"Walang halos puwang para sa pagpapabuti sa teknolohiya ng dalas ng radyo. Natapos ang mga simpleng solusyon"
Noong Nobyembre 26, 2018 sa 22:53 oras ng Moscow, ginawa ito muli ng NASA - matagumpay na nakarating ang InSight probe sa ibabaw ng Mars pagkatapos pumasok sa atmospera, paglapag at pag-landing na mga maniobra, na kalaunan ay nabautismuhan bilang "anim at kalahating minuto ng katakutan. .β Isang angkop na paglalarawan, dahil hindi agad malalaman ng mga inhinyero ng NASA kung matagumpay na nakarating ang space probe sa ibabaw ng planeta dahil sa pagkaantala ng mga komunikasyon na humigit-kumulang 8,1 minuto sa pagitan ng Earth at Mars. Sa panahon ng window na ito, hindi makaasa ang InSight sa mas moderno at makapangyarihang mga antenna nito - lahat ay nakadepende sa mga makalumang komunikasyon sa UHF (isang paraan na matagal nang ginagamit sa lahat mula sa broadcast television at walkie-talkie hanggang sa mga Bluetooh device).
Bilang resulta, ang kritikal na data sa katayuan ng InSight ay ipinadala sa mga radio wave na may dalas na 401,586 MHz sa dalawang satellite -, WALL-E at EVE, na pagkatapos ay nag-transmit ng data sa 8 Kbps hanggang 70-meter antenna na matatagpuan sa Earth. Ang mga cubesats ay inilunsad sa parehong rocket bilang InSight, at sinamahan nila ito sa paglalakbay nito sa Mars upang obserbahan ang landing at agad na magpadala ng data pabalik sa bahay. Iba pang mga orbiter sa Mars, hal. (MRS), ay nasa awkward na posisyon at hindi muna makapagpalitan ng mensahe sa lander nang real time. Hindi para sabihing nakadepende ang buong landing sa dalawang pang-eksperimentong CubeSats bawat isa sa laki ng maleta, ngunit makakapagpadala lang ang MRS ng data mula sa InSight pagkatapos ng mas mahabang paghihintay.
Ang InSight landing ay talagang sinubukan ang buong arkitektura ng komunikasyon ng NASA, ang Mars Network. Ang signal ng InSight lander na ipinadala sa mga nag-oorbit na satellite ay makakarating pa rin sa Earth, kahit na nabigo ang mga satellite. Kinailangan ng WALL-E at EVE na magpadala ng impormasyon kaagad, at ginawa nila ito. Kung ang mga CubeSats na ito ay hindi gumana sa ilang kadahilanan, handa si MRS na gampanan ang kanilang tungkulin. Ang bawat isa ay nagpapatakbo bilang isang node sa isang network na tulad ng Internet, na nagruruta ng mga packet ng data sa iba't ibang mga terminal na binubuo ng iba't ibang kagamitan. Ngayon, ang pinaka-epektibo sa kanila ay ang MRS, na may kakayahang magpadala ng data sa bilis na hanggang 6 Mbit/s (at ito ang kasalukuyang rekord para sa mga interplanetary mission). Ngunit kinailangan ng NASA na gumana sa mas mabagal na bilis sa nakaraan-at mangangailangan ng mas mabilis na paglipat ng data sa hinaharap.
Tulad ng iyong Internet Service Provider, pinapayagan ng NASA ang mga user ng Internet komunikasyon sa mga spaceship sa real time.
Malalim na network ng komunikasyon sa espasyo
Habang dumarami ang presensya ng NASA sa kalawakan, patuloy na umusbong ang mga pinahusay na sistema ng komunikasyon upang masakop ang mas maraming espasyo: una sa mababang orbit ng Earth, pagkatapos ay sa geosynchronous orbit at sa Buwan, at sa lalong madaling panahon ang mga komunikasyon ay lumalim sa kalawakan. Nagsimula ang lahat sa isang magaspang na portable radio receiver na ginamit upang makatanggap ng telemetry mula sa Explorer 1, ang unang satellite na matagumpay na inilunsad ng mga Amerikano noong 1958, sa mga base militar ng US sa Nigeria, Singapore at California. Mabagal ngunit tiyak, ang batayan na ito ay umunlad sa mga advanced na sistema ng pagmemensahe ngayon.
