С Луны скоро можно будет выйти в онлайн: НАСА приступает к реализации амбициозного проекта по созданию интернета на спутнике Земли, включая его обратную сторону, закладывая тем самым основу для проживания людей и готовя нас к колонизации Марса.
На данный момент почти единственный способ управлять чем-либо на Луне — это непосредственный контроль с Земли. «До сих пор все новые лунные данные направляются прямо на Землю», — сказал глава отдела исследований и космических коммуникаций НАСА Дэвид Исраэль.
Темная сторона Луны
Исключение есть — китайский Chang'e 4, который совершил первую мягкую посадку в истории человечества на обратной стороне Луны в 2019 году, после чего передавал данные на Землю через ретрансляционный спутник Queqiao, так как напрямую сигнал не пробился бы через толщу лунных пород.
И эта проблема касается не только обратной стороны Луны, которая никогда не обращена к Земле. Даже на ближайшей к нам стороне кратеры и ущелья могут блокировать прямую видимость, а ведь большинству продвинутых миссий жизненно необходима связь с нашей планетой для передачи данных и корректировок.
Более того, спустя почти 50 лет НАСА планирует вернуться на Луну, а Россия вместе с Китаем прорабатывают планы по созданию базы на нашем спутнике. Для работы людей и оборудования на Луне просто необходимы развитые системы связи. И, с учетом количества будущих различных зондов, луноходов и датчиков, это будет своя замкнутая сеть — LunaNet.
Две фазы LunaNet (нажмите для увеличения).
План состоит в том, чтобы развернуть взаимосвязанную сеть лунных интернет-спутников, добавив к ним наземные мобильные и стационарные ретрансляторы. При этом зонды на орбите также будут выполнять задачи по PNT (positioning, navigation, and timing), то есть делать все то, что и GPS на Земле: указывать точное местоположение и время на Луне.
Конечно, никто не будет создавать аналог Starlink вокруг Луны — по крайней мере, в ближайшее время. Но в будущем количество устройств на спутнике Земли будет только расти, поэтому основной аспект LunaNet — модульность: сеть должна быть легко расширяемой.
Исраэль приводит в пример сотовые сети: когда они только появились, то охватывали лишь крупные города. Но в дальнейшем они развились и пришли даже в небольшие поселки, и вам не нужно было менять телефон, чтобы подключиться к интернету там.
Подобно привычному нам интернету, который изначально возник как локальная сеть между университетами в США, и с тех пор развился в крупное международное предприятие, LunaNet также изначально будет лишь научным проектом: стандарты для него прорабатывают Межведомственная консультативной группа по операциям (IOAG) и Консультативный комитет по системам космических данных (CCSDS), в которые входят все основные космические агентства разных стран.
Однако Исраэль считает, что LunaNet быстро станет коммерческим проектом — по его словам, чем больше будет поставщиков услуг связи на Луне, тем лучше. «Мы должны быть уверены, что проект в итоге не останется с одним крупным поставщиком услуг с запатентованными вещами, и каждый, кто отправляет что-то на Луну, будет вынужден покупать устройства только этой компании».
В закупочной документации НАСА отмечается, что «LunaNet полагается на стандарты и соглашения для обеспечения взаимодействия между поставщиками услуг и пользователями услуг. В результате ни одна организация не должна владеть LunaNet. Сообщество LunaNet включает правительственные, коммерческие и академические организации; в конечном итоге в него смогут входить и частные лица».
Первый провайдер на Луне
Формально он уже есть: в конце октября 2020 года Nokia получила контракт на развертывание сети 4G на Луне к концу 2022 года. Проект стоимостью 14,1 млн долларов предусматривает создание сети, аналогичной тем, которые используют телекоммуникационные компании на Земле, чтобы проверить, будет ли она работать так же хорошо на Луне.
«Таким образом, задача состоит в том, чтобы разместить оборудование базовой станции сотовой сети на лунном посадочном модуле», — сказал вице-президент Nokia Bell Labs и руководитель проекта Тьерри Кляйн. Затем с посадочного модуля съедет ровер, который будет играть роль пользователя смартфона на Луне. «Сотовая связь будет установлена между этим луноходом и оборудованием на посадочном модуле, и мы будем исследовать как возможность установить связь на малых расстояниях в 1-300 метров, так и на гораздо более длинных дистанциях, когда ровер отъедет на 2-3 километра от посадочного модуля».
