„Niemal nie ma gdzie ulepszyć technologii działającej na częstotliwościach radiowych. Koniec łatwych rozwiązań”
26 listopada 2018 r. o godzinie 22:53 czasu moskiewskiego NASA ponownie odniosła sukces – sonda InSight pomyślnie wylądowała na powierzchni Marsa po manewrach ponownego wejścia, zejścia i lądowania, które później nazwano „sześć i pół minuty horroru”. Trafny opis, ponieważ inżynierowie NASA nie mogli od razu wiedzieć, czy sonda kosmiczna pomyślnie wylądowała na powierzchni planety, ze względu na opóźnienie w komunikacji między Ziemią a Marsem, które wynosiło około 8,1 minuty. W tym oknie InSight nie mógł polegać na swoich nowocześniejszych i mocniejszych antenach - wszystko zależało od staromodnej komunikacji UHF (ta metoda była od dawna stosowana we wszystkim, od transmisji telewizyjnych i krótkofalówek po urządzenia Bluetooth).
W rezultacie krytyczne dane o stanie InSight zostały przesłane na falach radiowych o częstotliwości 401,586 MHz do dwóch satelitów -, WALL-E i EVE, które następnie przesyłały dane z prędkością 8 Kb/s do 70-metrowych anten znajdujących się na Ziemi. Cubesaty zostały wystrzelone na tej samej rakiecie co InSight i towarzyszyły jej w podróży na Marsa, aby obserwować lądowanie i natychmiast przesłać dane do domu. Inne orbitujące statki marsjańskie, takie jak (MRS), znajdowały się w niewygodnej pozycji i początkowo nie były w stanie zapewnić komunikacji w czasie rzeczywistym z lądownikiem. Nie mówiąc już o tym, że całe lądowanie zależało od dwóch eksperymentalnych Cubesatów wielkości walizki każdy, ale MRS byłby w stanie przesłać dane z InSight dopiero po jeszcze dłuższym oczekiwaniu.
Lądowanie InSight faktycznie wystawiło na próbę całą architekturę komunikacyjną NASA, „sieć marsjańską”. Sygnał z lądownika InSight, przesłany do orbitujących satelitów, i tak dotarłby do Ziemi, nawet gdyby satelity zawiodły. WALL-E i EVE byli potrzebni do natychmiastowego przesyłania informacji i zrobili to. Jeśli te Cubsaty z jakiegoś powodu nie działały, MRS był gotowy do odegrania swojej roli. Każdy z nich działał jako węzeł w sieci podobnej do Internetu, kierując pakiety danych przez różne terminale złożone z różnych urządzeń. Dziś najwydajniejszym z nich jest MRS, zdolny do przesyłania danych z prędkością do 6 Mb/s (a to aktualny rekord misji międzyplanetarnych). Jednak w przeszłości NASA musiała działać z dużo mniejszą prędkością – i będzie potrzebować znacznie szybszego transferu danych w przyszłości.
Podobnie jak twój dostawca usług internetowych, NASA umożliwia internautom komunikacji ze statkiem kosmicznym w czasie rzeczywistym.
Sieć głębokiego kosmosu
Wraz z rosnącą obecnością NASA w kosmosie, stale pojawiają się udoskonalone systemy komunikacji, obejmujące coraz większą przestrzeń: najpierw była to niska orbita okołoziemska, potem orbita geosynchroniczna i Księżyc, a wkrótce komunikacja poszła w głąb kosmosu. Wszystko zaczęło się od prymitywnego ręcznego radia, które wykorzystywało amerykańskie bazy wojskowe w Nigerii, Singapurze i Kalifornii do odbierania danych telemetrycznych z Explorer 1, pierwszego satelity pomyślnie wystrzelonego przez Amerykanów w 1958 roku. Powoli, ale pewnie, podstawa ta ewoluowała w dzisiejsze zaawansowane systemy przesyłania wiadomości.