Si Douglas Abraham, pinuno ng Strategic and Systems Foresight Division sa Interplanetary Network Directorate ng NASA, ay nagha-highlight ng tatlong independiyenteng binuo na mga network para sa pagpapadala ng mga mensahe sa kalawakan. Gumagana ang Near Earth Network gamit ang spacecraft sa mababang orbit ng Earth. "Ito ay isang koleksyon ng mga antenna, karamihan ay 9 hanggang 12 metro. Mayroong ilang mas malaki, 15 hanggang 18 metro," sabi ni Abraham. Pagkatapos, sa itaas ng geosynchronous orbit ng Earth, mayroong ilang mga tracking at data relay satellite (TDRS). "Maaari silang tumingin sa mga satellite sa mababang orbit ng Earth at makipag-usap sa kanila, at pagkatapos ay ipadala ang impormasyong ito sa pamamagitan ng TDRS sa lupa," paliwanag ni Abraham. "Ang satellite data transmission system na ito ay tinatawag na NASA Space Network."
Ngunit kahit na ang TDRS ay hindi sapat upang makipag-usap sa spacecraft, na lumampas sa orbit ng Buwan, sa ibang mga planeta. "Kaya kailangan naming lumikha ng isang network na sumasaklaw sa buong solar system. At ito ang Deep Space Network [DSN], sabi ni Abraham. Ang Mars network ay isang extension .
Dahil sa haba at layout nito, ang DSN ang pinakakumplikado sa mga nakalistang system. Mahalaga, ito ay isang set ng malalaking antenna, mula 34 hanggang 70 m ang lapad. Ang bawat isa sa tatlong DSN site ay nagpapatakbo ng ilang 34-meter antenna at isang 70-meter antenna. Ang isang site ay matatagpuan sa Goldstone (California), isa pa malapit sa Madrid (Spain), at ang pangatlo sa Canberra (Australia). Ang mga site na ito ay matatagpuan humigit-kumulang 120 degrees ang pagitan sa buong mundo, at nagbibigay ng XNUMX na oras na saklaw sa lahat ng spacecraft sa labas ng geosynchronous orbit.
Ang 34-meter antenna ay ang pangunahing kagamitan ng DSN, at mayroong dalawang uri: lumang high efficiency antenna at medyo bagong waveguide antenna. Ang kaibahan ay ang isang guide wave antenna ay may limang precision RF mirror na nagpapakita ng mga signal pababa sa isang pipe patungo sa underground control room, kung saan ang mga electronics na nagsusuri sa mga signal na iyon ay mas pinoprotektahan mula sa lahat ng pinagmumulan ng interference. Ang 34-meter antenna, na gumagana nang paisa-isa o sa mga grupo ng 2-3 dish, ay maaaring magbigay ng karamihan sa mga komunikasyon na kailangan ng NASA. Ngunit para sa mga espesyal na kaso kapag ang mga distansya ay nagiging masyadong mahaba para sa kahit na maramihang 34-meter antenna, ang DSN control ay gumagamit ng 70-meter monsters.
"Mahalaga ang papel nila sa ilang aplikasyon," sabi ni Abraham tungkol sa malalaking antenna. Ang una ay kapag ang spacecraft ay napakalayo mula sa Earth na imposibleng magtatag ng komunikasyon dito gamit ang isang mas maliit na ulam. "Ang mga magagandang halimbawa ay ang New Horizons mission, na lumipad nang higit pa kaysa sa Pluto, o ang Voyager spacecraft, na matatagpuan sa labas ng solar system. Tanging ang 70-meter antenna ay maaaring tumagos sa kanila at maghatid ng kanilang data sa Earth," paliwanag ni Abraham.
