„Radijo dažniais veikiančios technologijos beveik nėra kur tobulinti. Lengvi sprendimai baigiasi“
26 m. lapkričio 2018 d., 22 val. Maskvos laiku, NASA vėl pavyko – zondas „InSight“ sėkmingai nusileido Marso paviršiuje po sugrįžimo, nusileidimo ir nusileidimo manevrų, kurie vėliau buvo pavadinti „šešių su puse minutės siaubo“. Taiklus apibūdinimas, nes NASA inžinieriai negalėjo iš karto sužinoti, ar kosminis zondas sėkmingai nusileido planetos paviršiuje, dėl ryšio tarp Žemės ir Marso vėlavimo, kuris buvo maždaug 53 minutės. Šio lango metu „InSight“ negalėjo pasikliauti savo modernesnėmis ir galingesnėmis antenomis – viskas priklausė nuo senamadiškų UHF komunikacijų (šis metodas jau seniai naudojamas visur – nuo TV transliacijų ir racijų iki „Bluetooh“ įrenginių).
Dėl to kritiniai duomenys apie „InSight“ būseną radijo bangomis, kurių dažnis 401,586 MHz, buvo perduoti dviem palydovams -, WALL-E ir EVE, kurios vėliau perdavė duomenis 8 Kbps greičiu į 70 metrų antenas, esančias Žemėje. „Cubesats“ buvo paleistas ta pačia raketa, kaip ir „InSight“, ir jie lydėjo jį kelionėje į Marsą stebėti nusileidimą ir nedelsiant perduoti duomenis namo. Kiti orbitoje skriejantys Marso laivai, pvz (MRS), buvo nepatogioje padėtyje ir iš pradžių negalėjo perduoti pranešimų realiuoju laiku su nusileidimo įrenginiu. Negalima sakyti, kad visas nusileidimas priklausė nuo dviejų eksperimentinių lagamino dydžio „Cubesat“, tačiau MRS duomenis iš „InSight“ galės perduoti tik po dar ilgesnio laukimo.
„InSight“ nusileidimas iš tikrųjų išbandė visą NASA ryšių architektūrą, „Marso tinklą“. „InSight“ nusileidimo įrenginio signalas, perduotas orbitoje skriejantiems palydovams, bet kuriuo atveju būtų pasiekęs Žemę, net jei palydovams nepavyktų. WALL-E ir EVE buvo reikalingi momentiniam informacijos perdavimui, ir jie tai padarė. Jei šie Cubsats dėl kokių nors priežasčių neveikė, MRS buvo pasiruošusi atlikti savo vaidmenį. Kiekvienas iš jų veikė kaip mazgas į internetą panašiame tinkle, nukreipdamas duomenų paketus per skirtingus terminalus, sudarytus iš skirtingos įrangos. Šiandien efektyviausias iš jų yra MRS, galintis perduoti duomenis iki 6 Mbps greičiu (ir tai yra dabartinis tarpplanetinių misijų rekordas). Tačiau NASA praeityje turėjo veikti daug lėtesniu greičiu – ateityje reikės daug greitesnio duomenų perdavimo.
Kaip ir jūsų IPT, NASA leidžia interneto vartotojams bendravimas su erdvėlaiviu realiu laiku.
Deep Space tinklas
NASA vis dažniau dalyvaujant kosmose, nuolat atsiranda patobulintos ryšių sistemos, apimančios vis daugiau erdvės: iš pradžių tai buvo žema Žemės orbita, vėliau – geosinchroninė orbita ir Mėnulis, o netrukus ryšiai nukeliavo gilyn į kosmosą. Viskas prasidėjo nuo neapdoroto rankinio radijo, kuris naudojo JAV karines bazes Nigerijoje, Singapūre ir Kalifornijoje, kad gautų telemetriją iš Explorer 1 – pirmojo 1958 m. amerikiečių sėkmingai paleisto palydovo. Lėtai, bet užtikrintai, šis pagrindas išsivystė į šiuolaikines pažangias pranešimų sistemas.
