon myötä avaruudessa ilmaantuu jatkuvasti parempia viestintäjärjestelmiä, jotka kattavat yhä enemmän tilaa: ensin oli matala Maan kiertorata, sitten geosynkroninen kiertorata ja Kuu, ja pian viestintä meni syvemmälle avaruuteen. Kaikki alkoi karkeasta käsiradiosta, joka käytti Yhdysvaltain sotilastukikohtia Nigeriassa, Singaporessa ja Kaliforniassa vastaanottaakseen telemetriaa Explorer 1:stä, ensimmäisestä satelliitista, jonka amerikkalaiset lähettivät onnistuneesti vuonna 1958. Hitaasti mutta varmasti tämä perusta on kehittynyt nykypäivän edistyneiksi viestintäjärjestelmiksi.
Douglas Abraham, NASAn Interplanetary Network Directorate:n strategisista ja järjestelmäennusteista vastaava johtaja, korostaa kolmea itsenäisesti kehitettyä verkkoa viestien lähettämiseen avaruudessa. Near Earth Network toimii matalalla Maan kiertoradalla olevien avaruusalusten kanssa. "Se on sarja antenneja, enimmäkseen 9 - 12 metriä. On olemassa muutamia suuria, 15 - 18 metriä", Abraham sanoo. Sitten maan geosynkronisen kiertoradan yläpuolella on useita seuranta- ja datasatelliitteja (TDRS). "He voivat katsoa satelliitteja matalalla Maan kiertoradalla ja kommunikoida niiden kanssa ja sitten lähettää nämä tiedot TDRS:n kautta maahan", Abraham selittää. "Tätä satelliittitiedonsiirtojärjestelmää kutsutaan NASAn avaruusverkostoksi."
Mutta edes TDRS ei riittänyt kommunikoimaan avaruusaluksen kanssa, joka meni paljon Kuun kiertoradan ulkopuolelle muille planeetoille. ”Joten meidän piti luoda verkosto, joka kattaa koko aurinkokunnan. Ja tämä on Deep Space Network, DSN”, Abraham sanoo. Marsin verkko on laajennus .
Laajuus ja suunnitelmat huomioon ottaen DSN on monimutkaisin luetelluista järjestelmistä. Itse asiassa tämä on joukko suuria antenneja, halkaisijaltaan 34-70 m. Jokaisella kolmella DSN-sivustolla on useita 34 metrin antenneja ja yksi 70 metrin antenni. Yksi toimipiste sijaitsee Goldstonessa (Kalifornia), toinen lähellä Madridia (Espanja) ja kolmas Canberrassa (Australia). Nämä paikat sijaitsevat noin 120 asteen etäisyydellä toisistaan ympäri maapalloa ja tarjoavat XNUMX/XNUMX peiton kaikille geosynkronisen kiertoradan ulkopuolella oleville avaruusaluksille.
34 metrin antennit ovat DSN:n ydinlaitteita, ja niitä on kahta tyyppiä: vanhoja korkeatehoisia antenneja ja suhteellisen uusia aaltoputkiantenneja. Erona on, että aaltoputkiantennissa on viisi tarkkaa RF-peiliä, jotka heijastavat signaalit putkea pitkin maanalaiseen valvomoon, jossa signaaleja analysoiva elektroniikka on paremmin suojattu kaikilta häiriölähteiltä. Yksittäin tai 34-2 lautasen ryhmissä toimivat 3 metrin antennit voivat tarjota suurimman osan NASAn tarvitsemasta viestinnästä. Mutta erikoistapauksissa, joissa etäisyydet ovat liian pitkiä jopa muutamalle 34 metrin antennille, DSN-hallinta käyttää 70 metrin hirviöitä.