Douglas Abraham, szef działu prognoz strategicznych i systemowych w Dyrektoriacie Sieci Międzyplanetarnej NASA, zwraca uwagę na trzy niezależnie opracowane sieci do przesyłania wiadomości w kosmosie. Near Earth Network działa ze statkami kosmicznymi na niskiej orbicie okołoziemskiej. „To zestaw anten, przeważnie od 9 do 12 m. Jest też kilka dużych, od 15 do 18 m” — mówi Abraham. Następnie nad geosynchroniczną orbitą Ziemi znajduje się kilka satelitów śledzących i danych (TDRS). „Mogą patrzeć na satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej i komunikować się z nimi, a następnie przesyłać te informacje przez TDRS na ziemię” — wyjaśnia Abraham. „Ten satelitarny system transmisji danych nazywa się siecią kosmiczną NASA”.
Ale nawet TDRS nie wystarczyło, aby komunikować się ze statkiem kosmicznym, który wyleciał daleko poza orbitę Księżyca na inne planety. „Musieliśmy więc stworzyć sieć obejmującą cały Układ Słoneczny. A to jest sieć Deep Space Network, DSN” — mówi Abraham. Sieć marsjańska jest rozszerzeniem .
Biorąc pod uwagę zasięg i plany, DSN jest najbardziej złożonym z wymienionych systemów. W rzeczywistości jest to zestaw dużych anten o średnicy od 34 do 70 m. Każda z trzech lokalizacji DSN ma kilka anten 34m i jedną antenę 70m. Jedna lokalizacja znajduje się w Goldstone (Kalifornia), druga w pobliżu Madrytu (Hiszpania), a trzecia w Canberze (Australia). Miejsca te są oddalone od siebie o około 120 stopni na całym świecie i zapewniają całodobowy zasięg dla wszystkich statków kosmicznych poza orbitą geosynchroniczną.
Anteny 34-metrowe są podstawowym wyposażeniem DSN i występują w dwóch odmianach: stare anteny o wysokiej wydajności i stosunkowo nowe anteny falowodowe. Różnica polega na tym, że antena falowodowa ma pięć precyzyjnych luster RF, które odbijają sygnały w dół rurą do podziemnej sterowni, gdzie elektronika analizująca te sygnały jest lepiej chroniona przed wszystkimi źródłami zakłóceń. 34-metrowe anteny, pracujące pojedynczo lub w grupach po 2-3 czasze, mogą zapewnić większość łączności potrzebnej NASA. Ale w szczególnych przypadkach, gdy odległości stają się zbyt duże dla nawet kilku 34-metrowych anten, zarządzanie DSN wykorzystuje 70-metrowe potwory.
„Odgrywają ważną rolę w kilku przypadkach” — mówi Abraham o dużych antenach. Pierwsza to sytuacja, gdy statek kosmiczny znajdzie się na tyle daleko od Ziemi, że nawiązanie z nim łączności za pomocą mniejszej czaszy będzie niemożliwe. „Dobrym przykładem może być misja New Horizons, która przeleciała już daleko poza Plutonem, czy sonda Voyager, która znajduje się poza Układem Słonecznym. Tylko 70-metrowe anteny są w stanie do nich dotrzeć i dostarczyć ich dane na Ziemię ”- wyjaśnia Abraham.
Anteny 70-metrowe są również używane, gdy statek kosmiczny nie jest w stanie obsługiwać anteny wspomagającej, albo z powodu planowanej sytuacji krytycznej, takiej jak wejście na orbitę, albo z powodu czegoś bardzo złego. Na przykład 70-metrowa antena została wykorzystana do bezpiecznego powrotu Apollo 13 na Ziemię. Przyjęła również słynne zdanie Neila Armstronga: „Mały krok dla człowieka, wielki krok dla ludzkości”. Nawet dzisiaj DSN pozostaje najbardziej zaawansowanym i czułym systemem komunikacji na świecie. „Jednak z wielu powodów osiągnął już swój limit” — ostrzega Abraham. „Niemal nie ma gdzie ulepszyć technologii działającej na częstotliwościach radiowych. Kończą się proste rozwiązania”.