NASA Tarpplanetinio tinklo direktorato strateginio ir sistemų prognozavimo vadovas Douglasas Abrahamas pabrėžia tris nepriklausomai sukurtus tinklus, skirtus pranešimų siuntimui erdvėje. „Near Earth Network“ veikia su erdvėlaiviais, skriejančiais žemoje orbitoje. „Tai antenų rinkinys, dažniausiai 9–12 m. Yra keletas didelių, nuo 15 m iki 18 m“, – sako Abraomas. Tada virš geosinchroninės Žemės orbitos yra keli sekimo ir duomenų palydovai (TDRS). „Jie gali žiūrėti žemyn į žemoje Žemės orbitoje esančius palydovus ir su jais bendrauti, o tada perduoti šią informaciją per TDRS į žemę“, – aiškina Abraomas. „Ši palydovinė duomenų perdavimo sistema vadinama NASA kosminiu tinklu.
Tačiau net TDRS nepakako norint susisiekti su erdvėlaiviu, kuris gerokai už Mėnulio orbitos nukeliavo į kitas planetas. „Taigi turėjome sukurti tinklą, apimantį visą saulės sistemą. Ir tai yra Deep Space Network, DSN“, – sako Abrahamas. Marso tinklas yra plėtinys .
Atsižvelgiant į apimtį ir planus, DSN yra sudėtingiausia iš išvardytų sistemų. Tiesą sakant, tai yra didelių antenų rinkinys, nuo 34 iki 70 m skersmens. Kiekvienoje iš trijų DSN svetainių yra kelios 34 m antenos ir viena 70 m antena. Viena vieta yra Goldstone (Kalifornija), kita netoli Madrido (Ispanija), trečia – Kanberoje (Australija). Šios vietos yra išdėstytos maždaug 120 laipsnių atstumu viena nuo kitos visame pasaulyje ir visą parą, XNUMX dienas per savaitę, aprėpia visus erdvėlaivius, esančius už geosinchroninės orbitos ribų.
34 m antenos yra pagrindinė DSN įranga ir yra dviejų tipų: senos didelio efektyvumo antenos ir palyginti naujos bangolaidžio antenos. Skirtumas tas, kad bangolaidžio antena turi penkis tikslius RF veidrodžius, atspindinčius signalus vamzdžiu į požeminę valdymo kambarį, kur tuos signalus analizuojanti elektronika yra geriau apsaugota nuo visų trukdžių šaltinių. 34 metrų antenos, veikiančios atskirai arba grupelėmis po 2-3 indus, gali užtikrinti didžiąją dalį NASA reikalingo ryšio. Tačiau ypatingais atvejais, kai atstumai tampa per dideli net kelioms 34 m antenoms, DSN valdymas naudoja 70 m monstrus.
„Jie vaidina svarbų vaidmenį keliais atvejais“, – apie dideles antenas sako Abraomas. Pirmoji – kai erdvėlaivis yra taip toli nuo Žemės, kad bus neįmanoma užmegzti ryšio su juo naudojant mažesnę lėkštę. „Geri pavyzdžiai būtų „New Horizons“ misija, kuri jau nuskrido toli už Plutono, arba erdvėlaivis „Voyager“, esantis už Saulės sistemos ribų. Tik 70 metrų antenos gali prie jų patekti ir perduoti duomenis į Žemę “, - aiškina Abraomas.
70 metrų indai taip pat naudojami, kai erdvėlaivis negali valdyti stiprintuvo antenos dėl planuojamos kritinės situacijos, pavyzdžiui, įvažiavimo į orbitą, arba dėl to, kad kažkas labai negerai. Pavyzdžiui, 70 metrų antena buvo naudojama saugiam „Apollo 13“ grąžinimui į Žemę. Ji taip pat perėmė garsiąją Neilo Armstrongo eilutę „Mažas žingsnis žmogui, milžiniškas žingsnis žmonijai“. Ir net šiandien DSN išlieka pažangiausia ir jautriausia ryšio sistema pasaulyje. „Tačiau dėl daugelio priežasčių jis jau pasiekė savo ribą“, – perspėja Abraomas. „Radijo dažniais veikiančios technologijos beveik nėra kur tobulinti. Paprasti sprendimai baigiasi“.
