Как работает интернет в космосе и что такое «Луч»

В 2010 году с доступом в сеть помогло НАСА, а астронавт Тимоти Кример отправил первый в истории твит из космоса. Правда, тогда дела с космическим Интернетом обстояли довольно печально, загрузка шла очень долго, и многие по привычке пользовались электронной почтой (и твитили по имейлам).

Как это работает?

Для доступа в Интернет на МКС используется несколько спутников для связи с Землёй, которые обеспечивают соединение между станцией и земными центрами управления.

Когда космонавт отправляет запрос в Интернет со своего ноутбука, данные сначала отправляются к одному из этих спутников, затем — к земному центру управления, а потом уже попадают к соответствующему серверу. Обратный путь работает аналогично.

Важный момент: так безопаснее. Если даже вдруг кто-то и кликнет по вирусной ссылке, то она доберется только до компа на Земле, а не до станции. То есть там пользуются доступом по удалёнке.

Но поскольку соединение проходит через различные точки — от станции до спутника, от спутника к земной станции и далее — существует риск, что кто-то вмешается или перехватит данные. Чтобы такого не произошло, космонавты используют шифрование для защиты своей связи

Сама связь происходит в Ku-диапазоне с помощью системы спутников группировки TRDS на геосинхронной орбите.

На МКС информация идёт со скоростью до 3 мегабит в секунду, на Землю данные могут уходить со скоростью до 300 мегабит в секунду. Впрочем, среднее число составляет не 300, а в районе 50 мегабит в секунду.

Что там по онлайн-играм?

Итак, данные передавались не так быстро, как на Земле, раньше скорость на станции могла достигать аж до 3 мегабит в секунду.

Другими словами, скорость соединения на МКС была примерно как у древних модемов.

Есть и ещё нюанс: станция периодически выходит из «зоны видимости» спутников. Пока МКС облетает Землю, она на несколько минут может полностью лишиться связи.

Такая скорость связана с особенностями работы в космосе, однако ситуация постепенно улучшается. Например, в 2019 году скорость на МКС выросла до 600 мегабит в секунду, а на станции есть ещё своего рода Wi-Fi, позволяющий космонавтам оставаться на связи.

Пинг, правда, всё равно оставляет желать лучшего, всё-таки сигналу нужно пройти приличное расстояние — более 150 000 км. К тому же надо учесть и перебои оборудования, которое маршрутизирует сигналы, — в итоге может быть задержка до трёх секунд.

В общем, в шутеры или RTS (где важна каждая миллисекунда) пока, увы, не поиграть. Хотя идея зарубиться в «Старкрафт» на космической станции звучит весьма заманчиво…

Помимо ноутбуков, сегодня у космонавтов есть ещё и планшеты для личного пользования. В целом, такой пинг позволяет общаться и голосом, и по видеосвязи.

Космический рунет

С развитием технологий появляются и новые возможности подключения, недавно российские космонавты обзавелись своим собственным интернетом на МКС.

Используется для этого многофункциональная космическая система ретрансляции «Луч». Первый блок антенны для работы с ней установили на «Звезду» ещё в 2014 году.

А сам широкополосный доступ появился лишь в 2020 году — так мы избавились от необходимости использовать американские каналы связи.

МКС делает виток вокруг Земли за 92 минуты. И вот в течение этого времени наши спутники-ретрансляторы обеспечивают два получасовых сеанса связи. Работоспособность такой системы обеспечивают два космических аппарата.

В планах обеспечить связь с Землёй в круглосуточном режиме, а скорость увеличить до 105 мегабит в секунду.

Помимо МКС «Луч» обеспечивает связью и космические корабли. На «Союзы МС» и «Прогрессы МС» устанавливается комплект бортовой радиоаппаратуры ЕКТС (единая командно-измерительная система). Она позволяет обмениваться информацией с кораблём в течение 83% времени (пока он летит вокруг Земли).

Недавно вернувшийся из командировки (197 дней, летал по обмену на SpaceX Crew Dragon) космонавт Константин Борисов говорит: «Интернет помогает нам чувствовать, что мы не так уж далеко от планеты, общаться с друзьями и родственниками, а также отдыхать в свободное время так, как кому нравится».