Пока детали миссии все еще дорабатываются, однако Кляйн уверен, что система без проблем заработает, поскольку работа над ней началась задолго до заключения контракта. «Мы работали над этим несколько лет», — сказал он. «Мы построили аппарат, который уже был испытан в космосе», и сейчас компания проводит его испытания в условиях, схожих с лунными.
«Мы нашли место на Земле, которое очень похоже на лунный ландшафт, остров Фуэртевентура в Испании», — сказал Кляйн. «И мы настроили там всю нашу систему точно в такой конфигурации, которая, как мы ожидаем, будет на Луне». Если испытания Nokia окажутся успешными, то привычные нам сети 4G здорово помогут развитию LunaNet. «Если вы будете космонавтом, путешествующим по поверхности Луны, вы сможете получить доступ к сети LunaNet при помощи эквивалента смартфона через вышку сотовой связи Nokia», — сказал Исраэль.
Однако различия с земной связью все же будут. Да, часть коммутаций в этой лунной системе, вероятно, будет осуществляться с использованием стандартных протоколов связи TCP/IP, но для путешествия сигнала на Землю этого просто не хватит — будут серьезные потери.
Несмотря на все сравнения с привычным для нас интернетом, сетевая инфраструктура на Земле в первую очередь спроектирована статичной. Центры обработки данных, подводные кабели и вышки сотовой связи всегда остаются на своих местах. LunaNet же должен быть разработан для космических систем, движущихся с очень разными скоростями, от километров в секунду для спутников и до метров в секунду для обычных космонавтов.
Устойчивый интернет
Условия на Луне куда более суровые, чем на Земле, к тому же сама система не будет статичной. Поэтому LunaNet будет полагаться на протокол DTN (disruption tolerant networking, сеть, устойчивая к разрывам), который использует механизм промежуточного хранения информации вместе с автоматической повторной передачей, чтобы гарантировать, что данные точно дойдут до места назначения.
Принцип работы протокола DTN.
Этот протокол НАСА начала разрабатывать еще в 1998 году для создания межпланетного интернета, и он отлично подходит для LunaNet. Более того, после «обкатки» на Луне, он поможет создать интернет и на Марсе. По словам Исраэля, устойчивая связь между будущими поселенцами на Красной планете и Землей нередко будет иметь решающее значение для их работы.
Однако он добавляет, что в случае с Марсом задержка сигнала будет ощутимо мешать. «Если вы отправитесь на Луну в отпуск лет через 20 или около того, обмен электронными письмами и серфинг в интернете будет работать неплохо», — сказал Исраэль. «Телефонный звонок также будет возможен, хотя и будет неприятен из-за задержки в несколько секунд».
В случае с Марсом будут минутные задержки, усугубляемые протоколом DTN, который будет дополнительно буферизировать данные во избежание потери информации. Поэтому на Красной планете без собственной локальной сети уже никак не обойтись — да, понадобятся центры обработки данных, и нужны будут собственные «марсианские» версии популярных сервисов без привязки к Земле. Конечно, это все очень далекое будущее. Прежде чем обеспечить надежную связь с Марсом, Венерой или даже астероидами, мы должны сначала сосредоточиться на нашем ближайшем космическом соседе, что уже немалый подвиг.
Интересно, что доступ к интернету с обратной стороны Луны поможет нам исследовать космос далеко за пределами нашей Солнечной системы, говорит Исраэль, избавив астрономов от помех: «у нас нет электроники на обратной стороне Луны, поэтому она всегда была мечтой радиоастрономов. Весь шум, идущий от Земли, блокируется толщей лунных пород».
LunaNet также поможет стандартизировать связь в различных космических агентствах. Исраэль отметил, что до 1990-х годов разработчикам программного обеспечения приходилось индивидуально решать, как передавать данные между компьютерами для совместного решения задач. «Как только появился интернет, он сразу решил все проблемы со связью, позволив этим инженерам заняться чем-то более полезным», сказал он.
По словам Исраэль, «цель LunaNet состоит в том, чтобы эта сеть была такой же полезной, как и интернет для Земли. Как только эта сеть заработает, она позволит ученым и инженерам создавать миссии, которые на данный момент назвали бы фантастическими».