Trzy stacje naziemne oddalone od siebie o 120 stopni
Tablice DSN w Canberze
Kompleks DSN w Madrycie
DSN w Goldstone
Pokój kontrolny w Laboratorium Napędów Odrzutowych
Radio i co po nim
Ta historia nie jest nowa. Historia komunikacji kosmicznej składa się z nieustannej walki o zwiększenie częstotliwości i skrócenie długości fal. Explorer 1 wykorzystywał częstotliwości 108 MHz. NASA wprowadziła wtedy większe anteny o lepszym zysku, które obsługiwały częstotliwości z pasma L, od 1 do 2 GHz. Potem przyszła kolej na pasmo S, z częstotliwościami od 2 do 4 GHz, a następnie agencja przeszła na pasmo X, z częstotliwościami 7-11,2 GHz.
Dziś systemy łączności kosmicznej znów przechodzą zmiany – teraz przenoszą się na pasmo 26-40 GHz, czyli pasmo Ka. „Powodem tego trendu jest to, że im krótsze długości fal i im wyższe częstotliwości, tym większa szybkość transmisji danych, którą można uzyskać” — mówi Abraham.
Istnieją powody do optymizmu, biorąc pod uwagę, że historycznie tempo rozwoju komunikacji w NASA było dość wysokie. Artykuł badawczy z 2014 roku z Jet Propulsion Laboratory przytacza następujące dane dotyczące przepustowości dla porównania: gdybyśmy wykorzystali technologię komunikacyjną Explorer 1 do wysłania typowego zdjęcia iPhone'a z Jowisza na Ziemię, zajęłoby to 460 razy dłużej niż obecny wiek wszechświata. Pioneers 2 i 4 z lat 1960. zajęłoby 633 000 lat. Mariner 9 z 1971 roku zrobiłby to w 55 godzin. Dziś zajmie to RPP trzy minuty.
Jedynym problemem jest oczywiście to, że ilość danych odbieranych przez statki kosmiczne rośnie równie szybko, jeśli nie szybciej, niż wzrost możliwości transmisyjnych. W ciągu 40 lat działania sondy Voyagers 1 i 2 wytworzyły 5 TB informacji. Satelita NISAR Earth Science, którego wystrzelenie zaplanowano na 2020 rok, będzie produkować 85 TB danych miesięcznie. A jeśli satelity Ziemi są w stanie to zrobić, przesyłanie takiej ilości danych między planetami to zupełnie inna historia. Nawet relatywnie szybki MRS prześle na Ziemię 85 TB danych przez 20 lat.
„Szacunkowe szybkości przesyłania danych podczas eksploracji Marsa pod koniec lat 2020. i na początku lat 2030. wyniosą 150 Mb/s lub więcej, więc zróbmy obliczenia” — mówi Abraham. – Jeśli statek kosmiczny klasy MPC znajdujący się w maksymalnej odległości od nas do Marsa może wysłać około 1 Mb/s do 70-metrowej anteny na Ziemi, to do nawiązania komunikacji z prędkością 150 Mb/s potrzebny byłby układ 150 70-metrowych anten. Tak, oczywiście, możemy wymyślić sprytne sposoby, aby nieco zmniejszyć tę absurdalną kwotę, ale problem oczywiście istnieje: zorganizowanie komunikacji międzyplanetarnej z prędkością 150 Mb / s jest niezwykle trudne. Ponadto kończy nam się spektrum dozwolonych częstotliwości”.
Jak pokazuje Abraham, działając w paśmie S lub X, pojedyncza misja o przepustowości 25 Mb/s zajmie całe dostępne widmo. W paśmie Ka jest więcej miejsca, ale tylko dwa satelity Marsa o przepustowości 150 Mb/s zajmą całe widmo. Mówiąc najprościej, międzyplanetarny internet będzie wymagał czegoś więcej niż tylko radia – będzie opierał się na laserach.
Pojawienie się komunikacji optycznej
Lasery brzmią futurystycznie, ale idea komunikacji optycznej wywodzi się z patentu złożonego przez Alexandra Grahama Bella w latach 1880. XIX wieku. Bell opracował system, w którym światło słoneczne, skupione w bardzo wąskiej wiązce, było kierowane na odbijającą membranę, która wibrowała pod wpływem dźwięków. Drgania powodowały zmiany w świetle przechodzącym przez soczewkę do prymitywnego fotodetektora. Zmiany rezystancji fotodetektora zmieniały prąd płynący przez telefon.