Ginagamit din ang 70-meter dish kapag hindi mapatakbo ng spacecraft ang boosting antenna, dahil sa isang nakaplanong kritikal na sitwasyon tulad ng pagpasok sa orbit, o dahil may nangyaring kakila-kilabot na mali. Ang 70-meter antenna, halimbawa, ay ginamit upang ligtas na ibalik ang Apollo 13 sa Earth. Pinagtibay din niya ang sikat na linya ni Neil Armstrong, "Isang maliit na hakbang para sa isang tao, isang higanteng hakbang para sa sangkatauhan." At kahit ngayon, ang DSN ay nananatiling pinaka advanced at sensitibong sistema ng komunikasyon sa mundo. βNgunit sa maraming kadahilanan ay naabot na nito ang limitasyon nito,β ang babala ni Abraham. β Halos wala nang mapagbuti ang teknolohiyang gumagana sa mga frequency ng radyo. Nauubos na ang mga simpleng solusyon."
Tatlong ground station na 120 degrees ang pagitan
DSN Plates sa Canberra
DSN complex sa Madrid
DSN sa Goldstone
Control room sa Jet Propulsion Laboratory
Radio at kung ano ang mangyayari pagkatapos nito
Hindi na bago ang kwentong ito. Ang kasaysayan ng malalim na mga komunikasyon sa espasyo ay binubuo ng patuloy na pakikibaka upang taasan ang mga frequency at paikliin ang mga wavelength. Gumamit ang Explorer 1 ng 108 MHz frequency. Ipinakilala ng NASA ang mas malalaking, mas mahusay na makakuha ng mga antenna na sumusuporta sa mga frequency sa L-band, 1 hanggang 2 GHz. Pagkatapos ay ang turn ng S-band, na may mga frequency mula 2 hanggang 4 GHz, at pagkatapos ay lumipat ang ahensya sa X-band, na may mga frequency na 7-11,2 GHz.
Ngayon, ang mga sistema ng komunikasyon sa kalawakan ay muling sumasailalim sa mga pagbabago - lumilipat na sila ngayon sa hanay na 26-40 GHz, Ka-band. "Ang dahilan para sa trend na ito ay ang mas maikli ang mga wavelength at mas mataas ang mga frequency, ang mas mabilis na mga rate ng paglipat ng data ay maaaring makamit," sabi ni Abraham.
May mga dahilan para sa optimismo, dahil sa kasaysayan ang bilis ng mga komunikasyon sa NASA ay medyo mabilis. Ang isang 2014 research paper mula sa Jet Propulsion Laboratory ay nagbibigay ng sumusunod na throughput data para sa paghahambing: Kung ginamit namin ang mga teknolohiya ng komunikasyon ng Explorer 1 upang magpadala ng tipikal na larawan ng iPhone mula sa Jupiter patungo sa Earth, aabutin ito ng 460 beses na mas mahaba kaysa sa kasalukuyang edad Universe. Para sa Pioneers 2 at 4 mula noong 1960s, aabutin ito ng 633 taon. Magagawa ito ng Mariner 000 mula 9 sa loob ng 1971 oras. Ngayon ay aabutin ng tatlong minuto si MRS.
Ang tanging problema, siyempre, ay ang dami ng data na natanggap ng spacecraft ay lumalaki nang kasing bilis, kung hindi man mas mabilis kaysa, ang paglago ng mga kakayahan sa paghahatid nito. Sa loob ng 40 taon ng operasyon, ang Voyagers 1 at 2 ay gumawa ng 5 TB ng impormasyon. Ang satellite ng NISAR Earth Science, na naka-iskedyul para sa paglulunsad sa 2020, ay gagawa ng 85 TB ng data bawat buwan. At kung ang mga satellite ng Earth ay lubos na may kakayahang ito, ang paglilipat ng ganoong dami ng data sa pagitan ng mga planeta ay isang ganap na naiibang kuwento. Kahit na ang medyo mabilis na MRS ay magpapadala ng 85 TB ng data sa Earth sa loob ng 20 taon.