"Niillä on tärkeä rooli useissa tapauksissa", Abraham sanoo suurista antenneista. Ensimmäinen on, kun avaruusalus on niin kaukana Maasta, että sen kanssa on mahdotonta muodostaa yhteyttä pienemmällä lautasella. ”Hyviä esimerkkejä ovat New Horizons -tehtävä, joka on jo lentänyt kauas Pluton ulkopuolelle, tai Voyager-avaruusalus, joka on aurinkokunnan ulkopuolella. Vain 70 metrin antennit pääsevät niiden läpi ja toimittavat datansa Maahan ”, Abraham selittää.
70 metrin lautasia käytetään myös silloin, kun avaruusalus ei pysty käyttämään booster-antennia joko suunnitellun kriittisen tilanteen, kuten kiertoradalle pääsyn, vuoksi tai koska jokin menee pahasti pieleen. 70 metrin antennia käytettiin esimerkiksi Apollo 13:n palauttamiseen turvallisesti Maahan. Hän omaksui myös Neil Armstrongin kuuluisan linjan "Pieni askel ihmiselle, jättiläinen askel ihmiskunnalle". Ja vielä tänäkin päivänä DSN on edelleen maailman edistynein ja herkkä viestintäjärjestelmä. "Mutta monista syistä se on jo saavuttanut rajansa", Abraham varoittaa. ”Radiotaajuuksilla toimivaa tekniikkaa ei ole juuri minnekään parannettava. Yksinkertaiset ratkaisut ovat loppumassa."
Kolme maa-asemaa 120 asteen päässä toisistaan
DSN-levyt Canberrassa
DSN-kompleksi Madridissa
DSN Goldstonessa
Jet Propulsion Laboratoryn valvomo
Radio ja mitä sen jälkeen tulee
Tämä tarina ei ole uusi. Syvän avaruuden viestinnän historia koostuu jatkuvasta kamppailusta taajuuksien lisäämiseksi ja aallonpituuksien lyhentämiseksi. Explorer 1 käytti 108 MHz:n taajuuksia. NASA esitteli sitten suurempia, parempia antenneja, jotka tukivat L-kaistan taajuuksia 1-2 GHz. Sitten tuli S-kaistan vuoro 2-4 GHz:n taajuuksilla, ja sitten virasto siirtyi X-kaistalle 7-11,2 GHz:n taajuuksilla.
Nykyään avaruusviestintäjärjestelmät ovat jälleen muutosten alla - nyt ne siirtyvät 26-40 GHz:n kaistalle, Ka-kaistalle. "Syynä tähän trendiin on se, että mitä lyhyemmät aallonpituudet ja korkeammat taajuudet ovat, sitä enemmän tiedonsiirtonopeuksia saat", Abraham sanoo.
On syytä optimismiin, koska NASA:n viestinnän kehitys on historiallisesti ollut melko nopeaa. Jet Propulsion Laboratoryn vuoden 2014 tutkimuspaperi lainaa vertailua varten seuraavat suorituskykytiedot: jos käyttäisimme Explorer 1:n viestintätekniikoita tyypillisen iPhone-kuvan siirtämiseen Jupiterista Maahan, se kestäisi 460 kertaa pidempään kuin nykyinen Universe. Pioneerit 2 ja 4 1960-luvulta olisivat kestäneet 633 000 vuotta. Mariner 9 vuodelta 1971 olisi tehnyt sen 55 tunnissa. Tänään kestää MPC kolme minuuttia.
Ainoa ongelma on tietysti se, että avaruusalusten vastaanottaman tiedon määrä kasvaa yhtä nopeasti, ellei nopeammin kuin lähetyskyvyn kasvu. Yli 40 toimintavuoden aikana Voyagers 1 ja 2 tuottivat 5 TB tietoa. NISAR Earth Science -satelliitti, joka on tarkoitus laukaista vuonna 2020, tuottaa 85 TB dataa kuukaudessa. Ja jos Maan satelliitit pystyvät siihen täysin, niin suuren datamäärän siirtäminen planeettojen välillä on täysin erilainen tarina. Jopa suhteellisen nopea MRS lähettää 85 TB dataa Maahan 20 vuoden ajan.
