“Radyo frekansı teknolojisinde iyileştirmeye neredeyse hiç yer yok. Basit çözümler sona eriyor"
26 Kasım 2018, Moskova saatiyle 22:53'te NASA bunu tekrar yaptı - InSight sondası, daha sonra "altı buçuk dakikalık korku" olarak vaftiz edilen atmosfere girdikten, iniş ve iniş manevralarından sonra Mars yüzeyine başarıyla indi. .” Uygun bir açıklama, çünkü NASA mühendisleri, Dünya ile Mars arasındaki yaklaşık 8,1 dakikalık iletişim gecikmesi nedeniyle uzay sondasının gezegenin yüzeyine başarılı bir şekilde inip inmediğini hemen bilemediler. Bu süre zarfında InSight daha modern ve güçlü antenlerine güvenemedi; her şey eski moda UHF iletişimlerine (televizyon yayınlarından telsizlere ve Bluetooh cihazlarına kadar her şeyde uzun süredir kullanılan bir yöntem) bağlıydı.
Sonuç olarak, InSight'ın durumuna ilişkin kritik veriler 401,586 MHz frekansındaki radyo dalgaları üzerinden iki uyduya iletildi -, WALL-E ve EVE, daha sonra 8 Kbps hızında verileri Dünya'da bulunan 70 metrelik antenlere iletti. Küp uydular InSight ile aynı roketle fırlatıldı ve inişi gözlemlemek ve verileri anında eve iletmek için Mars'a olan yolculuğunda ona eşlik ettiler. Diğer Mars yörünge araçları, ör. (MRS), garip bir durumdaydı ve ilk başta iniş aracıyla gerçek zamanlı mesaj alışverişi yapamadı. İnişin tamamının her biri bir bavul büyüklüğünde iki deneysel CubeSat'a bağlı olduğunu söylememekle birlikte, MRS ancak daha uzun bir beklemenin ardından InSight'tan veri iletebilecekti.
InSight inişi aslında NASA'nın tüm iletişim mimarisi olan Mars Ağı'nı test etti. InSight iniş aracının yörüngedeki uydulara iletilen sinyali, uydular arızalanmış olsa bile yine de Dünya'ya ulaşacaktı. WALL-E ve EVE'nin bilgiyi anında iletmesi gerekiyordu ve bunu da yaptılar. Bu CubeSat'lar herhangi bir nedenle işe yaramadıysa, MRS rolünü oynamaya hazırdı. Her biri İnternet benzeri bir ağ üzerinde bir düğüm olarak çalışıyordu ve veri paketlerini farklı ekipmanlardan oluşan farklı terminaller üzerinden yönlendiriyordu. Bugün bunların en etkilisi, 6 Mbit/s'ye kadar hızlarda veri iletebilen MRS'dir (ve bu, gezegenler arası görevler için mevcut rekordur). Ancak NASA geçmişte çok daha yavaş hızlarda çalışmak zorundaydı ve gelecekte çok daha hızlı veri aktarımına ihtiyaç duyacak.
Tıpkı İnternet Servis Sağlayıcınız gibi, NASA da İnternet kullanıcılarına izin verir uzay gemileriyle gerçek zamanlı iletişim.
Derin uzay iletişim ağı
NASA'nın uzaydaki varlığı arttıkça, giderek daha fazla alanı kapsayacak şekilde gelişmiş iletişim sistemleri ortaya çıktı: önce alçak Dünya yörüngesinde, sonra jeosenkron yörüngede ve Ay'da ve çok geçmeden iletişim uzayın derinliklerine doğru ilerledi. Her şey, 1'de Amerikalılar tarafından Nijerya, Singapur ve Kaliforniya'daki ABD askeri üslerinden başarıyla fırlatılan ilk uydu olan Explorer 1958'den telemetri almak için kullanılan basit bir taşınabilir radyo alıcısıyla başladı. Yavaş ama emin adımlarla bu temel günümüzün gelişmiş mesajlaşma sistemlerine dönüştü.
