Kosmonautyka.pl > Internet międzyplanetarny
Internet międzyplanetarny
Internet międzyplanetarny to planowane rozszerzenie Internetu w przestrzeń międzyplanetarną naszego Układu Słonecznego.Idea Internetu międzyplanetarnego
Od początku ery kosmicznej panuje dowolność, jeśli chodzi o protokoły komunikacji. Łącze radiowe między Ziemią a wyniesionym w głęboki kosmos obiektem jest najczęściej połączeniem typu punkt-do-punktu (nie siecią) zestawianym ad-hoc (gdy jest to możliwe lub zachodzi taka potrzeba).
Gigantyczne anteny radiowe takich systemów jak Deep Space Network jak na razie komunikują się głównie na zasadzie punkt-punkt (grafika: NASA)
W kosmonautyce do komunikacji z odległymi obiektami pisane jest często dedykowane oprogramowanie, zarówno dla stacji naziemnej jak i pojazdu kosmicznego. Komunikacja punkt-punkt, wielość używanych sposobów i protokołów komunikacji powoduje niekompatybilność oraz utrudnia efektywne i elastyczne wykorzystywanie sprzętu do eksploracji kosmosu kosztującego dziesiątki lub setki mln dolarów każde.
Sytuacja ta podobna jest do panującej u początków komputerowych sieci. Dopiero wprowadzenie modelu TCP/IP dało wspólny standard pozwalający na połączenie ze sobą setek tysięcy mniejszych sieci w jeden Internet i komunikowanie się w nim ze sobą miliardów urządzeń.
Także komunikacja międzyplanetarna potrzebuje standaryzacji. Badania nad nią trwają w należącym do NASA ośrodku badawczym Jet Propulsion Laboratory (JPL). Kierują nimi Adrian Hooke i Vinton Cerf, uważany za jednego z ojców Internetu (obecnie pracujący także dla Google). Opracowali oni protokół DTN, który jest skrótem od Delay Tolerant Networking (sieć odporna na opóźnienia) lub Disruption Tolerant Networking (sieć odporna na przerwania).
"Obecnie zespół operacyjny musi ręcznie zaplanować każde połączenie i wysłać wszystkie komendy mówiące jakie dane wysłać, kiedy wysłać i dokąd wysłać. Dzięki standaryzacji DTN można to zrobić automatycznie." - powiedział Leigh Torgerson z ośrodka JPL.
W Internecie międzyplanetarnym, ze względu na bardzo duże odległości, jakie musi pokonać sygnał w przestrzeni kosmicznej, zastosowane do komunikacji protokoły sieciowe muszą uwzględniać i być odporne na duże opóźnienia oraz przerwy w komunikacji między węzłami sieci.
W ziemskim Internecie bazującym na światłowodowej sieci szkieletowej opóźnienia sygnału podczas transmisji są nieznaczne (małe odległości jak na prędkość propagacji = prędkości światła). Także błędy transmisji danych są retransmitowane błyskawicznie. Wypracowane ziemskie protokoły Internetowe nadają się i są wykorzystywane w kosmosie tylko do transmisji danych na stosunkowo niewielkie odległości, na przykład z satelitami na orbicie okołoziemskiej lub Międzynarodową Stacją Kosmiczną (ISS).
Sytuacja wygląda znacznie inaczej dla komunikacji międzyplanetarnej. Dla przykładu, kiedy Ziemia i Mars są w najbliżej siebie, fale radiowe lub sygnał laserowy potrzebuje na przebycie dzielącej jej odległości 3,5 minuty. Ograniczeni tutaj jesteśmy stałą prędkością światła. Zatem potrzeba co najmniej 7 minut na przekazanie odpowiedzi. Gdy Mars i Ziemia są w najdalszych pozycjach orbitalnych od siebie to czas trwania komunikacji dwukierunkowej wydłuża się co co najmniej 40 minut. Dwustronna komunikacja z Plutonem to 12 godzin.
Kolejnym wyzwaniem w Internecie międzyplanetarnym są przerwy w transmisji. Planety i ich księżyce obracają się wokół osi. Oznacza to, że lądownik lub łazik na ich powierzchni w wyniku rotacji wychodzi z pola widzenia węzła przekaźnikowego. Podobnie obraca się także Ziemia. Komunikacja radiowa lub laserowa jest wtedy niemożliwa co musi uwzględniać protokół komunikacji. Obiekty kosmiczne stanowiące węzły Internetu międzyplanetarnego i pośredniczące w transmisji zatem muszą zatem buforować dane i je wysyłać, aż inne węzły i odbiorca będą mogli je odebrać i potwierdzą ich odbiór.
| Internet (ziemski) | Internet międzyplanetarny | |
| Protokół | Internet Protocol (IP) | Bundle Protocol (BP) |
| Węzły | w ruchu | w miejscu |
| Łączność | stała | przerywana |
| Odległości | małe | bardzo duże |
| Opóźnienia | części sekund | minuty i godziny |
Szkielet sieci międzyplanetarnej stanowić mają głównie wysłane z Ziemi w przestrzeń międzyplanetarną bezzałogowe sondy kosmiczne. Węzłami takiej sieci będą mogły być także planowane międzyplanetarne załogowe statki kosmiczne. Standaryzacja protokołów pozwolić na to, że kolejne wysyłane przez różne kraje z Ziemi obiekty kosmiczne tworzyć będą węzły sieci, zatem kręgosłup Internetu międzyplanetarnego.