"Ang inaasahang mga rate ng data para sa paggalugad sa Mars sa huling bahagi ng 2020 at unang bahagi ng 2030 ay magiging 150 Mbps o mas mataas, kaya gawin natin ang matematika," sabi ni Abraham. β Kung ang isang MRS-class na spacecraft sa maximum na distansya mula sa amin papuntang Mars ay maaaring magpadala ng humigit-kumulang 1 Mbit/s sa isang 70-meter antenna sa Earth, pagkatapos ay ayusin ang komunikasyon sa bilis na 150 Mbit/s isang array ng 150 70-meter kakailanganin ang mga antenna. Oo, siyempre, maaari tayong makabuo ng mga matalinong paraan upang mabawasan nang kaunti ang walang katotohanan na halagang ito, ngunit ang problema ay malinaw na umiiral: ang pag-aayos ng mga interplanetary na komunikasyon sa bilis na 150 Mbps ay napakahirap. Bilang karagdagan, nauubusan kami ng mga pinapahintulutang frequency."
Tulad ng ipinakita ni Abraham, na tumatakbo sa S-band o X-band, isang solong 25 Mbps na misyon ang sasakupin ang buong magagamit na spectrum. Mayroong mas maraming espasyo sa Ka-band, ngunit dalawang Mars satellite lamang na may throughput na 150 Mbit/s ang sasakupin ang buong spectrum. Sa madaling salita, ang interplanetary internet ay mangangailangan ng higit pa sa mga radyo para gumanaβaasa ito sa mga laser.
Ang paglitaw ng mga optical na komunikasyon
Ang mga laser ay tunog futuristic, ngunit ang ideya ng mga optical na komunikasyon ay maaaring masubaybayan pabalik sa isang patent na inihain ni Alexander Graham Bell noong 1880s. Gumawa si Bell ng isang sistema kung saan ang sikat ng araw, na nakatutok sa isang napakakitid na sinag, ay nakadirekta sa isang reflective diaphragm na na-vibrate ng mga tunog. Ang mga vibrations ay nagdulot ng mga pagkakaiba-iba sa liwanag na dumadaan sa lens patungo sa krudo na photodetector. Binago ng mga pagbabago sa paglaban ng photodetector ang kasalukuyang dumadaan sa telepono.
Ang sistema ay hindi matatag, ang volume ay napakababa, at kalaunan ay tinalikuran ni Bell ang ideya. Ngunit makalipas ang halos 100 taon, armado ng mga laser at fiber optic, ang mga inhinyero ng NASA ay bumalik sa lumang konseptong ito.
"Alam namin ang mga limitasyon ng mga sistema ng dalas ng radyo, kaya sa JPL noong huling bahagi ng 1970s, unang bahagi ng 1980s, sinimulan naming talakayin ang posibilidad ng pagpapadala ng mga mensahe mula sa malalim na espasyo gamit ang mga laser ng espasyo," sabi ni Abraham. Upang mas maunawaan kung ano ang posible at hindi posible sa deep space optical communications, naglunsad ang laboratoryo ng apat na taong Deep Space Relay Satellite System (DSRSS) na pag-aaral noong huling bahagi ng 1980s. Kailangang sagutin ng pag-aaral ang mga kritikal na tanong: paano naman ang mga problema sa panahon at visibility (pagkatapos ng lahat, ang mga radio wave ay madaling dumaan sa mga ulap, habang ang mga laser ay hindi)? Paano kung ang anggulo ng Sun-Earth-probe ay maging masyadong talamak? Maaari bang makilala ng isang detektor sa Earth ang mahinang optical signal mula sa sikat ng araw? At sa wakas, magkano kaya ang lahat ng ito at magiging sulit ba ito? βNaghahanap pa rin kami ng mga sagot sa mga tanong na ito,β pag-amin ni Abraham. "Gayunpaman, ang mga sagot ay lalong sumusuporta sa posibilidad ng optical data transmission."
Iminungkahi ng DSRSS na ang isang puntong matatagpuan sa itaas ng kapaligiran ng Earth ay pinakaangkop para sa optical at radio communications. Nakasaad na ang optical communications system na naka-install sa orbital station ay magiging mas mahusay kaysa sa anumang ground-based na arkitektura, kabilang ang iconic na 70-meter antenna. Sa low-Earth orbit, pinlano itong mag-deploy ng 10-meter dish, at pagkatapos ay itaas ito sa geosynchronous. Gayunpaman, ang halaga ng naturang sistemaβna binubuo ng satellite na may dish, launch vehicle, at limang user terminalβay napakahirap. Bukod dito, ang pag-aaral ay hindi kahit na kasama ang halaga ng kinakailangang auxiliary system na papasok sa operasyon kung sakaling magkaroon ng satellite failure.