NASA'nın Gezegenlerarası Ağ Direktörlüğü Stratejik ve Sistem Öngörüsü Bölümü başkanı Douglas Abraham, uzayda mesaj iletmek için bağımsız olarak geliştirilen üç ağın altını çiziyor. Yakın Dünya Ağı, alçak Dünya yörüngesindeki uzay aracıyla çalışır. Abraham, "Bu, çoğunlukla 9 ila 12 metrelik bir anten koleksiyonu. 15 ila 18 metrelik birkaç tane daha büyük anten var" diyor. Daha sonra, Dünya'nın jeosenkron yörüngesinin üzerinde birkaç izleme ve veri aktarma uydusu (TDRS) vardır. Abraham, "Alçak Dünya yörüngesindeki uydulara bakıp onlarla iletişim kurabilir ve ardından bu bilgiyi TDRS aracılığıyla yere iletebilirler" diye açıklıyor. "Bu uydu veri iletim sistemine NASA Uzay Ağı adı veriliyor."
Ancak Ay yörüngesinin çok ötesine geçen uzay aracının diğer gezegenlerle iletişim kurmasına TDRS bile yetmedi. “Dolayısıyla tüm güneş sistemini kapsayan bir ağ oluşturmamız gerekiyordu. Abraham, bunun da Derin Uzay Ağı [DSN] olduğunu söylüyor. Mars ağı bir uzantıdır .
Uzunluğu ve düzeni göz önüne alındığında DSN, listelenen sistemler arasında en karmaşık olanıdır. Esasen bu, çapı 34 ila 70 m arasında değişen bir dizi büyük antendir. Üç DSN sahasının her biri, birkaç adet 34 metrelik anten ve bir adet 70 metrelik anten çalıştırmaktadır. Tesislerden biri Goldstone'da (Kaliforniya), diğeri Madrid yakınında (İspanya) ve üçüncüsü Canberra'da (Avustralya) bulunmaktadır. Bu alanlar dünya çapında yaklaşık 120 derece aralıklarla yerleştirilmiştir ve jeosenkron yörünge dışındaki tüm uzay araçlarına XNUMX saat kapsama alanı sağlar.
34 metrelik antenler DSN'nin ana ekipmanıdır ve iki türü vardır: eski yüksek verimli antenler ve nispeten yeni dalga kılavuzu antenleri. Aradaki fark, bir kılavuz dalga anteninin, sinyalleri bir borudan aşağıya, bu sinyalleri analiz eden elektroniklerin tüm parazit kaynaklarından daha iyi korunduğu yer altı kontrol odasına yansıtan beş hassas RF aynasına sahip olmasıdır. Tek tek veya 34-2 çanaktan oluşan gruplar halinde çalışan 3 metrelik antenler, NASA'nın ihtiyaç duyduğu iletişimin çoğunu sağlayabiliyor. Ancak mesafelerin birden fazla 34 metrelik anten için bile çok uzun olduğu özel durumlarda, DSN kontrolü 70 metrelik canavarları kullanır.
Abraham büyük antenler hakkında şunları söylüyor: "Birçok uygulamada önemli bir rol oynuyorlar." Birincisi, uzay aracının Dünya'dan çok uzakta olması ve daha küçük bir çanak kullanarak onunla iletişim kurmanın imkansız olmasıdır. “İyi örnekler, Plüton'dan çok daha uzağa uçmuş olan Yeni Ufuklar misyonu veya güneş sisteminin dışında bulunan Voyager uzay aracı olacaktır. Yalnızca 70 metrelik antenler bunlara nüfuz edebilir ve verilerini Dünya'ya iletebilir" diye açıklıyor Abraham.
70 metrelik çanaklar, yörüngeye giriş gibi planlanmış kritik bir durum nedeniyle ya da bir şeylerin korkunç derecede ters gitmesi nedeniyle uzay aracının hızlandırıcı anteni çalıştıramadığı durumlarda da kullanılıyor. Örneğin 70 metrelik anten, Apollo 13'ün Dünya'ya güvenli bir şekilde geri döndürülmesi için kullanıldı. Ayrıca Neil Armstrong'un ünlü sözü olan "Bir insan için küçük, insanlık için dev bir adım" sözünü de benimsedi. Ve bugün bile DSN dünyadaki en gelişmiş ve hassas iletişim sistemi olmaya devam ediyor. Abraham, "Fakat birçok nedenden ötürü zaten sınırına ulaştı" diye uyarıyor. – Radyo frekanslarında çalışan teknolojiyi geliştirecek neredeyse hiçbir yer yok. Basit çözümler tükeniyor."
