„V rádiofrekvenčnej technológii prakticky nie je priestor na zlepšenie. Jednoduché riešenia končia"
26. novembra 2018 o 22:53 moskovského času sa to NASA opäť podarilo – sonda InSight po vstupe do atmosféry, zostupe a pristávacích manévroch úspešne pristála na povrchu Marsu, ktoré boli neskôr pokrstené ako „šesť a pol minúty hrôzy .“ Výstižný popis, pretože inžinieri NASA nemohli okamžite vedieť, či vesmírna sonda úspešne pristála na povrchu planéty kvôli oneskoreniu komunikácie medzi Zemou a Marsom približne 8,1 minúty. Počas tohto okna sa InSight nemohol spoľahnúť na svoje modernejšie a výkonnejšie antény – všetko záviselo od staromódnej UHF komunikácie (metóda dlho používaná vo všetkom od vysielania televízie a vysielačiek až po zariadenia Bluetooth).
V dôsledku toho boli kritické údaje o stave InSight prenášané rádiovými vlnami s frekvenciou 401,586 MHz na dva satelity -, WALL-E a EVE, ktoré následne prenášali dáta rýchlosťou 8 Kbps do 70-metrových antén umiestnených na Zemi. Cubesaty boli vypustené na rovnakej rakete ako InSight a sprevádzali ju na ceste na Mars, aby pozorovali pristátie a okamžite preniesli dáta späť domov. Iné orbitery Marsu, napr. (MRS), boli v nepohodlnej pozícii a nemohli si najprv vymieňať správy s pristávacím modulom v reálnom čase. Nehovoriac o tom, že celé pristátie záviselo od dvoch experimentálnych CubeSatov, z ktorých každý mal veľkosť kufra, ale dáta z InSight by MRS mohla prenášať až po ešte dlhšom čakaní.
Pristátie InSight skutočne otestovalo celú komunikačnú architektúru NASA, Mars Network. Signál pristávacieho modulu InSight prenášaný na satelity na obežnej dráhe by sa tak či tak dostal na Zem, aj keby satelity zlyhali. WALL-E a EVE potrebovali okamžite prenášať informácie a podarilo sa im to. Ak tieto CubeSaty z nejakého dôvodu nefungovali, MRS bola pripravená hrať svoju úlohu. Každý z nich fungoval ako uzol v sieti podobnej internetu a smeroval dátové pakety cez rôzne terminály pozostávajúce z rôznych zariadení. Dnes je z nich najefektívnejšia MRS, schopná prenášať dáta rýchlosťou až 6 Mbit/s (a to je aktuálny rekord medziplanetárnych misií). NASA však v minulosti musela pracovať pri oveľa nižších rýchlostiach – a v budúcnosti bude potrebovať oveľa rýchlejší prenos údajov.
Rovnako ako váš poskytovateľ internetových služieb, NASA umožňuje používateľom internetu komunikácia s vesmírnymi loďami v reálnom čase.
Komunikačná sieť hlbokého vesmíru
Ako sa prítomnosť NASA vo vesmíre zvyšovala, neustále sa objavovali vylepšené komunikačné systémy, ktoré pokrývali stále viac priestoru: najprv na nízkej obežnej dráhe Zeme, potom na geosynchrónnej obežnej dráhe a Mesiaci a čoskoro sa komunikácia dostala hlbšie do vesmíru. Všetko to začalo hrubým prenosným rádiovým prijímačom, ktorý sa používal na príjem telemetrie z Explorer 1, prvého satelitu úspešne vypusteného Američanmi v roku 1958 na amerických vojenských základniach v Nigérii, Singapure a Kalifornii. Tento základ sa pomaly, ale isto vyvinul do dnešných pokročilých systémov zasielania správ.
