“Praktikisht nuk ka vend për përmirësim në teknologjinë e radiofrekuencave. Zgjidhjet e thjeshta përfundojnë"
Më 26 nëntor 2018 në orën 22:53 me kohën e Moskës, NASA e bëri përsëri - sonda InSight u ul me sukses në sipërfaqen e Marsit pasi hyri në atmosferë, manovrat e zbritjes dhe uljes, të cilat më vonë u pagëzuan si "gjashtë minuta e gjysmë tmerri. . Një përshkrim i duhur, pasi inxhinierët e NASA-s nuk mund ta dinin menjëherë nëse sonda hapësinore ishte ulur me sukses në sipërfaqen e planetit për shkak të një vonese komunikimi prej afërsisht 8,1 minutash midis Tokës dhe Marsit. Gjatë kësaj dritareje, InSight nuk mund të mbështetej në antenat e tij më moderne dhe më të fuqishme - gjithçka varej nga komunikimet e modës së vjetër UHF (një metodë e përdorur prej kohësh në çdo gjë, nga transmetimi i televizionit dhe radiofonike e deri te pajisjet Bluetooh).
Si rezultat, të dhënat kritike për statusin e InSight u transmetuan në valët e radios me një frekuencë prej 401,586 MHz në dy satelitë -, WALL-E dhe EVE, të cilat më pas transmetonin të dhëna me shpejtësi 8 Kbps në antenat 70 metra të vendosura në Tokë. Kubesat u lëshuan në të njëjtën raketë si InSight, dhe ata e shoqëruan atë në udhëtimin e tij në Mars për të vëzhguar uljen dhe për të transmetuar menjëherë të dhënat në shtëpi. Orbitorë të tjerë të Marsit, p.sh. (MRS), ishin në një pozicion të vështirë dhe në fillim nuk mund të shkëmbenin mesazhe me toleruesin në kohë reale. Për të mos thënë se e gjithë ulja varej nga dy CubeSat eksperimentale secila në madhësinë e një valixheje, por MRS do të ishte në gjendje të transmetonte të dhëna nga InSight vetëm pas një pritjeje edhe më të gjatë.
Ulja InSight testoi në fakt të gjithë arkitekturën e komunikimit të NASA-s, Rrjetin Mars. Sinjali i zbarkuesit InSight i transmetuar te satelitët në orbitë do të kishte arritur gjithsesi në Tokë, edhe nëse satelitët do të kishin dështuar. WALL-E dhe EVE kishin nevojë për të transmetuar informacionin në çast, dhe ata e bënë atë. Nëse këto CubeSat nuk funksiononin për ndonjë arsye, MRS ishte gati të luante rolin e tyre. Secila prej tyre veproi si një nyje në një rrjet të ngjashëm me internetin, duke drejtuar paketat e të dhënave përmes terminaleve të ndryshëm të përbërë nga pajisje të ndryshme. Sot, më efektivi prej tyre është MRS, i aftë për të transmetuar të dhëna me shpejtësi deri në 6 Mbit/s (dhe ky është rekordi aktual për misionet ndërplanetare). Por NASA-s i është dashur të operojë me shpejtësi shumë më të ngadalta në të kaluarën - dhe do të ketë nevojë për transferim shumë më të shpejtë të të dhënave në të ardhmen.
Ashtu si Ofruesi juaj i Shërbimeve të Internetit, NASA lejon përdoruesit e internetit komunikimi me anije kozmike në kohë reale.
Rrjeti i komunikimit në hapësirë të thellë
Ndërsa prania e NASA-s në hapësirë rritej, sistemet e përmirësuara të komunikimit u shfaqën vazhdimisht për të mbuluar gjithnjë e më shumë hapësirë: fillimisht në orbitën e ulët të Tokës, më pas në orbitën gjeosinkrone dhe Hënën, dhe së shpejti komunikimet shkuan më thellë në hapësirë. Gjithçka filloi me një radio marrës portativ të papërpunuar që u përdor për të marrë telemetrinë nga Explorer 1, sateliti i parë i lëshuar me sukses nga amerikanët në 1958, në bazat ushtarake amerikane në Nigeri, Singapor dhe Kaliforni. Ngadalë por me siguri, kjo bazë evoluoi në sistemet e avancuara të mesazheve të sotme.