120 derece aralıklı üç yer istasyonu
Canberra'daki DSN Plakaları
Madrid'deki DSN kompleksi
Goldstone'da DSN
Jet Tahrik Laboratuvarı'ndaki kontrol odası
Radyo ve sonrasında ne olacak?
Bu hikaye yeni değil. Derin uzay iletişiminin tarihi, frekansları artırmak ve dalga boylarını kısaltmak için sürekli bir mücadeleden oluşur. Explorer 1 108 MHz frekansı kullandı. NASA daha sonra L bandındaki 1 ila 2 GHz frekanslarını destekleyen daha büyük, daha iyi kazançlı antenleri tanıttı. Daha sonra sıra 2 ila 4 GHz frekanslı S bandına geldi ve ardından ajans 7-11,2 GHz frekanslı X bandına geçti.
Bugün, uzay iletişim sistemleri yeniden değişime uğruyor; artık 26-40 GHz aralığına, Ka-bandına geçiyorlar. Abraham, "Bu eğilimin nedeni, dalga boyları ne kadar kısa ve frekanslar ne kadar yüksek olursa, veri aktarım hızlarının da o kadar hızlı elde edilebilmesidir" diyor.
Tarihsel olarak NASA'daki iletişimin hızının oldukça hızlı olduğu göz önüne alındığında iyimser olmak için nedenler var. Jet Propulsion Laboratory'nin 2014 tarihli bir araştırma makalesi, karşılaştırma için aşağıdaki çıktı verilerini sunuyor: Jüpiter'den Dünya'ya tipik bir iPhone fotoğrafını iletmek için Explorer 1'in iletişim teknolojilerini kullansaydık, bu, mevcut Evren çağından 460 kat daha uzun sürerdi. 2'lardaki Pioneers 4 ve 1960 için bu 633 yıl sürecekti. 000'deki Mariner 9 bunu 1971 saatte yapardı. Bugün MRS'nin üç dakikasını alacak.
Elbette ki tek sorun, uzay aracı tarafından alınan veri miktarının, iletim kapasitesindeki artış kadar hızlı, hatta daha hızlı artmasıdır. 40 yıllık operasyon boyunca Voyager 1 ve 2, 5 TB bilgi üretti. 2020 yılında fırlatılması planlanan NISAR Yer Bilimleri uydusu ayda 85 TB veri üretecek. Ve eğer Dünya'nın uyduları bunu yapabiliyorsa, bu kadar büyük miktarda verinin gezegenler arasında aktarılması tamamen farklı bir hikaye. Nispeten hızlı bir MRS bile 85 yıl boyunca Dünya'ya 20 TB veri iletecektir.
Abraham, "2020'lerin sonlarında ve 2030'ların başlarında Mars keşfi için beklenen veri hızları 150 Mbps veya daha yüksek olacak, o yüzden hadi hesabı yapalım" diyor. – Mars'a bizden maksimum mesafede bulunan MRS sınıfı bir uzay aracı, Dünya'daki 1 metrelik bir antene yaklaşık 70 Mbit/s gönderebiliyorsa, o zaman 150 Mbit/s hızında iletişimi düzenlemek için 150 70 metrelik bir dizi antenlere ihtiyaç duyulacaktır. Evet, elbette bu saçma miktarı biraz azaltmak için akıllıca yollar bulabiliriz ama sorun açıkça var: Gezegenler arası iletişimi 150 Mbps hızında düzenlemek son derece zor. Ayrıca izin verilen frekanslarımız da tükeniyor.”
Abraham'ın gösterdiği gibi, S-bandında veya X-bandında çalışan tek bir 25 Mbps'lik görev, mevcut spektrumun tamamını kaplayacaktır. Ka bandında daha fazla alan var, ancak 150 Mbit/s aktarım hızına sahip yalnızca iki Mars uydusu tüm spektrumu kaplayacak. Basitçe söylemek gerekirse, gezegenler arası internetin çalışması için radyolardan daha fazlasını gerektirecek; lazerlere dayanacak.
Optik iletişimin ortaya çıkışı
Lazerler fütüristik gibi görünse de optik iletişim fikrinin kökeni Alexander Graham Bell'in 1880'lerde yaptığı bir patente kadar uzanabilir. Bell, çok dar bir ışına odaklanan güneş ışığının, seslerle titreşen yansıtıcı bir diyaframa yönlendirildiği bir sistem geliştirdi. Titreşimler, mercekten geçerek ham fotodetektöre geçen ışıkta değişikliklere neden oldu. Fotodedektörün direncindeki değişiklikler, telefondan geçen akımı değiştirdi.