Trys antžeminės stotys 120 laipsnių atstumu viena nuo kitos
DSN plokštės Kanberoje
DSN kompleksas Madride
DSN Goldstone
Reaktyvinio judėjimo laboratorijos valdymo kambarys
Radijas ir kas po jo
Ši istorija nėra nauja. Giliųjų kosminių ryšių istorija susideda iš nuolatinės kovos dėl dažnių didinimo ir bangų ilgių sutrumpinimo. Explorer 1 naudojo 108 MHz dažnius. Tada NASA pristatė didesnes, geriau įgytas antenas, kurios palaikė L juostos dažnius nuo 1 iki 2 GHz. Tada atėjo S juostos eilė, kurios dažniai nuo 2 iki 4 GHz, o tada agentūra perėjo prie X juostos, kurios dažniai buvo 7-11,2 GHz.
Šiandien kosminių ryšių sistemose vėl vyksta pokyčiai – dabar jos pereina į 26-40 GHz dažnių juostą, Ka-band. „Šios tendencijos priežastis yra ta, kad kuo trumpesni bangos ilgiai ir kuo aukštesni dažniai, tuo daugiau duomenų perdavimo spartos galite gauti“, – sako Abraomas.
Yra priežasčių optimizmui, nes istoriškai NASA komunikacijos plėtros greitis buvo gana didelis. 2014 m. Reaktyvinio varymo laboratorijos moksliniame darbe palyginimui pateikiami šie pralaidumo duomenys: jei naudotume Explorer 1 ryšių technologiją, kad iš Jupiterio į Žemę nusiųstume tipišką iPhone nuotrauką, tai užtruktų 460 kartų ilgiau nei dabartinis Visatos amžius. 2-ųjų pionieriams 4 ir 1960 būtų prireikę 633 000 metų. „Mariner 9“ iš 1971 m. būtų tai padaręs per 55 valandas. Šiandien MPC užtruks tris minutes.
Vienintelė problema, žinoma, ta, kad erdvėlaivių gaunamų duomenų kiekis auga taip pat greitai, jei ne greičiau, nei auga perdavimo galimybės. Per 40 veiklos metų „Voyagers 1“ ir „2“ pagamino 5 TB informacijos. NISAR Žemės mokslo palydovas, kurį planuojama paleisti 2020 m., per mėnesį pagamins 85 TB duomenų. Ir jei Žemės palydovai gana pajėgūs tai padaryti, tokio kiekio duomenų perkėlimas tarp planetų yra visiškai kita istorija. Net palyginti greita MRS 85 metų į Žemę perduos 20 TB duomenų.
„Numatomas duomenų perdavimo greitis tyrinėjant Marsą 2020-ųjų pabaigoje ir 2030-ųjų pradžioje bus 150 Mbps arba didesnis, todėl paskaičiuokime“, – sako Abrahamas. – Jei MPC klasės erdvėlaivis, esantis maksimaliu atstumu nuo mūsų iki Marso, gali siųsti apie 1 Mbps į 70 metrų anteną Žemėje, tai norint užmegzti ryšį 150 Mbps greičiu, reikėtų 150 70 metrų antenų. . Taip, žinoma, galime sugalvoti gudrių būdų, kaip šiek tiek sumažinti šią absurdišką sumą, tačiau problema akivaizdžiai egzistuoja: organizuoti tarpplanetinį ryšį 150 Mbps greičiu yra nepaprastai sunku. Be to, baigiame leistinų dažnių spektrą“.
Kaip Abraomas demonstruoja, veikiant S arba X juostoje, viena 25 Mbps spartos misija užims visą turimą spektrą. Vietos Ka juostoje yra daugiau, tačiau visą spektrą užims tik du Marso palydovai, kurių pralaidumas yra 150 Mbps. Paprasčiau tariant, tarpplanetiniam internetui veikti reikės ne tik radijo – jis remsis lazeriais.
Optinių ryšių atsiradimas
Lazeriai skamba futuristiškai, tačiau optinių ryšių idėja gali kilti iš patento, kurį 1880-aisiais pateikė Alexanderis Grahamas Bellas. Bellas sukūrė sistemą, kurioje saulės šviesa, sufokusuota į labai siaurą spindulį, buvo nukreipta į atspindinčią diafragmą, kuri vibravo dėl garsų. Vibracijos sukėlė šviesos, patenkančios per objektyvą į neapdorotą fotodetektorių, pokyčius. Pasikeitus fotodetektoriaus varžai, pasikeitė per telefoną tekanti srovė.