Para sa sistemang ito, sinimulan ng Laboratory na tingnan ang arkitektura ng lupa na inilarawan sa ulat ng Laboratory's Ground Based Advanced Technology Study (GBATS), na isinagawa nang kasabay ng DRSS. Ang mga taong nagtatrabaho sa GBATS ay nakabuo ng dalawang alternatibong panukala. Ang una ay ang pag-install ng anim na istasyon na may 10 metrong antenna at metrong haba na ekstrang antenna na matatagpuan 60 digri ang pagitan sa kahabaan ng buong ekwador. Ang mga istasyon ay kailangang itayo sa mga taluktok ng bundok, kung saan ang panahon ay maaliwalas ng hindi bababa sa 66% ng mga araw sa isang taon. Kaya, 2-3 istasyon ay palaging makikita sa anumang spacecraft, at magkakaroon sila ng iba't ibang panahon. Ang pangalawang opsyon ay siyam na istasyon, na naka-cluster sa mga grupo ng tatlo, at matatagpuan 120 degrees mula sa isa't isa. Ang mga istasyon sa loob ng bawat pangkat ay dapat na matatagpuan 200 km mula sa isa't isa upang sila ay nasa direktang visibility, ngunit sa iba't ibang mga selula ng panahon.
Ang parehong mga arkitektura ng GBATS ay mas mura kaysa sa diskarte sa espasyo, ngunit mayroon din silang mga problema. Una, dahil ang mga signal ay kailangang maglakbay sa kapaligiran ng Earth, ang pagtanggap sa araw ay magiging mas masahol pa kaysa sa pagtanggap sa gabi dahil sa maliwanag na kalangitan. Sa kabila ng matalinong pag-aayos, ang mga optical ground station ay nakadepende sa lagay ng panahon. Ang isang spacecraft na nagtuturo ng laser sa isang ground station ay kalaunan ay kailangang umangkop sa mahihirap na kondisyon ng panahon at muling magtatag ng mga komunikasyon sa isa pang istasyon na hindi natatakpan ng mga ulap.
Gayunpaman, anuman ang mga problema, inilatag ng mga proyekto ng DSRSS at GBATS ang teoretikal na pundasyon para sa mga optical system para sa malalim na komunikasyon sa espasyo at ang mga modernong pag-unlad ng mga inhinyero sa NASA. Ang natitira na lang ay bumuo ng ganoong sistema at ipakita ang pagganap nito. Sa kabutihang palad, ito ay ilang buwan na lamang.
Pagpapatupad ng proyekto
Sa oras na iyon, naganap na ang optical data transmission sa kalawakan. Ang unang eksperimento ay isinagawa noong 1992, nang ang Galileo probe ay patungo sa Jupiter at inikot ang high-resolution na camera nito patungo sa Earth upang matagumpay na makatanggap ng isang set ng laser pulse na ipinadala mula sa 60-cm telescope sa Table Mountain Observatory at mula sa 1,5 m. USAF Starfire Optical telescope Range sa New Mexico. Sa sandaling ito, si Galileo ay 1,4 milyong km mula sa Earth, ngunit ang parehong laser beam ay tumama sa camera nito.
Ang Japanese at European Space Agencies ay nakapagtatag din ng optical communications sa pagitan ng mga ground station at satellite sa Earth orbit. Nagawa nilang magtatag ng 50 Mbps na koneksyon sa pagitan ng dalawang satellite. Ilang taon na ang nakalipas, isang German team ang nagtatag ng 5,6 Gbps coherent optical bidirectional link sa pagitan ng NFIRE satellite sa Earth orbit at isang ground station sa Tenerife, Spain. Ngunit ang lahat ng mga kasong ito ay nauugnay sa low-Earth orbit.
