“Ma hemm kważi mkien fejn tittejjeb it-teknoloġija li taħdem fuq frekwenzi tar-radju. Tmiem Easy Solutions"
Fis-26 ta 'Novembru 2018 fl-22:53 pm ħin ta' Moska, in-NASA rnexxielha għal darb'oħra - is-sonda InSight niżlet b'suċċess fuq il-wiċċ ta 'Mars wara manuvri ta' dħul mill-ġdid, inżul u nżul, li aktar tard ġew imsejħa "sitt minuti u nofs ta 'orrur." Deskrizzjoni xierqa, minħabba li l-inġiniera tan-NASA ma setgħux immedjatament jafu jekk is-sonda spazjali kinitx niżlet b'suċċess fuq il-wiċċ tal-pjaneta, minħabba d-dewmien fil-ħin fil-komunikazzjonijiet bejn id-Dinja u Mars, li kien madwar 8,1 minuti. Matul din it-tieqa, InSight ma setgħetx tiddependi fuq l-antenni aktar moderni u qawwija tagħha - kollox kien jiddependi fuq komunikazzjonijiet UHF antikwati (dan il-metodu ilu jintuża f'kollox minn xandiriet tat-TV u walkie-talkies għal apparati Bluetooth).
Bħala riżultat, data kritika dwar l-istat ta 'InSight ġiet trażmessa fuq mewġ tar-radju bi frekwenza ta' 401,586 MHz għal żewġ satelliti -, WALL-E u EVE, li mbagħad trażmettu data b'veloċità ta '8 Kbps għal antenni ta' 70 metru li jinsabu fid-Dinja. Il-Cubesats tnedew fuq l-istess rokit bħal InSight, u akkumpanjawh fil-vjaġġ tiegħu lejn Mars biex josservaw l-inżul u jittrasmettu d-data lura d-dar immedjatament. Vapuri Martian oħra li jorbitaw, bħal (MRS), kienu f’pożizzjoni skomda u ma setgħux għall-ewwel jipprovdu messaġġi f’ħin reali mal-lander. Biex ma ngħidx li l-inżul kollu kien jiddependi fuq żewġ Cubesats sperimentali ta 'daqs ta' bagalja kull wieħed, iżda l-MRS tkun tista 'tittrasmetti data minn InSight biss wara stennija saħansitra itwal.
L-inżul ta 'InSight fil-fatt poġġiet l-arkitettura ta' komunikazzjoni kollha tan-NASA, "in-Netwerk ta 'Mars", għat-test. Is-sinjal mill-lander InSight, trażmess lis-satelliti orbitanti, kien jasal id-Dinja xorta waħda, anke jekk is-satelliti fallew. WALL-E u EVE kienu meħtieġa għat-trasferiment tal-informazzjoni immedjata, u għamlu dan. Jekk dawn il-Cubsats ma ħadmux għal xi raġuni, l-MRS kienet lesta li jkollha r-rwol tagħhom. Kull wieħed minnhom aġixxa bħala node fuq netwerk li jixbah lill-Internet, u wassal pakketti tad-dejta permezz ta 'terminals differenti magħmulin minn tagħmir differenti. Illum, l-aktar effiċjenti minnhom huwa l-MRS, kapaċi jittrasmetti data b'veloċitajiet sa 6 Mbps (u dan huwa r-rekord attwali għall-missjonijiet interplanetary). Madankollu, in-NASA kellha topera b'veloċitajiet ferm aktar bil-mod fil-passat - u se teħtieġ trasferiment tad-dejta ħafna aktar mgħaġġel fil-futur.
Bħall-ISP tiegħek, in-NASA tippermetti lill-utenti tal-Internet komunikazzjoni ma' vetturi spazjali f'ħin reali.
Netwerk tal-Ispazju Fond
Bil-preżenza dejjem tikber tan-NASA fl-ispazju, qed jidhru kontinwament sistemi ta 'komunikazzjoni mtejba, li jkopru aktar u aktar spazju: l-ewwel kienet orbita baxxa tad-Dinja, imbagħad orbita ġeosinkronika u l-Qamar, u dalwaqt komunikazzjonijiet marru aktar fil-fond fl-ispazju. Kollox beda b’radju mhux raffinat li jinżamm fl-idejn li uża bażijiet militari Amerikani fin-Niġerja, Singapor u Kalifornja biex jirċievi telemetrija minn Explorer 1, l-ewwel satellita mnedija b’suċċess mill-Amerikani fl-1958. Bil-mod iżda żgur, din il-bażi evolviet fis-sistemi ta 'messaġġi avvanzati tal-lum.