Sistema buvo nestabili, garsas buvo labai mažas, ir Bell galiausiai atsisakė šios idėjos. Tačiau beveik po 100 metų, ginkluoti lazeriais ir šviesolaidžiais, NASA inžinieriai grįžta prie senosios koncepcijos.
„Mes žinojome apie radijo dažnių sistemų apribojimus, todėl aštuntojo dešimtmečio pabaigoje, devintojo dešimtmečio pradžioje JPL pradėjo diskutuoti apie galimybę perduoti pranešimus iš gilios erdvės naudojant kosminius lazerius“, – sakė Abrahamas. Siekdama geriau suprasti, kas įmanoma ir kas neįmanoma optiniuose giluminiuose ryšiuose, devintojo dešimtmečio pabaigoje laboratorija užsakė ketverių metų trukmės tyrimą – Deep Space Relay Satellite System (DSRSS). Tyrimas turėjo atsakyti į kritinius klausimus: o kaip dėl oro ir matomumo problemų (juk radijo bangos gali lengvai prasiskverbti pro debesis, o lazeriai – ne)? Ką daryti, jei Saulės ir Žemės zondo kampas tampa per aštrus? Ar detektorius Žemėje atskirs silpną optinį signalą nuo saulės šviesos? Ir galiausiai, kiek visa tai kainuos ir ar bus verta? „Mes vis dar ieškome atsakymų į šiuos klausimus“, – pripažįsta Abraomas. "Tačiau atsakymai vis labiau patvirtina optinio duomenų perdavimo galimybę."
DSRSS pasiūlė, kad virš Žemės atmosferos esantis taškas geriausiai tiktų optiniam ir radijo ryšiui. Teigta, kad orbitinėje stotyje įrengta optinių ryšių sistema veiks geriau nei bet kokia antžeminė architektūra, įskaitant ikonines 70 metrų antenas. Jis turėjo išskleisti 10 metrų lėkštę artimoje Žemės orbitoje, o tada pakelti ją į geosinchroninę. Tačiau tokios sistemos, kurią sudaro palydovas su lėkšte, paleidimo raketa ir penki vartotojo terminalai, kaina buvo pernelyg didelė. Be to, tyrime net neįtrauktos būtinos pagalbinės sistemos, kuri pradėtų veikti gedus palydovui, kaina.
Taikant šią sistemą, laboratorija pradėjo nagrinėti antžeminę architektūrą, aprašytą antžeminės pažangiosios technologijos tyrime (GBATS), atliktame laboratorijoje maždaug tuo pačiu metu kaip ir DRSS. Žmonės, dirbę su GBATS, pateikė du alternatyvius pasiūlymus. Pirmasis yra šešių stočių su 10 metrų antenomis ir metrų atsarginėmis antenomis, išdėstytų 60 laipsnių atstumu viena nuo kitos aplink pusiaują, įrengimas. Stotys turėjo būti statomos kalnų viršūnėse, kur bent 66% metų dienų buvo giedros. Taigi 2-3 stotys visada bus matomos bet kuriam erdvėlaiviui, o jų orai bus skirtingi. Antrasis variantas – devynios stotys, sugrupuotos į tris grupes ir išdėstytos 120 laipsnių viena nuo kitos. Kiekvienos grupės stotys turi būti išdėstytos 200 km atstumu viena nuo kitos, kad jos būtų matomos, bet skirtingose oro kamerose.
Abi GBATS architektūros buvo pigesnės nei erdvės metodas, tačiau jos taip pat turėjo problemų. Pirma, kadangi signalai turėjo praeiti per Žemės atmosferą, dėl apšviesto dangaus priėmimas dieną būtų daug blogesnis nei nakties. Nepaisant protingo išdėstymo, antžeminės optinės stotys priklausys nuo oro sąlygų. Erdvėlaivis, nukreipiantis lazerį į antžeminę stotį, galiausiai turės prisitaikyti prie blogų oro sąlygų ir atkurti ryšį su kita stotimi, kurios neužgožia debesys.
