Вопросы и ответы о связи и технике в космосе. Часть 2
В этой части обсудим новую партию вопросов: почему в тяжелых космических условиях земным гаджетам не место и что думают НАСА и Роскосмос по поводу межпланетного интернета.
/ Flickr / trilobite1985 / CC
Можно ли использовать техническое оборудование в открытом космосе и на других планетах?
В условиях МКС много гаджетов, но они достаточно часто ломаются, например, одна из самых распространенных проблем — поломка экранов, что связано с большим давлением или просто слишком длительной работой.
В условиях открытого космоса на технику будет влиять намного больше факторов, поэтому при разработке такого оборудования следует продумать защиту от радиации, надежность (долговечность) и систему охлаждения.
Более высокий уровень радиации в космосе со временем приведет к повреждению интегральной схемы. Кроме того, во время солнечных бурь электромагнитное поле планеты иногда отражает излучение. Обычная техника потребительского класса вряд ли переживет такое воздействие без поломок.
И на Луне обычное земное оборудование будет подвергаться воздействию космической и солнечной радиации и не сможет нормально функционировать, считает пользователь Quora, ссылаясь на материал НАСА. Даже очень надежные часы Omega Speedmaster, которые с согласия НАСА предоставляются всем астронавтам, не пережили прогулку на Луне. Во время второго выхода на поверхность один из кристаллов часов сломался и астронавту Дэйву Скотту (Dave Scott) пришлось надеть свои запасные часы Bulova. Настоящая причина поломки неизвестна (это могла быть просто случайность), но это еще раз доказывает, что не всякое земное устройство выдержит нахождение в космосе.
Но безусловно, разработанное специально для исследования космоса оборудование может выдерживать и более суровые условия. Ежегодно в рамках программы Innovative Advanced Concepts НАСА отбирает перспективные проекты.
В 2014 году поддержку получил в том числе и Стивен Олесон (Steven Oleson) из исследовательского центра НАСА в Кливленде. Он считает, что уникальные углеводородные озера на спутнике Сатурна Титане необходимо исследовать с помощью «подводной» лодки, так как самое интересное может скрываться на глубине. Но по сравнению с земными подлодками у аппарата на Титане будет по крайней мере одно преимущество — ему не придется всплывать на поверхность для выхода на связь, так как в отличие от воды, углеводород пропускает радиоволны. Отправить такую лодку на Титан планируют в 2040х годах.
В 2016 году среди отобранных проектов есть еще несколько аппаратов, способных эффективно работать в космосе. Например, многофункциональный планетарный зонд легкого веса для экстремальных условий разведки и локомоции (Джавид Бэйандором (Javid Bayandor) из политехнического института Вирджинии) и мощный исследовательский зонд для использования на Венере (Ратнакакумар Бугга (Ratnakumar Bugga) из лаборатории НАСА в Пасадене). Полный список всех профинансированных проектов можно посмотреть тут.
/ Flickr / Ryan Somma / CC
Существует ли межпланетный интернет?
Система межпланетной связи налажена: например, за 2013 год мы получили около 25 Тб данных с одного из спутников на орбите Марса (MRO). Но скорость передачи данных составляет 5,2 Мб/с, поэтому отправка научной информации занимает 7,5 часов, а одного снимка с камеры HiRISE — 1,5 часа. Что, в принципе, по космическим меркам не так уж плохо. (См. пункт «Data Dilemma» в источнике). Но как известно, нет предела совершенству.
Российская сторона проводила испытания системы лазерной связи (СЛС) для передачи данных с Земли на Российский сегмент МКС и обратно еще в 2012 году. Система состояла из бортового терминала лазерной связи (БТЛС) на МКС и наземного лазерного терминала (НЛТ) на станции «Архыз» на Северном Кавказе.
Удалось достичь скорости в 125 Мб/сек и передать 2,8 Гбайт данных. Однако о результатах исследования и планируемом втором этапе ничего неизвестно: данные либо были засекречены, либо проведение эксперимента было приостановлено, считают авторы КосмоБлога. (Подробнее о системе лазерной связи читайте тут в главе «Эксперименты по осуществлению космической лазерной связи»).
Возможно именно по этой причине в сети намного меньше материалов о российских исследованиях и разработках, особенно в области связи в космосе. Но, возможно, Роскосмос ставит перед собой другие приоритетные задачи (со списком которых можно ознакомиться здесь). Кстати, развитие межзвездной связи значится там только в разделе «Отдаленные перспективы космонавтики».
В 2013 году были проведены успешные испытания системы двусторонней лазерной связи Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) на луне. Данные передаются при помощи короткоимпульсного лазера и спутников. На наземной станции в Нью-Мексико находятся 4 телескопа, каждый из которых передает зашифрованные данные инфракрасными импульсами. Спутник на лунной орбите принимает сигналы и передает их на Луну при помощи оптических и электрических импульсов.
При этом ученым НАСА удалось в 4800 раз увеличить скорость передачи данных (по сравнению с предыдущим аналогичным проектом) — она составила 622 Мбит/сек. Скорость обратного сигнала с наземной станции составила 20 Мбит/сек, что тоже совсем неплохо, учитывая расстояние, на котором находится аппарат — 385 000 км от поверхности Земли. Эта технология позволила увеличить качество передаваемых снимков и 3D-трансляций из открытого космоса, независимо от погодных условий.
Успех лазерной технологии способствовал развитию исследований о возможностях связи в открытом космосе. Так, команда НАСА планирует уже к концу 2017 года изготовить и полностью протестировать прототип устройства лазерной связи, который будет использован в миссии Discovery в 2020 году.
Система оптической связи в глубоком космосе DSOC сможет функционировать от близких к Земле астероидов до Юпитера, скорость передачи данных с расстояния 63 млн километров (с Марса) составит 250 Мб/сек, а вес аппарата составит всего 25 кг при мощности 75 Вт. Вес сегодняшней системы на Лунном орбитальном зонде — 60 кг при мощности в 120 Вт. (См. пункт «Lasers to deep space and beyond» в источнике).
Передача данных сегодня осуществляется и на еще больших расстояниях: так, Вояджеры, запущенные еще в 1977 году, продолжают присылать снимки на Землю, находясь от нее на расстоянии 193 миллиарда километров. Получение этих сигналов возможно благодаря сети дальней космической связи НАСА (DSN). Но современные технологии выведут обмен данными между объектами в космосе на совсем другой уровень: возможно, скорость соединения станет на самом деле космической и мы сможем получить онлайн-доступ к камерам на марсоходах и аппаратах, исследующих другие планеты.
О чем еще мы пишем в первом блоге о корпоративном IaaS:
- Облачные сервисы: опыт использования IaaS российскими компаниями
- X-as-a-services: как не погрязнуть в аббревиатурах облачных услуг
- На Олимпийских играх — 2016 используют облачные технологии
И в нашем блоге на Хабре:
- Как облачные технологии меняют мир спорта
- «Немного о платформах»: Backend-as-a-Service
- IaaS-дайджест: Знакомство с виртуальной инфраструктурой
