“Er is vrijwel geen ruimte voor verbetering in de radiofrequentietechnologie. Simpele oplossingen eindigen"
Op 26 november 2018 om 22:53 uur Moskou-tijd deed NASA het opnieuw: de InSight-sonde landde met succes op het oppervlak van Mars na het betreden van de atmosfeer, afdaling en landingsmanoeuvres, die later werden gedoopt als “zes en een halve minuut horror .” Een toepasselijke omschrijving, aangezien NASA-ingenieurs niet onmiddellijk konden weten of de ruimtesonde met succes op het planeetoppervlak was geland vanwege een communicatievertraging van ongeveer 8,1 minuten tussen de aarde en Mars. Gedurende deze periode kon InSight niet vertrouwen op zijn modernere en krachtigere antennes - alles was afhankelijk van ouderwetse UHF-communicatie (een methode die lange tijd werd gebruikt in alles, van televisie-uitzendingen en walkietalkies tot Bluetooh-apparaten).
Als gevolg hiervan werden kritische gegevens over de status van InSight via radiogolven met een frequentie van 401,586 MHz naar twee satellieten verzonden -, WALL-E en EVE, die vervolgens gegevens met 8 Kbps naar antennes van 70 meter op aarde stuurden. De cubesats werden gelanceerd op dezelfde raket als InSight en vergezelden hem op zijn reis naar Mars om de landing te observeren en onmiddellijk gegevens naar huis te verzenden. Andere Mars-orbiters, b.v. (MRS), bevonden zich in een lastige positie en konden aanvankelijk niet in realtime berichten uitwisselen met de lander. Niet dat de hele landing afhankelijk was van twee experimentele CubeSats, elk zo groot als een koffer, maar de MRS zou pas na nog langer wachten gegevens uit InSight kunnen verzenden.
De InSight-landing testte feitelijk de volledige communicatiearchitectuur van NASA, het Mars-netwerk. Het signaal van de InSight-lander dat naar de in een baan om de aarde draaiende satellieten werd verzonden, zou hoe dan ook de aarde hebben bereikt, zelfs als de satellieten hadden gefaald. WALL-E en EVE moesten informatie onmiddellijk verzenden, en dat is gelukt. Als deze CubeSats om de een of andere reden niet hadden gewerkt, stond MRS klaar om hun rol te spelen. Ze functioneerden allemaal als een knooppunt op een internetachtig netwerk en stuurden datapakketten door verschillende terminals die uit verschillende apparatuur bestonden. Tegenwoordig is de meest effectieve daarvan de MRS, die gegevens kan verzenden met snelheden tot 6 Mbit/s (en dit is het huidige record voor interplanetaire missies). Maar NASA heeft in het verleden met veel lagere snelheden moeten opereren en zal in de toekomst veel snellere gegevensoverdracht nodig hebben.
Net als uw internetprovider staat NASA internetgebruikers toe communicatie met ruimteschepen in realtime.
Communicatienetwerk in de diepe ruimte
Naarmate de aanwezigheid van NASA in de ruimte toenam, kwamen er voortdurend verbeterde communicatiesystemen op om steeds meer ruimte te bestrijken: eerst in een lage baan om de aarde, daarna in een geosynchrone baan en de maan, en al snel ging de communicatie dieper de ruimte in. Het begon allemaal met een ruwe draagbare radio-ontvanger die werd gebruikt om telemetrie te ontvangen van Explorer 1, de eerste satelliet die in 1958 met succes door de Amerikanen werd gelanceerd op Amerikaanse militaire bases in Nigeria, Singapore en Californië. Langzaam maar zeker evolueerde deze basis naar de geavanceerde berichtensystemen van vandaag.
