“Praktis tidak ada ruang untuk perbaikan dalam teknologi frekuensi radio. Solusi sederhana berakhir"
Pada tanggal 26 November 2018 pukul 22:53 waktu Moskow, NASA melakukannya lagi - wahana InSight berhasil mendarat di permukaan Mars setelah memasuki atmosfer, melakukan manuver penurunan dan pendaratan, yang kemudian disebut sebagai “enam setengah menit horor. .” Sebuah deskripsi yang tepat, karena para insinyur NASA tidak dapat segera mengetahui apakah pesawat luar angkasa tersebut telah berhasil mendarat di permukaan planet tersebut karena adanya penundaan komunikasi sekitar 8,1 menit antara Bumi dan Mars. Selama periode ini, InSight tidak dapat mengandalkan antenanya yang lebih modern dan kuat - semuanya bergantung pada komunikasi UHF model lama (metode yang telah lama digunakan dalam segala hal mulai dari siaran televisi dan walkie-talkie hingga perangkat Bluetooh).
Hasilnya, data penting tentang status InSight ditransmisikan melalui gelombang radio dengan frekuensi 401,586 MHz ke dua satelit -, WALL-E dan EVE, yang kemudian mengirimkan data dengan kecepatan 8 Kbps ke antena 70 meter yang terletak di Bumi. Cubesat diluncurkan dengan roket yang sama dengan InSight, dan mereka menemaninya dalam perjalanan ke Mars untuk mengamati pendaratan dan segera mengirimkan data kembali ke rumah. Pengorbit Mars lainnya, mis. (MRS), berada dalam posisi yang canggung dan pada awalnya tidak dapat bertukar pesan dengan pendarat secara real time. Bukan berarti seluruh pendaratan bergantung pada dua CubeSat eksperimental yang masing-masing berukuran sebesar koper, namun MRS hanya akan mampu mengirimkan data dari InSight setelah menunggu lebih lama lagi.
Pendaratan InSight sebenarnya menguji seluruh arsitektur komunikasi NASA, Jaringan Mars. Sinyal pendarat InSight yang dikirimkan ke satelit yang mengorbit akan tetap mencapai Bumi, bahkan jika satelit tersebut gagal. WALL-E dan EVE perlu mengirimkan informasi secara instan, dan mereka berhasil. Jika CubeSat ini tidak berfungsi karena alasan tertentu, MRS siap memainkan perannya. Masing-masing beroperasi sebagai node pada jaringan mirip Internet, merutekan paket data melalui terminal berbeda yang terdiri dari peralatan berbeda. Saat ini, yang paling efektif adalah MRS, yang mampu mentransmisikan data dengan kecepatan hingga 6 Mbit/s (dan ini adalah rekor misi antarplanet saat ini). Namun NASA harus beroperasi dengan kecepatan yang jauh lebih lambat di masa lalu—dan akan membutuhkan transfer data yang jauh lebih cepat di masa depan.
Sama seperti Penyedia Layanan Internet Anda, NASA mengizinkan pengguna Internet komunikasi dengan pesawat ruang angkasa secara real time.
Jaringan komunikasi luar angkasa
Seiring dengan meningkatnya kehadiran NASA di luar angkasa, sistem komunikasi yang lebih baik terus bermunculan untuk mencakup lebih banyak ruang: pertama di orbit rendah Bumi, kemudian di orbit geosynchronous dan Bulan, dan segera komunikasi merambah lebih jauh ke luar angkasa. Semuanya dimulai dengan penerima radio portabel sederhana yang digunakan untuk menerima telemetri dari Explorer 1, satelit pertama yang berhasil diluncurkan oleh Amerika pada tahun 1958, di pangkalan militer AS di Nigeria, Singapura dan California. Perlahan tapi pasti, basis ini berkembang menjadi sistem pesan canggih saat ini.