Sistem kararsızdı, ses seviyesi çok düşüktü ve Bell sonunda bu fikirden vazgeçti. Ancak neredeyse 100 yıl sonra, lazerler ve fiber optiklerle donanmış NASA mühendisleri bu eski konsepte geri döndüler.
Abraham, "Radyo frekansı sistemlerinin sınırlamalarını biliyorduk, dolayısıyla 1970'lerin sonu ve 1980'lerin başında JPL'de, uzay lazerleri kullanılarak derin uzaydan mesaj iletme olasılığını tartışmaya başladık" dedi. Derin uzay optik iletişiminde neyin mümkün olup neyin mümkün olmadığını daha iyi anlamak için laboratuvar, 1980'lerin sonlarında dört yıllık bir Derin Uzay Aktarma Uydu Sistemi (DSRSS) çalışması başlattı. Çalışmanın kritik soruları yanıtlaması gerekiyordu: Peki ya hava durumu ve görünürlük sorunları (sonuçta radyo dalgaları bulutların içinden kolaylıkla geçebilirken lazerler geçemez)? Peki ya Güneş-Dünya-sonda açısı çok dar olursa? Dünyadaki bir dedektör zayıf bir optik sinyali güneş ışığından ayırt edebilir mi? Ve son olarak tüm bunların maliyeti ne kadar olacak ve buna değecek mi? Abraham, "Hala bu sorulara yanıt arıyoruz" diye itiraf ediyor. "Ancak, cevaplar optik veri aktarımı olasılığını giderek daha fazla destekliyor."
DSRSS, Dünya atmosferinin üzerinde bulunan bir noktanın optik ve radyo iletişimi için en uygun nokta olacağını öne sürdü. Yörünge istasyonuna kurulan optik iletişim sisteminin, ikonik 70 metrelik antenler de dahil olmak üzere tüm yer tabanlı mimarilerden daha iyi performans göstereceği belirtildi. Alçak Dünya yörüngesinde, 10 metrelik bir çanağın konuşlandırılması ve ardından onu jeosenkronize hale getirmesi planlandı. Ancak çanak antenli bir uydu, fırlatma aracı ve beş kullanıcı terminalinden oluşan böyle bir sistemin maliyeti fahişti. Üstelik çalışmada uydu arızası durumunda devreye girecek gerekli yardımcı sistemin maliyetine dahi yer verilmedi.
Bu sistem için Laboratuvar, DRSS ile hemen hemen aynı zamanlarda yürütülen Laboratuvarın Yer Tabanlı İleri Teknoloji Çalışması (GBATS) raporunda açıklanan zemin mimarisini incelemeye başladı. GBATS üzerinde çalışan kişiler iki alternatif öneri ortaya attı. Birincisi, tüm ekvator boyunca 10 derece aralıklarla konumlandırılan 60 metrelik antenler ve metre uzunluğunda yedek antenlerden oluşan altı istasyonun kurulumu. İstasyonların, yılın günlerinin en az %66'sında havanın açık olduğu dağ zirvelerine inşa edilmesi gerekiyordu. Böylece 2-3 istasyon her zaman herhangi bir uzay aracı tarafından görülebilecek ve farklı hava koşullarına sahip olacak. İkinci seçenek ise üçerli gruplar halinde kümelenmiş ve birbirine 120 derece aralıklarla yerleştirilmiş dokuz istasyondur. Her gruptaki istasyonlar, doğrudan görülebilecek şekilde, ancak farklı hava hücrelerinde olacak şekilde birbirlerinden 200 km uzağa yerleştirilmelidir.
Her iki GBATS mimarisi de uzay yaklaşımına göre daha ucuzdu ancak aynı zamanda sorunları da vardı. İlk olarak, sinyallerin Dünya atmosferinden geçmesi gerektiğinden, gündüz alımı, aydınlatılmış gökyüzü nedeniyle gece alımından çok daha kötü olacaktır. Akıllı düzenlemeye rağmen optik yer istasyonları hava durumuna bağlı olacaktır. Bir yer istasyonuna lazer yönlendiren bir uzay aracı, sonunda kötü hava koşullarına uyum sağlamak ve bulutlar tarafından engellenmeyen başka bir istasyonla iletişimi yeniden kurmak zorunda kalacak.