"Arvioidut tiedonsiirtonopeudet Marsin tutkimisessa 2020-luvun lopulla ja 2030-luvun alussa ovat 150 Mbps tai enemmän, joten lasketaan", Abraham sanoo. – Jos MPC-luokan avaruusalus, joka on suurimmalla etäisyydellä meistä Marsiin, pystyy lähettämään noin 1 Mbps nopeuden 70 metrin antenniin maan päällä, niin 150 Mbps:n nopeudella kommunikointi edellyttää 150 70 metrin antennin ryhmää. . Kyllä, tietysti voimme keksiä fiksuja tapoja pienentää hieman tätä absurdia määrää, mutta ongelma on ilmeisesti olemassa: planeettojen välisen viestinnän järjestäminen nopeudella 150 Mbps on erittäin vaikeaa. Lisäksi sallitut taajuudet ovat loppumassa.”
Kuten Abraham osoittaa, S- tai X-kaistalla toimiva yksittäinen tehtävä, jonka kapasiteetti on 25 Mbps, vie koko käytettävissä olevan spektrin. Ka-kaistalla on enemmän tilaa, mutta vain kaksi Marsin satelliittia, joiden kaistanleveys on 150 Mbps, vie koko spektrin. Yksinkertaisesti sanottuna planeettojen välinen internet tarvitsee toimiakseen muutakin kuin vain radiota – se on riippuvainen lasereista.
Optisen viestinnän tulo
Laserit kuulostavat futuristisilta, mutta idea optisesta viestinnästä juontaa juurensa Alexander Graham Bellin 1880-luvulla jättämään patenttiin. Bell kehitti järjestelmän, jossa erittäin kapeaan säteeseen kohdistettu auringonvalo suuntautui heijastavalle kalvolle, joka värähteli äänien takia. Värähtely aiheutti vaihtelua linssin läpi karkeaan fotodetektoriin kulkevassa valossa. Muutokset valotunnistimen resistanssissa muuttivat puhelimen läpi kulkevaa virtaa.
Järjestelmä oli epävakaa, äänenvoimakkuus oli hyvin alhainen, ja Bell lopulta hylkäsi tämän idean. Mutta lähes 100 vuotta myöhemmin NASAn insinöörit ovat palanneet vanhaan käsitteeseen lasereilla ja valokuituoptiikalla.
"Tiesimme radiotaajuusjärjestelmien rajoituksista, joten 1970-luvun lopulla, 1980-luvun alussa Jet Propulsion Laboratoryssa alettiin keskustella mahdollisuudesta lähettää viestejä syvästä avaruudesta avaruuslasereilla", Abraham sanoi. Ymmärtääkseen paremmin, mikä syväavaruuden optisessa viestinnässä on ja mikä ei, laboratorio tilasi 1980-luvun lopulla nelivuotisen tutkimuksen, Deep Space Relay Satellite System (DSRSS) -tutkimuksen. Tutkimuksen piti vastata kriittisiin kysymyksiin: entä sää- ja näkyvyysongelmat (radioaallot voivat loppujen lopuksi kulkea helposti pilvien läpi, kun taas laserit eivät)? Entä jos Auringon ja maan välisestä luotainkulmasta tulee liian terävä? Erottaako maan päällä oleva ilmaisin heikon optisen signaalin auringonvalosta? Ja lopuksi, kuinka paljon tämä kaikki maksaa ja onko se sen arvoista? "Etsimme edelleen vastauksia näihin kysymyksiin", myöntää Abraham. "Vastaukset kuitenkin vahvistavat yhä enemmän optisen tiedonsiirron mahdollisuutta."