Douglas Abraham, kreu i Divizionit të Parashikimit Strategjik dhe Sistemeve në Drejtorinë e Rrjetit Ndërplanetar të NASA-s, thekson tre rrjete të zhvilluara në mënyrë të pavarur për transmetimin e mesazheve në hapësirë. Rrjeti Pranë Tokës operon me anije kozmike në orbitë të ulët të Tokës. "Është një koleksion antenash, kryesisht 9 deri në 12 metra. Ka disa më të mëdha, 15 deri në 18 metra," thotë Abraham. Më pas, mbi orbitën gjeosinkrone të Tokës, ka disa satelitë të përcjelljes dhe transmetimit të të dhënave (TDRS). "Ata mund të shikojnë satelitët në orbitën e ulët të Tokës dhe të komunikojnë me ta, dhe më pas ta transmetojnë këtë informacion përmes TDRS në tokë," shpjegon Abraham. "Ky sistem i transmetimit të të dhënave satelitore quhet Rrjeti Hapësinor i NASA-s."
Por as TDRS nuk mjaftoi për të komunikuar me anijen kozmike, e cila shkoi shumë përtej orbitës së Hënës, në planetë të tjerë. “Pra, ne duhej të krijonim një rrjet që mbulonte të gjithë sistemin diellor. Dhe ky është Deep Space Network [DSN], thotë Abraham. Rrjeti i Marsit është një zgjerim .
Duke pasur parasysh gjatësinë dhe paraqitjen e tij, DSN është më kompleksi nga sistemet e listuara. Në thelb, ky është një grup antenash të mëdha, nga 34 në 70 m në diametër. Secila prej tre vendeve DSN operon disa antena 34 metra dhe një antenë 70 metra. Një vend ndodhet në Goldstone (Kaliforni), një tjetër afër Madridit (Spanjë) dhe i treti në Canberra (Australi). Këto vende janë të vendosura afërsisht 120 gradë larg globit dhe ofrojnë mbulim XNUMX-orësh për të gjitha anijet kozmike jashtë orbitës gjeosinkrone.
Antenat 34-metërshe janë pajisja kryesore e DSN dhe ka dy lloje: antena të vjetra me efikasitet të lartë dhe antena relativisht të reja përcjellëse valësh. Dallimi është se një antenë me valë udhëzuese ka pesë pasqyra RF precize që pasqyrojnë sinjalet nga një tub në një dhomë kontrolli nëntokësore, ku elektronika që analizon ato sinjale mbrohen më mirë nga të gjitha burimet e ndërhyrjes. Antenat 34-metërshe, që funksionojnë individualisht ose në grupe prej 2-3 pjatash, mund të ofrojnë shumicën e komunikimeve që i nevojiten NASA-s. Por për raste të veçanta kur distancat bëhen shumë të gjata edhe për antena të shumta 34 metra, kontrolli DSN përdor monstra 70 metra.
"Ato luajnë një rol të rëndësishëm në disa aplikacione," thotë Abraham për antenat e mëdha. E para është kur anija kozmike është aq larg nga Toka sa do të jetë e pamundur të vendoset komunikimi me të duke përdorur një pjatë më të vogël. Shembuj të mirë do të ishin misioni New Horizons, i cili tashmë ka fluturuar shumë më larg se Plutoni, ose anija kozmike Voyager, e cila ndodhet jashtë sistemit diellor. Vetëm antenat 70 metra mund të depërtojnë në to dhe të dërgojnë të dhënat e tyre në Tokë,” shpjegon Abraham.
