Przywykliśmy już do tego, że nasza planeta opleciona jest siecią połączeń pozwalających komunikować się ze sobą z prędkością światła. Czy wiecie jednak, że na naszych oczach wydarza się właśnie rewolucja? Internet wybiera się w kosmos – i to nie tylko na pokład Stacji Kosmicznej czy na Księżyc. O nie! Przygotujcie się na Internet międzyplanetarny.
Internet jest dostępny na orbicie już od wielu lat. Korzystają z niego między innymi astronauci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Z początku był jednak dość powolny. Kiedy my na Ziemi aktualizowaliśmy coraz obszerniejsze profile w mediach społecznościowych – astronauci wciąż byli ograniczeni do e-maili z załącznikami i rozmów przez komunikatory głosowe.
Powodem tej różnicy w dostępie była wspomniana na początku sieć światłowodów oplatająca całą Ziemię. Pozwala ona szybko przesyłać duże ilości danych dookoła świata przy minimalnych opóźnieniach. Stacji kosmicznej oczywiście nie da się podłączyć do kabla, a tym bardziej złapać zasięg Wi-Fi z kilkuset kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Ale czy na pewno? Od kilku lat coraz częściej słychać o planach znaczących firm, takich jak SpaceX, Amazon czy Facebook, które pracują już teraz nad rozwiązaniem tego problemu w formie… kosmicznego Wi-Fi.
Wizualizacja megakonstelacji satelitów. Źródło: ESA.
Projekt firmy SpaceX nazywa się Starlink na cześć filmu „Gwiazd naszych wina”. Składać się będzie z sieci prawie dwunastu tysięcy małych satelitów orbitujących pomiędzy 300 km a 1300 km nad naszymi głowami. Pojawią się tam najpóźniej do 2027 roku. I to nie jest jakaś mrzonka – pierwsze 240 satelitów jest już na orbicie!
Każdy wyposażony w nadajnik, który w podobny sposób do routera Wi-Fi, pozwoli nam odbierać Internet bezprzewodowo. Potrzebna jest do tego antena wielkości pudełka do pizzy, którą można powiesić na ścianie w domu. W ten sposób można mieć dostęp do Internetu z dowolnego miejsca na Ziemi. Ba, pierwsze wiadomości z wykorzystaniem owego orbitalnego Internetu zostały już wysłane.
Tweety Elona Muska: “Wysyłam tę wiadomość przez satelitę Starlink” i “O rety, zadziałało!!”. Źródło: Twitter.
Mamy tu do czynienia z prawdziwą rewolucją. Obecnie wszystkich aktywnych satelitów na orbicie jest mniej niż dwa tysiące. W ciągu najbliższych kilku lat liczba ta zwiększy się więc wielokrotnie. Eksperci spierają się czy nie doprowadzi to do tzw. “Syndromu Kesslera” czyli totalnego zaśmiecenia orbity ziemskiej.
Co ciekawe, wszystkich gwiazd widocznych gołym okiem na niebie jest zaledwie pięć tysięcy. Tymczasem już za chwilę dołączą do nich dziesiątki tysięcy punkcików wysyłanych w partiach po kilkadziesiąt na raz przez SpaceX, OneWeb, Amazon’a, Facebook’a i innych. Nocne niebo już nigdy nie będzie takie samo – szczególnie dla astronomów.
Sieci kosmiczne
Sprawdźmy jednak jak Internet radzi sobie dalej od Ziemi. W końcu astronauci i zrobotyzowane sondy zapuszczają się też dalej w kosmos. Największym wyzwaniem w komunikacji na tak dużych odległościach jest ograniczona prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych (zarówno radiowych jak i światła widzialnego) czyli słynna prędkość światła w próżni. Księżyc jest w odległości 384 tysięcy kilometrów od Ziemi, co oznacza, że sygnał radiowy leci tam i z powrotem przez około 2,5 sekundy. Przeszkadza to trochę w wideokonferencjach ale czatując pewnie nie zauważylibyśmy żadnej różnicy. Co innego gdybyśmy próbowali komunikować się z okolic Plutona, jak sonda New Horizons parę lat temu. Opóźnienie wynosiło w tym przypadku aż 9 godzin!
Samo opóźnienie to jednak nie jedyny problem. Im dalej od anteny nadawczej, tym bardziej fale radiowe rozchodzą się “na boki” i tym słabszy sygnał dociera do odbiornika. A w kosmosie odległości są ogromne. Naziemne anteny NASA są obecnie w stanie odbierać dane z Marsa z przepustowością około 1,5 megabita na sekundę – co pozwalałoby na przykład na streamowanie filmów z Czerwonej Planety w standardowej jakości. Przychodzi mi do głowy od razu oglądanie Marsjanina nadawanego z Marsa. Wybierając się jednak na Plutona przepustowość spada do zaledwie 2 kilobitów na sekundę – czyli mniej niż pojedynczego emoticona 🙂 co sekundę. Zapomnijcie więc o oglądaniu z rubieży Układu Słonecznego Netflixa nadawanego z Ziemi.
No dobrze – ale w jaki sposób komunikujemy się właściwie z tymi odległymi światami? Na Zachodzie w użyciu są obecnie trzy sieci kosmiczne.
Pierwsza, nazwana po prostu Space Network (ang. Sieć Kosmiczna), jest w użyciu od lat 70. Składa się z dziesięciu satelitów oraz dwóch stacji naziemnych i pozwala na nawiązywanie połączeń z orbitą Ziemską – między innymi z Międzynarodową Stacją Kosmiczną czy Teleskopem Kosmicznym Hubble’a.