Douglas Abraham, vedúci divízie strategického a systémového predvídania v Riaditeľstve medziplanetárnych sietí NASA, zdôrazňuje tri nezávisle vyvinuté siete na prenos správ vo vesmíre. Sieť Near Earth Network operuje s kozmickými loďami na nízkej obežnej dráhe Zeme. "Je to zbierka antén, väčšinou 9 až 12 metrov. Existuje niekoľko väčších, 15 až 18 metrov," hovorí Abrahám. Potom nad geosynchrónnou obežnou dráhou Zeme existuje niekoľko satelitov na sledovanie a prenos údajov (TDRS). "Môžu sa pozrieť dolu na satelity na nízkej obežnej dráhe Zeme a komunikovať s nimi a potom prenášať tieto informácie cez TDRS na zem," vysvetľuje Abraham. "Tento satelitný systém prenosu údajov sa nazýva vesmírna sieť NASA."
Ale ani TDRS nestačilo na komunikáciu so sondou, ktorá sa dostala ďaleko za obežnú dráhu Mesiaca, na iné planéty. „Takže sme museli vytvoriť sieť, ktorá pokrýva celú slnečnú sústavu. A toto je Deep Space Network [DSN], hovorí Abraham. Sieť Mars je rozšírením .
Vzhľadom na svoju dĺžku a usporiadanie je DSN najkomplexnejším z uvedených systémov. V podstate ide o sadu veľkých antén s priemerom od 34 do 70 m. Každá z troch lokalít DSN prevádzkuje niekoľko 34-metrových antén a jednu 70-metrovú anténu. Jedno miesto sa nachádza v Goldstone (Kalifornia), ďalšie neďaleko Madridu (Španielsko) a tretie v Canberre (Austrália). Tieto miesta sú od seba vzdialené približne 120 stupňov po celej zemeguli a poskytujú XNUMX-hodinové pokrytie všetkým kozmickým lodiam mimo geosynchrónnej obežnej dráhy.
34-metrové antény sú hlavným vybavením DSN a existujú dva typy: staré vysokoúčinné antény a relatívne nové vlnovodné antény. Rozdiel je v tom, že anténa s vodiacimi vlnami má päť presných RF zrkadiel, ktoré odrážajú signály potrubím do podzemnej riadiacej miestnosti, kde je elektronika, ktorá tieto signály analyzuje, lepšie chránená pred všetkými zdrojmi rušenia. 34-metrové antény, fungujúce samostatne alebo v skupinách 2-3 parabol, môžu poskytnúť väčšinu komunikácie, ktorú NASA potrebuje. Ale pre špeciálne prípady, keď sú vzdialenosti príliš dlhé aj pre viaceré 34-metrové antény, DSN ovládanie používa 70-metrové príšery.
„Hrajú dôležitú úlohu v niekoľkých aplikáciách,“ hovorí Abraham o veľkých anténach. Prvým je, keď je kozmická loď tak ďaleko od Zeme, že s ňou nebude možné nadviazať komunikáciu pomocou menšej misky. „Dobrým príkladom by bola misia New Horizons, ktorá už preletela oveľa ďalej ako Pluto, alebo kozmická loď Voyager, ktorá sa nachádza mimo slnečnej sústavy. Len 70-metrové antény nimi dokážu preniknúť a doručiť svoje dáta na Zem,“ vysvetľuje Abraham.
70-metrové paraboly sa používajú aj vtedy, keď kozmická loď nemôže ovládať posilňovaciu anténu, buď kvôli plánovanej kritickej situácii, ako je vstup na obežnú dráhu, alebo preto, že sa niečo strašne pokazí. 70-metrová anténa bola napríklad použitá na bezpečný návrat Apolla 13 na Zem. Osvojila si tiež slávnu vetu Neila Armstronga „Jeden malý krok pre muža, jeden obrovský krok pre ľudstvo“. A aj dnes zostáva DSN najpokročilejším a najcitlivejším komunikačným systémom na svete. „Ale z mnohých dôvodov už dosiahol svoj limit,“ varuje Abrahám. – Technológiu fungujúcu na rádiových frekvenciách nie je prakticky kde vylepšovať. Jednoduché riešenia sa míňajú."