Ang pinakaunang optical link na nagkokonekta sa isang ground station at isang spacecraft sa orbit malapit sa isa pang planeta sa solar system ay itinatag noong Enero 2013. Ang 152 x 200 pixel na black-and-white na imahe ng Mona Lisa ay ipinadala mula sa Next Generation Satellite Laser Ranging Station sa Goddard Space Flight Center ng NASA sa Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) sa 300 bps. One-way ang komunikasyon. Ipinadala ng LRO ang imaheng natanggap nito mula sa Earth pabalik sa pamamagitan ng mga regular na komunikasyon sa radyo. Ang imahe ay nangangailangan ng kaunting pagwawasto ng error sa software, ngunit kahit na walang coding na ito ay madaling makilala. At sa oras na iyon, ang paglulunsad ng isang mas malakas na sistema sa Buwan ay pinlano na.
Mula sa 2013 Lunar Reconnaissance Orbiter project: Upang i-clear ang impormasyon mula sa mga error sa transmission na ipinakilala ng kapaligiran ng Earth (kaliwa), ginamit ng mga siyentipiko sa Goddard Space Flight Center ang Reed-Solomon error correction (kanan), na malawakang ginagamit sa mga CD at DVD. Kasama sa mga karaniwang error ang mga nawawalang pixel (puti) at mga maling signal (itim). Ang isang puting guhit ay nagpapahiwatig ng isang maikling pag-pause sa paghahatid.
Β«(LADEE) ay pumasok sa lunar orbit noong Oktubre 6, 2013, at pagkaraan lamang ng isang linggo ay inilunsad ang pulsed laser nito upang magpadala ng data. Sa pagkakataong ito, sinubukan ng NASA na ayusin ang two-way na komunikasyon sa bilis na 20 Mbit/s sa kabilang direksyon at record na bilis na 622 Mbit/s sa kabilang direksyon. Ang tanging problema ay ang maikling buhay ng misyon. Ang mga optical na komunikasyon ng LRO ay gumagana lamang ng ilang minuto sa isang pagkakataon. Nagpalitan ng data si LADEE gamit ang kanyang laser sa loob ng 16 na oras sa loob ng 30 araw. Nakatakdang magbago ang sitwasyong ito sa paglulunsad ng Laser Communications Demonstration (LCRD) satellite, na naka-iskedyul para sa Hunyo 2019. Ang misyon nito ay ipakita kung paano gagana ang hinaharap na mga sistema ng komunikasyon sa kalawakan.
Ang LCRD ay binuo sa Jet Propulsion Laboratory ng NASA kasabay ng Lincoln Laboratory ng MIT. Magkakaroon ito ng dalawang optical terminal: ang isa para sa mga komunikasyon sa low-Earth orbit, ang isa para sa deep space. Ang una ay kailangang gumamit ng Differential Phase Shift Keying (DPSK). Magpapadala ang transmitter ng mga laser pulse sa dalas na 2,88 GHz. Gamit ang teknolohiyang ito, ang bawat bit ay ie-encode ng phase difference ng sunud-sunod na pulso. Magagawa nitong gumana sa bilis na 2,88 Gbps, ngunit mangangailangan ito ng maraming kapangyarihan. Makakakita lang ang mga detector ng mga pagkakaiba sa pulso sa mga signal na may mataas na enerhiya, kaya mahusay na gumagana ang DPSK para sa mga komunikasyong malapit sa Earth, ngunit hindi ito ang pinakamahusay na paraan para sa malalim na espasyo, kung saan may problema ang pag-iimbak ng enerhiya. Ang isang signal na ipinadala mula sa Mars ay mawawalan ng enerhiya sa oras na makarating ito sa Earth, kaya ang LCRD ay gagamit ng isang mas mahusay na teknolohiya na tinatawag na pulse phase modulation upang ipakita ang mga optical na komunikasyon na may malalim na espasyo.