Douglas Abraham, kepala Divisi Tinjauan ke Depan Strategis dan Sistem di Direktorat Jaringan Antarplanet NASA, menyoroti tiga jaringan yang dikembangkan secara independen untuk mengirimkan pesan di luar angkasa. Near Earth Network beroperasi dengan pesawat ruang angkasa di orbit rendah Bumi. “Itu kumpulan antena, kebanyakan 9 sampai 12 meter. Ada juga yang lebih besar, 15 sampai 18 meter,” kata Abraham. Kemudian, di atas orbit geosinkron Bumi, terdapat beberapa satelit pelacak dan relai data (TDRS). “Mereka dapat melihat satelit di orbit rendah Bumi dan berkomunikasi dengannya, lalu mengirimkan informasi ini melalui TDRS ke bumi,” jelas Abraham. “Sistem transmisi data satelit ini disebut NASA Space Network.”
Tetapi TDRS saja tidak cukup untuk berkomunikasi dengan pesawat ruang angkasa yang telah melampaui orbit Bulan dan ke planet lain. “Jadi kami harus membuat jaringan yang mencakup seluruh tata surya. Dan ini adalah Deep Space Network [DSN], kata Abraham. Jaringan Mars adalah perpanjangannya .
Mengingat panjang dan tata letaknya, DSN adalah sistem paling kompleks yang ada. Intinya, ini adalah seperangkat antena besar, dengan diameter 34 hingga 70 m. Masing-masing dari tiga lokasi DSN mengoperasikan beberapa antena 34 meter dan satu antena 70 meter. Satu situs berlokasi di Goldstone (California), situs lainnya dekat Madrid (Spanyol), dan situs ketiga di Canberra (Australia). Situs-situs ini terletak sekitar 120 derajat di seluruh dunia, dan menyediakan cakupan XNUMX jam untuk semua pesawat ruang angkasa di luar orbit geosynchronous.
Antena 34 meter adalah peralatan utama DSN, dan ada dua jenis: antena lama dengan efisiensi tinggi dan antena pandu gelombang yang relatif baru. Perbedaannya adalah antena gelombang pemandu memiliki lima cermin RF presisi yang memantulkan sinyal melalui pipa ke ruang kendali bawah tanah, tempat perangkat elektronik yang menganalisis sinyal tersebut lebih terlindungi dari semua sumber interferensi. Antena sepanjang 34 meter, yang beroperasi secara individu atau dalam kelompok yang terdiri dari 2-3 antena, dapat menyediakan sebagian besar komunikasi yang dibutuhkan NASA. Namun untuk kasus khusus ketika jarak menjadi terlalu jauh bahkan untuk beberapa antena 34 meter, kontrol DSN menggunakan monster 70 meter.
“Mereka memainkan peran penting dalam beberapa aplikasi,” kata Abraham tentang antena besar. Yang pertama adalah ketika pesawat ruang angkasa berada sangat jauh dari Bumi sehingga mustahil untuk menjalin komunikasi dengannya menggunakan piringan yang lebih kecil. “Contoh yang bagus adalah misi New Horizons, yang telah terbang lebih jauh dari Pluto, atau pesawat ruang angkasa Voyager, yang terletak di luar tata surya. Hanya antena sepanjang 70 meter yang dapat menembusnya dan mengirimkan datanya ke Bumi,” jelas Abraham.
Piringan 70 meter juga digunakan ketika pesawat ruang angkasa tidak dapat mengoperasikan antena penguat, baik karena situasi kritis yang direncanakan seperti masuknya orbit, atau karena terjadi kesalahan besar. Antena sepanjang 70 meter, misalnya, digunakan untuk mengembalikan Apollo 13 ke Bumi dengan selamat. Dia juga mengadopsi kalimat terkenal Neil Armstrong, "Satu langkah kecil untuk seorang pria, satu langkah besar untuk umat manusia." Dan bahkan saat ini, DSN tetap menjadi sistem komunikasi paling canggih dan sensitif di dunia. “Tetapi karena berbagai alasan, hal ini telah mencapai batasnya,” Abraham memperingatkan. – Praktis tidak ada tempat untuk meningkatkan teknologi yang beroperasi pada frekuensi radio. Solusi sederhana sudah hampir habis."