Enët 70 metra përdoren gjithashtu kur anija kozmike nuk mund të përdorë antenën përforcuese, qoftë për shkak të një situate kritike të planifikuar si hyrja në orbital, ose për shkak se diçka shkon tmerrësisht keq. Antena 70 metra, për shembull, u përdor për të kthyer në mënyrë të sigurt Apollo 13 në Tokë. Ajo miratoi gjithashtu linjën e famshme të Neil Armstrong, "Një hap i vogël për një burrë, një hap gjigant për njerëzimin". Dhe edhe sot, DSN mbetet sistemi më i avancuar dhe më i ndjeshëm i komunikimit në botë. "Por për shumë arsye ajo tashmë ka arritur kufirin e saj," paralajmëron Abrahami. – Praktikisht nuk ka ku të përmirësohet teknologjia që funksionon në frekuencat e radios. Zgjidhjet e thjeshta po mbarojnë."
Tre stacione tokësore 120 gradë larg njëri-tjetrit
Pllaka DSN në Canberra
Kompleksi DSN në Madrid
DSN në Goldstone
Dhoma e kontrollit në Laboratorin e Propulsionit Jet
Radio dhe çfarë do të ndodhë më pas
Kjo histori nuk është e re. Historia e komunikimeve në hapësirën e thellë konsiston në një luftë të vazhdueshme për të rritur frekuencat dhe për të shkurtuar gjatësitë e valëve. Explorer 1 përdorte frekuenca 108 MHz. NASA më pas prezantoi antena më të mëdha, me fitim më të mirë që mbështesin frekuencat në brezin L, 1 deri në 2 GHz. Më pas ishte radha e brezit S, me frekuenca nga 2 në 4 GHz dhe më pas agjencia kaloi në brezin X, me frekuenca 7-11,2 GHz.
Sot, sistemet e komunikimit hapësinor po pësojnë përsëri ndryshime - ato tani po kalojnë në intervalin 26-40 GHz, Ka-band. “Arsyeja për këtë prirje është se sa më të shkurtra të jenë gjatësitë e valëve dhe sa më të larta të jenë frekuencat, aq më shpejt mund të arrihen shpejtësitë e transferimit të të dhënave”, thotë Abraham.
Ka arsye për optimizëm, duke qenë se historikisht ritmi i komunikimeve në NASA ka qenë mjaft i shpejtë. Një punim kërkimor i vitit 2014 nga Laboratori Jet Propulsion ofron të dhënat e mëposhtme të xhiros për krahasim: Nëse do të përdornim teknologjitë e komunikimit të Explorer 1 për të transmetuar një foto tipike iPhone nga Jupiteri në Tokë, do të merrte 460 herë më shumë se mosha aktuale e Universit. Për Pioneers 2 dhe 4 nga vitet 1960, do të duheshin 633 vjet. Mariner 000 nga viti 9 do ta kishte bërë atë në 1971 orë. Sot do të duhen MRS tre minuta.
Problemi i vetëm, sigurisht, është se sasia e të dhënave të marra nga anija kozmike po rritet po aq shpejt sa, nëse jo më shpejt se rritja e aftësive të saj të transmetimit. Gjatë 40 viteve të funksionimit, Voyagers 1 dhe 2 prodhuan 5 TB informacion. Sateliti NISAR Earth Science, i planifikuar të lëshohet në vitin 2020, do të prodhojë 85 TB të dhëna në muaj. Dhe nëse satelitët e Tokës janë mjaft të aftë për këtë, transferimi i një vëllimi të tillë të të dhënave midis planetëve është një histori krejtësisht e ndryshme. Edhe një MRS relativisht i shpejtë do të transmetojë 85 TB të dhëna në Tokë për 20 vjet.
