Время сигнала до марса

Содержание

Как дозвониться до Марса?

Время сигнала до марса

Итак, представьте себе, что вам срочно необходимо связаться с ровером, находящимся на Марсе.

Как же можно это сделать? Для того, чтобы у человечества была возможность хотя бы виртуально побывать на Марсе, сигнал, посланный от Земли, должен пройти минимум пятьдесят пять миллионов километров! Даже при таком расстоянии, которое считается наименьшим и случается раз в 15-17 лет во время Великого противостояния, задержка получаемого сигнала составит примерно 3 минуты. Так как же тогда можно дозвониться до Марса и желательно без помех?

Несмотря на кажущуюся близость, сигнал от планеты Земля идет к Марсу в среднем 5-10 минут

Как марсоходы управляются с Земли?

Несмотря на то, что планета Марс находится крайне далеко от нас, уже сейчас ее ржавую поверхность бороздят роверы, созданные человеком. Эти маленькие аппараты не только делают полноцветные снимки, но и передают на Землю огромное количество научных данных.

Для того, чтобы мы с вами смогли насладиться панорамными фотографиями марсианского ландшафта, ученые создали настоящую систему, которая позволяет нам отследить весь процесс передачи данных, полученных на Красной Планете.

Итак, чаще всего в процессе передачи данных с Марса участвуют 3 основные фигуры — центр космической связи, расположенный на Земле, спутник, расположенный на орбите Марса и сам марсоход.

Прежде, чем попасть на Землю, данные с марсохода должны были пройти очень долгий путь

Из-за того, что планета Земля очень быстро вращается вокруг своей оси, для обеспечения непрерывного сигнала с Марсом нам необходимо иметь несколько точек для приема и передачи данных. Такие точки называются станциями DSN.

Станции расположены в США, Испании и Австралии, и, когда наша планета поворачивается в другую сторону, сигнал просто перебрасывается с одной станции на другую, позволяя ему управлять космическим аппаратом 24 часа в сутки.

Наиболее часто используемой станцией для связи с марсоходами является станция DSN, расположенная недалеко от столицы Австралии, Канберры. Этот комплекс имеет три активные антенны разных размеров: DSS-34 и DSS-45, чьи диаметры составляют 34 метра, и DSS-43, размер которой превышает 70 метров.

В целом, станция выполняет 4 различных функции. Так, для принятия четкого сигнала, идущего от Марса, станция в Канберре должна не просто получать зашифрованные данные, но и следить за возможностью коммуникации между двумя планетами, обрабатывать данные, передавать управляющие команды ученых на марсоход и мониторить системы самой станции DSN.

Станция DSN в Канберре, Австралия

Вся информация, которая должна быть принята на ровер, присылается на станцию DSN, откуда она отправляется в космическое путешествие к далекой «Красной Планете».

Сигнал идет до планеты примерно 5-10 минут, при условии, что Марс находится на относительно близком от Земли расстоянии, после чего его ловит орбитальный марсианский спутник, который и отправляет закодированный сигнал на приемник марсохода.

Статья в тему: Еще одна причина, почему мы не должны колонизировать Марс

Все марсоходы оборудованы специальными антеннами, каждая из которых используется для приема и передачи данных. Так, марсоход Curiosity оснащен сразу тремя антеннами, каждая из которых имеет свои собственные функции. LGA-антенна отвечает за прием информации, UHF-антенна чаще всего используется для передачи данных, а оборудование HGA отвечает за прием команд для управления ровером.

Уже заходили в наш Telegram-чат? Как вам?

Иногда марсоход генерирует столько информации, что не всегда есть возможность отправить на Землю все полезные данные. Для того, чтобы решить эту проблему, специалисты НАСА устанавливают приоритеты важности, из-за чего часть данных просто удаляется, не достигнув нашей планеты.

Нужны ли спутники, чтобы связаться с Марсом?

Mars Reconnaissance Orbiter над Марсианской поверхностью

Как мы выяснили ранее, для связи с марсоходами нам необходимо использовать спутники, находящиеся на орбите “Красной Планеты”.

Каждый из таких спутников связывается с марсоходом через специальные коммуникационные окна, которые обычно длятся всего лишь несколько минут.

Несмотря на короткое время взаимодействия, этого времени вполне достаточно для того, чтобы передать весь необходимый объем информации.