Douglas Abraham, hoofd van de Strategic and Systems Foresight Division bij NASA's Interplanetary Network Directorate, belicht drie onafhankelijk ontwikkelde netwerken voor het verzenden van berichten in de ruimte. Het Near Earth Network werkt met ruimtevaartuigen in een lage baan om de aarde. “Het is een verzameling antennes, meestal 9 tot 12 meter. Er zijn een paar grotere, 15 tot 18 meter”, zegt Abraham. Vervolgens bevinden zich boven de geosynchrone baan van de aarde verschillende tracking- en data relay-satellieten (TDRS). “Ze kunnen naar satellieten in een lage baan om de aarde kijken en met hen communiceren, en deze informatie vervolgens via TDRS naar de grond verzenden”, legt Abraham uit. “Dit satellietdatatransmissiesysteem wordt het NASA Space Network genoemd.”
Maar zelfs TDRS was niet genoeg om met het ruimtevaartuig, dat ver buiten de baan van de maan ging, met andere planeten te communiceren. “We moesten dus een netwerk creëren dat het hele zonnestelsel bestrijkt. En dit is het Deep Space Network [DSN], zegt Abraham. Het Mars-netwerk is een uitbreiding .
Gezien zijn lengte en lay-out is DSN het meest complexe van de genoemde systemen. In wezen is dit een reeks grote antennes met een diameter van 34 tot 70 m. Op elk van de drie DSN-locaties staan meerdere antennes van 34 meter en één antenne van 70 meter. Eén locatie bevindt zich in Goldstone (Californië), een andere nabij Madrid (Spanje) en de derde in Canberra (Australië). Deze locaties bevinden zich ongeveer 120 graden uit elkaar over de hele wereld en bieden XNUMX uur per dag dekking voor alle ruimtevaartuigen buiten een geosynchrone baan.
Antennes van 34 meter vormen de belangrijkste uitrusting van DSN en er zijn twee typen: oude hoogrenderende antennes en relatief nieuwe golfgeleiderantennes. Het verschil is dat een geleidegolfantenne vijf nauwkeurige RF-spiegels heeft die signalen door een pijp naar een ondergrondse controlekamer reflecteren, waar de elektronica die deze signalen analyseert beter beschermd is tegen alle bronnen van interferentie. De antennes van 34 meter, die afzonderlijk of in groepen van 2-3 schotels werken, kunnen het grootste deel van de communicatie leveren die NASA nodig heeft. Maar voor speciale gevallen waarin afstanden te groot worden voor zelfs meerdere antennes van 34 meter, maakt DSN-besturing gebruik van monsters van 70 meter.
“Ze spelen een belangrijke rol in verschillende toepassingen”, zegt Abraham over grote antennes. De eerste is wanneer het ruimtevaartuig zo ver van de aarde verwijderd is dat het onmogelijk zal zijn om er met een kleinere schotel communicatie mee tot stand te brengen. “Goede voorbeelden hiervan zijn de New Horizons-missie, die al veel verder is gevlogen dan Pluto, of het Voyager-ruimtevaartuig, dat zich buiten het zonnestelsel bevindt. Alleen antennes van 70 meter kunnen erin doordringen en hun gegevens naar de aarde overbrengen”, legt Abraham uit.
70-meter schotels worden ook gebruikt wanneer het ruimtevaartuig de versterkingsantenne niet kan bedienen, hetzij vanwege een geplande kritieke situatie, zoals het binnendringen van de ruimte, of omdat er iets vreselijk mis gaat. De 70 meter lange antenne werd bijvoorbeeld gebruikt om Apollo 13 veilig naar de aarde terug te brengen. Ze nam ook de beroemde uitspraak van Neil Armstrong over: "Eén kleine stap voor een man, één gigantische stap voor de mensheid." En zelfs vandaag de dag blijft DSN het meest geavanceerde en gevoelige communicatiesysteem ter wereld. „Maar om vele redenen heeft de grens al bereikt”, waarschuwt Abraham. – Er is vrijwel nergens een mogelijkheid om de technologie die op radiofrequenties werkt te verbeteren. Simpele oplossingen zijn schaars."