Tri pozemné stanice 120 stupňov od seba
Platne DSN v Canberre
komplex DSN v Madride
DSN v Goldstone
Riadiaca miestnosť v Laboratóriu prúdového pohonu
Rádio a čo bude po ňom
Tento príbeh nie je nový. História komunikácie v hlbokom vesmíre pozostáva z neustáleho boja o zvýšenie frekvencií a skrátenie vlnových dĺžok. Explorer 1 používal frekvencie 108 MHz. NASA potom predstavila väčšie antény s lepším ziskom, ktoré podporovali frekvencie v pásme L, 1 až 2 GHz. Potom prišlo na rad pásmo S, s frekvenciami od 2 do 4 GHz, a potom agentúra prešla na pásmo X, s frekvenciami 7-11,2 GHz.
Dnes vesmírne komunikačné systémy opäť prechádzajú zmenami - teraz sa presúvajú do pásma 26-40 GHz, pásma Ka. „Dôvodom tohto trendu je, že čím kratšie vlnové dĺžky a vyššie frekvencie, tým rýchlejšie je možné dosiahnuť rýchlosť prenosu dát,“ hovorí Abraham.
Existujú dôvody na optimizmus vzhľadom na to, že historicky bolo tempo komunikácie v NASA dosť rýchle. Výskumný dokument z roku 2014 z Jet Propulsion Laboratory poskytuje na porovnanie nasledujúce údaje o priepustnosti: Ak by sme použili komunikačné technológie Explorer 1 na prenos typickej fotografie iPhone z Jupitera na Zem, trvalo by to 460-krát dlhšie ako súčasný vek vesmíru. Pre Pioneers 2 a 4 zo 1960. rokov minulého storočia by to trvalo 633 000 rokov. Mariner 9 z roku 1971 by to zvládol za 55 hodín. Dnes to MRS potrvá tri minúty.
Jediným problémom je, samozrejme, to, že množstvo údajov prijímaných kozmickou loďou rastie rovnako rýchlo, ak nie rýchlejšie, ako rast jej prenosových schopností. Za 40 rokov prevádzky Voyagery 1 a 2 vyprodukovali 5 TB informácií. Satelit NISAR Earth Science, ktorého štart je naplánovaný na rok 2020, vyprodukuje 85 TB dát mesačne. A ak sú toho satelity Zeme celkom schopné, prenos takého objemu údajov medzi planétami je úplne iný príbeh. Dokonca aj relatívne rýchla MRS prenesie na Zem 85 TB dát počas 20 rokov.
„Očakávané rýchlosti prenosu dát pre prieskum Marsu koncom 2020. a začiatkom 2030. rokov 150. storočia budú 1 Mbps alebo vyššie, tak si to spočítajme,“ hovorí Abraham. – Ak kozmická loď triedy MRS v maximálnej vzdialenosti od nás k Marsu dokáže poslať približne 70 Mbit/s do 150-metrovej antény na Zemi, potom organizovať komunikáciu rýchlosťou 150 Mbit/s pole 70 150 metrov budú potrebné antény. Áno, samozrejme, vieme vymyslieť šikovné spôsoby, ako toto absurdné množstvo trochu znížiť, ale problém tu zjavne existuje: organizovať medziplanetárnu komunikáciu rýchlosťou XNUMX Mbps je mimoriadne náročné. Navyše sa nám míňajú povolené frekvencie.“
Ako Abraham demonštruje, pri prevádzke v S-pásme alebo X-pásme jediná 25 Mbps misia zaberie celé dostupné spektrum. V Ka-pásme je viac miesta, no práve dva satelity Marsu s priepustnosťou 150 Mbit/s obsadia celé spektrum. Jednoducho povedané, medziplanetárny internet bude na fungovanie vyžadovať viac ako len rádiá – bude sa spoliehať na lasery.
Vznik optických komunikácií
Lasery znejú futuristicky, ale myšlienku optickej komunikácie možno vysledovať späť k patentu, ktorý podal Alexander Graham Bell v 1880. rokoch XNUMX. storočia. Bell vyvinul systém, v ktorom slnečné svetlo, zaostrené na veľmi úzky lúč, smerovalo na reflexnú membránu, ktorá bola vibrovaná zvukmi. Vibrácie spôsobili zmeny svetla prechádzajúceho cez šošovku do hrubého fotodetektora. Zmeny odporu fotodetektora zmenili prúd prechádzajúci telefónom.