Если до 2006 года работу связиста выполнял спутник Odyssey, то в настоящее время вместе с ним работает новый спутник Mars Reconnaissance Orbiter или MRO. Помимо наличия весьма внушительного арсенала суперсовременных научных приборов, MRO оборудован и новейшей камерой HiRISE, позволяющей делать снимки с высоким разрешением.

Станции DSN находятся на связи с MRO примерно по 16 часов в сутки, так как все остальное время спутник находится с обратной стороны Марса и закрыт от передачи сигнала толщей планеты.

Спутник Odyssey на орбите Марса

Несмотря на кажущуюся простоту процесса, стоимость одного часового звонка составляет в настоящее время примерно 10000 долларов. Так что, если однажды вам вдруг захочется совершить звонок в будущую марсианскую колонию, то для начала вам придется собрать приличную сумму. Что ж, после прочтения данной статьи вы хотя бы будете знать, почему ваш звонок будет стоить таких больших денег.

Если вам понравилась эта статья, приглашаю вас зайти на наш канал на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации о космосе и науке.

Источник: https://Hi-News.ru/eto-interesno/kak-dozvonitsya-do-marsa.html

Марс окружен роботами: почему ОАЭ, Китай и США почти одновременно решили послать свои аппараты к Марсу и куда смотрит Россия?

Время сигнала до марса

Герберт Уэллс был бы доволен. События развиваются практически зеркально его произведению «Война миров». Не с Марса на Землю, а в обратном направлении в июле 2020 года было произведено три «выстрела».

С разницей в несколько дней к Красной планете ушли арабская, китайская и американская космические станции. Сейчас первые две уже на орбите, а 19 февраля на поверхность сел марсоход NASA.

Цели у них примерно одинаковые — нефть. Ну почти.

Данные — это новая нефть, сказал основатель Alibaba Джек Ма. А нераскрытых загадок на Марсе столько, что, получается, на Красную планету все отправились действительно за нефтью. А ОАЭ и Китай еще и войдут в историю как 5-я и 6-я страна, прибывшие на орбиту Марса (ЕС мы посчитали за одну). Но давайте сначала о тайнах Марса, а потом о проектах.

Есть ли жизнь на Марсе?

Геология — как известно по сериалу «Теория большого взрыва» — самая скучная из точных наук.

Но если мы хотим узнать, почему на Земле комфортные условия для жизни, а на Марсе и Венере нет — надо разобраться.

А вдруг и нам грозит такая же катастрофа (спойлер: нет), а может, Марс можно приспособить для колонизации (без комментариев) или хотя бы облегчить высадку людей на Красную планету (может быть)?

imago/Legion Media

Первое фото Марса, сделанное китайской космической станцией «Тяньвэнь-1»

В прошлом веке первые советские и американские зонды с сожалением убедились, что высокоразвитую цивилизацию мы на Марсе не найдем. Но XXI век вернул интерес к нему. Новые исследования показали, что вода на планете есть — пусть и в виде льда.

Более того, ландшафт показывает, что когда-то большая часть планеты была покрыта океаном.

Куда же делись реки-моря-океаны, почти вся атмосфера Марса, наконец? И успела ли зародиться жизнь, какой она была? А может, ее до сих пор можно найти под поверхностью?

Здесь и далее следует добавлять «с большой вероятностью» после каждого утверждения.

Потому что там, где на земле сотня геологов взяла бы по тысяче образцов и всесторонне исследовала бы их в лабораториях всего мира, нам приходится обходиться фотографиями с орбиты и редкими образцами почвы, которые анализируют самые высокотехнологичные, но, увы, мобильные и крайне ограниченные по функциональности лаборатории на марсоходах и орбитальных зондах. Но человечество не сдается и каждый раз пытается хотя бы в замочную скважину подсмотреть (а также понюхать и послушать), что происходит на соседней планете.

Ради науки. И немного — для гордости

ОАЭ запустили космическую программу и одной из первых миссий решили отправить зонд к Марсу. Амбициозно, но условия позволяют — страна пошла на внушительные расходы и создала зонд совместно с американскими университетами, а запустила его на японской ракете. Читерство? Не думаю.

Можно было самим много лет проектировать ракету и зонд, а теперь сразу вырастет привлекательность профессии космического инженера — у них будет возможность управлять зондом у Марса.