DSRSS ehdotti, että Maan ilmakehän yläpuolella oleva piste sopisi parhaiten optiseen ja radioviestintään. Väitettiin, että kiertorata-asemalle asennettu optinen viestintäjärjestelmä toimisi paremmin kuin mikään maanpäällinen arkkitehtuuri, mukaan lukien ikoniset 70 metrin antennit. Sen piti sijoittaa 10-metrinen lautanen lähellä maapalloa olevalle kiertoradalle ja sitten nostaa se geosynkroniseen. Tällaisen järjestelmän – joka koostui lautasantennista, laukaisuraketista ja viidestä käyttäjäpäätteestä – kustannukset olivat kuitenkin kohtuuttomat. Lisäksi tutkimuksessa ei edes otettu huomioon tarvittavan apujärjestelmän kustannuksia, joka ottaisi käyttöön satelliitin vian sattuessa.
Tässä järjestelmässä laboratorio alkoi tarkastella maapohjaista arkkitehtuuria, joka on kuvattu laboratoriossa suoritetussa Ground Based Advanced Technology Study (GBATS) -tutkimuksessa suunnilleen samaan aikaan kuin DRSS. GBATS:n parissa työskennelleet ihmiset tekivät kaksi vaihtoehtoista ehdotusta. Ensimmäinen on kuuden aseman asentaminen 10 metrin antenneilla ja metrin vara-antenneilla, jotka sijaitsevat 60 asteen päässä toisistaan päiväntasaajan ympärillä. Asemat oli rakennettava vuorenhuippuihin, joissa vähintään 66 % vuoden päivistä oli selkeitä. Siten 2-3 asemaa on aina näkyvissä mille tahansa avaruusalukselle, ja niillä on erilainen sää. Toinen vaihtoehto on yhdeksän asemaa, jotka on ryhmitelty kolmen hengen ryhmiin ja jotka sijaitsevat 120 astetta toisistaan. Jokaisen ryhmän asemat tulee sijoittaa 200 km:n etäisyydelle toisistaan siten, että ne ovat näköetäisyydellä, mutta eri sääsoluissa.
Molemmat GBATS-arkkitehtuurit olivat halvempia kuin avaruuslähestymistapa, mutta niissä oli myös ongelmia. Ensinnäkin, koska signaalien piti kulkea Maan ilmakehän läpi, päiväaikainen vastaanotto olisi paljon huonompi kuin yöaikainen vastaanotto valaistun taivaan vuoksi. Älykkäästä järjestelystä huolimatta maanpäälliset optiset asemat riippuvat säästä. Laserilla maa-asemalle suunnatun avaruusaluksen on lopulta sopeuduttava huonoihin sääolosuhteisiin ja muodostettava uudelleen yhteys toisen aseman kanssa, jota pilvet eivät peitä.
Ongelmista huolimatta DSRSS- ja GBATS-projektit loivat teoreettisen perustan syväavaruuden optisille järjestelmille ja NASAn insinöörien nykyaikaiselle kehitykselle. Jäi vain rakentaa tällainen järjestelmä ja osoittaa sen suorituskyky. Onneksi siihen oli vain muutama kuukausi.
Hankkeen toteutus
Siihen mennessä optinen tiedonsiirto avaruudessa oli jo tapahtunut. Ensimmäinen testi tehtiin vuonna 1992, kun Galileo-luotain oli matkalla Jupiteriin ja käänsi korkearesoluutioisen kameransa Maata kohti vastaanottaakseen onnistuneesti laserpulsseja 60 cm:n Pöytävuoren observatorion teleskoopista ja 1,5 m:n USAF Starfire -optisesta teleskoopista. New Mexicossa. Tuolloin Galileo oli 1,4 miljoonan kilometrin päässä Maasta, mutta molemmat lasersäteet osuivat hänen kameraansa.
Japanin ja Euroopan avaruusvirastot ovat myös pystyneet muodostamaan optista viestintää maa-asemien ja maapallon kiertoradalla olevien satelliittien välille. Sitten he pystyivät muodostamaan 50 Mbps yhteyden kahden satelliitin välille. Muutama vuosi sitten saksalainen tiimi loi 5,6 Gbps:n koherentin kaksisuuntaisen optisen linkin Maan kiertoradalla olevan NFIRE-satelliitin ja Espanjan Teneriffalla sijaitsevan maa-aseman välille. Mutta kaikki nämä tapaukset liittyivät maapallon kiertoradalle.