Systém bol nestabilný, hlasitosť bola veľmi nízka a Bell nakoniec túto myšlienku opustil. Ale takmer o 100 rokov neskôr, vyzbrojení lasermi a vláknovou optikou, sa inžinieri NASA vrátili k tomuto starému konceptu.
„Poznali sme obmedzenia rádiofrekvenčných systémov, a tak sme v JPL koncom 1970. a začiatkom 1980. rokov začali diskutovať o možnosti vysielania správ z hlbokého vesmíru pomocou vesmírnych laserov,“ povedal Abraham. Aby sme lepšie pochopili, čo je a čo nie je možné v optických komunikáciách v hlbokom vesmíre, laboratórium koncom osemdesiatych rokov minulého storočia spustilo štvorročnú štúdiu Deep Space Relay Satellite System (DSRSS). Štúdia mala odpovedať na kritické otázky: a čo problémy s počasím a viditeľnosťou (rádiové vlny môžu ľahko prechádzať cez mraky, zatiaľ čo lasery nie)? Čo ak sa uhol sondy Slnko-Zem stane príliš ostrým? Dokáže detektor na Zemi rozlíšiť slabý optický signál od slnečného svetla? A nakoniec, koľko to všetko bude stáť a či sa to oplatí? „Stále hľadáme odpovede na tieto otázky,“ priznáva Abraham. "Odpovede však čoraz viac podporujú možnosť optického prenosu údajov."
DSRSS navrhol, že bod nachádzajúci sa nad zemskou atmosférou by bol najvhodnejší pre optickú a rádiovú komunikáciu. Bolo uvedené, že optický komunikačný systém nainštalovaný na orbitálnej stanici by fungoval lepšie ako akákoľvek pozemná architektúra vrátane ikonických 70-metrových antén. Na nízkej obežnej dráhe Zeme sa plánovalo nasadiť 10-metrovú parabolu a potom ju zdvihnúť na geosynchrónny. Náklady na takýto systém – pozostávajúci zo satelitu s parabolou, nosnej rakety a piatich užívateľských terminálov – však boli príliš vysoké. Štúdia navyše nezahŕňala ani náklady na potrebný pomocný systém, ktorý by sa uviedol do prevádzky v prípade poruchy satelitu.
V prípade tohto systému začalo laboratórium skúmať pozemnú architektúru opísanú v správe Laboratória o pokročilej technologickej štúdii Ground Based Technology (GBATS), ktorá sa uskutočnila približne v rovnakom čase ako DRSS. Ľudia pracujúci na GBATS prišli s dvoma alternatívnymi návrhmi. Prvou je inštalácia šiestich staníc s 10-metrovými anténami a metrovými náhradnými anténami umiestnenými 60 stupňov od seba pozdĺž celého rovníka. Stanice museli byť postavené na vrcholkoch hôr, kde bolo jasné počasie aspoň 66 % dní v roku. Takže 2-3 stanice budú vždy viditeľné pre akúkoľvek kozmickú loď a budú mať rôzne počasie. Druhou možnosťou je deväť staníc, zoskupených v skupinách po troch a umiestnených 120 stupňov od seba. Stanice v rámci každej skupiny mali byť umiestnené 200 km od seba, aby boli v priamej viditeľnosti, ale v rôznych poveternostných bunkách.
Obidve architektúry GBATS boli lacnejšie ako vesmírny prístup, no mali aj problémy. Po prvé, keďže signály museli prechádzať zemskou atmosférou, denný príjem by bol oveľa horší ako nočný kvôli osvetlenej oblohe. Napriek šikovnému usporiadaniu budú optické pozemné stanice závislé od počasia. Kozmická loď smerujúca laser na pozemnú stanicu sa nakoniec bude musieť prispôsobiť zlým poveternostným podmienkam a obnoviť komunikáciu s inou stanicou, ktorá nie je zakrytá mrakmi.