Inihahanda ng mga inhinyero ng NASA ang LADEE para sa pagsubok
Noong 2017, sinubukan ng mga inhinyero ang mga modem ng flight sa isang thermal vacuum chamber
"Ito ay mahalagang pagbibilang ng mga photon," paliwanag ni Abraham. β Ang maikling panahon na inilaan para sa komunikasyon ay nahahati sa ilang yugto ng panahon. Upang makakuha ng data, kailangan mo lamang suriin kung ang mga photon ay bumangga sa detektor sa bawat pagitan. Ito ay kung paano naka-encode ang data sa FIM." Ito ay tulad ng Morse code, ngunit sa napakabilis na bilis. Alinman sa may flash sa isang tiyak na sandali o wala, at ang mensahe ay naka-encode sa pamamagitan ng isang sequence ng mga flash. "Kahit na ito ay mas mabagal kaysa sa DPSK, maaari pa rin kaming magbigay ng sampu o daan-daang Mbps ng mga optical na komunikasyon mula sa malayong Mars," dagdag ni Abraham.
Siyempre, ang proyekto ng LCRD ay hindi lamang ang dalawang terminal na ito. Dapat din itong gumana bilang isang Internet hub sa kalawakan. Sa ground, tatlong istasyon ang gagana sa LCRD: isa sa White Sands sa New Mexico, isa sa Table Mountain sa California, at isa sa Hawaii Island o Maui. Ang ideya ay subukan ang paglipat mula sa isang ground station patungo sa isa pa kung ang masamang panahon ay nangyayari sa isa sa mga istasyon. Susubukan din ng misyon ang pagganap ng LCRD bilang isang data transmitter. Ang isang optical signal mula sa isa sa mga istasyon ay ipapadala sa isang satellite at pagkatapos ay ipapadala sa isa pang istasyon - lahat sa pamamagitan ng isang optical link.
Kung hindi agad mailipat ang data, iimbak ito ng LCRD at ililipat ito kapag may pagkakataon. Kung ang data ay apurahan o walang sapat na espasyo sa onboard na storage, ipapadala agad ito ng LCRD sa pamamagitan ng Ka-band antenna nito. Kaya, isang pasimula sa hinaharap na mga satellite ng transmitter, ang LCRD ay magiging isang hybrid na radio-optical system. Ito ang eksaktong uri ng yunit na kailangang ilagay ng NASA sa orbit sa paligid ng Mars upang magtatag ng isang interplanetary network na susuporta sa human deep space exploration sa 2030s.
Dinadala ang Mars online
Sa nakalipas na taon, ang koponan ni Abraham ay nagsulat ng dalawang papel na naglalarawan sa hinaharap ng malalim na mga komunikasyon sa kalawakan, na ipapakita sa kumperensya ng SpaceOps sa France sa Mayo 2019. Ang isa ay naglalarawan ng malalim na mga komunikasyon sa kalawakan sa pangkalahatan, ang isa (β") ay nag-aalok ng detalyadong paglalarawan ng imprastraktura na may kakayahang magbigay ng serbisyong tulad ng Internet para sa mga astronaut sa Red Planet.
Ang mga pagtatantya ng pinakamataas na average na bilis ng paglilipat ng data ay humigit-kumulang 215 Mbit/s para sa pag-download at 28 Mbit/s para sa pag-upload. Ang Mars Internet ay binubuo ng tatlong network: WiFi na sumasaklaw sa surface exploration area, isang planetary network na nagpapadala ng data mula sa ibabaw patungo sa Earth, at ang Earth Network, isang deep space communications network na may tatlong site na responsable sa pagtanggap ng data na ito at pagpapadala ng mga tugon pabalik sa Mars.
βKapag nag-develop ng mga ganyang imprastraktura, maraming problema. Dapat itong maaasahan at matatag, kahit na sa maximum na distansya sa Mars na 2,67 AU. sa mga panahon ng solar superior conjunction, kapag ang Mars ay nagtatago sa likod ng Araw," sabi ni Abraham. Ang ganitong pagsasama ay nangyayari tuwing dalawang taon at ganap na nakakagambala sa komunikasyon sa Mars. "Ngayon ay hindi natin ito kayang harapin. Ang lahat ng landing at orbital station na nasa Mars ay nawawalan lang ng contact sa Earth sa loob ng halos dalawang linggo. Sa mga optical na komunikasyon, ang pagkawala ng komunikasyon dahil sa solar connectivity ay magiging mas matagal, 10 hanggang 15 na linggo." Para sa mga robot, ang gayong mga puwang ay hindi partikular na nakakatakot. Ang gayong paghihiwalay ay hindi nagdudulot sa kanila ng mga problema, dahil hindi sila nababato, hindi nakakaranas ng kalungkutan, at hindi nila kailangang makita ang kanilang mga mahal sa buhay. Ngunit para sa mga tao ito ay ganap na naiiba.