Ensimmäinen optinen linkki, joka yhdistää maa-aseman ja aurinkokunnan toisen planeetan kiertoradalla olevan avaruusaluksen, asennettiin tammikuussa 2013. 152 x 200 pikselin mustavalkoinen kuva Mona Lisasta lähetettiin NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksen seuraavan sukupolven satelliittilaser-asemalta Lunar Reconnaissance Orbiteriin (LRO) nopeudella 300 bps. Viestintä oli yksisuuntaista. LRO lähetti Maalta vastaanotetun kuvan takaisin perinteisen radion kautta. Kuva vaati hieman ohjelmistovirheen korjausta, mutta ilman tätä koodaustakin se oli helppo tunnistaa. Ja tuolloin tehokkaamman järjestelmän laukaisu Kuuhun oli jo suunniteltu.
Lunar Reconnaissance Orbiter -projektista vuonna 2013: Maan ilmakehän aiheuttamien lähetysvirheiden puhdistamiseksi (vasemmalla) Goddard Space Flight Centerin tutkijat käyttivät Reed-Solomon-virheenkorjausta (oikealla), jota käytetään paljon CD- ja DVD-levyissä. Tyypillisiä virheitä ovat puuttuvat pikselit (valkoinen) ja väärät signaalit (musta). Valkoinen palkki osoittaa pientä taukoa lähetyksessä.
«» (LADEE) astui Kuun kiertoradalle 6. lokakuuta 2013, ja vain viikkoa myöhemmin laukaisi pulssilaserin tiedonsiirtoon. Tällä kertaa NASA yritti järjestää kaksisuuntaisen viestinnän nopeudella 20 Mbps siihen suuntaan ja ennätysnopeudella 622 Mbps vastakkaiseen suuntaan. Ainoa ongelma oli tehtävän lyhyt käyttöikä. Optinen tiedonsiirto LRO toimi vain muutaman minuutin. LADEE kommunikoi laserinsa kanssa 16 tuntia yhteensä 30 päivän ajan. Tilanteen pitäisi muuttua, kun Laser Communications Demonstration Satellite (LCRD) laukaistaan kesäkuussa 2019. Sen tehtävänä on näyttää, miten tulevaisuuden viestintäjärjestelmät avaruudessa toimivat.
LCRD:tä kehitetään NASAn Jet Propulsion Laboratoryssa yhteistyössä MIT:n Lincoln Laboratoryn kanssa. Siinä on kaksi optista liitintä: yksi viestintää varten matalalla Maan kiertoradalla, toinen syvälle avaruudelle. Ensimmäisen on käytettävä differentiaalista vaihesiirtoavainnusta (DPSK). Lähetin lähettää laserpulsseja 2,88 GHz:n taajuudella. Tätä tekniikkaa käyttämällä jokainen bitti koodataan peräkkäisten pulssien vaihe-erolla. Se pystyy toimimaan nopeudella 2,88 Gbps, mutta se vaatii paljon virtaa. Ilmaisimet pystyvät havaitsemaan vain suurienergisten signaalien pulssierot, joten DPSK toimii hyvin lähellä maapalloa tapahtuvan viestinnän kanssa, mutta se ei ole paras menetelmä syvälle avaruuteen, jossa energian varastointi on ongelmallista. Marsista lähetetty signaali menettää energiaa ennen kuin se saavuttaa maan, joten LCRD käyttää tehokkaampaa tekniikkaa, pulssivaihemodulaatiota, osoittaakseen optista viestintää syvän avaruuden kanssa.