Douglas Abraham, kap tat-tbassir strateġiku u tas-sistemi fid-Direttorat tan-Netwerk Interplanetarju tan-NASA, jenfasizza tliet netwerks żviluppati b'mod indipendenti għall-messaġġi fl-ispazju. In-Netwerk Qarib tad-Dinja jopera b'vetturi spazjali f'orbita baxxa tad-Dinja. "Huwa sett ta 'antenni, l-aktar 9m sa 12m. Hemm ftit oħrajn kbar, 15m sa 18m," jgħid Abraham. Imbagħad, fuq l-orbita ġeosinkronika tad-Dinja, hemm diversi satelliti ta 'traċċar u data (TDRS). "Jistgħu jħarsu 'l isfel lejn satelliti f'orbita baxxa tad-Dinja u jikkomunikaw magħhom, u mbagħad jittrasmettu din l-informazzjoni permezz tat-TDRS lejn l-art," jispjega Abraham. "Din is-sistema ta' trażmissjoni tad-dejta bis-satellita tissejjaħ in-netwerk spazjali tan-NASA."
Iżda lanqas it-TDRS ma kienx biżżejjed biex jikkomunika ma’ vettura spazjali li marret ferm lil hinn mill-orbita tal-Qamar għal pjaneti oħra. “Allura kellna noħolqu netwerk li jkopri s-sistema solari kollha. U dan huwa d-Deep Space Network, DSN,” jgħid Abraham. In-Netwerk Martian huwa estensjoni .
Minħabba l-firxa u l-pjanijiet, DSN hija l-aktar kumplessa mis-sistemi elenkati. Fil-fatt, dan huwa sett ta’ antenni kbar, b’dijametru minn 34 sa 70 m. Kull wieħed mit-tliet siti DSN għandu diversi antenni ta '34m u antenna waħda ta' 70m. Sit wieħed jinsab f'Goldstone (Kalifornja), ieħor qrib Madrid (Spanja), u t-tielet f'Canberra (l-Awstralja). Dawn is-siti jinsabu madwar 120 grad 'il bogħod minn xulxin madwar id-dinja, u jipprovdu kopertura XNUMX/XNUMX għall-vetturi spazjali kollha barra mill-orbita ġeosinkronika.
L-antenni ta '34m huma t-tagħmir ewlieni tad-DSN u jidħlu f'żewġ varjetajiet: antenni qodma ta' effiċjenza għolja u antenni tal-gwida tal-mewġ relattivament ġodda. Id-differenza hija li l-antenna waveguide għandha ħames mirja RF preċiżi li jirriflettu s-sinjali 'l isfel minn pajp għal kamra tal-kontroll taħt l-art, fejn l-elettronika li tanalizza dawk is-sinjali hija protetta aħjar mis-sorsi kollha ta' interferenza. L-antenni ta '34 metru, li jaħdmu individwalment jew fi gruppi ta' 2-3 dixxijiet, jistgħu jipprovdu ħafna mill-komunikazzjoni meħtieġa min-NASA. Iżda għal każijiet speċjali fejn id-distanzi jsiru twal wisq anke għal ftit antenni ta '34m, il-ġestjoni DSN tuża monsters ta' 70m.
"Huma għandhom rwol importanti f'diversi każijiet," jgħid Abraham dwar antenni kbar. L-ewwel huwa meta l-vettura spazjali tkun tant 'il bogħod mid-Dinja li jkun impossibbli li tiġi stabbilita komunikazzjoni magħha bl-użu ta' dixx iżgħar. “Eżempji tajbin ikunu l-missjoni New Horizons, li diġà tellgħet ferm lil hinn minn Pluto, jew il-vettura spazjali Voyager, li tinsab barra mis-sistema solari. Antenni ta’ 70 metru biss jistgħu jgħaddu magħhom u jwasslu d-dejta tagħhom lid-Dinja, ”jispjega Abraham.