Да и свои устройства будет делать проще, используя опыт создания межпланетной станции Al Amal («Надежда»), пусть основную работу и выполнили американские университеты.

Giuseppe Cacace/AFP via Getty Images
К 50-летию образования ОАЭ Космический центр имени Мохаммеда бин Рашида запустил первый зонд этой страны на орбиту Марса

Интересно, что зонд вышел к Марсу 9 февраля и всего на один день опередил китайский аппарат. Так ОАЭ неожиданно опередили Китай и стали 5-й страной, которой удалось послать аппарат на орбиту Красной планеты (после СССР/России, США, ЕС и Индии). Представляете, у страны еще нет лунной миссии (запланирована на 2024 год), а уже могут похвастаться данными с Марса.

Хотя ОАЭ создавали зонд на свои средства, страна стремится влиться в общемировое сообщество исследователей космоса. Данные обещают предоставить в общий доступ, а цели выбирались совместно с ведущими специалистами мира, чтобы они могли дать новую информацию.

В результате создан зонд массой 1350 кг — относительно скромно по нынешним меркам, поэтому у него всего три научных прибора: мультиспектральная камера (то есть сможет снимать не только в видимом диапазоне волн, но и подглядывать в соседние), а также ультрафиолетовый и инфракрасный спектрометры.

Главные задачи — изучить погоду и динамику атмосферы Марса в нижних слоях атмосферы, понять, как он лишился почти всей атмосферы (сейчас ее давление 1/150 от земной), наблюдать за динамикой концентрации водорода и кислорода.

Кроме новых знаний о геологии планеты эти данные помогут определить, была ли когда-то на Марсе жизнь и может ли она существовать сейчас, а также помогут подготовить будущую экспедицию людей на планету.

Работа орбитальной станции рассчитана на два года.

Красный десант

Китайская миссия к Марсу «Тяньвэнь-1» («Вопросы к небу»). Китай уже достаточно опытен в космических исследованиях — он запускает спутники и целые орбитальные станции вокруг Земли, а в 2019 году впервые посадил луноход на обратную сторону Луны.

Поэтому Марс был естественной ступенькой в изучении космоса. Но какова наглость, хорошая исследовательская наглость, — Китай надеется не только вывести орбитальную станцию вокруг Марса, но и посадить марсоход.

С первого раза мягкая посадка зонда на поверхность не удавалась ни России, ни США, ни ЕС.

W. X. Wan et al. / Nature, 2020

Китай в первой же миссии на Марс отправил орбитальный зонд, посадочную площадку и марсоход. Зонд уже успешно вышел на орбиту, а высадку марсохода ещё будут готовить пару месяцев

Сейчас 5-тонный модуль «Тяньвэнь-1» переходит на постоянную рабочую орбиту — он сможет вести и самостоятельную работу по съемке и исследованию Марса.

Когда он уточнит ландшафт Красной планеты, то выберет место, куда в апреле высадится марсоход.

Это будет относительно небольшой аппарат массой 240 кг, на котором стоят мультиспектральная камера, георадар (который сможет рассматривать планету вглубь до 100 метров), магнитометр, метеостанция и анализатор грунта.

Орбитальная станция рассчитана на 2 года работы, ровер — на 3 месяца. В итоге Китай надеется создать геологическую карту Марса, исследовать состав и свойства поверхности Марса, найти месторождения водяного льда, а также изучить атмосферу и электромагнитные поля планеты.

Скучные цели? Да это же настоящая разведка перед высадкой людей на Марс! Изучат свойства поверхности, чтобы обеспечить мягкую посадку, водяной лед и минералы позволят получать кислород, топливо и вещества для строительства базы. Кажется, Китай надеется нагнать все годы своей космической спячки.

Упаковщик посылки на Землю

Хотя марсоход NASA прибыл последним к Марсу, зато задерживаться на орбите не стал — сразу пошел на посадку. Такая решительность объясняется большим опытом NASA в марсианских миссиях — Perseverance чуть тяжелее и практически такой же по размерам, как Curiosity, который уже 9 лет работает на поверхности Марса.

С одной стороны, посадка уже отработана, с другой — она очень сложна. Атмосфера слишком разрежена, чтобы спустить его на парашютах. Но все-таки ее достаточно, чтобы сжечь аппарат при неаккуратной посадке.