Tačiau, nepaisant problemų, DSRSS ir GBATS projektai padėjo teorinį pagrindą giliosios erdvės optinėms sistemoms ir šiuolaikiniams NASA inžinierių tobulinimams. Liko tik sukurti tokią sistemą ir pademonstruoti jos veikimą. Laimei, tai buvo tik keli mėnesiai.
Projekto įgyvendinimas
Tuo metu jau buvo įvykęs optinis duomenų perdavimas erdvėje. Pirmasis bandymas buvo atliktas 1992 m., kai „Galileo“ zondas buvo nukreiptas į Jupiterį ir nukreipė savo didelės raiškos kamerą į Žemę, kad sėkmingai gautų lazerio impulsų rinkinį, išsiųstą iš 60 cm Stalo kalno observatorijos teleskopo ir 1,5 m USAF Starfire optinio nuotolio teleskopo Naujojoje Meksikoje. Tuo metu Galilėjus buvo 1,4 milijono km atstumu nuo Žemės, tačiau abu lazerio spinduliai pataikė į jo fotoaparatą.
Japonijos ir Europos kosmoso agentūros taip pat sugebėjo užmegzti optinį ryšį tarp antžeminių stočių ir Žemės orbitoje esančių palydovų. Tada jie sugebėjo užmegzti 50 Mbps ryšį tarp dviejų palydovų. Prieš kelerius metus vokiečių komanda sukūrė 5,6 Gbps nuoseklų dvikryptį optinį ryšį tarp NFIRE palydovo Žemės orbitoje ir antžeminės stoties Tenerifėje, Ispanijoje. Tačiau visi šie atvejai buvo susiję su artima Žemės orbita.
Pati pirmoji optinė jungtis, jungianti antžeminę stotį ir erdvėlaivį, skriejantį orbitoje aplink kitą Saulės sistemos planetą, buvo įrengta 2013 metų sausį. 152 x 200 pikselių juodai baltas Mona Lizos vaizdas buvo perduotas iš NASA Goddardo kosminių skrydžių centro naujos kartos palydovinio lazerinio nuotolio stoties į Mėnulio žvalgybos orbitą (LRO) 300 bps greičiu. Bendravimas buvo vienpusis. LRO iš Žemės gautą vaizdą išsiuntė atgal per įprastą radiją. Vaizdui reikėjo šiek tiek pataisyti programinės įrangos klaidą, tačiau net ir be šio kodavimo jį buvo lengva atpažinti. O tuo metu jau buvo planuojama galingesnės sistemos paleidimas į Mėnulį.
Iš 2013 m. „Lunar Reconnaissance Orbiter“ projekto: norėdami išvalyti Žemės atmosferos sukeliamas perdavimo klaidas (kairėje), Goddardo kosminių skrydžių centro mokslininkai pritaikė Reed-Solomon klaidų taisymą (dešinėje), kuris plačiai naudojamas kompaktiniuose ir DVD diskuose. Tipiškos klaidos yra trūkstami pikseliai (balti) ir klaidingi signalai (juodi). Balta juosta rodo nedidelę perdavimo pauzę.
«» (LADEE) į Mėnulio orbitą pateko 6 m. spalio 2013 d., o vos po savaitės paleido savo impulsinį lazerį duomenų perdavimui. Šį kartą NASA bandė organizuoti dvipusį ryšį 20 Mbps greičiu ta kryptimi ir rekordiniu 622 Mbps greičiu priešinga kryptimi. Vienintelė problema buvo trumpas misijos laikas. Optinis ryšys LRO veikė tik kelias minutes. LADEE su savo lazeriu bendravo 16 valandų iš viso 30 dienų. Ši situacija turėtų pasikeisti, kai 2019 m. birželį bus paleistas Lazerinis ryšių demonstravimo palydovas (LCRD), kurio užduotis – parodyti, kaip veiks ateities ryšių sistemos kosmose.