Bununla birlikte, sorunlar ne olursa olsun, DRSSS ve GBATS projeleri, derin uzay iletişimine yönelik optik sistemlerin ve NASA'daki mühendislerin modern gelişmelerinin teorik temelini oluşturdu. Geriye sadece böyle bir sistem kurmak ve performansını göstermek kaldı. Neyse ki bu sadece birkaç ay uzaktaydı.
Proje uygulaması
O zamana kadar uzayda optik veri iletimi zaten gerçekleşmişti. İlk deney 1992 yılında, Galileo sondası Jüpiter'e doğru giderken ve yüksek çözünürlüklü kamerasını Dünya'ya çevirerek Masa Dağı Gözlemevi'ndeki 60 cm'lik teleskoptan ve 1,5 m'lik teleskoptan gönderilen bir dizi lazer darbesini başarıyla aldığında gerçekleştirildi. New Mexico'daki USAF Starfire Optik Teleskop Aralığı. Şu anda Galileo Dünya'dan 1,4 milyon km uzaktaydı ancak her iki lazer ışını da kamerasına çarptı.
Japon ve Avrupa Uzay Ajansları aynı zamanda yer istasyonları ile Dünya yörüngesindeki uydular arasında optik iletişim kurmayı da başardılar. Daha sonra iki uydu arasında 50 Mbps'lik bir bağlantı kurmayı başardılar. Birkaç yıl önce bir Alman ekibi, Dünya yörüngesindeki NFIRE uydusu ile Tenerife, İspanya'daki yer istasyonu arasında 5,6 Gbps tutarlı optik çift yönlü bağlantı kurdu. Ancak tüm bu vakalar alçak Dünya yörüngesiyle ilişkilendirildi.
Güneş sistemindeki başka bir gezegenin yakınındaki yörüngede bulunan bir yer istasyonu ile bir uzay aracını birbirine bağlayan ilk optik bağlantı Ocak 2013'te kuruldu. Mona Lisa'nın 152 x 200 piksel siyah beyaz görüntüsü, NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki Yeni Nesil Uydu Lazer Uzaklık İstasyonundan Ay Keşif Yörünge Aracı'na (LRO) 300 bps hızla aktarıldı. İletişim tek yönlüydü. LRO, Dünya'dan aldığı görüntüyü normal radyo iletişimleri yoluyla geri gönderdi. Görüntünün küçük bir yazılım hatası düzeltmesi gerekiyordu, ancak bu kodlama olmadan bile tanınması kolaydı. Ve o dönemde daha güçlü bir sistemin Ay'a fırlatılması zaten planlanmıştı.
2013 Ay Yörünge Keşif Aracı projesinden: Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki bilim adamları, Dünya atmosferinin (solda) neden olduğu iletim hatalarından bilgileri temizlemek için, CD'lerde ve DVD'lerde yaygın olarak kullanılan Reed-Solomon hata düzeltmesini (sağda) kullandılar. Yaygın hatalar arasında eksik pikseller (beyaz) ve yanlış sinyaller (siyah) yer alır. Beyaz şerit iletimde kısa bir duraklamayı gösterir.
«(LADEE) 6 Ekim 2013'te Ay yörüngesine girdi ve yalnızca bir hafta sonra veri iletmek için darbeli lazerini fırlattı. NASA bu kez karşı yönde 20 Mbit/s, diğer yönde ise 622 Mbit/s rekor hızda çift yönlü iletişim düzenlemeye çalıştı. Tek sorun görevin kısa ömrüydü. LRO'nun optik iletişimleri bir seferde yalnızca birkaç dakika çalıştı. LADEE, lazeriyle 16 gün boyunca 30 saat boyunca veri alışverişinde bulundu. Bu durum, Haziran 2019'da yapılması planlanan Lazer İletişim Gösterimi (LCRD) uydusunun fırlatılmasıyla değişecek. Uydunun misyonu, gelecekte uzayda iletişim sistemlerinin nasıl çalışacağını göstermek.