Il-platti ta’ 70 metru jintużaw ukoll meta l-vettura spazjali ma tkunx tista’ tħaddem l-antenna tal-booster, jew minħabba sitwazzjoni kritika ppjanata bħal dħul orbitali, jew minħabba li xi ħaġa tmur ħażin ħafna. L-antenna ta’ 70 metru, pereżempju, intużat biex Apollo 13 jerġa’ lura lejn id-Dinja b’mod sigur. Hija adottat ukoll il-linja famuża ta 'Neil Armstrong, "Pass żgħir għall-bniedem, pass ta' ġgant għall-umanità." U anke llum, id-DSN jibqa’ l-aktar sistema ta’ komunikazzjoni avvanzata u sensittiva fid-dinja. “Imma għal ħafna raġunijiet, diġà laħqet il- limitu tagħha,” iwissi Abraham. “Ma hemm kważi mkien fejn tittejjeb it-teknoloġija li taħdem fuq frekwenzi tar-radju. Soluzzjonijiet sempliċi qed jispiċċaw."
Tliet stazzjonijiet tal-art 120 grad 'il bogħod minn xulxin
Pjanċi DSN f'Canberra
Kumpless DSN f'Madrid
DSN f'Goldstone
Kamra tal-kontroll fil-Laboratorju tal-Jet Propulsion
Ir-radju u dak li jiġi wara
Din l-istorja mhix ġdida. L-istorja tal-komunikazzjonijiet fl-ispazju profond tikkonsisti fi ġlieda kostanti biex jiżdiedu l-frekwenzi u tqassar il-wavelengths. Explorer 1 uża frekwenzi ta' 108 MHz. In-NASA mbagħad introduċiet antenni akbar u miksuba aħjar li appoġġaw frekwenzi mill-medda L, minn 1 sa 2 GHz. Imbagħad wasal iż-żmien tal-medda S, bi frekwenzi minn 2 sa 4 GHz, u mbagħad l-aġenzija qalbet għall-banda X, bi frekwenzi ta '7-11,2 GHz.
Illum, is-sistemi tal-komunikazzjoni spazjali qed jerġgħu jgħaddu minn bidliet - issa qed jimxu lejn il-medda 26-40 GHz, il-Ka-band. "Ir-raġuni għal din ix-xejra hija li iktar ma jkunu iqsar il-wavelengths u iktar ma jkunu għoljin il-frekwenzi, aktar rati ta 'dejta tista' tikseb," jgħid Abraham.
Hemm raġunijiet għall-ottimiżmu, peress li storikament il-veloċità tal-iżvilupp tal-komunikazzjoni fin-NASA kienet pjuttost għolja. Dokument ta 'riċerka tal-2014 mill-Laboratorju tal-Propulsjoni tal-Ġett jiċċita d-dejta tal-bandwidth li ġejja għal tqabbil: jekk użajna t-teknoloġija tal-komunikazzjoni tal-Explorer 1 biex nibagħtu ritratt tipiku tal-iPhone minn Ġove għad-Dinja, ikun jieħu 460 darba itwal mill-età attwali tal-univers. Pijunieri 2 u 4 mis-sittinijiet kienu jieħdu 1960 sena. Mariner 633 mill-000 kien jagħmel dan f'9 siegħa. Illum se jieħu l-MPC tliet minuti.
L-unika problema, ovvjament, hija li l-ammont ta 'dejta riċevuta mill-vetturi spazjali qed jikber daqstant mgħaġġel, jekk mhux aktar mgħaġġel mit-tkabbir fil-kapaċitajiet ta' trażmissjoni. Aktar minn 40 sena ta' tħaddim, Voyagers 1 u 2 ipproduċew 5 TB ta' informazzjoni. Is-satellita NISAR Earth Science, skedata għat-tnedija fl-2020, se tipproduċi 85 TB ta 'dejta kull xahar. U jekk is-satelliti tad-Dinja huma pjuttost kapaċi jagħmlu dan, it-trasferiment ta 'tali volum ta' data bejn il-pjaneti hija storja kompletament differenti. Anke MRS relattivament veloċi se jittrasmetti 85 TB ta 'dejta lid-Dinja għal 20 sena.
"Rati ta 'trasferiment tad-dejta stmati għall-esplorazzjoni ta' Mars fl-aħħar tas-snin 2020 u l-bidu tas-snin 2030 se jkunu ta '150 Mbps jew ogħla, allura ejja nagħmlu l-matematika," jgħid Abraham. – Jekk vettura spazjali tal-klassi MPC fid-distanza massima minna sa Mars tista 'tibgħat madwar 1 Mbps lil antenna ta' 70 metru fid-Dinja, allura firxa ta '150 antenna ta' 150 metru tkun meħtieġa biex tiġi stabbilita komunikazzjoni b'veloċità ta '70 Mbps. Iva, ovvjament, nistgħu noħorġu b'modi għaqlija biex innaqqsu kemmxejn dan l-ammont assurd, iżda l-problema ovvjament teżisti: l-organizzazzjoni ta 'komunikazzjoni interplanetarja b'veloċità ta' 150 Mbps hija estremament diffiċli. Barra minn hekk, qed nispiċċaw mill-ispettru ta’ frekwenzi permessi.”