Węzły Internetu międzyplanetarnego pośredniczące w transmisji buforują dane i je wysyłać, aż odbiorca potwierdzi ich odbiór.
Dane są wysłane w małych pakietach od nadawcy do dostępnego węzła Internetu międzyplanetarnego, który buforuje je (zapisuje) i transmituje dalej, aż odbiorca potwierdzi ich odbiór. Przy tym przekazywanie na kilka sposobów pakietów w tej samej wersji, od źródła do miejsca przeznaczenia, zwiększenia prawdopodobieństwa skutecznego komunikowania się.
Bezpieczeństwo komunikacji zapewnione będzie przez szyfrowanie danych oraz uwierzytelnianie węzłów przez inne węzły.
Dodatkowo, aby zwiększyć prawdopodobieństwo przekazania ważnych i krytycznych informacji przypisywać można danym odpowiednie priorytety przesyłu, tak aby jako pierwsze transmitowane były dane uznane z najważniejsze.
Łączność
Krążący wokół Czerwonej Planety sztuczny satelita Mars Recoinassance Orbiter (MRO) dzięki urządzeniu HiRISE umożliwia wykonywanie zdjęć powierzchni Marsa o bardzo dużej rozdzielczości. Transfer jednego zdjęcia przez 6 megabitowe łącze radiowe Mars ? Ziemia zajmuje jednakże aż 90 minut. Dla łącza laserowego rzędu 100 megabitów transfer danych byłby 16 razy szybszy - 5 zamiast 90 minut.
Łączność radiowa
Wczesną koncepcję Internetu międzyplanetarnego bazującego na protokole DTN przetestowano na sondzie kosmicznej Deep Impact, przemianowanej na EPOXI po zakończeniu swojej misji do komety. Symulowano, że znajdujące się sonda EPOXI jest marsjańskim satelitą przekaźnikowym (węzłem). Oprócz niej było także 9 dodatkowych węzłów umieszczonych w ośrodku JPL imitujących marsjańskie lądowniki, orbitery oraz stacje naziemne.
Dzięki temu, że EPOXI została przeprogramowana do testów DTN nie trzeba było wysyłać w kosmos nowego sprzętu testowego.
Kolejny test DTN odbył się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) w 2009 roku. On także zakończył się sukcesem - przesyłem plików między stacją a ziemią z wykorzystaniem satelity przekaźnikowego w warunkach utraty i wznawiania połączenia.
W 2012 ze stacji orbitalnej (z laptopa) udało się sterować łazikiem wykonanym z klocków LEGO na powierzchni Ziemi. Była to symulacja zdalnej kontroli łazika planety z jej orbity za pomocą Internetu międzyplanetarnego.
Łączność laserowa
Terminal do komunikacji opracowany przez firmę Tesat-Spacecom dla Niemieckiej Agencji Kosmicznej DLR (grafika: ESA)
Używanie laserów pozwala na przesyłanie większej ilości danych niż jest jest możliwe za pomocą fal radiowych
Łączność optyczna za pomocą laserów jest nie tylko 10-100 pojemniejsza, ale wymaga także lżejszego sprzętu i niższego zużycia energii.
Komunikację laserową przetestowano na sondzie kosmicznej LADEE, sztucznym satelicie Księżyca. Oprócz obserwacji naszego naturalnego satelity zaopatrzona była w łącze laserowe o przepustowości 50-600 megabitów na sekundę. Z sukcesem udało się przesłać dane laserem na odległość 385 tys. km. Zanotowano maksymalną przepustowość 622 megabitów na sekundę (Mbps).
Kolejny taki test odbędzie się na sondzie Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), która ma przetestować łączność optyczną o pojemności setek megabitów na sekundę na odległościach międzyplanetarnych. Jej start odbyć się ma w 2017 roku.
Możliwość laserowej komunikacji ma być także przetestowana na proponowanej na 2020 rok sondzie kosmicznej Phobos And Deimos & Mars Environment (PADME). Sonda ta będąca orbiterem (sztucznym satelitą) Marsa ma zostać zaopatrzona w pasywny reflektor promienia laserowego. Odbijać ma on wiązkę laserową z planowanego łazika Mars 2020 testując możliwość komunikacji laserowej między powierzchnią Marsa i jego orbitą.
Wsparcie
 |
Na bieżąco. Za darmo. Codzienne. |
| Kosmonautyka.pl na serwisach społecznościowych: | |