Drie grondstations, 120 graden uit elkaar
DSN-platen in Canberra
DSN-complex in Madrid
DSN in Goldstone
Controlekamer in het Jet Propulsion Laboratory
Radio en wat er daarna zal gebeuren
Dit verhaal is niet nieuw. De geschiedenis van communicatie in de diepe ruimte bestaat uit een voortdurende strijd om frequenties te verhogen en golflengten te verkorten. Explorer 1 gebruikte 108 MHz-frequenties. NASA introduceerde vervolgens grotere antennes met een betere versterking die frequenties in de L-band, 1 tot 2 GHz, ondersteunden. Daarna was het de beurt aan de S-band, met frequenties van 2 tot 4 GHz, en daarna schakelde het bureau over naar de X-band, met frequenties van 7-11,2 GHz.
Tegenwoordig ondergaan ruimtecommunicatiesystemen opnieuw veranderingen: ze bewegen zich nu naar het 26-40 GHz-bereik, de Ka-band. “De reden voor deze trend is dat hoe korter de golflengten en hoe hoger de frequenties, hoe sneller de gegevensoverdrachtsnelheden kunnen worden bereikt”, zegt Abraham.
Er zijn redenen voor optimisme, aangezien het communicatietempo bij NASA historisch gezien vrij hoog is geweest. Een onderzoekspaper uit 2014 van het Jet Propulsion Laboratory biedt de volgende doorvoergegevens ter vergelijking: als we de communicatietechnologieën van Explorer 1 zouden gebruiken om een typische iPhone-foto van Jupiter naar de aarde te verzenden, zou het 460 keer langer duren dan het huidige heelal. Voor Pioniers 2 en 4 uit de jaren zestig zou het 1960 jaar hebben geduurd. Mariner 633 uit 000 zou het in 9 uur hebben gedaan. Vandaag duurt het MRS drie minuten.
Het enige probleem is natuurlijk dat de hoeveelheid gegevens die door ruimtevaartuigen wordt ontvangen net zo snel groeit als, zo niet sneller dan, de groei van de transmissiemogelijkheden. Gedurende de veertig jaar dat ze in bedrijf waren, produceerden de Voyagers 40 en 1 2 TB aan informatie. De NISAR Earth Science-satelliet, gepland voor lancering in 5, zal 2020 TB aan gegevens per maand produceren. En als de satellieten van de aarde daartoe in staat zijn, is het overbrengen van een dergelijke hoeveelheid gegevens tussen planeten een heel ander verhaal. Zelfs een relatief snelle MRS zal twintig jaar lang 85 TB aan gegevens naar de aarde verzenden.
“De verwachte datasnelheden voor de verkenning van Mars eind 2020 en begin 2030 zullen 150 Mbps of hoger zijn, dus laten we maar eens gaan rekenen”, zegt Abraham. – Als een ruimtevaartuig van de MRS-klasse op de maximale afstand van ons tot Mars ongeveer 1 Mbit/s naar een antenne van 70 meter op aarde kan sturen, dan is er voor het organiseren van communicatie met een snelheid van 150 Mbit/s een array van 150 antennes van 70 meter nodig antennes nodig zijn. Ja, natuurlijk kunnen we slimme manieren bedenken om dit absurde bedrag een beetje terug te dringen, maar het probleem bestaat duidelijk: het organiseren van interplanetaire communicatie met een snelheid van 150 Mbps is buitengewoon moeilijk. Bovendien hebben we bijna geen toegestane frequenties meer.”
Zoals Abraham aantoont, opererend in de S-band of X-band, zal een enkele 25 Mbps-missie het gehele beschikbare spectrum in beslag nemen. Er is meer ruimte in de Ka-band, maar slechts twee Mars-satellieten met een doorvoersnelheid van 150 Mbit/s zullen het hele spectrum in beslag nemen. Simpel gezegd: het interplanetaire internet zal meer dan alleen radio's nodig hebben om te kunnen functioneren; het zal afhankelijk zijn van lasers.
De opkomst van optische communicatie
Lasers klinken futuristisch, maar het idee van optische communicatie is terug te voeren op een patent dat Alexander Graham Bell in de jaren tachtig van de negentiende eeuw had ingediend. Bell ontwikkelde een systeem waarbij zonlicht, gefocust op een zeer smalle straal, werd gericht op een reflecterend diafragma dat werd getrild door geluiden. De trillingen veroorzaakten variaties in het licht dat door de lens in de ruwe fotodetector viel. Veranderingen in de weerstand van de fotodetector veranderden de stroom die door de telefoon ging.