NASAn insinöörit valmistelevat LADEE:n testausta varten
Vuonna 2017 insinöörit testasivat lentomodeemeja lämpötyhjiökammiossa
"Pohjimmiltaan se on fotonien laskemista", Abraham selittää. – Viestinnän lyhyt aika on jaettu useisiin aikajaksoihin. Saadaksesi tiedot, sinun on vain tarkistettava, törmäsivätkö kunkin aukon fotonit ilmaisimen kanssa. Näin tiedot koodataan FIM:iin." Se on kuin morsekoodi, vain erittäin nopealla nopeudella. Joko välähtää tietyllä hetkellä tai ei ole, ja viesti on koodattu välähdyssarjalla. "Vaikka tämä on paljon hitaampaa kuin DPSK, voimme silti muodostaa optisen viestinnän kymmenien tai satojen Mbps:n nopeuksilla Marsiin asti", lisää Abraham.
LCRD-projekti ei tietenkään koske vain näitä kahta terminaalia. Sen pitäisi toimia myös Internet-solmuna avaruudessa. Maan päällä tulee olemaan kolme LCRD:tä käyttävää asemaa: yksi White Sandsissa New Mexicossa, yksi Table Mountainissa Kaliforniassa ja yksi Havaijin tai Mauin saarella. Ajatuksena on testata jollakin asemalla siirtymistä maa-asemalta toiselle huonon sään sattuessa. Tehtävä testaa myös LCRD:n toimintaa tiedonsiirtona. Optinen signaali yhdeltä asemalta menee satelliitille ja sitten toiselle asemalle - ja kaikki tämä optisen viestinnän kautta.
Jos tietoja ei ole mahdollista siirtää välittömästi, LCRD tallentaa ne ja siirtää ne, kun se on mahdollista. Jos tiedot ovat kiireellisiä tai aluksella ei ole tarpeeksi tallennustilaa, LCRD lähettää sen välittömästi Ka-kaista-antenninsa kautta. Tulevien lähetinsatelliittien edeltäjä LCRD on siis hybridiradiooptinen järjestelmä. Juuri tällainen yksikkö NASAn on asetettava Marsin kiertoradalle järjestääkseen planeettojen välisen verkoston, joka tukee ihmisen syvän avaruuden tutkimusta 2030-luvulla.
Marsin tuominen verkkoon
Kuluneen vuoden aikana Abrahamin tiimi on kirjoittanut kaksi syväavaruusviestinnän tulevaisuutta kuvaavaa paperia, jotka esitellään SpaceOps-konferenssissa Ranskassa toukokuussa 2019. Toinen kuvaa syväavaruusviestintää yleisesti, toinen (““) tarjosi yksityiskohtaisen kuvauksen infrastruktuurista, joka pystyy tarjoamaan Internetin kaltaisen palvelun astronauteille Punaisella planeetalla.
Arviot keskimääräisistä huipputiedonsiirtonopeuksista olivat noin 215 Mbps latauksessa ja 28 Mbps latauksessa. Marsin Internet koostuu kolmesta verkosta: WiFi, joka kattaa pinnalla olevan tutkimusalueen, planeettaverkko, joka välittää tietoja pinnalta Maahan, ja maanpäällinen verkko, syvän avaruuden viestintäverkko, jossa on kolme paikkaa, jotka vastaavat näiden tietojen vastaanottamisesta ja vastausten lähettämisestä. takaisin Marsiin.
”Tällaista infrastruktuuria kehitettäessä tulee monia ongelmia. Sen on oltava luotettava ja vakaa, jopa 2,67 AU:n enimmäisetäisyydellä Marsiin. ylivoimaisen auringon yhtymäkauden aikana, kun Mars piiloutuu auringon taakse”, Abraham sanoo. Tällainen yhteys tapahtuu kahden vuoden välein ja katkaisee täysin yhteyden Marsin kanssa. "Tänään emme voi käsitellä sitä. Kaikki Marsissa olevat laskeutumis- ja kiertorata-asemat menettävät yhteyden Maahan noin kahdeksi viikoksi. Optisen tiedonsiirron avulla yhteyden katkeaminen aurinkoliitännän vuoksi on vieläkin pidempi, 10-15 viikkoa." Roboteille tällaiset aukot eivät ole erityisen pelottavia. Tällainen eristäminen ei aiheuta heille ongelmia, koska he eivät kyllästy, eivät koe yksinäisyyttä, heidän ei tarvitse nähdä rakkaitaan. Mutta ihmisille se ei ole ollenkaan niin.