В результате приходится комбинировать торможение об атмосферу, защищая аппарат тепловым щитом, потом тормозить парашютом, а затем уже останавливать его реактивными двигателями: «небесный кран», больше похожий на реактивный ранец, зависает над поверхностью и опускает марсоход на тросах (кран затем отлетает, чтобы не повредить устройство).

NASA называет это «7 минутами ужаса», потому что любое отклонение от программы приведет к катастрофе, а управлять процессом невозможно: сигнал до Земли в данном случае шел в полтора раза дольше — 11 минут.

Впервые вне земли планируется запустить вертолет. Сейчас дрон под названием Ingenuity («Изобретательность») закреплен на марсоходе, но после подготовки совершит несколько 30-секундных полетов, чтобы узнать, можно ли передвигаться в марсианской атмосфере.

Сигнал с Марса до Земли идет от 3 до 22 минут, и за это время марсоход может продвинуться только на расстояние, которое успел осмотреть с камер. Дальше его боятся отпускать инженеры, чтобы он не упал с камня или не застрял в малозаметной расселине.

Потенциально вертолет сможет видеть дальше, что позволит марсоходу преодолевать большее расстояние. Также он может достигать труднодоступных мест на Марсе и других небесных телах.

NASA/JPL-Caltech

Скромное черно-белое изображение — это просто тест. Теперь мы знаем, что самый большой в истории марсоход Perseverance удачно приземлился и начал выполнять миссию NASA

Сделать вертолет было непросто. Как мы упоминали, атмосфера Земли примерно в 150 раз плотнее. Для сравнения: того же порядка разница в плотности у воды и воздуха — представьте, каково подводной лодке на берегу! Чтобы летать в такой атмосфере, 1,8-килограммовому аппарату придется вращать лопастями со скоростью 2600 оборотов в минуту.

Новый марсоход также будет изучать атмосферу и поверхность Марса. Но главное, что он соберет образцы, которые потом планируется доставить следующей миссией на Землю! Это первый проект такого рода.

Посадка марсохода Perseverance проведена в кратере Джезеро (Jezero), в котором раньше было озеро.

Значит, в нем была вода, могла быть жизнь, и найти ее в образцах почвы в земных лабораториях будет гораздо проще.

Еще одно интересное устройство на марсоходе — синтезатор кислорода. Он должен производить газ для дыхания из атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа.

Если прибор удачно сработает, не придется везти с Земли воздух для космонавтов — это позволит существенно сократить массу груза. В остальном задачи привычны — понимание особенностей поверхности и атмосферы Красной планеты, имеющихся запасов водяного льда и минералов.

Они помогут изучить планету и спланировать высадку астронавтов, которую мы ждем в 2030—2040-х годах.

P. S. А как же Россия? Расстрою «всепропалистов». Российско-европейская миссия «ЭкзоМарс» стартовала еще в 2016 году. Посадка модуля Schiaparelli не удалась, но орбитальная станция TGO исследует газовый состав атмосферы и распределение водяных льдов на поверхности еще с 2017 года.

И в доказательство, что она не прохлаждается на орбите — как раз перед прилетом трио с Земли станция выдала новое открытие, — в атмосфере Марса периодически наблюдаются выбросы мизерных количеств хлороводорода. Откуда он, в каких процессах образуется и как это можно использовать — ученым еще предстоит узнать.

А на будущий год запланирован старт следующей части миссии, которая включает высадку марсохода.

Источник: https://esquire.ru/articles/243363-mars-okruzhen-robotami-pochemu-oae-kitay-i-ssha-pochti-odnovremenno-reshili-poslat-svoi-apparaty-k-marsu-i-kuda-smotrit-rossiya/

Сколько времени идет радио сигнал связи от Земли до Марса

Время сигнала до марса

Две планеты с одинаковой длиной суток, но разной длительностью года, словно синхронные пловцы в космосе совершают вращение вокруг Солнца по своим орбитам. Независимо от положения на них, между планетами возможен обмен сигналами.

Как происходит передача сигнала между Марсом и Землей

Чтобы могла возникнуть радиосвязь, нужны как минимум две станции, находящиеся на определенном расстоянии – передающая и принимающая. Связь Марса с Землей, все общение между двумя планетами осуществляется через спутники.