Het systeem was onstabiel, het volume was erg laag en Bell liet uiteindelijk het idee varen. Maar bijna honderd jaar later zijn NASA-ingenieurs, gewapend met lasers en glasvezel, teruggekeerd naar dit oude concept.
“We kenden de beperkingen van radiofrequentiesystemen, dus bij JPL begonnen we eind jaren zeventig, begin jaren tachtig de mogelijkheid te bespreken om berichten vanuit de verre ruimte te verzenden met behulp van ruimtelasers,” zei Abraham. Om beter te begrijpen wat wel en niet mogelijk is op het gebied van optische communicatie in de verre ruimte, lanceerde het laboratorium eind jaren tachtig een vier jaar durend onderzoek naar het Deep Space Relay Satellite System (DSRSS). Het onderzoek moest kritische vragen beantwoorden: hoe zit het met weers- en zichtproblemen (radiogolven kunnen immers gemakkelijk door wolken gaan, terwijl lasers dat niet kunnen)? Wat als de hoek tussen de zon en de aarde te scherp wordt? Kan een detector op aarde een zwak optisch signaal onderscheiden van zonlicht? En tot slot: hoeveel gaat dit allemaal kosten en is het het waard? “We zijn nog steeds op zoek naar antwoorden op deze vragen”, geeft Abraham toe. “De antwoorden ondersteunen echter steeds meer de mogelijkheid van optische datatransmissie.”
DRSSS suggereerde dat een punt boven de atmosfeer van de aarde het meest geschikt zou zijn voor optische en radiocommunicatie. Er werd gesteld dat het optische communicatiesysteem dat op het orbitale station was geïnstalleerd, beter zou presteren dan welke architectuur dan ook op de grond, inclusief de iconische 70-meter antennes. In een lage baan om de aarde was het de bedoeling om een schotel van 10 meter in te zetten en deze vervolgens naar geosynchroon te brengen. De kosten van een dergelijk systeem – bestaande uit een satelliet met een schotel, een draagraket en vijf gebruikersterminals – waren echter onbetaalbaar. Bovendien omvatte het onderzoek niet eens de kosten van het noodzakelijke hulpsysteem dat in werking zou treden in het geval van een satellietstoring.
Voor dit systeem begon het laboratorium te kijken naar de grondarchitectuur die wordt beschreven in het Ground Based Advanced Technology Study (GBATS)-rapport van het laboratorium, dat rond dezelfde tijd als DRSS werd uitgevoerd. De mensen die aan GBATS werkten, kwamen met twee alternatieve voorstellen. De eerste is de installatie van zes stations met antennes van 10 meter en meterlange reserveantennes die 60 graden uit elkaar liggen langs de hele evenaar. De stations moesten op bergtoppen worden gebouwd, waar het minstens 66% van de dagen per jaar helder weer was. Er zullen dus altijd 2-3 stations zichtbaar zijn voor elk ruimtevaartuig, en ze zullen verschillende weersomstandigheden hebben. De tweede optie bestaat uit negen stations, geclusterd in groepen van drie, en 120 graden van elkaar verwijderd. De stations binnen elke groep hadden 200 km van elkaar moeten liggen, zodat ze direct zichtbaar waren, maar in verschillende weercellen.
Beide GBATS-architecturen waren goedkoper dan de ruimtebenadering, maar hadden ook problemen. Ten eerste zou de ontvangst overdag, omdat de signalen door de atmosfeer van de aarde moesten reizen, vanwege de verlichte hemel veel slechter zijn dan de nachtelijke ontvangst. Ondanks de slimme opstelling zullen optische grondstations afhankelijk zijn van het weer. Een ruimtevaartuig dat een laser op een grondstation richt, zal zich uiteindelijk moeten aanpassen aan slechte weersomstandigheden en de communicatie moeten herstellen met een ander station dat niet wordt bedekt door wolken.