Kif juri Abraham, li jopera fuq il-medda S jew X, missjoni waħda b'kapaċità ta '25 Mbps se tokkupa l-ispettru kollu disponibbli. Hemm aktar spazju fil-Ka-band, iżda żewġ satelliti biss ta 'Mars b'bandwidth ta' 150 Mbps se jokkupaw l-ispettru kollu. Fi kliem sempliċi, l-internet interplanetarju se jirrikjedi aktar milli sempliċement ir-radju biex jopera - se jiddependi fuq il-lejżers.
Il-miġja tal-komunikazzjonijiet ottiċi
Il-lasers jinstemgħu futuristiċi, iżda l-idea ta 'komunikazzjonijiet ottiċi tista' tiġi rintraċċata lura għal privattiva ppreżentata minn Alexander Graham Bell fl-1880s. Bell żviluppat sistema li fiha d-dawl tax-xemx, iffukat fuq raġġ dejjaq ħafna, kien dirett fuq dijaframma li tirrifletti li ivvibra minħabba ħsejjes. Il-vibrazzjonijiet ikkawżaw varjazzjonijiet fid-dawl li jgħaddi mill-lenti fil-fotodetector mhux raffinat. Bidliet fir-reżistenza tal-fotodetector bidlu l-kurrent li jgħaddi mit-telefon.
Is-sistema kienet instabbli, il-volum kien baxx ħafna, u Bell eventwalment abbanduna din l-idea. Iżda kważi 100 sena wara, armati bil-lejżers u l-fibra ottika, l-inġiniera tan-NASA reġgħu lura għal dak il-kunċett antik.
"Konna nafu dwar il-limitazzjonijiet tas-sistemi ta 'frekwenza tar-radju, għalhekk fl-aħħar tas-snin sebgħin, kmieni fis-snin tmenin, fil-Laboratorju tal-Propulsjoni tal-Ġettijiet, bdew jiddiskutu l-possibbiltà li jittrasmettu messaġġi mill-ispazju profond bl-użu ta' lasers spazjali," qal Abraham. Biex tifhem aħjar x'inhu u mhux possibbli fil-komunikazzjonijiet ottiċi fl-ispazju profond, il-laboratorju kkummissjona studju ta 'erba' snin, id-Deep Space Relay Satellite System (DSRSS), fl-aħħar tas-snin tmenin. L-istudju kellu jwieġeb mistoqsijiet kritiċi: xi ngħidu dwar il-problemi tat-temp u l-viżibilità (wara kollox, il-mewġ tar-radju jista 'faċilment jgħaddi minn sħab, filwaqt li l-lejżers ma jistgħux)? X'jiġri jekk l-angolu Sun-Earth-sonda jsir qawwi wisq? Detector fid-Dinja se jiddistingwi sinjal ottiku dgħajjef mid-dawl tax-xemx? U fl-aħħarnett, kemm se jiswa dan kollu u se jkun worth it? “Għadna qed infittxu tweġibiet għal dawn il-mistoqsijiet,” jammetti Abraham. "Madankollu, it-tweġibiet qed jikkonfermaw dejjem aktar il-possibbiltà ta 'trażmissjoni ta' data ottika."
Id-DSRSS issuġġerixxa li punt 'il fuq mill-atmosfera tad-Dinja jkun l-aktar adattat għall-komunikazzjonijiet ottiċi u bir-radju. Intqal li s-sistema ta’ komunikazzjoni ottika installata fuq l-istazzjon orbitali taħdem aħjar minn kwalunkwe arkitettura terrestri, inklużi l-antenni emblematiċi ta’ 70 metru. Kien suppost li juża dixx ta '10 metri f'orbita qrib id-Dinja, u mbagħad jgħollih għal ġeosinkronu. Madankollu, l-ispiża ta 'sistema bħal din - li tikkonsisti f'satellita b'dixx, rokit tal-varar u ħames terminals tal-utent - kienet projbittiva. Barra minn hekk, l-istudju lanqas biss kien jinkludi l-ispiża tas-sistema awżiljarja meħtieġa, li kienet tibda topera f'każ ta' ħsara tas-satellita.