Bez ohľadu na problémy však projekty DSRSS a GBATS položili teoretický základ pre optické systémy pre komunikáciu v hlbokom vesmíre a moderný vývoj inžinierov v NASA. Zostávalo už len takýto systém postaviť a predviesť jeho výkon. Našťastie to bolo len pár mesiacov.
Realizácia projektu
V tom čase už prebiehal optický prenos údajov vo vesmíre. Prvý experiment sa uskutočnil v roku 1992, keď sonda Galileo smerovala k Jupiteru a svoju kameru s vysokým rozlíšením otočila smerom k Zemi, aby úspešne prijala sadu laserových impulzov odoslaných zo 60 cm ďalekohľadu na observatóriu Table Mountain a z 1,5 m. Dosah optického teleskopu USAF Starfire v Novom Mexiku. V tomto momente bol Galileo 1,4 milióna km od Zeme, ale oba laserové lúče zasiahli jeho kameru.
Japonské a európske vesmírne agentúry tiež dokázali nadviazať optickú komunikáciu medzi pozemnými stanicami a satelitmi na obežnej dráhe Zeme. Potom boli schopní vytvoriť 50 Mbps spojenie medzi dvoma satelitmi. Pred niekoľkými rokmi nemecký tím vytvoril koherentné optické obojsmerné spojenie 5,6 Gbps medzi satelitom NFIRE na obežnej dráhe Zeme a pozemnou stanicou na Tenerife v Španielsku. Ale všetky tieto prípady súviseli s nízkou obežnou dráhou Zeme.
Úplne prvé optické spojenie spájajúce pozemnú stanicu a kozmickú loď na obežnej dráhe v blízkosti inej planéty slnečnej sústavy vzniklo v januári 2013. Čiernobiely obrázok Mony Lisy s rozmermi 152 x 200 pixelov bol prenesený zo satelitnej laserovej stanice novej generácie v Goddardovom vesmírnom letovom centre NASA na Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) rýchlosťou 300 bps. Komunikácia bola jednosmerná. LRO poslal obrázok, ktorý dostal zo Zeme, späť prostredníctvom bežnej rádiovej komunikácie. Obrázok potreboval malú opravu softvérových chýb, no aj bez tohto kódovania sa dal ľahko rozpoznať. A v tom čase sa už plánovalo vypustenie výkonnejšieho systému na Mesiac.
Z projektu Lunar Reconnaissance Orbiter z roku 2013: Na vyčistenie informácií z chýb prenosu spôsobených zemskou atmosférou (vľavo) použili vedci z Goddard Space Flight Center opravu chýb Reed-Solomon (vpravo), ktorá sa vo veľkej miere používa na diskoch CD a DVD. Bežné chyby zahŕňajú chýbajúce pixely (biele) a falošné signály (čierne). Biely pruh označuje krátku prestávku v prenose.
«(LADEE) vstúpila na obežnú dráhu Mesiaca 6. októbra 2013 a len o týždeň neskôr spustila svoj pulzný laser na prenos údajov. Tentokrát sa NASA pokúsila zorganizovať obojsmernú komunikáciu rýchlosťou 20 Mbit/s v opačnom smere a rekordnú rýchlosť 622 Mbit/s v opačnom smere. Jediným problémom bola krátka životnosť misie. Optická komunikácia LRO fungovala vždy len niekoľko minút. LADEE si vymieňal dáta so svojim laserom 16 hodín počas 30 dní. Táto situácia sa má zmeniť vypustením satelitu Laser Communications Demonstration (LCRD), ktorý je naplánovaný na jún 2019. Jeho úlohou je ukázať, ako budú fungovať budúce komunikačné systémy vo vesmíre.