Tiga stasiun bumi terpisah 120 derajat
Pelat DSN di Canberra
Kompleks DSN di Madrid
DSN di Goldstone
Ruang kendali di Jet Propulsion Laboratory
Radio dan apa yang akan terjadi setelahnya
Kisah ini bukanlah hal baru. Sejarah komunikasi luar angkasa terdiri dari perjuangan terus-menerus untuk meningkatkan frekuensi dan memperpendek panjang gelombang. Explorer 1 menggunakan frekuensi 108 MHz. NASA kemudian memperkenalkan antena yang lebih besar dan memiliki gain lebih baik yang mendukung frekuensi L-band, 1 hingga 2 GHz. Kemudian giliran S-band dengan frekuensi 2 hingga 4 GHz, lalu beralih ke X-band dengan frekuensi 7-11,2 GHz.
Saat ini, sistem komunikasi luar angkasa kembali mengalami perubahan - kini berpindah ke pita 26-40 GHz, Ka-band. “Alasan tren ini adalah semakin pendek panjang gelombang dan semakin tinggi frekuensinya, semakin cepat kecepatan transfer data yang dapat dicapai,” kata Abraham.
Ada alasan untuk optimis, mengingat secara historis laju komunikasi di NASA cukup pesat. Makalah penelitian tahun 2014 dari Jet Propulsion Laboratory memberikan data throughput berikut sebagai perbandingan: Jika kita menggunakan teknologi komunikasi Explorer 1 untuk mengirimkan foto khas iPhone dari Jupiter ke Bumi, hal ini akan memakan waktu 460 kali lebih lama dibandingkan usia alam semesta saat ini. Untuk Pioneers 2 dan 4 dari tahun 1960an, dibutuhkan waktu 633 tahun. Mariner 000 dari tahun 9 akan menyelesaikannya dalam 1971 jam. Hari ini MRS akan memakan waktu tiga menit.
Satu-satunya masalah, tentu saja, adalah jumlah data yang diterima oleh pesawat ruang angkasa tumbuh secepat, bahkan lebih cepat dari, pertumbuhan kemampuan transmisinya. Selama 40 tahun beroperasi, Voyager 1 dan 2 menghasilkan 5 TB informasi. Satelit NISAR Earth Science, yang dijadwalkan diluncurkan pada tahun 2020, akan menghasilkan 85 TB data per bulan. Dan jika satelit bumi cukup mampu melakukan hal ini, maka mentransfer data antar planet dalam jumlah besar adalah cerita yang sama sekali berbeda. Bahkan MRS yang relatif cepat akan mengirimkan 85 TB data ke Bumi selama 20 tahun.
“Kecepatan data yang diharapkan untuk eksplorasi Mars pada akhir tahun 2020-an dan awal tahun 2030-an adalah 150 Mbps atau lebih tinggi, jadi mari kita hitung,” kata Abraham. – Jika pesawat ruang angkasa kelas MRS pada jarak maksimum dari kita ke Mars dapat mengirimkan sekitar 1 Mbit/s ke antena 70 meter di Bumi, maka untuk mengatur komunikasi dengan kecepatan 150 Mbit/s diperlukan susunan 150 70 meter antena akan diperlukan. Ya, tentu saja, kita dapat menemukan cara cerdas untuk sedikit mengurangi jumlah yang tidak masuk akal ini, tetapi masalahnya jelas ada: mengatur komunikasi antarplanet dengan kecepatan 150 Mbps sangatlah sulit. Selain itu, kami kehabisan frekuensi yang diizinkan.”
Seperti yang ditunjukkan oleh Abraham, beroperasi di S-band atau X-band, satu misi 25 Mbps akan menempati seluruh spektrum yang tersedia. Ada lebih banyak ruang di Ka-band, tetapi hanya dua satelit Mars dengan throughput 150 Mbit/s yang akan menempati seluruh spektrum. Sederhananya, internet antarplanet memerlukan lebih dari sekadar radio untuk beroperasi—tetapi juga bergantung pada laser.
Munculnya komunikasi optik
Laser terdengar futuristik, namun gagasan komunikasi optik dapat ditelusuri kembali ke paten yang diajukan oleh Alexander Graham Bell pada tahun 1880-an. Bell mengembangkan sistem di mana sinar matahari, yang difokuskan pada sinar yang sangat sempit, diarahkan ke diafragma reflektif yang digetarkan oleh suara. Getaran tersebut menyebabkan variasi cahaya yang melewati lensa menuju fotodetektor kasar. Perubahan resistansi fotodetektor mengubah arus yang melewati telepon.