Peress li din is-sistema, il-Lab beda jħares lejn l-arkitettura tal-art deskritta fl-Istudju tat-Teknoloġija Avvanzata Ibbażat fuq l-Art (GBATS) li sar fil-Lab madwar l-istess żmien bħad-DRSS. In-nies li ħadmu fuq il-GBATS ħarġu b’żewġ proposti alternattivi. L-ewwel hija l-installazzjoni ta 'sitt stazzjonijiet b'antenni ta' 10 metri u antenni ta 'spare tal-meter, li jinsabu 60 grad 'il bogħod minn xulxin madwar l-ekwatur. L-istazzjonijiet kellhom jinbnew fuq qċaċet tal-muntanji, fejn mill-inqas 66% tal-ġranet tas-sena kienu ċari. Għalhekk, 2-3 stazzjonijiet dejjem ikunu viżibbli għal kwalunkwe vettura spazjali, u se jkollhom temp differenti. It-tieni għażla hija disa 'stazzjonijiet, miġbura fi gruppi ta' tlieta, u li jinsabu 120 grad minn xulxin. L-istazzjonijiet f'kull grupp għandhom ikunu jinsabu 200 km 'il bogħod minn xulxin sabiex ikunu fil-linja tal-vista, iżda f'ċelloli tat-temp differenti.
Iż-żewġ arkitetturi GBATS kienu orħos mill-approċċ spazjali, iżda kellhom ukoll problemi. L-ewwel, minħabba li s-sinjali kellhom jgħaddu mill-atmosfera tad-Dinja, ir-riċeviment bi nhar ikun ferm agħar minn riċeviment bil-lejl minħabba s-sema illuminat. Minkejja l-arranġament għaqlija, stazzjonijiet ottiċi bbażati fuq l-art se jiddependu fuq it-temp. Inġenju spazjali li jimmira laser lejn stazzjon tal-art eventwalment ikollu jadatta għal kundizzjonijiet ħżiena tat-temp u jerġa’ jistabbilixxi komunikazzjoni ma’ stazzjon ieħor li ma jkunx mgħotti bis-sħab.
Madankollu, irrispettivament mill-problemi, il-proġetti DSRSS u GBATS stabbilixxew il-pedament teoretiku għal sistemi ottiċi spazjali fil-fond u żviluppi moderni ta 'inġiniera fin-NASA. Baqa' biss biex tinbena sistema bħal din u turi l-prestazzjoni tagħha. Fortunatament, dak kien biss ftit xhur bogħod.
Implimentazzjoni tal-proġett
Sa dak iż-żmien, it-trażmissjoni ottika tad-dejta fl-ispazju kienet diġà seħħet. L-ewwel test sar fl-1992, meta s-sonda Galileo kienet sejra lejn Ġove, u dawwar il-kamera b’riżoluzzjoni għolja tagħha lejn id-Dinja biex tirċievi b’suċċess sett ta’ impulsi tal-lejżer mibgħuta mit-Teleskopju ta’ l-Osservatorju tal-Muntanji tat-Tabella ta’ 60 ċm u t-Teleskopju tal-Messiku Ottiku Starfire USAF ta’ 1,5m fi New Mexico. F'dak il-mument, Galileo kien 1,4 miljun km mid-Dinja, iżda ż-żewġ raġġi tal-lejżer laqtu l-kamera tiegħu.
L-Aġenziji Spazjali Ġappuniżi u Ewropej setgħu wkoll jistabbilixxu komunikazzjonijiet ottiċi bejn stazzjonijiet tal-art u satelliti fl-orbita tad-Dinja. Imbagħad setgħu jistabbilixxu konnessjoni ta’ 50 Mbps bejn iż-żewġ satelliti. Ftit snin ilu, tim Ġermaniż stabbilixxa rabta ottika bidirezzjonali koerenti ta '5,6 Gbps bejn satellita NFIRE fl-orbita tad-Dinja u stazzjon tal-art f'Tenerife, Spanja. Iżda dawn il-każijiet kollha kienu assoċjati ma 'orbita qrib id-Dinja.