“Shpejtësia e pritshme e të dhënave për eksplorimin e Marsit në fund të viteve 2020 dhe në fillim të viteve 2030 do të jetë 150 Mbps ose më e lartë, kështu që le të bëjmë llogaritë,” thotë Abraham. – Nëse një anije kozmike e klasit MRS në distancën maksimale nga ne në Mars mund të dërgojë afërsisht 1 Mbit/s në një antenë 70 metra në Tokë, atëherë për të organizuar komunikim me një shpejtësi prej 150 Mbit/s një grup prej 150 70 metrash. do të kërkohen antena. Po, sigurisht, mund të gjejmë mënyra të zgjuara për ta ulur pak këtë sasi absurde, por problemi padyshim ekziston: organizimi i komunikimeve ndërplanetare me një shpejtësi prej 150 Mbps është jashtëzakonisht i vështirë. Për më tepër, po na mbarojnë frekuencat e lejuara.”
Siç tregon Abrahami, duke vepruar në brezin S ose në brezin X, një mision i vetëm 25 Mbps do të zërë të gjithë spektrin e disponueshëm. Ka më shumë hapësirë në brezin Ka, por vetëm dy satelitë Mars me një kapacitet prej 150 Mbit/s do të zënë të gjithë spektrin. E thënë thjesht, interneti ndërplanetar do të kërkojë më shumë se vetëm radio për të funksionuar – ai do të mbështetet në lazer.
Shfaqja e komunikimeve optike
Laserët duken futuristikë, por ideja e komunikimeve optike mund të gjurmohet në një patentë të paraqitur nga Alexander Graham Bell në vitet 1880. Bell zhvilloi një sistem në të cilin drita e diellit, e përqendruar në një rreze shumë të ngushtë, drejtohej në një diafragmë reflektuese që vibrohej nga tingujt. Dridhjet shkaktuan ndryshime në dritën që kalonte përmes thjerrëzave në fotodetektorin e papërpunuar. Ndryshimet në rezistencën e fotodetektorit ndryshuan rrymën që kalon nëpër telefon.
Sistemi ishte i paqëndrueshëm, volumi ishte shumë i ulët dhe Bell përfundimisht e braktisi idenë. Por gati 100 vjet më vonë, të armatosur me lazer dhe fibra optike, inxhinierët e NASA-s i janë rikthyer këtij koncepti të vjetër.
"Ne i dinim kufizimet e sistemeve të frekuencave radio, kështu që në JPL në fund të viteve 1970, në fillim të viteve 1980, filluam të diskutonim mundësinë e transmetimit të mesazheve nga hapësira e thellë duke përdorur lazer hapësinorë," tha Abraham. Për të kuptuar më mirë se çfarë është dhe çfarë nuk është e mundur në komunikimet optike në hapësirën e thellë, laboratori nisi një studim katërvjeçar të Sistemit Satelitor të Rele të Hapësirës së Thellë (DSRSS) në fund të viteve 1980. Studimi duhej t'u përgjigjej pyetjeve kritike: po në lidhje me problemet e motit dhe dukshmërisë (në fund të fundit, valët e radios mund të kalojnë lehtësisht nëpër retë, ndërsa lazerët jo)? Po sikur këndi i sondës Diell-Tokë të bëhet shumë i mprehtë? A mundet një detektor në Tokë të dallojë një sinjal të dobët optik nga rrezet e diellit? Dhe së fundi, sa do të kushtojë e gjithë kjo dhe a ia vlen? "Ne jemi ende duke kërkuar përgjigje për këto pyetje," pranon Abrahami. "Megjithatë, përgjigjet mbështesin gjithnjë e më shumë mundësinë e transmetimit optik të të dhënave."
DSRSS sugjeroi që një pikë e vendosur mbi atmosferën e Tokës do të ishte më e përshtatshme për komunikimet optike dhe radio. U deklarua se sistemi i komunikimit optik i instaluar në stacionin orbital do të performonte më mirë se çdo arkitekturë e bazuar në tokë, duke përfshirë antenat ikonike 70 metra. Në orbitën e ulët të Tokës, ishte planifikuar të vendosej një pjatë 10 metra, dhe më pas ta ngrihej në gjeosinkron. Megjithatë, kostoja e një sistemi të tillë – i përbërë nga një satelit me një pjatë, një mjet lëshimi dhe pesë terminale përdoruesish – ishte frenues. Për më tepër, studimi nuk përfshinte as koston e sistemit të nevojshëm ndihmës që do të vinte në funksion në rast të një dështimi satelitor.