Sistemnya tidak stabil, volumenya sangat rendah, dan Bell akhirnya meninggalkan gagasan tersebut. Namun hampir 100 tahun kemudian, dengan berbekal laser dan serat optik, para insinyur NASA kembali ke konsep lama ini.
“Kami mengetahui keterbatasan sistem frekuensi radio, jadi di JPL pada akhir 1970an, awal 1980an, kami mulai mendiskusikan kemungkinan transmisi pesan dari luar angkasa menggunakan laser luar angkasa,” kata Abraham. Untuk lebih memahami apa yang mungkin dan tidak mungkin dilakukan dalam komunikasi optik luar angkasa, laboratorium tersebut meluncurkan studi Deep Space Relay Satellite System (DSRSS) selama empat tahun pada akhir tahun 1980an. Penelitian ini harus menjawab pertanyaan-pertanyaan kritis: bagaimana dengan masalah cuaca dan jarak pandang (gelombang radio dapat dengan mudah menembus awan, sedangkan laser tidak bisa)? Bagaimana jika sudut probe Matahari-Bumi menjadi terlalu lancip? Bisakah detektor di Bumi membedakan sinyal optik yang lemah dari sinar matahari? Dan yang terakhir, berapa biayanya dan apakah sepadan? “Kami masih mencari jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini,” aku Abraham. “Namun, jawabannya semakin mendukung kemungkinan transmisi data optik.”
DSRSS menyarankan bahwa titik yang terletak di atas atmosfer bumi paling cocok untuk komunikasi optik dan radio. Dinyatakan bahwa sistem komunikasi optik yang dipasang di stasiun orbit akan bekerja lebih baik daripada arsitektur berbasis darat mana pun, termasuk antena ikonik sepanjang 70 meter. Di orbit rendah Bumi, direncanakan untuk menyebarkan antena piringan 10 meter, dan kemudian menaikkannya ke geosinkron. Namun, biaya sistem seperti itu—yang terdiri dari satelit dengan antena parabola, kendaraan peluncuran, dan lima terminal pengguna—sangat mahal. Terlebih lagi, studi tersebut bahkan tidak memasukkan biaya sistem tambahan yang diperlukan yang akan beroperasi jika terjadi kegagalan satelit.
Untuk sistem ini, Laboratorium mulai melihat arsitektur tanah yang dijelaskan dalam laporan Studi Teknologi Lanjutan Berbasis Tanah (GBATS) Laboratorium, yang dilakukan sekitar waktu yang sama dengan DRSS. Orang-orang yang mengerjakan GBATS mengajukan dua usulan alternatif. Yang pertama adalah pemasangan enam stasiun dengan antena 10 meter dan antena cadangan sepanjang satu meter yang ditempatkan terpisah 60 derajat di sepanjang ekuator. Stasiun-stasiun tersebut harus dibangun di puncak gunung, yang cuacanya cerah setidaknya 66% sepanjang hari dalam setahun. Jadi, 2-3 stasiun akan selalu terlihat oleh pesawat ruang angkasa mana pun, dan cuacanya akan berbeda. Opsi kedua adalah sembilan stasiun, dikelompokkan dalam tiga kelompok, dan terletak 120 derajat satu sama lain. Stasiun-stasiun dalam setiap kelompok harus ditempatkan pada jarak 200 km dari satu sama lain sehingga dapat terlihat langsung, tetapi dalam sel cuaca yang berbeda.
Kedua arsitektur GBATS lebih murah dibandingkan pendekatan luar angkasa, namun keduanya juga mempunyai masalah. Pertama, karena sinyal harus melewati atmosfer bumi, penerimaan siang hari akan jauh lebih buruk dibandingkan penerimaan malam hari karena langit yang terang. Meskipun pengaturannya cerdas, stasiun bumi optik akan bergantung pada cuaca. Sebuah pesawat ruang angkasa yang mengarahkan laser ke stasiun bumi pada akhirnya harus beradaptasi dengan kondisi cuaca buruk dan membangun kembali komunikasi dengan stasiun lain yang tidak tertutup awan.