"Samakatuwid, ayon sa teorya, pinapayagan namin ang pag-commissioning ng dalawang orbital transmitter na inilagay sa isang pabilog na equatorial orbit na 17300 km sa itaas ng ibabaw ng Mars," patuloy ni Abraham. Ayon sa pag-aaral, dapat silang tumimbang ng 1500 kg bawat isa, at may sakay na set ng mga terminal na tumatakbo sa X-band, Ka-band, at optical range, at pinapagana ng mga solar panel na may lakas na 20-30 kW. Dapat nilang suportahan ang Delay Tolerant Network Protocolβesensyal na TCP/IP, na idinisenyo upang mahawakan ang mahabang pagkaantala na hindi maiiwasang mangyari sa mga interplanetary network. Ang mga istasyon ng orbital na kalahok sa network ay dapat na makipag-ugnayan sa mga astronaut at mga sasakyan sa ibabaw ng planeta, sa mga istasyon sa lupa at sa isa't isa.
"Napakahalaga ng cross-coupling na ito dahil binabawasan nito ang bilang ng mga antenna na kinakailangan upang magpadala ng data sa 250 Mbps," sabi ni Abraham. Tinatantya ng kanyang koponan na kakailanganin ang hanay ng anim na 250-meter antenna para makatanggap ng 34 Mbps na data mula sa isa sa mga orbital transmitter. Nangangahulugan ito na kakailanganin ng NASA na bumuo ng tatlong karagdagang mga antenna sa mga site ng komunikasyon sa malalim na espasyo, ngunit tumatagal sila ng mga taon upang maitayo at napakamahal. "Ngunit sa palagay namin ay maaaring ibahagi ng dalawang istasyon ng orbital ang data at ipadala ito nang sabay-sabay sa 125 Mbps, na may isang transmitter na nagpapadala ng kalahati ng data packet at ang isa ay nagpapadala ng isa," sabi ni Abraham. Kahit ngayon, ang 34-meter deep space communications antennas ay maaaring sabay-sabay na makatanggap ng data mula sa apat na magkakaibang spacecraft nang sabay-sabay, na nagreresulta sa pangangailangan para sa tatlong antenna upang makumpleto ang gawain. "Ang pagtanggap ng dalawang 125 Mbps na pagpapadala mula sa parehong lugar ng kalangitan ay nangangailangan ng parehong bilang ng mga antenna gaya ng pagtanggap ng isang transmission," paliwanag ni Abraham. "Higit pang mga antenna ang kinakailangan lamang kung kailangan mong makipag-usap sa mas mataas na bilis."
Upang harapin ang problema sa solar conjunction, iminungkahi ng pangkat ni Abraham ang paglulunsad ng transmitter satellite sa L4/L5 na mga punto ng Sun-Mars/Sun-Earth orbit. Pagkatapos, sa panahon ng conjunction, maaari itong magamit upang magpadala ng data sa paligid ng Araw, sa halip na magpadala ng mga signal sa pamamagitan nito. Sa kasamaang palad, sa panahong ito ang bilis ay bababa sa 100 Kbps. Sa madaling salita, gagana ito, ngunit nakakapagod.
Pansamantala, ang mga hinaharap na astronaut sa Mars ay kailangang maghintay lamang ng mahigit tatlong minuto upang makatanggap ng larawan ng kuting, hindi mabibilang ang mga pagkaantala na maaaring umabot ng hanggang 40 minuto. Sa kabutihang palad, bago tayo dalhin ng mga ambisyon ng sangkatauhan nang higit pa kaysa sa Red Planet, gagana na nang maayos ang interplanetary Internet sa halos lahat ng oras.
Pinagmulan: www.habr.com