Ongeacht de problemen legden de DRSSS- en GBATS-projecten echter de theoretische basis voor optische systemen voor diepe ruimtecommunicatie en de moderne ontwikkelingen van ingenieurs bij NASA. Het enige dat overbleef was het bouwen van een dergelijk systeem en het demonstreren van de prestaties ervan. Gelukkig was dit nog maar een paar maanden.
Uitvoering van het project
Tegen die tijd had optische datatransmissie in de ruimte al plaatsgevonden. Het eerste experiment werd uitgevoerd in 1992, toen de Galileo-sonde op weg was naar Jupiter en zijn hogeresolutiecamera naar de aarde draaide om met succes een reeks laserpulsen te ontvangen die werden verzonden door de 60-cm telescoop van het Table Mountain Observatory en vanaf de 1,5 meter lange telescoop. USAF Starfire optische telescoopbereik in New Mexico. Op dat moment bevond Galileo zich op 1,4 miljoen km van de aarde, maar beide laserstralen raakten de camera.
De Japanse en Europese ruimtevaartagentschappen zijn er ook in geslaagd optische communicatie tot stand te brengen tussen grondstations en satellieten in een baan om de aarde. Vervolgens konden ze een 50 Mbps-verbinding tussen de twee satellieten tot stand brengen. Enkele jaren geleden heeft een Duits team een coherente optische bidirectionele verbinding van 5,6 Gbps tot stand gebracht tussen de NFIRE-satelliet in een baan om de aarde en een grondstation in Tenerife, Spanje. Maar al deze gevallen hielden verband met een lage baan om de aarde.
De allereerste optische verbinding tussen een grondstation en een ruimtevaartuig in een baan nabij een andere planeet in het zonnestelsel werd in januari 2013 tot stand gebracht. Het zwart-witbeeld van 152 x 200 pixels van de Mona Lisa werd met 300 bps van het Next Generation Satellite Laser Ranging Station in het Goddard Space Flight Center van NASA naar de Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) verzonden. De communicatie was eenrichtingsverkeer. LRO stuurde het beeld dat het van de aarde ontving terug via reguliere radiocommunicatie. De afbeelding had een kleine softwarefoutcorrectie nodig, maar zelfs zonder deze codering was deze gemakkelijk te herkennen. En in die tijd was de lancering van een krachtiger systeem naar de maan al gepland.
Uit het Lunar Reconnaissance Orbiter-project uit 2013: Om informatie te verwijderen uit transmissiefouten die door de atmosfeer van de aarde zijn geïntroduceerd (links), gebruikten wetenschappers van het Goddard Space Flight Center Reed-Solomon-foutcorrectie (rechts), die veel wordt gebruikt op cd's en dvd's. Veel voorkomende fouten zijn ontbrekende pixels (wit) en valse signalen (zwart). Een witte streep duidt op een korte pauze in de transmissie.
«(LADEE) kwam op 6 oktober 2013 in een baan om de maan en lanceerde slechts een week later zijn gepulseerde laser om gegevens te verzenden. Dit keer probeerde NASA tweerichtingscommunicatie te organiseren met een snelheid van 20 Mbit/s in de andere richting en een recordsnelheid van 622 Mbit/s in de andere richting. Het enige probleem was de korte levensduur van de missie. De optische communicatie van LRO werkte maar een paar minuten per keer. LADEE wisselde gedurende 16 dagen 30 uur lang gegevens uit met zijn laser. Deze situatie zal veranderen met de lancering van de Laser Communications Demonstration (LCRD)-satelliet, gepland voor juni 2019. Zijn missie is om te laten zien hoe toekomstige communicatiesystemen in de ruimte zullen werken.