System był niestabilny, głośność była bardzo niska, a Bell ostatecznie porzucił ten pomysł. Ale prawie 100 lat później, uzbrojeni w lasery i światłowody, inżynierowie NASA powrócili do tej starej koncepcji.
„Wiedzieliśmy o ograniczeniach systemów częstotliwości radiowej, więc pod koniec lat 1970. i na początku lat 1980. w Jet Propulsion Laboratory zaczęto dyskutować o możliwości przesyłania wiadomości z głębokiego kosmosu za pomocą kosmicznych laserów” – powiedział Abraham. Aby lepiej zrozumieć, co jest, a co nie jest możliwe w komunikacji optycznej w przestrzeni kosmicznej, laboratorium zleciło pod koniec lat 1980. czteroletnie badanie Deep Space Relay Satellite System (DSRSS). Badanie miało odpowiedzieć na krytyczne pytania: co z problemami z pogodą i widocznością (w końcu fale radiowe mogą łatwo przechodzić przez chmury, podczas gdy lasery nie)? Co jeśli kąt sondy Słońce-Ziemia stanie się zbyt ostry? Czy detektor na Ziemi odróżni słaby sygnał optyczny od światła słonecznego? I wreszcie, ile to wszystko będzie kosztować i czy będzie tego warte? „Wciąż szukamy odpowiedzi na te pytania” — przyznaje Abraham. „Jednak odpowiedzi coraz częściej potwierdzają możliwość optycznej transmisji danych”.
DSRSS zasugerował, że punkt nad atmosferą ziemską najlepiej nadawałby się do komunikacji optycznej i radiowej. Twierdzono, że system komunikacji optycznej zainstalowany na stacji orbitalnej będzie działał lepiej niż jakakolwiek naziemna architektura, w tym kultowe 70-metrowe anteny. Miał on rozmieścić 10-metrową antenę na orbicie okołoziemskiej, a następnie podnieść ją do pozycji geosynchronicznej. Jednak koszt takiego systemu - składającego się z satelity z anteną, rakiety startowej i pięciu terminali użytkownika - był zaporowy. Co więcej, w opracowaniu nie uwzględniono nawet kosztu niezbędnego systemu pomocniczego, który zostałby uruchomiony w przypadku awarii satelity.
W przypadku tego systemu laboratorium zaczęło przyglądać się architekturze naziemnej opisanej w badaniu naziemnym Advanced Technology Study (GBATS) przeprowadzonym w laboratorium mniej więcej w tym samym czasie co DRSS. Ludzie, którzy pracowali nad GBATS, przedstawili dwie alternatywne propozycje. Pierwszym z nich jest instalacja sześciu stacji z antenami 10-metrowymi i zapasowymi antenami licznikowymi, rozmieszczonymi w odstępach 60 stopni wokół równika. Stacje musiały być budowane na szczytach górskich, gdzie co najmniej 66% dni w roku było bezchmurnych. W ten sposób 2-3 stacje będą zawsze widoczne dla każdego statku kosmicznego i będą miały różną pogodę. Druga opcja to dziewięć stacji, zgrupowanych w grupach po trzy, oddalonych od siebie o 120 stopni. Stacje w ramach każdej grupy powinny być oddalone od siebie o 200 km, tak aby znajdowały się w linii wzroku, ale w różnych komórkach pogodowych.
Obie architektury GBATS były tańsze niż podejście kosmiczne, ale miały też problemy. Po pierwsze, ponieważ sygnały musiały przechodzić przez ziemską atmosferę, odbiór w dzień byłby znacznie gorszy niż w nocy ze względu na oświetlone niebo. Pomimo sprytnego rozwiązania, naziemne stacje optyczne będą zależne od pogody. Statek kosmiczny celujący laserem w stację naziemną będzie musiał w końcu dostosować się do złych warunków pogodowych i ponownie nawiązać łączność z inną stacją, która nie jest przesłonięta chmurami.