Namun, terlepas dari masalahnya, proyek DSRSS dan GBATS meletakkan dasar teoretis bagi sistem optik untuk komunikasi luar angkasa dan perkembangan modern para insinyur di NASA. Yang tersisa hanyalah membangun sistem seperti itu dan mendemonstrasikan kinerjanya. Untungnya, ini hanya tinggal beberapa bulan lagi.
Implementasi proyek
Pada saat itu, transmisi data optik di luar angkasa sudah terjadi. Eksperimen pertama dilakukan pada tahun 1992, ketika wahana Galileo sedang menuju Jupiter dan mengarahkan kamera resolusi tinggi ke arah Bumi hingga berhasil menerima serangkaian pulsa laser yang dikirim dari teleskop 60 cm di Table Mountain Observatory dan dari teleskop 1,5 m. Teleskop Optik Starfire USAF Jajaran di New Mexico. Saat ini, Galileo berada 1,4 juta km dari Bumi, namun kedua sinar laser mengenai kameranya.
Badan Antariksa Jepang dan Eropa juga telah mampu membangun komunikasi optik antara stasiun bumi dan satelit di orbit Bumi. Mereka kemudian dapat membuat koneksi 50 Mbps antara kedua satelit. Beberapa tahun yang lalu, tim Jerman membangun hubungan dua arah optik koheren 5,6 Gbps antara satelit NFIRE di orbit Bumi dan stasiun bumi di Tenerife, Spanyol. Namun semua kasus ini terkait dengan orbit rendah Bumi.
Tautan optik pertama yang menghubungkan stasiun bumi dan pesawat ruang angkasa di orbit dekat planet lain di tata surya didirikan pada Januari 2013. Gambar hitam-putih Mona Lisa berukuran 152 x 200 piksel ditransmisikan dari Stasiun Pengukur Laser Satelit Generasi Berikutnya di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA ke Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) dengan kecepatan 300 bps. Komunikasi tersebut bersifat satu arah. LRO mengirimkan kembali gambar yang diterimanya dari Bumi melalui komunikasi radio biasa. Gambar tersebut memerlukan sedikit koreksi kesalahan perangkat lunak, tetapi bahkan tanpa pengkodean ini, gambar tersebut mudah dikenali. Dan pada saat itu, peluncuran sistem yang lebih kuat ke Bulan sudah direncanakan.
Dari proyek Lunar Reconnaissance Orbiter tahun 2013: Untuk membersihkan informasi dari kesalahan transmisi yang disebabkan oleh atmosfer bumi (kiri), para ilmuwan di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard menggunakan koreksi kesalahan Reed-Solomon (kanan), yang banyak digunakan dalam CD dan DVD. Kesalahan umum termasuk piksel yang hilang (putih) dan sinyal palsu (hitam). Garis putih menunjukkan jeda singkat dalam transmisi.
«(LADEE) memasuki orbit bulan pada tanggal 6 Oktober 2013, dan seminggu kemudian meluncurkan laser berdenyut untuk mengirimkan data. Kali ini, NASA mencoba mengatur komunikasi dua arah dengan kecepatan 20 Mbit/s ke arah lain dan rekor kecepatan 622 Mbit/s ke arah lain. Satu-satunya masalah adalah jangka waktu misi yang singkat. Komunikasi optik LRO hanya berfungsi selama beberapa menit saja. LADEE bertukar data dengan lasernya selama 16 jam selama 30 hari. Situasi ini akan berubah dengan peluncuran satelit Laser Communications Demonstration (LCRD), yang dijadwalkan pada bulan Juni 2019. Misinya adalah untuk menunjukkan bagaimana sistem komunikasi di ruang angkasa di masa depan akan bekerja.