Për këtë sistem, Laboratori filloi të shikonte arkitekturën e tokës të përshkruar në raportin e Studimit të Teknologjisë së Avancuar të Bazuar në Tokë të Laboratorit (GBATS), i kryer në të njëjtën kohë me DRSS. Njerëzit që punojnë në GBATS dolën me dy propozime alternative. E para është instalimi i gjashtë stacioneve me antena 10 metra dhe me antena rezervë me gjatësi 60 gradë përgjatë gjithë ekuatorit. Stacionet duhej të ndërtoheshin në majat malore, ku moti ishte i kthjellët të paktën 66% të ditëve të vitit. Kështu, 2-3 stacione do të jenë gjithmonë të dukshme për çdo anije kozmike dhe ato do të kenë mot të ndryshëm. Opsioni i dytë është nëntë stacione, të grumbulluara në grupe prej tre vetash dhe të vendosura 120 gradë nga njëri-tjetri. Stacionet brenda secilit grup duhet të ishin vendosur 200 km nga njëri-tjetri në mënyrë që të ishin në dukshmëri të drejtpërdrejtë, por në qeliza të ndryshme të motit.
Të dyja arkitekturat GBATS ishin më të lira se qasja hapësinore, por ato gjithashtu kishin probleme. Së pari, meqenëse sinjalet duhej të kalonin nëpër atmosferën e Tokës, pritja e ditës do të ishte shumë më e keqe se ajo e natës për shkak të qiellit të ndriçuar. Pavarësisht nga rregullimi i zgjuar, stacionet optike tokësore do të varen nga moti. Një anije kozmike që drejton një lazer në një stacion tokësor përfundimisht do të duhet të përshtatet me kushtet e këqija të motit dhe të rivendosë komunikimin me një stacion tjetër që nuk errësohet nga retë.
Megjithatë, pavarësisht nga problemet, projektet DSRSS dhe GBATS hodhën bazat teorike për sistemet optike për komunikimet në hapësirë të thellë dhe zhvillimet moderne të inxhinierëve në NASA. E vetmja gjë që mbetej ishte ndërtimi i një sistemi të tillë dhe demonstrimi i performancës së tij. Për fat të mirë, kjo ishte vetëm disa muaj larg.
Zbatimi i projektit
Në atë kohë, transmetimi optik i të dhënave në hapësirë tashmë kishte ndodhur. Eksperimenti i parë u krye në vitin 1992, kur sonda Galileo po shkonte drejt Jupiterit dhe ktheu kamerën e saj me rezolucion të lartë drejt Tokës për të marrë me sukses një grup pulsesh lazer të dërguara nga teleskopi 60 cm në Observatorin Table Mountain dhe nga 1,5 m. Gama e teleskopit optik të USAF Starfire në New Mexico. Në këtë moment, Galileo ishte 1,4 milion km larg Tokës, por të dy rrezet lazer goditën kamerën e tij.
Agjencitë Hapësinore Japoneze dhe Evropiane kanë qenë gjithashtu në gjendje të krijojnë komunikime optike midis stacioneve tokësore dhe satelitëve në orbitën e Tokës. Më pas ata ishin në gjendje të krijonin një lidhje 50 Mbps midis dy satelitëve. Disa vite më parë, një ekip gjerman vendosi një lidhje koherente optike dydrejtimëshe 5,6 Gbps midis satelitit NFIRE në orbitën e Tokës dhe një stacioni tokësor në Tenerife, Spanjë. Por të gjitha këto raste u shoqëruan me orbitën e ulët të Tokës.