На орбитальных модулях, таких как Марс Одиссей, Марс Экспресс, Марс Ренессанс, индийской межпланетной станции «Мангальян», связь с Марсом происходила при помощи антенны с высоким коэффициентом направленного действия. Она была настроена на Землю. Оповещение, достигающее Земли, было довольно слабым, но наземная сеть станций собирала сигнал, усиливала его и расшифровывала данные.

Планетоходы же отправляли лучи с данными на орбитальные станции Марс Экспресс и Марс Одиссей, а последние уже передавали их на Землю.

Как передается сигнал в вакууме

Задержка радиосигналов не связана ни с конструкцией оборудования на Земле, ни со способом приемки сигналов на орбите меньшей по массе планеты. Это явление взаимосвязано с фундаментальным физическим релятивистским законом, сформулированным еще в 1905 г. Альбертом Эйнштейном который гласит.

Скорость электромагнитных излучений в вакууме (длинные и короткие радиоволны, радиация, инфракрасное излучение и пр.) равна скорости света, а именно, 300000 километров в секунду с небольшой погрешностью.

Радиосигналы подобно свету в вакууме распространяются с той же скоростью. Сигналы помимо огромного расстояния в космосе должны преодолеть еще и толщу атмосферы, окружающую земной шар. Они проходят через атмосферу, взаимодействуя с частицами воздуха, замедляясь настолько незначительно, что их скорость в этой среде принята равной скорости в вакууме, то есть 300000 км/с.

Сколько идет сигнал до Марса

Управление космическим аппаратом, приближающимся к орбите Марса или находящимся на орбите, обеспечивающим связь на Марсе, с учетом того, сколько идет сигнал до Марса, удаленно – сложный процесс. Радиосигналы, идущие от Земли до Марса, распространяются долго.

Во время работы Марсианской научной лаборатории (МНР), планетохода «Кьюриосити» (название происходит от слова curious — любопытный, любознательный) задержка передачи сигналов составляла 13 минут и 48 секунд.

Это средний показатель, а минимальное и максимальное значения — 3 и 24 минуты соответственно.

Разница значений связана с тем, что расстояние между Землей и Марсом не всегда одинаковое. Планеты вращаются по эллиптическим орбитам, смещенным относительно Солнца. Их диаметры по величине отличаются.

При минимальном расстоянии Марса от Земли, которое равно 54 550 000 км, сигнал связи, идущий со скоростью 300 000 км/с, достигает приемника через 3 минуты.

Максимальное расстояние при расположении планет по обе стороны от Солнца на наиболее удаленных от центрального светила точках орбит составляет 401 330 000 км. Сигнал будет преодолевать это расстояние в течение 24 минут.

В Европейском центре управления полетами различают разные типы регистрируемого времени – SCET (Spacecraft Event Time), ERT (Earth Receive Time). Первая аббревиатура означает момент времени, во время которого фактически происходит событие на космическом аппарате.

Время события определяется путем прибавления времени прохождения направленного луча со световой скоростью в вакууме (OWLT) к значению времени отправки сигнала. Это значит, сигнал на космическом аппарате будет получен через этот промежуток времени.

Также это значение может быть получено вычитанием этого периода от значения полученного сигнала от станции на поверхности Земли, то есть ERT. Это значит, что отправка сигнала с космического аппарата произошла в это время.

Вторая аббревиатура соответствует времени возникновения сигнала на Земле, который от Марса, как правило, достигает приёмника за 13 минут.

Перебои связи

Линия между Марсом и Землей, на которой располагаются передающая и принимающая станции, по которой передается радиосвязь, называется LOS – Line of Sight. Когда расстояние между планетами минимальное, прохождению сигналов может ничего не препятствовать.

Однако в процессе движения планет солнечной системы по своим орбитам возникают ситуации, когда Солнце, как уже было описано, попадает на эту линию. Оно оказывается на одной линии между станциями, находящимися на двух планетах, и может помешать осуществлению связи.

Оно непомерно воздействует на прохождение радиосигнала, способствуют большой задержке сигнала, а иногда полностью блокирует возможность передачи волн на довольно длительный период, который может исчисляться неделями или месяцами.