LCRD wordt ontwikkeld in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in samenwerking met het Lincoln Laboratory van MIT. Het zal twee optische terminals hebben: één voor communicatie in een lage baan om de aarde, de andere voor diepe ruimte. De eerste zal Differential Phase Shift Keying (DPSK) moeten gebruiken. De zender zendt laserpulsen uit met een frequentie van 2,88 GHz. Met behulp van deze technologie wordt elke bit gecodeerd door het faseverschil van opeenvolgende pulsen. Het zal met een snelheid van 2,88 Gbps kunnen werken, maar dit vergt veel stroom. Detectoren kunnen alleen verschillen tussen pulsen in hoogenergetische signalen detecteren, dus DPSK werkt prima voor communicatie in de buurt van de aarde, maar het is niet de beste methode voor diepe ruimte, waar het opslaan van energie problematisch is. Een signaal dat vanaf Mars wordt verzonden, zal energie verliezen tegen de tijd dat het de aarde bereikt, dus zal LCRD een efficiëntere technologie gebruiken, genaamd pulsfasemodulatie, om optische communicatie met de verre ruimte aan te tonen.
NASA-ingenieurs bereiden LADEE voor op testen
In 2017 testten ingenieurs vluchtmodems in een thermische vacuümkamer
“Het is eigenlijk het tellen van fotonen”, legt Abraham uit. – De korte periode die is toegewezen voor communicatie is verdeeld in verschillende tijdsperioden. Om gegevens te verkrijgen, hoeft u alleen maar te controleren of de fotonen bij elk interval met de detector in botsing zijn gekomen. Dit is hoe de gegevens worden gecodeerd in de FIM.” Het lijkt op morsecode, maar dan met supersnelle snelheid. Of er is op een bepaald moment een flits, of er is geen flits, en het bericht wordt gecodeerd door een reeks flitsen. “Ook al is dit veel langzamer dan DPSK, we kunnen nog steeds tientallen of honderden Mbps aan optische communicatie leveren, zelfs vanaf Mars”, voegt Abraham toe.
Het LCRD-project betreft uiteraard niet alleen deze twee terminals. Het moet ook functioneren als een internetknooppunt in de ruimte. Op de grond zullen drie stations met LCRD opereren: één in White Sands in New Mexico, één in de Tafelberg in Californië, en één op Hawaii Island of Maui. Het idee is om te testen of er van het ene grondstation naar het andere kan worden overgeschakeld als er slecht weer is op een van de stations. De missie zal ook de prestaties van de LCRD als datatransmitter testen. Een optisch signaal van een van de stations wordt naar een satelliet gestuurd en vervolgens naar een ander station verzonden - allemaal via een optische link.
Als de gegevens niet onmiddellijk kunnen worden overgedragen, zal LCRD deze opslaan en doorgeven wanneer de gelegenheid zich voordoet. Als de gegevens dringend zijn of als er niet genoeg ruimte is in de opslag aan boord, verzendt de LCRD deze onmiddellijk via de Ka-bandantenne. Als voorloper van toekomstige zendsatellieten zal LCRD dus een hybride radio-optisch systeem zijn. Dit is precies het soort eenheid dat NASA in een baan rond Mars moet plaatsen om een interplanetair netwerk op te zetten dat menselijke verkenning van de diepe ruimte in de jaren 2030 zal ondersteunen.
Mars online brengen
Het afgelopen jaar heeft het team van Abraham twee artikelen geschreven waarin de toekomst van deep space-communicatie wordt beschreven, die zullen worden gepresenteerd op de SpaceOps-conferentie in Frankrijk in mei 2019. Het ene beschrijft deep space-communicatie in het algemeen, het andere (“") biedt een gedetailleerde beschrijving van de infrastructuur die astronauten op de Rode Planeet een internetachtige dienst kan bieden.
Schattingen van de maximale gemiddelde gegevensoverdrachtsnelheid waren ongeveer 215 Mbit/s voor downloaden en 28 Mbit/s voor uploaden. Het Mars-internet zal uit drie netwerken bestaan: WiFi die het oppervlakteonderzoeksgebied bestrijkt, een planetair netwerk dat gegevens van het oppervlak naar de aarde verzendt, en het Earth Network, een diepruimtecommunicatienetwerk met drie locaties die verantwoordelijk zijn voor het ontvangen van deze gegevens en het terugsturen van antwoorden naar de aarde. Mars.