Lidhja e parë optike që lidh një stacion tokësor dhe një anije kozmike në orbitë pranë një planeti tjetër në sistemin diellor u krijua në janar 2013. Imazhi bardh e zi 152 x 200 piksel i Mona Lizës u transmetua nga Stacioni i Rangimit të Laserit Satelitor të Gjeneratës së ardhshme në Qendrën e Fluturimit Hapësinor Goddard të NASA-s në Orbiterin e Zbulimit Hënor (LRO) me 300 bps. Komunikimi ishte i njëanshëm. LRO dërgoi imazhin që mori nga Toka përmes komunikimeve të rregullta radio. Imazhi kishte nevojë për një korrigjim të vogël të gabimit të softuerit, por edhe pa këtë kodim ishte e lehtë për t'u njohur. Dhe në atë kohë, nisja e një sistemi më të fuqishëm në Hënë ishte planifikuar tashmë.
Nga projekti Lunar Reconnaissance Orbiter 2013: Për të pastruar informacionin nga gabimet e transmetimit të paraqitura nga atmosfera e Tokës (majtas), shkencëtarët në Qendrën e Fluturimit Hapësinor Goddard përdorën korrigjimin e gabimit Reed-Solomon (djathtas), i cili përdoret gjerësisht në CD dhe DVD. Gabimet e zakonshme përfshijnë mungesën e pikselëve (të bardhë) dhe sinjalet e rreme (të zeza). Një shirit i bardhë tregon një pauzë të shkurtër në transmetim.
«(LADEE) hyri në orbitën hënore më 6 tetor 2013 dhe vetëm një javë më vonë lëshoi lazerin e tij pulsues për të transmetuar të dhëna. Këtë herë, NASA u përpoq të organizonte komunikim të dyanshëm me një shpejtësi prej 20 Mbit/s në drejtimin tjetër dhe një shpejtësi rekord prej 622 Mbit/s në drejtimin tjetër. Problemi i vetëm ishte jetëgjatësia e shkurtër e misionit. Komunikimet optike të LRO-së funksionuan vetëm për disa minuta në të njëjtën kohë. LADEE shkëmbeu të dhëna me lazerin e tij për 16 orë në 30 ditë. Kjo situatë është vendosur të ndryshojë me lëshimin e satelitit Laser Communications Demonstration (LCRD), i planifikuar për në qershor 2019. Misioni i tij është të tregojë se si do të funksionojnë sistemet e ardhshme të komunikimit në hapësirë.
LCRD po zhvillohet në Laboratorin Jet Propulsion të NASA-s në bashkëpunim me Laboratorin Lincoln të MIT. Ai do të ketë dy terminale optike: një për komunikime në orbitën e ulët të Tokës, tjetri për hapësirën e thellë. E para do të duhet të përdorë tastësimin e ndërrimit të fazës diferenciale (DPSK). Transmetuesi do të dërgojë impulse lazer në një frekuencë prej 2,88 GHz. Duke përdorur këtë teknologji, çdo bit do të kodohet nga diferenca fazore e pulseve të njëpasnjëshme. Ai do të jetë në gjendje të funksionojë me një shpejtësi prej 2,88 Gbps, por kjo do të kërkojë shumë fuqi. Detektorët mund të zbulojnë vetëm dallimet e pulsit në sinjalet me energji të lartë, kështu që DPSK funksionon mirë për komunikimet afër Tokës, por nuk është metoda më e mirë për hapësirën e thellë, ku ruajtja e energjisë është problematike. Një sinjal i dërguar nga Marsi do të humbasë energjinë kur të arrijë në Tokë, kështu që LCRD do të përdorë një teknologji më efikase të quajtur modulimi i fazës së pulsit për të demonstruar komunikimet optike me hapësirën e thellë.