Jednak niezależnie od problemów projekty DSRSS i GBATS położyły teoretyczne podstawy dla systemów optycznych głębokiego kosmosu i nowoczesnych osiągnięć inżynierów z NASA. Pozostało tylko zbudować taki system i zademonstrować jego działanie. Na szczęście było to tylko kilka miesięcy.
Wdrożenie projektu
Do tego czasu miała już miejsce optyczna transmisja danych w kosmosie. Pierwszy test odbył się w 1992 roku, kiedy sonda Galileo zmierzała w kierunku Jowisza i skierowała swoją kamerę o wysokiej rozdzielczości w kierunku Ziemi, aby pomyślnie odebrać zestaw impulsów laserowych wysłanych z 60-centymetrowego Teleskopu Obserwatorium Góry Stołowej i 1,5-metrowego Teleskopu Optycznego USAF Starfire w Nowym Meksyku. W tym momencie Galileo znajdował się 1,4 miliona km od Ziemi, ale obie wiązki laserowe trafiły w jego aparat.
Japońskim i europejskim agencjom kosmicznym udało się również nawiązać łączność optyczną między stacjami naziemnymi a satelitami na orbicie Ziemi. Następnie udało im się nawiązać połączenie o przepustowości 50 Mb/s między dwoma satelitami. Kilka lat temu niemiecki zespół ustanowił spójne dwukierunkowe łącze optyczne o przepustowości 5,6 Gb/s między satelitą NFIRE na orbicie okołoziemskiej a stacją naziemną na Teneryfie w Hiszpanii. Ale wszystkie te przypadki były związane z orbitą bliską Ziemi.
Pierwsze łącze optyczne łączące stację naziemną ze statkiem kosmicznym krążącym wokół innej planety w Układzie Słonecznym zostało zainstalowane w styczniu 2013 roku. Czarno-biały obraz Mona Lisy o rozdzielczości 152 x 200 pikseli został przesłany z satelitarnej stacji laserowej nowej generacji w Goddard Space Flight Center NASA do Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) z szybkością 300 bps. Komunikacja była jednokierunkowa. LRO przesłał obraz otrzymany z Ziemi z powrotem za pośrednictwem konwencjonalnego radia. Obraz wymagał niewielkiej korekty błędów oprogramowania, ale nawet bez tego kodowania był łatwy do rozpoznania. A w tym czasie planowano już wystrzelenie mocniejszego systemu na Księżyc.
Z projektu Lunar Reconnaissance Orbiter w 2013 r.: Aby usunąć błędy transmisji wprowadzone przez ziemską atmosferę (po lewej), naukowcy z Goddard Space Flight Center zastosowali korekcję błędów Reeda-Solomona (po prawej), która jest często stosowana w płytach CD i DVD. Typowe błędy obejmują brakujące piksele (biały) i fałszywe sygnały (czarny). Biały pasek oznacza niewielką przerwę w transmisji.
«» (LADEE) wszedł na orbitę Księżyca 6 października 2013 r., a zaledwie tydzień później wystrzelił pulsacyjny laser do transmisji danych. Tym razem NASA próbowała zorganizować dwukierunkową komunikację z prędkością 20 Mb/s w tym kierunku i rekordową prędkością 622 Mb/s w kierunku przeciwnym. Jedynym problemem był krótki czas trwania misji. Łączność optyczna LRO działała tylko przez kilka minut. LADEE komunikował się ze swoim laserem przez 16 godzin, łącznie przez 30 dni. Ta sytuacja powinna się zmienić, gdy planowany na czerwiec 2019 r. wystrzelony zostanie satelita Laser Communications Demonstration Satellite (LCRD). Jego zadaniem jest pokazanie, jak będą działać przyszłe systemy komunikacji w kosmosie.