Хотя бы сесть, позалипать и послушать музыку через стриминговые сервисы.

Есть ли Интернет на Луне?

Возможно, вы об этом не слышали, но ответ — да, есть. Ну или во всяком случае он там будет (а его подобие уже было в прошлом).

В 1961-2000 годах Массачусетский технологический институт (MIT) получил от NASA около 794 миллионов долларов. С тех пор MIT работает вместе с NASA над космической программой.

В историю уже вошла передача данных с Луны на Землю со скоростью 622 мегабита в секунду. При этом скорость загрузки информации с Земли на Луну составила 19,44 мегабита, что превосходит другие традиционные способы передачи данных (например, радио). С помощью лазерной связи они преодолели около 384 633 км.

А в ближайшие годы на Луне будут создавать целую сотовую сеть. Для этого NASA выбрала компанию Nokia, и скоро к спутнику отправится новый (второй, в рамках миссии IM-2) модуль Nova-C, который создает компания Intuitive Machines. Кроме того, для сопровождения планируется использовать луноход. Говорят, что эти технологии разработаны специально для работы в открытом космосе.

Финны утверждают, что 4G сеть позволит будущим астронавтам лунной миссии Artemis 3:

• поддерживать связь между собой и с центром управления полётом;
• управлять оборудованием удалённо;
• транслировать видео и передавать другие данные через мобильную сеть.

При этом такая связь будет более стабильной и надёжной, чем обычное радиосоединение.

Почему не 5G? Ответа на этот вопрос нет. Возможно, потому что мы и на Земле-то её так себе развернули, а может быть потому, что главный поставщик 5G на рынке — Huawei — сейчас под американскими санкциями. Да и сам Китай в программу Артемиды (по освоению Луны) не пригласили.

Марсианский интернет

Ну и пока одни заморачиваются над защитой и улучшением спутников, другие уже и вовсе думают про межпланетный Интернет. Но и проблемы там совсем другого масштаба.

Сейчас аппараты, которые трудятся на Марсе, общаются друг с другом при помощи некого аналога Интернета. А вот по связи с Землёй есть нюансы.

Например, марсоход «Персеверанс» использует две системы связи. В первую входят передатчик и приёмник X-диапазона (от 7 до 11,2 гигагерц), с помощью которых марсоход связывается напрямую с Землёй.

Вторая работает в диапазоне УВЧ (от 300 мегагерц до 3 ГГц), через неё марсоход связывается со спутниками на орбите Марса, а те уже шлют сигналы на Землю.

Во время миссии аппарата «Одиссея» скорость связи с марсоходом была фиксированной — 8, 32, 64, 128 или 256 килобит/с. Не густо.

Ещё и до Марса сигнал идёт от 3 до 22 минут, в зависимости от того, где какая планета находится относительно Земли. А каждые два года на две недели связь с Марсом и вовсе пропадает: Солнце мешает.

Большие расстояния — большие проблемы. Главная из них — таймауты в протоколе TCP/IP не рассчитаны на длительное распространение сигнала. Для этого американцы уже разработали модификацию протокола TCP/IP, которая работает с большими таймаутами.

Называется она Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN). Так, промежуточные узлы сети (например, спутники) хранят информацию до тех пор, пока не появится возможность дальнейшей передачи.

Естественно, в будущем от радиоволн придётся отказаться, и тогда на помощь придёт оптика, а именно лазеры. Просто потому, что это быстрее, да и сами аппараты меньше и менее энергозатратны.

Однако для этого потребуется немало спутников, и расположить их надо будет так, чтобы они могли передавать сигнал вокруг Солнца, даже когда Марс находится относительно нас с другой стороны звезды.

В общем, Интернет на МКС (и тем более на других объектах) ещё только начинает развиваться. Спецы говорят, что рост его будет продолжаться, особенно учитывая развитие космического туризма и запуск новых проектов, связанных с интернетом вещей и другими технологиями.

Но одно очевидно уже сейчас — невозможно представить себе космос без Интернета. Даже для профессиональных космонавтов важна возможность связи с семьёй и обмена информацией.

Остаётся только надеяться, что любования видами космоса и новые открытия не уйдут на второй план, уступив место потреблению контента, но уже в невесомости.

Такие дела.