“Bij het ontwikkelen van een dergelijke infrastructuur zijn er veel problemen. Het moet betrouwbaar en stabiel zijn, zelfs op de maximale afstand tot Mars van 2,67 AU. tijdens perioden van superieure zonneconjunctie, wanneer Mars zich achter de zon verbergt”, zegt Abraham. Zo'n conjunctie komt elke twee jaar voor en verstoort de communicatie met Mars volledig. “Vandaag kunnen we dit niet aan. Alle landings- en orbitale stations op Mars verliezen simpelweg het contact met de aarde gedurende ongeveer twee weken. Met optische communicatie zullen de communicatieverliezen als gevolg van zonne-connectiviteit zelfs nog langer zijn, 10 tot 15 weken.” Voor robots zijn dergelijke gaten niet bijzonder beangstigend. Een dergelijk isolement bezorgt hen geen problemen, omdat ze zich niet vervelen, geen eenzaamheid ervaren en hun dierbaren niet hoeven te zien. Maar voor mensen is het totaal anders.
“Daarom staan we theoretisch de inbedrijfstelling toe van twee orbitale zenders die in een cirkelvormige baan rond de evenaar op 17300 km boven het oppervlak van Mars worden geplaatst”, vervolgt Abraham. Volgens de studie zouden ze elk 1500 kg moeten wegen, een aantal terminals aan boord moeten hebben die werken in de X-band, Ka-band en optisch bereik, en moeten worden aangedreven door zonnepanelen met een vermogen van 20-30 kW. Ze moeten het Delay Tolerant Network Protocol ondersteunen – in wezen TCP/IP, ontworpen om de lange vertragingen op te vangen die onvermijdelijk zullen optreden in interplanetaire netwerken. De orbitale stations die aan het netwerk deelnemen, moeten kunnen communiceren met astronauten en voertuigen op het aardoppervlak, met grondstations en met elkaar.
“Deze kruiskoppeling is erg belangrijk omdat het het aantal antennes vermindert dat nodig is om gegevens met 250 Mbps te verzenden”, zegt Abraham. Zijn team schat dat er een reeks van zes antennes van 250 meter nodig zou zijn om 34 Mbps-gegevens van een van de orbitale zenders te ontvangen. Dit betekent dat NASA drie extra antennes moet bouwen op communicatielocaties in de ruimte, maar het bouwen ervan duurt jaren en is extreem duur. "Maar we denken dat twee orbitale stations de gegevens kunnen delen en tegelijkertijd kunnen verzenden met een snelheid van 125 Mbps, waarbij de ene zender de ene helft van het datapakket verzendt en de andere de andere helft", zegt Abraham. Zelfs vandaag de dag kunnen 34 meter diepe communicatieantennes tegelijkertijd gegevens ontvangen van vier verschillende ruimtevaartuigen, waardoor er drie antennes nodig zijn om de taak te voltooien. “Voor het ontvangen van twee transmissies van 125 Mbps vanuit hetzelfde luchtgebied zijn evenveel antennes nodig als voor het ontvangen van één transmissie”, legt Abraham uit. “Alleen als je met hogere snelheden moet communiceren, heb je meer antennes nodig.”
Om het probleem van de zonneconjunctie aan te pakken, stelde Abrahams team voor om een zendsatelliet te lanceren naar de L4/L5-punten van de baan Zon-Mars/Zon-Aarde. Vervolgens zou het tijdens conjunctieperioden kunnen worden gebruikt om gegevens rond de zon te verzenden, in plaats van er signalen doorheen te sturen. Helaas zakt de snelheid in deze periode naar 100 Kbps. Simpel gezegd: het zal werken, maar het is klote.
In de tussentijd zullen toekomstige astronauten op Mars iets meer dan drie minuten moeten wachten voordat ze een foto van het kitten ontvangen, afgezien van vertragingen die kunnen oplopen tot 40 minuten. Gelukkig zal het interplanetaire internet, voordat de ambities van de mensheid ons nog verder brengen dan de Rode Planeet, meestal al goed werken.
Bron: www.habr.com