LCRD jest opracowywany w Jet Propulsion Laboratory NASA we współpracy z Lincoln Laboratory na MIT. Będzie miał dwa terminale optyczne: jeden do komunikacji na niskiej orbicie okołoziemskiej, drugi do głębokiego kosmosu. Pierwszy będzie musiał wykorzystywać różnicowe kluczowanie z przesunięciem fazowym (DPSK). Nadajnik będzie wysyłał impulsy laserowe o częstotliwości 2,88 GHz. Korzystając z tej technologii, każdy bit zostanie zakodowany przez różnicę faz kolejnych impulsów. Będzie mógł działać z prędkością 2,88 Gb/s, ale będzie wymagał dużej mocy. Detektory są w stanie wykrywać różnice impulsów tylko w sygnałach o wysokiej energii, więc DPSK świetnie sprawdza się w komunikacji bliskiej Ziemi, ale nie jest najlepszą metodą w przestrzeni kosmicznej, gdzie magazynowanie energii jest problematyczne. Sygnał wysłany z Marsa straci energię, zanim dotrze do Ziemi, więc LCRD użyje bardziej wydajnej technologii, modulacji impulsowo-fazowej, aby zademonstrować komunikację optyczną z przestrzenią kosmiczną.
Inżynierowie NASA przygotowują LADEE do testów
W 2017 roku inżynierowie przetestowali modemy lotnicze w termicznej komorze próżniowej
„Zasadniczo liczy fotony” — wyjaśnia Abraham. – Krótki okres przeznaczony na komunikację jest podzielony na kilka segmentów czasowych. Aby uzyskać dane, wystarczy sprawdzić, czy fotony w każdej ze szczelin zderzyły się z detektorem. W ten sposób dane są kodowane w FIM”. To jak alfabet Morse'a, tylko z superszybką prędkością. Albo w danym momencie następuje błysk, albo go nie ma, a wiadomość jest zakodowana w sekwencji błysków. „Chociaż jest to znacznie wolniejsze niż DPSK, wciąż możemy ustanowić komunikację optyczną z prędkością dziesiątek lub setek Mb/s aż do Marsa” — dodaje Abraham.
Oczywiście projekt LCRD to nie tylko te dwa terminale. Powinien też działać jako węzeł internetowy w kosmosie. Na ziemi będą trzy stacje obsługujące LCRD: jedna w White Sands w Nowym Meksyku, jedna w Table Mountain w Kalifornii i jedna na Hawajach lub Maui. Pomysł polega na przetestowaniu przełączania się z jednej stacji naziemnej na drugą w przypadku złej pogody na jednej ze stacji. Misja przetestuje również działanie LCDRD jako nadajnika danych. Sygnał optyczny z jednej ze stacji trafi do satelity, a następnie zostanie przesłany do innej stacji - a wszystko to za pomocą komunikacji optycznej.
Jeśli nie jest możliwe natychmiastowe przesłanie danych, LCD zapisze je i przekaże, gdy będzie to możliwe. Jeśli dane są pilne lub na pokładzie nie ma wystarczającej ilości miejsca, LCRD wyśle je natychmiast przez antenę pasma Ka. Tak więc, prekursor przyszłych satelitów nadawczych, LCRD będzie hybrydowym systemem radiowo-optycznym. Właśnie taką jednostkę NASA musi umieścić na orbicie wokół Marsa, aby zorganizować międzyplanetarną sieć wspierającą ludzką eksplorację głębokiego kosmosu w latach 2030. XX wieku.
Przenoszenie Marsa do sieci
W ciągu ostatniego roku zespół Abrahama napisał dwa artykuły opisujące przyszłość komunikacji w kosmosie, które zostaną zaprezentowane na konferencji SpaceOps we Francji w maju 2019 r. Jeden opisuje ogólnie komunikację w kosmosie, drugi („„) przedstawił szczegółowy opis infrastruktury zdolnej do świadczenia usług podobnych do Internetu dla astronautów na Czerwonej Planecie.
Szacunki szczytowych średnich szybkości przesyłania danych wynosiły około 215 Mb/s dla pobierania i 28 Mb/s dla wysyłania. Internet marsjański będzie się składał z trzech sieci: Wi-Fi pokrywającej obszar badawczy na powierzchni, sieci planetarnej przesyłającej dane z powierzchni na Ziemię oraz sieci naziemnej, sieci łączności w przestrzeni kosmicznej z trzema ośrodkami odpowiedzialnymi za odbieranie tych danych i wysyłanie odpowiedzi z powrotem na Marsa.