"Siksi teoriassa sallimme kahden kiertoradan lähettimen käyttöönoton, jotka on sijoitettu pyöreälle ekvatoriaaliselle kiertoradalle 17300 1500 km Marsin pinnan yläpuolelle", Abraham jatkaa. Selvityksen mukaan niiden tulisi painaa 20 30 kiloa kappaletta, niissä on oltava X-kaistalla, Ka-kaistalla ja optisella kaistalla toimivia päätteitä ja niiden tulisi olla teholtaan XNUMX-XNUMX kW:n aurinkopaneeleilla. Niiden on tuettava Delay Tolerant Network Protocol -protokollaa – lähinnä TCP/IP:tä, joka on suunniteltu käsittelemään suuria viiveitä, joita planeettojenväliset verkot väistämättä kohtaavat. Verkostoon osallistuvien kiertorata-asemien on kyettävä kommunikoimaan planeetan pinnalla olevien astronautien ja ajoneuvojen, maa-asemien ja toistensa kanssa.
"Tämä ylikuuluminen on erittäin tärkeä, koska se vähentää 250 Mbps:n tiedonsiirtoon tarvittavien antennien määrää", Abraham sanoo. Hänen tiiminsä arvioi, että kuuden 250 metrin antennin ryhmä tarvittaisiin vastaanottamaan 34 Mbps dataa yhdeltä kiertävästä lähettimestä. Tämä tarkoittaa, että NASAn on rakennettava kolme ylimääräistä antennia syvän avaruuden viestintäkohteisiin, mutta niiden rakentaminen kestää vuosia ja ovat erittäin kalliita. "Mutta uskomme, että kaksi kiertorata-asemaa voivat jakaa dataa keskenään ja lähettää sen samanaikaisesti 125 Mbps:n nopeudella, jolloin toinen lähetin lähettää puolet datapaketista ja toinen toisen", Abraham sanoo. . Vielä nykyäänkin 34 metrin syvän avaruuden viestintäantennit voivat vastaanottaa samanaikaisesti dataa neljältä eri avaruusalukselta kerralla, joten tehtävän suorittamiseen tarvitaan kolme antennia. "Kahden 125 Mbps lähetyksen vastaanottaminen samalta taivaan alueelta vaatii saman määrän antenneja kuin yhden lähetyksen vastaanottaminen", Abraham selittää. "Lisää antenneja tarvitaan vain, jos haluat viestiä suuremmalla nopeudella."
Auringon yhteyksien ongelman ratkaisemiseksi Abrahamin tiimi ehdotti lähetinsatelliitin laukaisemista Aurinko-Mars/Aurinko-Maa-kiertoradan L4/L5-pisteisiin. Sitten yhteysjaksojen aikana sitä voidaan käyttää tiedon siirtämiseen Auringon ympärillä sen sijaan, että se lähettäisi signaaleja sen kautta. Valitettavasti tänä aikana nopeus laskee 100 Kbps:iin. Yksinkertaisesti sanottuna se toimii, mutta on perseestä.
Sillä välin Marsin mahdolliset astronautit joutuvat odottamaan hieman yli kolme minuuttia saadakseen kuvan kissanpennusta, kun ei lasketa viiveitä, jotka voivat olla jopa 40 minuuttia. Onneksi siihen mennessä, kun ihmiskunnan tavoitteet ajavat meidät vielä pidemmälle kuin Punainen planeetta, planeettojen välinen internet toimii jo melko hyvin suurimman osan ajasta.
Lähde: will.com