L-ewwel rabta ottika li tgħaqqad stazzjon tal-art u vettura spazjali fl-orbita madwar pjaneta oħra fis-sistema solari ġiet installata f'Jannar tal-2013. Immaġini iswed u abjad ta '152 x 200 pixel tal-Mona Lisa ġiet trażmessa mill-Istazzjon tal-Medda tal-Lejżer tas-Satellita tal-Ġenerazzjoni li Jmiss fiċ-Ċentru tat-Titjira Spazjali Goddard tan-NASA lill-Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) f'300 bps. Il-komunikazzjoni kienet one-way. LRO bagħat lura l-immaġni li waslet mid-Dinja permezz tar-radju konvenzjonali. L-immaġni kellha bżonn ftit korrezzjoni ta 'żball tas-softwer, iżda anke mingħajr din il-kodifikazzjoni kienet faċli biex tagħraf. U dak iż-żmien, it-tnedija ta 'sistema aktar qawwija lejn il-Qamar kienet diġà ppjanata.
Mill-proġett Lunar Reconnaissance Orbiter fl-2013: Biex tnaddaf l-iżbalji tat-trażmissjoni introdotti mill-atmosfera tad-Dinja (xellug), xjenzati fiċ-Ċentru tat-Titjira Spazjali Goddard applikaw korrezzjoni ta 'żball Reed-Solomon (lemin), li tintuża ħafna f'CDs u DVDs. Żbalji tipiċi jinkludu pixels neqsin (abjad) u sinjali foloz (iswed). Barra bajda tindika pawża żgħira fit-trażmissjoni.
«» (LADEE) daħal fl-orbita tal-qamar fis-6 ta’ Ottubru 2013, u ġimgħa biss wara nediet il-laser pulsat tiegħu għat-trażmissjoni tad-dejta. Din id-darba, in-NASA ppruvat torganizza komunikazzjoni f'żewġ direzzjonijiet b'veloċità ta '20 Mbps f'dik id-direzzjoni u veloċità rekord ta' 622 Mbps fid-direzzjoni opposta. L-unika problema kienet il-ħajja qasira tal-missjoni. Komunikazzjoni ottika LRO ħadmet għal ftit minuti biss. LADEE ikkomunika bil-laser tiegħu għal 16-il siegħa għal total ta '30 jum. Din is-sitwazzjoni għandha tinbidel meta jitnieda l-Laser Communications Demonstration Satellite (LCRD), skedat għal Ġunju 2019. Il-kompitu tiegħu huwa li juri kif se jaħdmu s-sistemi ta 'komunikazzjoni futuri fl-ispazju.
L-LCRD qed jiġi żviluppat fil-Jet Propulsion Laboratory tan-NASA b'kollaborazzjoni mal-Laboratorju Lincoln fil-MIT. Se jkollu żewġ terminali ottiċi: wieħed għall-komunikazzjoni f'orbita baxxa tad-Dinja, l-ieħor għall-ispazju fil-fond. L-ewwel se jkollu juża differenzjali fażi shift keying (DPSK). It-trasmettitur se jibgħat impulsi tal-lejżer bi frekwenza ta '2,88 GHz. Bl-użu ta 'din it-teknoloġija, kull bit se jkun kodifikat mid-differenza tal-fażi ta' impulsi suċċessivi. Ikun kapaċi jopera b'2,88 Gbps, iżda jeħtieġ ħafna qawwa. Id-ditekters huma kapaċi biss jiskopru differenzi fil-polz f'sinjali ta 'enerġija għolja, għalhekk DPSK jaħdem tajjeb b'komunikazzjonijiet qrib id-Dinja, iżda mhuwiex l-aħjar metodu għall-ispazju fil-fond, fejn il-ħażna tal-enerġija hija problematika. Sinjal mibgħut minn Mars se jitlef l-enerġija qabel ma jasal fid-Dinja, għalhekk l-LCRD se juża teknoloġija aktar effiċjenti, modulazzjoni tal-fażi tal-polz, biex turi komunikazzjoni ottika mal-ispazju profond.