Пути решения

Чтобы организовать бесперебойную связь, в том числе во время противостояния двух космических тел может потребоваться модификация сети дальней космической связи (DSN).

Поэтому при планировании сложных систем станций космической связи одной коммуникационной линии будет недостаточно.

Для продолжительной и бесперебойной работы станций необходима система спутников, станций космической связи, располагающихся по орбитам Марса и Земли.

Три дополнительных спутника, расположенных вокруг Солнца на участках гравитационной устойчивости, могут обеспечить постоянную приемку данных и ее передачу на Марс и на Землю.

Новый способ передачи сигнала

В настоящее время ведется разработка нового вида связи – лазерного коммуникационного демонстрационного реле – Laser Communications Relay Demonstration (LCRD). Это новый вид продвинутой оптической связи для использования в глубоком космосе и для околоземных систем.

Межпланетный интернет

Проект меж планетарного интернета (Interplanetary Internet) предназначен для оснащения станций сверх дальним космическим интернетом. Его разработка ведется на основе нового протокола DTN (Delay/Disruption Tolerant Networking).

В космосе перебои с передачей сигналов – довольно частое явление, и протокол может обеспечить наибольшую проходимость объемов информации даже при сбоях и задержках. Переданный сигнал с данными, полученный на узле, при отсутствии возможности дальнейшей передачи записывается. Затем происходит поиск канала связи, и при появлении возможности связи со следующим узлом данные передаются.

Благодаря этому проекту в будущем на красной планете возможно появление и развитие интернета на Марсе, а научные марсианские станции получат возможность установки вай фай соединений.

Передача информационных данных с помощью сигналов происходит между планетами Марс и Земля с разной скоростью, с разной степенью устойчивости. Количество спутников и орбитальных станций со временем становится больше, и это выдвигает новые требования к уровню оснащенности освоения космического пространства.

Пригодилась информация? Плюсани в социалки!

Источник: https://MarsPlaneta.ru/svyaz-marsa-s-zemlej-skolko-idet-signal-do-krasnoj-planety

Интернет на высоте: есть ли Cеть на Марсе

Время сигнала до марса

Интернет есть уже практически во всех уголках Земли — и не только на ее поверхности. Доступом в Сеть на борту самолета никого не удивишь, пользуются Интернетом и космонавты на борту МКС.

Космические агентства уже готовятся двигаться дальше и подключить к мировой паутине другие планеты Солнечной системы. Интернет в космосе нужен не только и не столько для работы: он помогает людям, находящимся вдали от родной планеты, поддерживать связь с домом.

Рассказываем, как он работает сейчас и как будет работать в перспективе.

WWW на МКС

Экипаж Международной космической станции впервые смог выйти в Интернет в 2010 году. Доступ к мировой паутине обеспечило НАСА.

Чтобы им воспользоваться, астронавты по спутниковой связи подключаются к компьютеру в Хьюстоне как к удаленному рабочему столу и уже с него выходят в Сеть.

Так безопаснее: даже если кто-то из команды МКС нечаянно откроет вредоносную ссылку или файл, злоумышленники смогут добраться только до компьютера на Земле.

В честь появления Интернета на МКС астронавт НАСА Тимоти Кример (Timothy Creamer) опубликовал первый в истории твит из космоса:

Hello verse! We r now LIVE tweeting from the International Space Station — the 1st live tweet from Space! 🙂 More soon, send your ?s

— TJ Creamer (@Astro_TJ) January 22, 2010

Российский космоинтернет

Россия тоже планирует в обозримое время подключить к Интернету свой сегмент МКС. Для этого будут использовать систему спутников-ретрансляторов «Луч», которая пока находится на модернизации.

В прошлом году космонавты Александр Мисуркин и Антон Шкаплеров усовершенствовали антенну на станции, чтобы она могла принимать большие объемы данных со спутника, и заодно установили российский рекорд по времени работы в открытом космосе — 8 часов 12 минут.

По словам исполнительного директора «Роскосмоса» по пилотируемым космическим программам Сергея Крикалева, новое оборудование уже протестировано, так что связь с МКС через спутники «Луч» вот-вот должна заработать.

Спутниковые загвоздки

Конечно, Интернет на МКС далеко не такой быстрый и бесперебойный, как у вас дома. У спутниковой связи, в отличие от проводной, есть как свои плюсы — например, то, что она работает там, куда не получится дотянуть провода, — так и свои сложности.