LCRD, NASA'nın Jet Propulsion Laboratuvarı'nda MIT'in Lincoln Laboratuvarı ile birlikte geliştirilmektedir. İki optik terminali olacak: biri alçak Dünya yörüngesindeki iletişim için, diğeri derin uzay için. İlki, Diferansiyel Faz Kaydırma Anahtarlaması'nı (DPSK) kullanmak zorunda kalacak. Verici 2,88 GHz frekansında lazer darbeleri gönderecektir. Bu teknolojiyi kullanarak her bit, ardışık darbelerin faz farkıyla kodlanacaktır. 2,88 Gbps hızında çalışabilecek ancak bu çok fazla güç gerektirecek. Dedektörler yalnızca yüksek enerjili sinyallerdeki darbe farklılıklarını tespit edebilir; bu nedenle DPSK, Dünya'ya yakın iletişim için harika çalışır ancak enerji depolamanın sorunlu olduğu derin uzay için en iyi yöntem değildir. Mars'tan gönderilen bir sinyal Dünya'ya ulaştığında enerji kaybedecek, bu nedenle LCRD, derin uzayla optik iletişimi göstermek için darbe faz modülasyonu adı verilen daha verimli bir teknoloji kullanacak.
NASA mühendisleri LADEE'yi teste hazırlıyor
2017 yılında mühendisler uçuş modemlerini termal vakum odasında test etti
Abraham, "Aslında bu fotonları saymaktır" diye açıklıyor. – İletişim için ayrılan kısa süre birkaç zaman dilimine bölünmüştür. Veri elde etmek için fotonların her aralıkta dedektörle çarpışıp çarpışmadığını kontrol etmeniz yeterlidir. Veriler FIM’de bu şekilde kodlanıyor.” Mors alfabesine benziyor ama süper hızlı. Belirli bir anda bir flaş olur ya da olmaz ve mesaj bir flaşlar dizisiyle kodlanır. Abraham, "Bu, DPSK'den çok daha yavaş olmasına rağmen, Mars kadar uzaklardan onlarca veya yüzlerce Mbps optik iletişim sağlayabiliriz" diye ekliyor.
Elbette LCRD projesi sadece bu iki terminalden ibaret değil. Aynı zamanda uzayda bir İnternet merkezi olarak da işlev görmelidir. Yerde üç istasyon LCRD ile çalışacak: biri New Mexico'daki White Sands'te, biri Kaliforniya'daki Table Mountain'da ve biri de Hawaii Adası veya Maui'de. Buradaki fikir, istasyonlardan birinde kötü hava koşulları oluşması durumunda bir yer istasyonundan diğerine geçişi test etmektir. Görev aynı zamanda LCRD'nin veri vericisi olarak performansını da test edecek. İstasyonlardan birinden gelen optik sinyal, bir uyduya gönderilecek ve ardından başka bir istasyona iletilecek; bunların tümü optik bir bağlantı üzerinden yapılacak.
Verilerin hemen aktarılamaması durumunda LCRD bunu saklayacak ve fırsat ortaya çıktığında aktaracaktır. Veri acilse veya yerleşik depolamada yeterli alan yoksa, LCRD bunu Ka-bant anteni aracılığıyla hemen gönderecektir. Dolayısıyla gelecekteki verici uyduların öncüsü olan LCRD, hibrit bir radyo-optik sistem olacak. Bu, NASA'nın 2030'larda insanın derin uzay araştırmalarını destekleyecek gezegenler arası bir ağ kurmak için Mars'ın yörüngesine yerleştirmesi gereken türden bir birim.
Mars'ı çevrimiçi hale getirmek
Geçtiğimiz yıl, Abraham'ın ekibi, derin uzay iletişiminin geleceğini anlatan ve Mayıs 2019'da Fransa'daki SpaceOps konferansında sunulacak olan iki makale yazdı. Biri genel olarak derin uzay iletişimini anlatıyor (“"), Kızıl Gezegendeki astronotlara İnternet benzeri bir hizmet sunabilen altyapının ayrıntılı bir açıklamasını sunmaktadır.
En yüksek ortalama veri aktarım hızına ilişkin tahminler, indirme için 215 Mbit/s ve yükleme için 28 Mbit/s civarındaydı. Mars İnterneti üç ağdan oluşacaktır: Yüzey araştırma alanını kapsayan WiFi, yüzeyden Dünya'ya veri ileten bir gezegen ağı ve bu verileri alıp yanıtları Dünya'ya geri göndermekten sorumlu üç sitenin bulunduğu bir derin uzay iletişim ağı olan Dünya Ağı. Mars.