L-inġiniera tan-NASA jippreparaw LADEE għall-ittestjar
Fl-2017, inġiniera ttestjaw modems tat-titjir f'kamra tal-vakwu termali
"Essenzjalment, qed jgħodd il-fotoni," jispjega Abraham. – Il-perjodu qasir allokat għall-komunikazzjoni huwa maqsum f'diversi segmenti ta' żmien. Biex tikseb id-dejta, għandek bżonn biss li tiċċekkja jekk il-fotoni f'kull wieħed mill-lakuni ħabtu mad-ditekter. Dan huwa kif id-dejta hija kodifikata fil-FIM.” Huwa bħall-kodiċi Morse, biss b'veloċità super-veloċi. Jew hemm flash f'ċertu mument, jew ma jkunx hemm, u l-messaġġ huwa kodifikat minn sekwenza ta 'fwawar. "Filwaqt li dan huwa ħafna aktar bil-mod minn DPSK, xorta nistgħu nistabbilixxu komunikazzjonijiet ottiċi b'veloċitajiet ta 'għexieren jew mijiet ta' Mbps f'distanza għal Mars," iżid Abraham.
Naturalment, il-proġett LCRD mhuwiex biss dwar dawn iż-żewġ terminals. Għandu jaħdem ukoll bħala node tal-Internet fl-ispazju. Fuq l-art, se jkun hemm tliet stazzjonijiet li joperaw LCRD: wieħed f'White Sands fi New Mexico, wieħed f'Table Mountain fil-Kalifornja, u wieħed fil-gżira ta 'Hawaii jew Maui. L-idea hi li jiġi ttestjat il-bidla minn stazzjon fuq l-art għal ieħor f’każ ta’ temp ħażin f’wieħed mill-istazzjonijiet. Il-missjoni se tittestja wkoll l-operat tal-LCRD bħala trasmettitur tad-dejta. Is-sinjal ottiku minn wieħed mill-istazzjonijiet se jmur għas-satellita u mbagħad jiġi trażmess għal stazzjon ieħor – u dan kollu permezz ta’ komunikazzjoni ottika.
Jekk ma jkunx possibbli li tittrasferixxi d-data immedjatament, l-LCRD jaħżenha u tittrasferiha meta jkun possibbli. Jekk id-dejta hija urġenti, jew ma jkunx hemm biżżejjed spazju għall-ħażna abbord, l-LCRD jibgħatha immedjatament permezz tal-antenna Ka-band tiegħu. Allura, il-prekursur għal satelliti trasmettituri futuri, LCRD se tkun sistema ibrida radjo-ottika. Dan huwa eżattament it-tip ta 'unità li n-NASA għandha bżonn tpoġġi fl-orbita madwar Mars sabiex torganizza netwerk interplanetarju li jappoġġja l-esplorazzjoni umana tal-ispazju fil-fond fis-snin 2030.
Inġibu Mars online
Matul is-sena li għaddiet, it-tim ta’ Abraham kiteb żewġ dokumenti li jiddeskrivu l-futur tal-komunikazzjonijiet fl-ispazju profond, li se jiġu ppreżentati fil-konferenza SpaceOps fi Franza f’Mejju 2019. Wieħed jiddeskrivi l-komunikazzjonijiet fl-ispazju profond b’mod ġenerali, l-ieħor (““) offriet deskrizzjoni dettaljata tal-infrastruttura li kapaċi tipprovdi servizz bħall-Internet għall-astronawti fuq il-Pjaneta l-Ħamra.
L-istimi tal-ogħla rati medji tat-trasferiment tad-dejta kienu madwar 215 Mbps għat-tniżżil u 28 Mbps għat-tlugħ. L-Internet Martian se jikkonsisti fi tliet netwerks: WiFi li jkopri ż-żona ta 'riċerka fuq il-wiċċ, in-netwerk planetarju li jittrasmetti dejta mill-wiċċ għad-Dinja, u n-netwerk terrestri, netwerk ta' komunikazzjoni spazjali fil-fond bi tliet siti responsabbli biex jirċievi din id-dejta u jibgħat tweġibiet lura lejn Mars.
“Meta tiġi żviluppata infrastruttura bħal din, hemm ħafna problemi. Għandu jkun affidabbli u stabbli, anke fid-distanza massima għal Mars ta '2,67 AU. matul perjodi taʼ konġunzjoni solari superjuri, meta Mars jistaħbew wara x-Xemx,” jgħid Abraham. Konġunzjoni bħal din isseħħ kull sentejn u tkisser kompletament il-komunikazzjoni ma 'Mars. “Illum ma nistgħux nittrattawha. L-istazzjonijiet kollha tal-inżul u orbitali li huma fuq Mars sempliċement jitilfu l-kuntatt mad-Dinja għal madwar ġimgħatejn. Bil-komunikazzjoni ottika, it-telf ta 'komunikazzjoni minħabba l-konnessjoni solari se jkun saħansitra itwal, 10 sa 15-il ġimgħa. Għar-robots, lakuni bħal dawn mhumiex partikolarment tal-biża'. Iżolament bħal dan ma jikkawżalhomx problemi, għax ma jiddejqux, ma jesperjenzawx solitudni, m'għandhomx bżonn jaraw lill-maħbubin tagħhom. Imma għall-bnedmin, mhu hekk xejn.