LCRD sedang dikembangkan di Jet Propulsion Laboratory NASA bersama dengan Lincoln Laboratory MIT. Ia akan memiliki dua terminal optik: satu untuk komunikasi di orbit rendah Bumi, yang lainnya untuk luar angkasa. Yang pertama harus menggunakan Differential Phase Shift Keying (DPSK). Pemancar akan mengirimkan pulsa laser pada frekuensi 2,88 GHz. Dengan menggunakan teknologi ini, setiap bit akan dikodekan berdasarkan perbedaan fasa pulsa yang berurutan. Ini akan mampu beroperasi pada kecepatan 2,88 Gbps, namun ini akan membutuhkan daya yang besar. Detektor hanya dapat mendeteksi perbedaan pulsa dalam sinyal berenergi tinggi, sehingga DPSK berfungsi baik untuk komunikasi dekat Bumi, namun ini bukan metode terbaik untuk ruang angkasa, di mana penyimpanan energi merupakan masalah. Sinyal yang dikirim dari Mars akan kehilangan energi saat mencapai Bumi, sehingga LCRD akan menggunakan teknologi yang lebih efisien yang disebut modulasi fase pulsa untuk mendemonstrasikan komunikasi optik dengan luar angkasa.
Insinyur NASA mempersiapkan LADEE untuk pengujian
Pada tahun 2017, para insinyur menguji modem penerbangan di ruang vakum termal
“Pada dasarnya ini menghitung foton,” jelas Abraham. – Jangka waktu singkat yang dialokasikan untuk komunikasi dibagi menjadi beberapa jangka waktu. Untuk memperoleh data, Anda hanya perlu memeriksa apakah foton bertabrakan dengan detektor pada setiap interval. Beginilah cara data dikodekan di FIM.” Ini seperti kode Morse, tetapi dengan kecepatan super cepat. Entah ada kilatan cahaya pada saat tertentu atau tidak, dan pesan tersebut dikodekan oleh rangkaian kilatan. “Meskipun ini jauh lebih lambat dibandingkan DPSK, kami masih dapat menyediakan puluhan atau ratusan Mbps komunikasi optik dari jarak sejauh Mars,” tambah Abraham.
Tentu saja proyek LCRD tidak hanya dua terminal tersebut saja. Ini juga harus berfungsi sebagai hub Internet di luar angkasa. Di darat, tiga stasiun akan beroperasi dengan LCRD: satu di White Sands di New Mexico, satu di Table Mountain di California, dan satu di Pulau Hawaii atau Maui. Idenya adalah untuk menguji peralihan dari satu stasiun bumi ke stasiun bumi lainnya jika cuaca buruk terjadi di salah satu stasiun. Misi tersebut juga akan menguji kinerja LCRD sebagai pemancar data. Sinyal optik dari salah satu stasiun akan dikirim ke satelit dan kemudian ditransmisikan ke stasiun lain - semuanya melalui tautan optik.
Jika data tidak dapat segera ditransfer, LCRD akan menyimpannya dan mentransfernya bila ada kesempatan. Jika data sangat mendesak atau tidak tersedia cukup ruang di penyimpanan onboard, LCRD akan segera mengirimkannya melalui antena Ka-band. Jadi, sebagai pendahulu satelit pemancar masa depan, LCRD akan menjadi sistem radio-optik hybrid. Unit inilah yang perlu ditempatkan NASA di orbit sekitar Mars untuk membangun jaringan antarplanet yang akan mendukung eksplorasi luar angkasa manusia pada tahun 2030-an.
Membawa Mars online
Selama setahun terakhir, tim Abraham telah menulis dua makalah yang menjelaskan masa depan komunikasi luar angkasa, yang akan dipresentasikan pada konferensi SpaceOps di Prancis pada Mei 2019. Yang satu menjelaskan komunikasi luar angkasa secara umum, yang lainnya (“") menawarkan penjelasan rinci tentang infrastruktur yang mampu menyediakan layanan seperti Internet bagi para astronot di Planet Merah.
Perkiraan kecepatan transfer data rata-rata puncak adalah sekitar 215 Mbit/s untuk mengunduh dan 28 Mbit/s untuk mengunggah. Internet Mars akan terdiri dari tiga jaringan: WiFi yang mencakup area eksplorasi permukaan, jaringan planet yang mentransmisikan data dari permukaan ke Bumi, dan Jaringan Bumi, jaringan komunikasi luar angkasa dengan tiga situs yang bertanggung jawab untuk menerima data ini dan mengirimkan tanggapan kembali ke Mars.