LCRD sa vyvíja v laboratóriu Jet Propulsion Laboratory NASA v spolupráci s Lincolnovým laboratóriom MIT. Bude mať dva optické terminály: jeden pre komunikáciu na nízkej obežnej dráhe Zeme, druhý pre hlboký vesmír. Prvý bude musieť použiť diferenciálne kľúčovanie fázového posunu (DPSK). Vysielač bude vysielať laserové impulzy na frekvencii 2,88 GHz. Pomocou tejto technológie bude každý bit kódovaný fázovým rozdielom po sebe nasledujúcich impulzov. Bude schopný pracovať rýchlosťou 2,88 Gbps, čo však bude vyžadovať veľa energie. Detektory dokážu detekovať rozdiely medzi impulzmi iba vo vysokoenergetických signáloch, takže DPSK funguje skvele pre komunikáciu v blízkosti Zeme, ale nie je to najlepšia metóda pre hlboký vesmír, kde je ukladanie energie problematické. Signál vyslaný z Marsu stratí energiu, kým sa dostane na Zem, takže LCRD použije efektívnejšiu technológiu nazývanú pulzná fázová modulácia na demonštráciu optickej komunikácie s hlbokým vesmírom.
Inžinieri NASA pripravujú LADEE na testovanie
V roku 2017 inžinieri testovali letové modemy v tepelnej vákuovej komore
"Je to v podstate počítanie fotónov," vysvetľuje Abraham. – Krátke obdobie určené na komunikáciu je rozdelené do niekoľkých časových úsekov. Ak chcete získať údaje, musíte jednoducho skontrolovať, či sa fotóny zrazili s detektorom v každom intervale. Takto sú dáta zakódované vo FIM.” Je to ako Morseova abeceda, ale superrýchlou rýchlosťou. Buď v určitom momente blikne, alebo nie, a správa je zakódovaná sekvenciou bliknutí. „Aj keď je to oveľa pomalšie ako DPSK, stále dokážeme poskytovať desiatky alebo stovky Mbps optickej komunikácie až z Marsu,“ dodáva Abraham.
Samozrejme, projekt LCRD nie sú len tieto dva terminály. Vo vesmíre by mal fungovať aj ako internetový rozbočovač. Na zemi budú s LCRD fungovať tri stanice: jedna na White Sands v Novom Mexiku, jedna na Table Mountain v Kalifornii a jedna na Havajských ostrovoch alebo Maui. Cieľom je otestovať prepínanie z jednej pozemnej stanice na druhú, ak sa na jednej zo staníc vyskytne zlé počasie. Misia tiež otestuje výkon LCRD ako vysielača údajov. Optický signál z jednej zo staníc bude odoslaný na satelit a následne prenesený na inú stanicu – všetko cez optické spojenie.
Ak údaje nemožno preniesť okamžite, LCRD ich uloží a prenesie, keď sa naskytne príležitosť. Ak sú údaje naliehavé alebo nie je dostatok miesta v palubnej pamäti, LCRD ich okamžite odošle cez svoju anténu v pásme Ka. Takže, predchodca budúcich vysielacích satelitov, LCRD bude hybridný rádiooptický systém. Je to presne ten typ jednotky, ktorú NASA potrebuje umiestniť na obežnú dráhu okolo Marsu, aby vytvorila medziplanetárnu sieť, ktorá bude podporovať ľudský prieskum hlbokého vesmíru v 2030. rokoch XNUMX. storočia.
Uvedenie Marsu online
Abrahámov tím za posledný rok napísal dva články popisujúce budúcnosť komunikácií v hlbokom vesmíre, ktoré budú prezentované na konferencii SpaceOps vo Francúzsku v máji 2019. Jeden opisuje komunikáciu v hlbokom vesmíre všeobecne, druhý („““) ponúka podrobný popis infraštruktúry schopnej poskytovať astronautom na Červenej planéte službu podobnú internetu.
Odhady najvyššej priemernej rýchlosti prenosu dát boli okolo 215 Mbit/s pri sťahovaní a 28 Mbit/s pri nahrávaní. Mars Internet bude pozostávať z troch sietí: WiFi pokrývajúcej oblasť povrchového prieskumu, planetárnej siete prenášajúcej údaje z povrchu na Zem a Zemskej siete, komunikačnej siete hlbokého vesmíru s tromi miestami zodpovednými za prijímanie týchto údajov a odosielanie odpovedí späť Mars.