„Przy tworzeniu takiej infrastruktury pojawia się wiele problemów. Musi być niezawodny i stabilny, nawet przy maksymalnej odległości od Marsa wynoszącej 2,67 AU. w okresach lepszej koniunkcji słonecznej, kiedy Mars chowa się za Słońcem” — mówi Abraham. Taka koniunkcja zdarza się co dwa lata i całkowicie zrywa komunikację z Marsem. „Dzisiaj nie możemy sobie z tym poradzić. Wszystkie lądowiska i stacje orbitalne na Marsie po prostu tracą kontakt z Ziemią na około dwa tygodnie. W przypadku komunikacji optycznej utrata komunikacji z powodu połączenia słonecznego będzie jeszcze dłuższa, od 10 do 15 tygodni”. W przypadku robotów takie luki nie są szczególnie przerażające. Taka izolacja nie sprawia im problemów, ponieważ nie nudzą się, nie odczuwają samotności, nie potrzebują widywać się z bliskimi. Ale dla ludzi wcale tak nie jest.
„Dlatego teoretycznie dopuszczamy uruchomienie dwóch nadajników orbitalnych umieszczonych na kołowej orbicie równikowej 17300 1500 km nad powierzchnią Marsa” – kontynuuje Abraham. Według badań powinny one ważyć po 20 kg każdy, posiadać zestaw terminali pracujących w paśmie X, Ka i optycznym oraz być zasilane panelami słonecznymi o mocy 30-XNUMX kW. Muszą obsługiwać protokół sieciowy odporny na opóźnienia — zasadniczo TCP/IP, zaprojektowany do obsługi dużych opóźnień, których nieuchronnie doświadczają sieci międzyplanetarne. Stacje orbitalne uczestniczące w sieci muszą mieć możliwość komunikowania się z astronautami i pojazdami na powierzchni planety, ze stacjami naziemnymi oraz między sobą.
„Przesłuch jest bardzo ważny, ponieważ zmniejsza liczbę anten wymaganych do transmisji danych z szybkością 250 Mb/s” — mówi Abraham. Jego zespół szacuje, że do odbioru danych z prędkością 250 Mb/s z jednego z orbitalnych nadajników potrzebny byłby układ sześciu 34-metrowych anten. Oznacza to, że NASA będzie musiała zbudować trzy dodatkowe anteny w miejscach komunikacji w kosmosie, ale ich budowa zajmuje lata i jest niezwykle kosztowna. „Uważamy jednak, że dwie stacje orbitalne mogą wymieniać między sobą dane i przesyłać je w tym samym czasie z prędkością 125 Mb/s, gdzie jeden nadajnik wyśle połowę pakietu danych, a drugi drugi”, mówi Abraham. Nawet dzisiaj 34-metrowe anteny komunikacyjne głębokiego kosmosu mogą jednocześnie odbierać dane z czterech różnych statków kosmicznych, co powoduje, że do wykonania zadania potrzebne są trzy anteny. „Do odebrania dwóch transmisji 125 Mb/s z tego samego obszaru nieba potrzeba takiej samej liczby anten, jak do odebrania jednej transmisji” — wyjaśnia Abraham. „Więcej anten jest potrzebnych tylko wtedy, gdy trzeba komunikować się z większą prędkością”.
Aby poradzić sobie z problemem łączności słonecznej, zespół Abrahama zaproponował wystrzelenie satelity nadawczego na punkty L4/L5 orbity Słońce-Mars/Słońce-Ziemia. Następnie, w okresach połączenia, może być używany do przesyłania danych wokół Słońca, zamiast wysyłania przez nie sygnałów. Niestety w tym okresie prędkość spadnie do 100 Kb/s. Mówiąc najprościej, będzie działać, ale jest do bani.
W międzyczasie niedoszli astronauci na Marsie będą musieli czekać nieco ponad trzy minuty, aby otrzymać zdjęcie kotka, nie licząc opóźnień, które mogą sięgać nawet 40 minut. Na szczęście, zanim ambicje ludzkości popchną nas jeszcze dalej niż na Czerwoną Planetę, internet międzyplanetarny będzie już działał całkiem dobrze przez większość czasu.
Źródło: www.habr.com