“Saat membangun infrastruktur seperti itu, banyak permasalahannya. Ia harus dapat diandalkan dan stabil, bahkan pada jarak maksimum ke Mars sebesar 2,67 AU. selama periode konjungsi matahari superior, ketika Mars bersembunyi di balik Matahari,” kata Abraham. Konjungsi seperti itu terjadi setiap dua tahun sekali dan sepenuhnya mengganggu komunikasi dengan Mars. “Saat ini kami tidak dapat mengatasi hal ini. Semua stasiun pendaratan dan orbit yang berada di Mars kehilangan kontak dengan Bumi selama sekitar dua minggu. Dengan komunikasi optik, kehilangan komunikasi akibat konektivitas tenaga surya akan lebih lama lagi, 10 hingga 15 minggu.” Bagi robot, kesenjangan seperti itu tidak terlalu menakutkan. Keterasingan seperti itu tidak menimbulkan masalah bagi mereka, karena mereka tidak bosan, tidak merasa kesepian, dan tidak perlu bertemu dengan orang yang dicintainya. Tetapi bagi manusia, ini sangat berbeda.
“Oleh karena itu, secara teoritis kami mengizinkan pengoperasian dua pemancar orbital yang ditempatkan pada orbit melingkar khatulistiwa 17300 km di atas permukaan Mars,” lanjut Abraham. Menurut penelitian, masing-masing pesawat harus berbobot 1500 kg, dan memiliki satu set terminal yang beroperasi pada rentang X-band, Ka-band, dan optik, dan ditenagai oleh panel surya dengan daya 20-30 kW. Mereka harus mendukung Protokol Jaringan Toleransi Penundaan—pada dasarnya TCP/IP, yang dirancang untuk menangani penundaan panjang yang pasti akan terjadi di jaringan antarplanet. Stasiun orbital yang berpartisipasi dalam jaringan harus dapat berkomunikasi dengan astronot dan kendaraan di permukaan planet, dengan stasiun bumi, dan satu sama lain.
“cross-coupling ini sangat penting karena mengurangi jumlah antena yang dibutuhkan untuk mengirimkan data pada kecepatan 250 Mbps,” kata Abraham. Timnya memperkirakan bahwa diperlukan enam antena sepanjang 250 meter untuk menerima data 34 Mbps dari salah satu pemancar orbital. Artinya, NASA perlu membangun tiga antena tambahan di lokasi komunikasi luar angkasa, namun pembangunannya membutuhkan waktu bertahun-tahun dan biayanya sangat mahal. “Tetapi menurut kami dua stasiun orbital dapat berbagi data dan mengirimkannya secara bersamaan dengan kecepatan 125 Mbps, dengan satu pemancar mengirimkan separuh paket data dan pemancar lainnya mengirimkan separuh lainnya,” kata Abraham. Bahkan saat ini, antena komunikasi luar angkasa sedalam 34 meter dapat secara bersamaan menerima data dari empat pesawat ruang angkasa berbeda sekaligus, sehingga diperlukan tiga antena untuk menyelesaikan tugas tersebut. “Menerima dua transmisi 125 Mbps dari wilayah langit yang sama memerlukan jumlah antena yang sama dengan menerima satu transmisi,” jelas Abraham. “Lebih banyak antena hanya diperlukan jika Anda perlu berkomunikasi dengan kecepatan lebih tinggi.”
Untuk mengatasi masalah konjungsi matahari, tim Abraham mengusulkan peluncuran satelit pemancar ke titik L4/L5 orbit Matahari-Mars/Matahari-Bumi. Kemudian, selama periode konjungsi, ia dapat digunakan untuk mengirimkan data mengelilingi Matahari, alih-alih mengirimkan sinyal melalui Matahari. Sayangnya, pada periode ini kecepatannya akan turun hingga 100 Kbps. Sederhananya, ini akan berhasil, tapi itu menyebalkan.
Sementara itu, calon astronot di Mars harus menunggu lebih dari tiga menit untuk menerima foto anak kucing tersebut, belum termasuk penundaan yang bisa mencapai 40 menit. Untungnya, sebelum ambisi umat manusia membawa kita lebih jauh dari Planet Merah, Internet antarplanet sudah berfungsi dengan baik pada sebagian besar waktu.
Sumber: www.habr.com