LCRD yra kuriamas NASA reaktyvinio judėjimo laboratorijoje, bendradarbiaujant su MIT Linkolno laboratorija. Jame bus du optiniai gnybtai: vienas skirtas ryšiams žemoje Žemės orbitoje, kitas – giliajai kosmosui. Pirmasis turės naudoti diferencialinį fazės poslinkio raktavimą (DPSK). Siųstuvas siųs lazerio impulsus 2,88 GHz dažniu. Naudojant šią technologiją, kiekvienas bitas bus užkoduotas nuoseklių impulsų fazių skirtumu. Jis galės veikti 2,88 Gbps greičiu, tačiau jam reikės daug galios. Detektoriai gali aptikti tik didelės energijos signalų impulsų skirtumus, todėl DPSK puikiai veikia su artimos žemės ryšiu, tačiau tai nėra geriausias metodas gilioje erdvėje, kur energijos kaupimas yra problemiškas. Iš Marso siunčiamas signalas praras energiją, kol pasieks Žemę, todėl LCRD naudos efektyvesnę technologiją – impulsinės fazės moduliaciją, kad parodytų optinį ryšį su gilia erdve.
NASA inžinieriai paruošia LADEE bandymams
2017 metais inžinieriai išbandė skrydžio modemus šiluminėje vakuuminėje kameroje
„Iš esmės tai yra fotonų skaičiavimas“, - aiškina Abraomas. – Trumpas bendravimui skirtas laikotarpis skirstomas į kelis laiko segmentus. Norint gauti duomenis, tereikia patikrinti, ar kiekvienoje iš tarpų esantys fotonai nesusidūrė su detektoriumi. Taip duomenys užkoduojami FIM. Tai panašu į Morzės abėcėlę, tik itin dideliu greičiu. Arba tam tikru momentu blyksteli, arba ne, o pranešimas užkoduotas blyksnių seka. "Nors tai yra daug lėtesnis nei DPSK, mes vis tiek galime užmegzti optinį ryšį dešimčių ar šimtų Mbps greičiu atstumu iki Marso", - priduria Abrahamas.
Žinoma, LCRD projektas yra ne tik apie šiuos du terminalus. Jis taip pat turėtų veikti kaip interneto mazgas erdvėje. Ant žemės bus trys LCRD valdančios stotys: viena White Sands mieste Naujojoje Meksikoje, viena Stalo kalne Kalifornijoje ir viena Havajų arba Maui saloje. Idėja yra išbandyti perjungimą iš vienos antžeminės stoties į kitą esant blogam orui vienoje iš stočių. Misija taip pat išbandys LCRD, kaip duomenų siųstuvo, veikimą. Optinis signalas iš vienos iš stočių pateks į palydovą, o paskui bus perduotas į kitą stotį – ir visa tai optiniu ryšiu.
Jei duomenų perkelti iš karto neįmanoma, LCRD juos išsaugos ir, kai bus įmanoma, perduos. Jei duomenys yra skubūs arba laive nėra pakankamai vietos saugykloje, LCRD nedelsdamas išsiųs juos per savo Ka-band anteną. Taigi, būsimų palydovų siųstuvų pirmtakas, LCRD bus hibridinė radijo optinė sistema. Būtent tokį vienetą NASA turi pastatyti į orbitą aplink Marsą, kad galėtų organizuoti tarpplanetinį tinklą, kuris 2030-aisiais palaikytų žmonių tyrinėjimus giluminėje erdvėje.
Prijungti Marsą į internetą
Per pastaruosius metus Abraomo komanda parašė du pranešimus, aprašančius giliųjų kosmoso komunikacijų ateitį, kurie bus pristatyti 2019 m. gegužės mėn. Prancūzijoje vyksiančioje SpaceOps konferencijoje. Viename aprašoma giliosios erdvės komunikacija apskritai, kitame (““) pasiūlė išsamų infrastruktūros, galinčios teikti į internetą panašią paslaugą Raudonosios planetos astronautams, aprašymą.
Apskaičiuota, kad didžiausias vidutinis duomenų perdavimo greitis yra 215 Mbps atsisiuntimui ir 28 Mbps įkėlimui. Marso internetą sudarys trys tinklai: WiFi, apimantis tyrimų sritį paviršiuje, planetinis tinklas, perduodantis duomenis iš paviršiaus į Žemę, ir antžeminis tinklas, giliosios erdvės ryšių tinklas su trimis vietomis, atsakingomis už šių duomenų priėmimą ir atsakymų siuntimą atgal į Marsą.
