Miłośnicy filmów science-fiction kojarzą zapewne slogan „w kosmosie nikt nie usłyszy twojego krzyku”. Choć oryginalnie wymyślony na potrzeby kampanii marketingowej filmu „Obcy” – jest w nim sporo prawdy. Przekonał się o tym niedawno student Brunel University, który wysłał na wysokość kilkudziesięciu kilometrów kapsułę z krzyczącym głośnikiem i nasłuchującym mikrofonem.
Omar Gad, bo tak zwie się ów student, postanowił przetestować filmowy slogan w praktyce. Nagrał głos matki wołającej tak głośno jak to tylko możliwe „Dzieci! Chodźcie posprzątać pokój!” a następnie podczepił pokrzykujący głośnik wraz z mikrofonem do wielkiego balona, który wzniósł się ponad większość ziemskiej atmosfery. Stukrotnie rozrzedzone powietrze okazało się dla matczynych okrzyków barierą prawie nie do pokonania potwierdzając słuszność filmowego sloganu.
Eksperyment Omara Gada z Brunel University, który w lipcu tego roku wzniósł się na 33 kilometry n.p.m. testując czy mikrofon w rozrzedzonej atmosferze ziemskiej jest w stanie usłyszeć krzyki dochodzące z głośnika. Źródło: thenakedscientists.com
Skąd ten efekt? Dźwięk to w rzeczywistości drgania, które rozchodzą się w jakimś ośrodku – na przykład w powietrzu, w wodzie, a nawet w kościach, z których składa się nasza czaszka. Tymczasem próżnia kosmiczna, jak sama nazwa wskazuje, jest… próżna. Brak w kosmosie ośrodka, który mógłby przenosić dźwięk.
Problem dla astronautów
Dla astronautów i projektantów misji kosmicznych brak możliwości komunikowania się z wykorzystaniem fal dźwiękowych to oczywiście dość poważny problem. Wystarczy wyobrazić sobie astronautkę w trakcie spaceru kosmicznego, która nie może doprosić się kolegi o to aby złapał odlatującą torbę z narzędziami. Co robią z tym fantem agencje kosmiczne? Zamieniają fale dźwiękowe na fale radiowe.
Każdy astronauta ma na wyposażeniu kosmiczny „zestaw słuchawkowy”, który podłączony jest do radiowego nadajnika wbudowanego w skafander kosmiczny (zazwyczaj umieszczany jest w plecaku skafandra, zaraz koło głowy astronauty). Astronauci mogą w trakcie spacerów kosmicznych rozmawiać ze sobą, ze statkiem matką lub nawet bezpośrednio z Centrum Kontroli Lotów na Ziemi. Wykorzystywane są do tego fale radiowe UHF, znane nam z wykorzystania w telefonach komórkowych, Wi-Fi, zestawach Bluetooth czy krótkofalówkach.
Astronauta Neil Armstrong w słynnej „czapce Snoopy’ego” pozwalającej na radiową komunikację w trakcie spacerów kosmicznych. Źródło: NASA.
Oczywiście, podobnie jak w przypadku wspomnianych technologii, problemem pozostaje kwestia zasięgu nadajnika. Co jeśli astronauta odleci za daleko od rozmawiających z nim kontrolerów lotu w Houston? Co jeśli poleci na… Księżyc?
Komunikacja księżycowa
W trakcie misji Apollo astronauci na powierzchni Księżyca byli zbyt daleko od naszej planety, aby ich małe radia pozwalały na bezpośrednią rozmowę z kontrolerami lotu w Houston. NASA rozwiązała ten problem w podobny sposób do tego, jak operatorzy telekomunikacyjni pomagają nam „łapać zasięg” na Ziemi – ustawiając koło astronautów stację przekaźnikową.
W trakcie pierwszych lądowań człowieka na powierzchni Srebrnego Globu, w rolę znanego nam z Ziemi masztu antenowego wcielił się Lądownik Księżycowy. Astronauci mówiąc do mikrofonów transmitowali głos zarówno do siebie nawzajem, jak i do Lądownika, który przekazywał dalej ich rozmowy na Ziemię. Co ciekawe, podobnie do tego jak działają dzisiejsze maszty antenowe, Lądownik Księżycowy pozwalał również na transmisję danych (np. zapis tętna astronautów czy ciśnienia w skafandrze kosmicznym).
Część systemu komunikacji radiowej wykorzystywanej trakcie księżycowych misji Apollo. Źródło: NASA
Późniejsze misje Apollo wiązały się z coraz dłuższymi wycieczkami astronautów po powierzchni Księżyca. Aby nie stracić zasięgu radiowego zaczęli więc zabierać stacje przekaźnikowe ze sobą. Anteny kierunkowe w kształcie „parasolek” montowane były na przodzie łazików księżycowych, skąd mogły transmitować już nie tylko dźwięk, ale i nawet kolorowy obraz prosto z kamery pokładowej.
Nagranie ruchu łazika księżycowego w trakcie misji Apollo 16 (1972). Zestaw nadajników na pokładzie łazika wykorzystywany był w trakcie dłuższych wycieczek po powierzchni srebrnego globu. Źródło: NASA Link: https://www.youtube.com/watch?v=5dVX16sBV0s
Kosmiczny Internet rzeczy
Od czasu pierwszej misji Apollo minęło już 50 lat i choć w tym czasie przestaliśmy wysyłać astronautów poza orbitę Ziemską, niesamowity krok naprzód zrobiły zautomatyzowane próbniki kosmiczne. Obecnie w Układzie Słonecznym aktywnych jest aż 21 sond kosmicznych (w tym dwa lądowniki), które stale komunikują się z Ziemią. Są one małą częścią powoli kształtującej się infrastruktury „Internetu międzyplanetarnego”, która pozwala na odbijanie sygnału między aktywnymi sondami tak aby dotarł w końcu do centrum kontroli lotów na Ziemi.
Przykładem praktycznego wykorzystania tego kosmicznego Internetu jest łazik NASA Curiosity, który obecnie zwiedza powierzchnię Marsa. Większość danych z łazika przekazywana jest na Ziemię za pośrednictwem dwóch sond orbitujących dookoła Czerwonej Planety, Mars Reconnaissance Orbiter oraz Mars Odyssey.
Tweety z kosmosu
Innym ciekawym przykładem Internetu kosmicznego jest dostęp do sieci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Astronauci mogą obecnie wysyłać i odbierać dane z prędkością 600 megabitów na sekundę – czyli około 10 razy szybciej niż komputer, na którym piszę ten tekst! Wykorzystują do tego system nadajników naziemnych i aż 10 satelitów przekaźnikowych amerykańskiego systemu TDRSS.
Co ważne – Internet z kosmosu ma szansę dotrzeć również i pod nasze strzechy. I to bardzo niedługo. Dzięki powstającym właśnie megakonstelacjom satelitów Starlink i OneWeb, w ciągu najbliższej dekady na orbitę trafi kilkadziesiąt tysięcy nowych satelitów, które dostarczą Internet do dowolnego domu na świecie.
Pierwsze tweety z kosmosu zostały już wysłane. W październiku tego roku Elon Musk, słynny amerykański przedsiębiorca, napisał za pośrednictwem satelitów Starlink „O kurcze, zadziałało!”. I może to być pierwszy w historii okrzyk kosmiczny, który udało się jednak usłyszeć.
Wiadomości Elona Muska z października 2019 roku. „Wysyłam tego tweeta przez kosmos z wykorzystaniem satelity Starlink” i „O kurcze, zadziałało!!”