Inxhinierët e NASA-s përgatisin LADEE për testim
Në vitin 2017, inxhinierët testuan modemet e fluturimit në një dhomë me vakum termik
"Në thelb është duke numëruar fotonet," shpjegon Abraham. – Periudha e shkurtër e caktuar për komunikim ndahet në disa periudha kohore. Për të marrë të dhëna, thjesht duhet të kontrolloni nëse fotonet janë përplasur me detektorin në çdo interval. Kështu kodohen të dhënat në FIM.” Është si kodi Morse, por me shpejtësi super të shpejtë. Ose ka një blic në një moment të caktuar ose nuk ka, dhe mesazhi është i koduar nga një sekuencë ndezjesh. “Edhe pse kjo është shumë më e ngadaltë se DPSK, ne ende mund të ofrojmë dhjetëra ose qindra Mbps komunikime optike nga aq larg sa Marsi,” shton Abraham.
Sigurisht që projekti i LCRD nuk janë vetëm këto dy terminale. Ai gjithashtu duhet të funksionojë si një qendër interneti në hapësirë. Në terren, tre stacione do të funksionojnë me LCRD: një në White Sands në New Mexico, një në Table Mountain në Kaliforni dhe një në Hawaii Island ose Maui. Ideja është të testohet kalimi nga një stacion tokësor në tjetrin nëse moti i keq ndodh në një nga stacionet. Misioni gjithashtu do të testojë performancën e LCRD-së si transmetues i të dhënave. Një sinjal optik nga një prej stacioneve do të dërgohet në një satelit dhe më pas do të transmetohet në një stacion tjetër - të gjitha nëpërmjet një lidhjeje optike.
Nëse të dhënat nuk mund të transferohen menjëherë, LCRD do t'i ruajë dhe do t'i transferojë kur të shfaqet mundësia. Nëse të dhënat janë urgjente ose nuk ka hapësirë të mjaftueshme në hapësirën ruajtëse në bord, LCRD do t'i dërgojë ato menjëherë përmes antenës së saj Ka-band. Pra, një pararendës i satelitëve të ardhshëm transmetues, LCRD do të jetë një sistem hibrid radio-optik. Ky është pikërisht lloji i njësisë që NASA duhet të vendosë në orbitë rreth Marsit për të krijuar një rrjet ndërplanetar që do të mbështesë eksplorimin e hapësirës së thellë njerëzore në vitet 2030.
Sjellja e Marsit në internet
Gjatë vitit të kaluar, ekipi i Abrahamit ka shkruar dy letra që përshkruajnë të ardhmen e komunikimeve në hapësirën e thellë, të cilat do të prezantohen në konferencën SpaceOps në Francë në maj 2019. Njëra përshkruan komunikimet e thella në hapësirë në përgjithësi, tjetra (“") ofron një përshkrim të detajuar të infrastrukturës së aftë për të ofruar një shërbim të ngjashëm me internetin për astronautët në Planetin e Kuq.
Vlerësimet e shpejtësisë mesatare maksimale të transferimit të të dhënave ishin rreth 215 Mbit/s për shkarkim dhe 28 Mbit/s për ngarkim. Interneti Mars do të përbëhet nga tre rrjete: WiFi që mbulon zonën e eksplorimit sipërfaqësor, një rrjet planetar që transmeton të dhëna nga sipërfaqja në Tokë dhe Rrjeti i Tokës, një rrjet komunikimi në hapësirën e thellë me tre vende përgjegjëse për marrjen e këtyre të dhënave dhe dërgimin e përgjigjeve në Mars.
“Kur zhvillohet një infrastrukturë e tillë, ka shumë probleme. Duhet të jetë i besueshëm dhe i qëndrueshëm, edhe në distancën maksimale nga Marsi prej 2,67 AU. gjatë periudhave të lidhjes superiore diellore, kur Marsi fshihet pas Diellit”, thotë Abraham. Një lidhje e tillë ndodh çdo dy vjet dhe prish plotësisht komunikimin me Marsin. “Sot ne nuk mund ta përballojmë këtë. Të gjitha stacionet e uljes dhe orbitës që janë në Mars thjesht humbasin kontaktin me Tokën për rreth dy javë. Me komunikimet optike, humbjet e komunikimit për shkak të lidhjes diellore do të jenë edhe më të gjata, 10 deri në 15 javë. Për robotët, boshllëqe të tilla nuk janë veçanërisht të frikshme. Një izolim i tillë nuk u shkakton atyre probleme, sepse ata nuk mërziten, nuk përjetojnë vetminë dhe nuk kanë nevojë të shohin të dashurit e tyre. Por për njerëzit është krejtësisht ndryshe.