„Plėtojant tokią infrastruktūrą kyla daug problemų. Jis turi būti patikimas ir stabilus, net esant maksimaliam 2,67 AU atstumu nuo Marso. aukščiausios saulės konjunkcijos laikotarpiais, kai Marsas slepiasi už Saulės“, – sako Abraomas. Tokia konjunkcija pasitaiko kas dvejus metus ir visiškai nutraukia ryšį su Marsu. „Šiandien mes negalime su tuo susitvarkyti. Visos Marse esančios nusileidimo ir orbitinės stotys tiesiog praranda ryšį su Žeme maždaug dviem savaitėms. Naudojant optinį ryšį ryšio praradimas dėl saulės jungties bus dar ilgesnis – 10–15 savaičių. Robotams tokie tarpai nėra itin baisūs. Tokia izoliacija jiems nesukelia problemų, nes nenuobodžiauja, nepatiria vienatvės, nereikia matytis su artimaisiais. Tačiau žmonėms tai visai ne taip.
„Todėl teoriškai leidžiame paleisti du orbitinius siųstuvus, išdėstytus apskritoje pusiaujo orbitoje 17300 1500 km virš Marso paviršiaus“, – tęsia Abrahamas. Remiantis tyrimu, jie turėtų sverti po 20 kg, turėti X juostoje, Ka juostoje ir optinėje juostoje veikiančių gnybtų komplektą, maitinti 30-XNUMX kW galios saulės baterijomis. Jie turi palaikyti Delay Tolerant Network Protocol – iš esmės TCP/IP, skirtą valdyti didelius vėlavimus, kuriuos neišvengiamai patirs tarpplanetiniai tinklai. Tinkle dalyvaujančios orbitinės stotys turi turėti galimybę susisiekti su planetos paviršiuje esančiais astronautais ir transporto priemonėmis, su antžeminėmis stotimis ir tarpusavyje.
„Šis skersinis pokalbis yra labai svarbus, nes sumažina antenų, reikalingų duomenims perduoti 250 Mbps, skaičių“, – sako Abraomas. Jo komanda apskaičiavo, kad norint gauti 250 Mbps duomenis iš vieno iš orbitoje skriejančių siųstuvų, reikės šešių 34 metrų antenų. Tai reiškia, kad NASA turės pastatyti tris papildomas antenas giliosiose erdvėse esančiose ryšių vietose, tačiau jas pastatyti užtrunka ne vienerius metus ir jos yra labai brangios. „Tačiau manome, kad dvi orbitinės stotys gali tarpusavyje dalytis duomenimis ir siųsti juos vienu metu 125 Mbps greičiu, kai vienas siųstuvas siųs pusę duomenų paketo, o kitas – kitą“, – sako Abraomas. Net ir šiandien 34 metrų gylio kosminės komunikacijos antenos gali vienu metu priimti duomenis iš keturių skirtingų erdvėlaivių vienu metu, todėl užduočiai atlikti reikia trijų antenų. „Dviems 125 Mbps perdavimui iš tos pačios dangaus srities priimti reikia tiek pat antenų, kiek reikia vienam perdavimui“, – aiškina Abrahamas. „Daugiau antenų reikia tik tuo atveju, jei reikia bendrauti didesniu greičiu.
Kad išspręstų saulės energijos ryšio problemą, Abraomo komanda pasiūlė paleisti siųstuvą palydovą į Saulės-Marso/Saulės-Žemės orbitos L4/L5 taškus. Tada ryšio laikotarpiais jis gali būti naudojamas duomenims perduoti aplink Saulę, o ne per ją siųsti signalus. Deja, per šį laikotarpį greitis sumažės iki 100 Kbps. Paprasčiau tariant, tai veiks, bet šlykštu.
Tuo tarpu būsimi astronautai Marse turės laukti kiek daugiau nei tris minutes, kol gaus kačiuko nuotrauką, neskaičiuojant vėlavimų, kurie gali siekti iki 40 minučių. Laimei, iki to laiko, kai žmonijos ambicijos nuves mus dar toliau nei Raudonoji planeta, tarpplanetinis internetas didžiąją laiko dalį jau veiks gana gerai.
Šaltinis: www.habr.com