"Għalhekk, teoretikament inħallu l-ikkummissjonar ta 'żewġ trasmettituri orbitali mqiegħda f'orbita ekwatorjali ċirkolari 17300 km 'il fuq mill-wiċċ ta' Mars," ikompli Abraham. Skont l-istudju, għandhom jiżnu 1500 kg kull wieħed, iġorru sett ta 'terminals li joperaw fil-faxxa X, Ka-band, u faxxa ottika, u jkunu mħaddma minn pannelli solari b'kapaċità ta' 20-30 kW. Għandhom jappoġġjaw il-Protokoll tan-Netwerk Tolleranti għal Dewmien—essenzjalment TCP/IP, iddisinjat biex jimmaniġġa d-dewmien għoli li n-netwerks interplanetarji inevitabbilment se jesperjenzaw. L-istazzjonijiet orbitali li jipparteċipaw fin-netwerk għandhom ikunu kapaċi jikkomunikaw ma 'astronawti u vetturi fuq il-wiċċ tal-pjaneta, ma' stazzjonijiet fuq l-art u ma 'xulxin.
"Dan il-crosstalk huwa importanti ħafna minħabba li jnaqqas in-numru ta 'antenni meħtieġa biex tittrasmetti d-dejta f'250 Mbps," jgħid Abraham. It-tim tiegħu jistma li firxa ta 'sitt antenni ta' 250 metru jkunu meħtieġa biex jirċievu dejta ta '34 Mbps minn wieħed mit-trasmettituri orbitanti. Dan ifisser li n-NASA se jkollha bżonn tibni tliet antenni addizzjonali fis-siti tal-komunikazzjoni fl-ispazju profond, iżda dawn jieħdu snin biex jinbnew u jiswew ħafna flus. "Imma naħsbu li żewġ stazzjonijiet orbitali jistgħu jaqsmu d-dejta bejniethom u jibagħtuha fl-istess ħin b'veloċità ta '125 Mbps, fejn trasmettitur wieħed jibgħat nofs il-pakkett tad-dejta u l-ieħor jibgħat lill-ieħor," jgħid Abraham. Anke llum, antenni ta 'komunikazzjoni spazjali fil-fond ta' 34 metru jistgħu simultanjament jirċievu data minn erba 'vetturi spazjali differenti f'daqqa, u dan jirriżulta fil-ħtieġa ta' tliet antenni biex jitlesta l-kompitu. "Jeħtieġ l-istess numru ta 'antenni biex tirċievi żewġ trasmissjonijiet ta' 125 Mbps mill-istess żona tas-sema daqs kemm hemm bżonn biex tirċievi trasmissjoni waħda," jispjega Abraham. "Iktar antenni huma meħtieġa biss jekk ikollok bżonn tikkomunika b'veloċità ogħla."
Biex tittratta l-problema tal-konnettività solari, it-tim ta 'Abraham ippropona li jniedi satellita trasmettitur għall-punti L4/L5 tal-orbita Sun-Mars/Sun-Earth. Imbagħad, matul il-perjodi ta 'konnessjoni, jista' jintuża biex jittrasmetti data madwar ix-Xemx, minflok tibgħat sinjali minnha. Sfortunatament, matul dan il-perjodu, il-veloċità se tinżel għal 100 Kbps. Fi kliem sempliċi, se taħdem, iżda terda.
Sadanittant, astronawti li jistgħu jkunu fuq Mars se jkollhom jistennew ftit aktar minn tliet minuti biex jirċievu ritratt ta’ kitten, mingħajr ma jgħoddu dewmien li jista’ jkun sa 40 minuta. Fortunatament, saż-żmien li l-ambizzjonijiet tal-umanità jmexxuna saħansitra aktar 'il bogħod mill-Pjaneta l-Ħamra, l-internet interplanetarju diġà se jkun qed jaħdem pjuttost tajjeb ħafna mill-ħin.
Sors: www.habr.com