“Böyle bir altyapıyı geliştirirken birçok sorunla karşılaşıyoruz. Mars'a maksimum 2,67 AU uzaklıkta bile güvenilir ve istikrarlı olmalıdır. Abraham, Güneş'in üstün kavuşum dönemlerinde, Mars'ın Güneş'in arkasına saklandığı zamanlarda" diyor. Böyle bir kavuşum her iki yılda bir meydana geliyor ve Mars ile iletişimi tamamen sekteye uğratıyor. "Bugün bununla baş edemiyoruz. Mars'taki tüm iniş ve yörünge istasyonları, yaklaşık iki hafta boyunca Dünya ile teması kaybeder. Optik iletişimle, güneş enerjisi bağlantısından kaynaklanan iletişim kayıpları 10 ila 15 hafta kadar daha uzun sürecektir." Robotlar için bu tür boşluklar özellikle korkutucu değil. Bu izolasyon onlara sorun yaratmaz çünkü sıkılmazlar, yalnızlık yaşamazlar ve sevdiklerini görmeye ihtiyaç duymazlar. Ancak insanlar için durum tamamen farklıdır.
Abraham şöyle devam ediyor: "Bu nedenle teorik olarak Mars yüzeyinden 17300 km yükseklikte dairesel bir ekvatoral yörüngeye yerleştirilmiş iki yörünge vericisinin devreye alınmasına izin veriyoruz". Araştırmaya göre, her birinin ağırlığının 1500 kg olması, X-band, Ka-band ve optik aralıkta çalışan bir dizi terminale sahip olması ve 20-30 kW gücündeki güneş panelleriyle çalıştırılması gerekiyor. Gezegenler arası ağlarda kaçınılmaz olarak meydana gelecek uzun gecikmeleri yönetmek için tasarlanmış olan, esasen TCP/IP olan Gecikmeye Toleranslı Ağ Protokolünü desteklemeleri gerekir. Ağa katılan yörünge istasyonlarının, gezegen yüzeyindeki astronotlar ve araçlarla, yer istasyonlarıyla ve birbirleriyle iletişim kurabilmesi gerekiyor.
Abraham, "Bu çapraz bağlantı çok önemli çünkü 250 Mbps'de veri iletmek için gereken anten sayısını azaltıyor" diyor. Ekibi, yörünge vericilerinden birinden 250 Mbps veri almak için 34 metrelik altı anten dizisine ihtiyaç duyulacağını tahmin ediyor. Bu, NASA'nın derin uzay iletişim alanlarında üç ek anten daha inşa etmesi gerektiği anlamına geliyor, ancak bunların inşa edilmesi yıllar alıyor ve son derece pahalı. Abraham, "Ancak iki yörünge istasyonunun veriyi paylaşıp aynı anda 125 Mbps hızında gönderebileceğini düşünüyoruz; vericilerden biri veri paketinin yarısını, diğeri de diğerini gönderiyor" diyor Abraham. Bugün bile 34 metre derinlikteki uzay iletişim antenleri aynı anda dört farklı uzay aracından veri alabiliyor, bu da görevi tamamlamak için üç antene ihtiyaç duyulmasına neden oluyor. Abraham, "Gökyüzünün aynı bölgesinden iki adet 125 Mbps iletim almak, bir iletim almakla aynı sayıda anten gerektirir" diye açıklıyor. "Daha fazla anten yalnızca daha yüksek hızlarda iletişim kurmanız gerekiyorsa gereklidir."
Güneş birleşimi sorununu çözmek için Abraham'ın ekibi Güneş-Mars/Güneş-Dünya yörüngesinin L4/L5 noktalarına bir verici uydu fırlatmayı önerdi. Daha sonra, kavuşum dönemlerinde Güneş'in içinden sinyal göndermek yerine Güneş'in etrafında veri iletmek için kullanılabilir. Ne yazık ki bu dönemde hız 100 Kbps'ye düşecek. Basitçe söylemek gerekirse, işe yarayacak, ancak berbat.
Bu arada, Mars'taki gelecekteki astronotların, yavru kedinin fotoğrafını çekmek için üç dakikadan biraz fazla beklemeleri gerekecek; 40 dakikaya kadar olabilecek gecikmeleri saymazsak. Neyse ki, insanlığın tutkuları bizi Kızıl Gezegen'in çok ötesine götürmeden önce, gezegenler arası İnternet çoğu zaman iyi bir şekilde çalışacak.
Kaynak: habr.com