"Prandaj ne teorikisht lejojmë vënien në punë të dy transmetuesve orbitalë të vendosur në një orbitë ekuatoriale rrethore 17300 km mbi sipërfaqen e Marsit," vazhdon Abraham. Sipas studimit, ato duhet të peshojnë 1500 kg secila dhe të kenë në bord një sërë terminalesh që funksionojnë në brezin X, Ka-band dhe diapazonin optik dhe të fuqizohen nga panele diellore me fuqi 20-30 kW. Ata duhet të mbështesin Protokollin e Rrjetit Tolerant të Vonesave - në thelb TCP/IP, i krijuar për të trajtuar vonesat e gjata që do të ndodhin në mënyrë të pashmangshme në rrjetet ndërplanetare. Stacionet orbitale që marrin pjesë në rrjet duhet të jenë në gjendje të komunikojnë me astronautët dhe automjetet në sipërfaqen e planetit, me stacionet tokësore dhe me njëri-tjetrin.
"Ky ndërlidhje është shumë e rëndësishme sepse zvogëlon numrin e antenave të nevojshme për transmetimin e të dhënave në 250 Mbps," thotë Abraham. Ekipi i tij vlerëson se një grup prej gjashtë antenash 250 metra do të nevojiteshin për të marrë të dhëna 34 Mbps nga një prej transmetuesve orbitalë. Kjo do të thotë se NASA-s do t'i duhet të ndërtojë tre antena shtesë në vendet e komunikimit në hapësirë të thellë, por ato kërkojnë vite për t'u ndërtuar dhe janë jashtëzakonisht të shtrenjta. "Por ne mendojmë se dy stacione orbitale mund të ndajnë të dhënat dhe t'i dërgojnë ato njëkohësisht me 125 Mbps, me një transmetues që dërgon gjysmën e paketës së të dhënave dhe tjetri dërgon tjetrën," thotë Abraham. Edhe sot, antenat e komunikimit në hapësirë 34 metra të thellë mund të marrin njëkohësisht të dhëna nga katër anije të ndryshme kozmike në të njëjtën kohë, duke rezultuar në nevojën për tre antena për të përfunduar detyrën. "Marrja e dy transmetimeve 125 Mbps nga e njëjta zonë e qiellit kërkon të njëjtin numër antenash si marrja e një transmetimi," shpjegon Abraham. "Më shumë antena kërkohen vetëm nëse keni nevojë të komunikoni me shpejtësi më të larta."
Për t'u marrë me problemin e lidhjes diellore, ekipi i Abrahamit propozoi lëshimin e një sateliti transmetues në pikat L4/L5 të orbitës Diell-Mars/Diell-Tokë. Më pas, gjatë periudhave të lidhjes, mund të përdoret për të transmetuar të dhëna rreth Diellit, në vend që të dërgojë sinjale përmes tij. Fatkeqësisht, gjatë kësaj periudhe shpejtësia do të bjerë në 100 Kbps. E thënë thjesht, do të funksionojë, por është e keqe.
Ndërkohë, astronautët e ardhshëm në Mars do të duhet të presin pak më shumë se tre minuta për të marrë një foto të koteles, pa llogaritur vonesat që mund të jenë deri në 40 minuta. Për fat të mirë, përpara se ambiciet e njerëzimit të na çojnë edhe më larg se Planeti i Kuq, interneti ndërplanetar tashmë do të funksionojë mirë shumicën e kohës.
Burimi: www.habr.com