Kolejną jest Near Earth Network (ang. Sieć Bliska Ziemi), wyposażona w 17 stacji naziemnych, które mogą komunikować się z satelitami aż do orbity Księżyca.
Antena Deep Space Network w Goldstone, USA. Źródło: NASA
Ostatnią i najpotężniejszą siecią jest Deep Space Network(ang. Sieć Głębokiego Kosmosu), która pozwala na wymianę informacji z misjami międzyplanetarnymi. Posiada trzy wielkie stacje naziemne rozstawione dookoła naszej planety co 120 stopni. W ten sposób obracająca się Ziemia zawsze celuje w odległą sondę przynajmniej jedną z potężnych anten. To właśnie ta sieć pozwala nam nasłuchiwać sygnałów z sondy Voyager 1 – już poza granicami Układu Słonecznego, 22 miliardy kilometrów od Ziemi.
Problemem wszystkich tych sieci jest obecnie swego rodzaju klęska urodzaju w agencjach kosmicznych na całym świecie. Sieć Deep Space Network nie ma dość przepustowości aby obsłużyć wszystkie misje kosmiczne planowane na lata 20 przez NASA, ESA, Indie czy Zjednoczone Emiraty Arabskie. Nie wspominając nawet o planowanych lotach na Marsa.
Internet międzyplanetarny
Pomysłem na rozwiązanie tego problemu jest idea Internetu międzyplanetarnego. NASA testuje już nowy system nazywany Delay or Disruption Tolerant Networking (ang. Sieć Tolerująca Opóźnienia lub Zakłócenia), którego celem jest połączenie w sieć sond kosmicznych rozproszonych po całym Układzie Słonecznym. Ma za zadanie poradzić sobie z nietypowymi problemami międzyplanetarnego Internetu jak ogromne odległości, szumy powodowane aktywnością Słońca tudzież sondy schowane po drugiej stronie planety akurat wtedy gdy próbujemy się z nimi połączyć.
Przykład sieci Internetu międzyplanetarnego. Źródło: ESA.
Sieć taka działa na zasadzie sztafety, w której kolejne misje kosmiczne przekazują sobie fragmenty nadanej wiadomości, zapisują je i przekazują dalej gdy kolejna sonda pojawi się w zasięgu. I tak dopóki pełna wiadomość nie dotrze do adresata. Tym sposobem przepustowość sieci internetowej może wzrosnąć nawet dwudziestopięciokrotnie. Co więcej, pozwala to na wysłanie sygnału z Ziemi z pewnością, że po jakimś czasie, odbijając się po całym Układzie Słonecznym, w końcu dotrze do odbiorcy. Pierwsze testy tego systemu miały miejsce już w 2008 roku. NASA nadała sygnał do sondy EPOXI, w drodze do komety Halley’a, 20 milionów kilometrów od Ziemi, która z sukcesem przekazała go dalej na Marsa.
Połączenie laserowe
Do niedawna wszystkie połączenia z misjami kosmicznymi wykorzystywały fale radiowe, które cechują się ograniczoną przepustowością, szczególnie w porównaniu z falami światła widzialnego. Aby obejść ten problem, w przyszłości najprawdopodobniej przestawimy się na komunikację laserową.
NASA i ESA eksperymentują już z nadajnikami laserowymi transmitującymi dane między satelitami i na pokład Stacji Kosmicznej. Co jakiś czas światło eksperymentalnego lasera strzela z nadajnika na Ziemi prosto w Stację Kosmiczną, zwiększając przepustowość danych nawet tysiąckrotnie w porównaniu do standardowego systemu opartego na falach radiowych. W teście przeprowadzonym przez NASA, na pokład Stacji Kosmicznej został wysłany film pokazujący lądowanie Apollo 11 na Księżycu. Przesył danych z wykorzystaniem fal radiowych zajął aż 12 godzin. Ten sam film został potem przesłany z powrotem na Ziemię z wykorzystaniem lasera. Tym razem transfer zajął zaledwie 7 sekund!
Przykład działania nowo powstającego Europejskiego Systemu Transmisji Danych. Źródło: Airbus
Ten sam system działa również doskonale na dużych odległościach. W 2013 roku NASA przeprowadziła test Lunar Laser Communication Demonstration (ang. Demonstracja Komunikacji Laserem Księżycowym), oświetlając laserem sondę na orbicie Księżyca, która w odpowiedzi oświetliła w podobny sposób odbiorniki na Ziemi. Test pobił wszelkie rekordy prędkości przesyłu danych w kosmosie – osiągając 622 megabity na sekundę – porównywalne do połączenia światłowodowego. Połączenie z Księżycem było ponad 30 razy szybsze niż to, z którego korzystam w tej chwili w kawiarni w dużym mieście. Żyjemy w przyszłości.
InstaMars
Wygląda na to, że już niedługo ziści się wizja rodem z science fiction. Internet międzyplanetarny – oparty na sieci sond kosmicznych rozproszonych po całym Układzie Słonecznym, strzelających w siebie co jakiś czas laserami – stanie się rzeczywistością.
Dla pierwszych kolonistów Marsa to z pewnością dobre wieści. Spodziewam się transmisji pierwszego lądowania na żywo na Instagramie. No… z opóźnieniem 20 minut.