Высокий пинг и низкая скорость

Хотя станция находится на высоте около 400 км от Земли, путь, который проделывают данные, гораздо длиннее. Сначала сигнал с МКС отправляется вверх — на спутник-ретранслятор, расположенный на высоте около 35,7 тысячи километров. И только оттуда он передается вниз, на наземную станцию космической связи.

Итого, общий пробег отправленной с МКС информации и ответа на нее составляет без малого 150 тысяч километров. Это путешествие требует времени. По словам одного из сотрудников НАСА, данные с МКС передаются с задержкой примерно в полсекунды, что где-то в 20 раз больше среднего показателя для кабельного Интернета.

Кроме того, спутниковый канал связи астронавты используют не только для выхода в Интернет. Они отправляют в центр управления полетами массивы научных данных и видео с камер (его их коллеги на Земле затем транслируют в Сеть, чтобы пользователи могли наблюдать за жизнью станции и видами с нее). Через тот же спутниковый канал астронавты общаются с Землей по аудио- и видеосвязи.

В результате для твитов и запросов к сайтам используется лишь малая доля пропускной способности этого канала. При этом если на Землю спутник может передавать до 300 Мбит данных в секунду, то с Земли на спутник скорость не превышает 25 Мбит/с. В общем, соединение на МКС сравнимо по скорости с древними модемами.

А еще станция время от времени выходит из «зоны видимости» спутников. Из тех полутора часов, за которые МКС облетает Землю, она может до 15 минут оставаться без связи вообще.

Ограниченный запас топлива

С Землей спутники поддерживают постоянный контакт: они вращаются с той же скоростью, что и сама наша планета, и все время находятся над одной и той же точкой.

Правда, положение спутника на орбите время от времени приходится корректировать, иначе он рискует с нее сойти и пропасть со связи. Для маневров ему необходимо топливо.

Однако спутник — не машина и даже не самолет, на Землю для дозаправки его не вернешь.

Чтобы решить эту проблему, компании в разных странах ищут способы заправлять аппараты прямо в космосе.

Системы для поставки топлива на спутники тестируют в американском сегменте МКС, в канадской компании MDA Corporation и британско-израильской компании Effective Space Solutions.

А Европейское космическое агентство (ЕКА) разработало двигатель, способный использовать вместо топлива молекулы воздуха из верхних слоев атмосферы Земли.

Нехватка электроэнергии

Частично проблему с топливом можно решить за счет электричества: оно позволяет снизить расход топлива, при этом запас энергии возобновляется при помощи солнечных панелей. Электричество нужно и для связи с Землей и другими космическими аппаратами. Между тем часть времени спутники от Солнца заслоняет наша планета и они работают исключительно от аккумуляторов, емкость которых ограниченна.

Российские ученые предлагают запустить на орбиту несколько десятков роботов, способных заряжать спутники, которым не хватает энергии.

Эти роботы смогут преобразовывать в энергию не только солнечное излучение, но и радиосигналы с Земли.

Они могут продлить срок жизни космического аппарата в 1,5 раза, а заодно облегчить его, избавив от необходимости возить «лишние» аккумуляторы и солнечные панели.

Перегрев

Космические ретрансляторы, постоянно работающие на полную мощность, сталкиваются с проблемой перегрева.

Поскольку воздуха на орбите нет, вентиляторы, которые используются для охлаждения компьютеров на поверхности планеты, тут не помогут.

В итоге, несмотря на то что в космосе гораздо холоднее, чем на поверхности нашей планеты, проблему с отводом тепла от оборудования решать гораздо сложнее.

Чтобы спутник не перегрелся, его оборудуют радиаторами — устройствами, преобразующими тепло в излучение. Чем мощнее спутник, тем крупнее должен быть радиатор. Так, для охлаждения 25-киловаттных спутников связи нового поколения ученые создали радиатор размером 4 x 1 метр.

Космическое излучение

Еще одна проблема — космическое излучение, которое мешает работе любой электроники. На Земле от него защищают магнитное поле и атмосфера планеты.

На орбите этой защиты нет, поэтому электроника, используемая в космических аппаратах, как правило, делается из расчета на то, что ей придется противостоять радиации.