„Pri budovaní takejto infraštruktúry je veľa problémov. Musí byť spoľahlivý a stabilný aj pri maximálnej vzdialenosti od Marsu 2,67 AU. počas období slnečnej nadradenej konjunkcie, keď sa Mars skrýva za Slnkom,“ hovorí Abraham. Takáto konjunkcia nastáva každé dva roky a úplne naruší komunikáciu s Marsom. "Dnes sa s tým nevieme vyrovnať. Všetky pristávacie a orbitálne stanice, ktoré sú na Marse, jednoducho stratia kontakt so Zemou asi na dva týždne. S optickou komunikáciou budú komunikačné straty spôsobené solárnou konektivitou ešte dlhšie, 10 až 15 týždňov.“ Pre roboty takéto medzery nie sú obzvlášť desivé. Takáto izolácia im nerobí problémy, pretože sa nenudia, nezažívajú samotu a nepotrebujú vidieť svojich blízkych. Ale pre ľudí je to úplne iné.
„Teoreticky teda umožňujeme spustenie dvoch orbitálnych vysielačov umiestnených na kruhovej rovníkovej dráhe 17300 1500 km nad povrchom Marsu,“ pokračuje Abraham. Podľa štúdie by mali vážiť každý 20 kg, na palube by mali mať sadu terminálov pracujúcich v pásme X, Ka a optickom rozsahu a mali by byť napájané solárnymi panelmi s výkonom 30-XNUMX kW. Musia podporovať sieťový protokol odolný voči oneskoreniu – v podstate TCP/IP, navrhnutý tak, aby zvládal dlhé oneskorenia, ktoré sa nevyhnutne vyskytnú v medziplanetárnych sieťach. Orbitálne stanice zapojené do siete musia byť schopné komunikovať s astronautmi a vozidlami na povrchu planéty, s pozemnými stanicami a medzi sebou navzájom.
„Táto krížová väzba je veľmi dôležitá, pretože znižuje počet antén potrebných na prenos dát rýchlosťou 250 Mbps,“ hovorí Abraham. Jeho tím odhaduje, že na príjem dát s rýchlosťou 250 Mbps z jedného z orbitálnych vysielačov by bolo potrebné pole šiestich 34-metrových antén. To znamená, že NASA bude musieť postaviť tri ďalšie antény na komunikačných miestach v hlbokom vesmíre, ale ich výstavba trvá roky a sú extrémne drahé. "Myslíme si však, že dve orbitálne stanice by mohli zdieľať dáta a posielať ich súčasne rýchlosťou 125 Mbps, pričom jeden vysielač posiela jednu polovicu dátového paketu a druhý posiela druhú," hovorí Abraham. Dokonca aj dnes môžu 34-metrové komunikačné antény hlbokého vesmíru súčasne prijímať údaje zo štyroch rôznych kozmických lodí naraz, čo vedie k potrebe troch antén na dokončenie úlohy. "Prijímanie dvoch 125 Mbps prenosov z rovnakej oblasti oblohy vyžaduje rovnaký počet antén ako príjem jedného prenosu," vysvetľuje Abraham. "Viac antén je potrebných iba vtedy, ak potrebujete komunikovať pri vyšších rýchlostiach."
Aby sa Abrahámov tím vysporiadal s problémom slnečnej konjunkcie, navrhol vypustenie vysielacieho satelitu do bodov L4/L5 na obežnej dráhe Slnko-Mars/Slnko-Zem. Potom, počas období konjunkcie, by sa mohol použiť na prenos údajov okolo Slnka, namiesto toho, aby cez neho posielal signály. Bohužiaľ, počas tohto obdobia rýchlosť klesne na 100 Kbps. Jednoducho povedané, bude to fungovať, ale je to na hovno.
Budúci astronauti na Marse budú musieť medzitým čakať na fotografiu mačiatka niečo vyše troch minút, nepočítajúc meškanie, ktoré môže byť až 40 minút. Našťastie, skôr ako nás ambície ľudstva zavedú ešte ďalej ako na Červenú planétu, medziplanetárny internet už bude väčšinu času dobre fungovať.
Zdroj: hab.com