И тем не менее космическое излучение остается одной из ключевых проблем для спутников.

На МКС, по словам космонавта Павла Виноградова, ноутбуки очень быстро выходят из строя, несмотря на то что сами модули станции неплохо защищены. Страдают и камеры: изображение быстро покрывается битыми пикселями. Кроме того, космическое излучение вносит серьезные помехи в передаваемые спутниками сигналы и может повредить отдельные сегменты памяти устройств.

Радиация против криптографии

Воздействие излучения — одна из причин, по которым информация между Землей и многими космическими аппаратами передается в незашифрованном виде: если радиация повредит участок памяти, в котором хранится ключ шифрования, связь нарушится.

Причем эта проблема касается не только и не столько спутников-ретрансляторов, через которые экипаж МКС подключается к Интернету, — они как раз более-менее защищены. А вот о большинстве других аппаратов на орбите Земли этого не скажешь.

Отсутствие шифрования — вопрос больной, ведь спутники, как и наземные компьютеры, могут атаковать злоумышленники. Недавно в Европейском космическом агентстве запустили эксперимент, который направлен на то, чтобы исправить эту ситуацию. Исследователи тестируют два способа обеспечить надежное шифрованное сообщение со спутниками и сохранить их стоимость в пределах разумного.

  1. «Зашить» в оборудование вспомогательный криптографический ключ. Если основной ключ будет поврежден, система сгенерирует новый на основе вспомогательного. Однако таких ключей можно создать лишь ограниченное количество.
  2. Использовать несколько идентичных вычислительных блоков. Если в одном из них произойдет сбой, то можно переключиться на его полную копию, а тем временем перезагрузить первый и восстановить его работоспособность.

Устройство, на котором будут проверять работоспособность этих методов, в апреле этого года отправилось на МКС, где будет работать без перерыва не менее года. Оно базируется на серийном мини-компьютере Raspberry Pi Zero, благодаря чему стоит относительно недорого.

Правда, рассчитывать на то, что все общение со спутниками станет безопасным в ближайшее время не стоит: то, что уже запущено в космос, так просто не проапгрейдить.

Инопланетный Интернет

Пока одни исследователи улучшают защиту и пропускную способность спутников, другие задумываются о создании межпланетного Интернета. Проблемы, которые для этого необходимо решить, во многом схожи с теми, с которыми сталкивается экипаж МКС, а вот масштабы — совсем другие.

К примеру, до Марса сигнал идет от 3 до 22 минут в зависимости от положения Красной планеты относительно Земли. Это вам не полсекунды задержки. Кроме того, каждые два года на две недели прямая связь между Марсом и Землей прерывается: сигналы не проходят из-за Солнца, которое оказывается в это время между планетами.

Есть у космического Интернета и специфические черты. Например, все узлы такой сети находятся в постоянном движении. В таких условиях технологии земного Интернета не годятся. Поэтому ученые разрабатывают альтернативные схемы обеспечения связи между Землей, Марсом, Луной и другими небесными телами. Эти схемы предполагают:

  1. Внедрение протоколов передачи данных, рассчитанных на длительные задержки, значительно большую долю ошибок и регулярную недоступность узлов. Так, НАСА разработало модель передачи данных Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN). Согласно этой модели, промежуточные узлы сети (например, спутники) хранят информацию до тех пор, пока не получится передать ее следующему узлу.
  2. Отказ от радиоволн, на которых сейчас строится общение со спутниками, и передача данных при помощи оптических (в частности, лазерных) излучений. Во-первых, оптическая связь позволяет ускорить передачу данных в десятки раз. Во-вторых, оптические приемники и передатчики компактнее и потребляют меньше энергии, что особенно важно для спутников-ретрансляторов.
  3. Размещение спутников таким образом, чтобы они могли передавать сигнал вокруг Солнца даже тогда, когда Земля и Марс (или другие планеты — участницы космической Сети) расположены по разные стороны от светила.

Будущее ближе, чем кажется

Как видите, переписка в соцсетях и даже общение по видеосвязи с марсианами и лунатиками — не такая уж фантастика. Конечно, чтобы провести Интернет в открытый космос, человечеству еще придется потрудиться, но первые шаги в этом направлении уже сделаны.

Источник: https://www.kaspersky.ru/blog/internet-in-space/23638/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.