NASA прокладывает путь к космическому интернету: лазерная связь и 4K-видео на МКС

Космическое агентство NASA продолжает впечатлять своими инновациями в области связи. В июле 2024 года NASA успешно провело эксперимент по передаче 4K-видео с летящего самолета на Международную космическую станцию (МКС) и обратно с использованием лазеров. Этот тест является частью долгосрочной программы по внедрению оптической связи в космические миссии, и он открывает совершенно новые горизонты для высокоскоростной передачи данных в космосе.

Лазерная связь: от самолета до МКС

Эксперимент, о котором идёт речь, продемонстрировал, как современные технологии могут преодолеть вызовы, связанные с большими расстояниями и нестабильностью сигналов. На небольшом одномоторном самолете, летевшем над озером Эри в США, был установлен лазерный терминал, который передавал видео в разрешении 4K на наземную станцию в Кливленде, штат Огайо. Оттуда сигнал направлялся на тестовую площадку NASA в Уайт-Сандс, а затем — через спутник NASA Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) — на МКС.

Интересен тот факт, что видео прошло столь сложный путь, прежде чем было принято на станции через модем ILLUMA-T. Тем не менее, несмотря на множество переходов между системами, расстояния и метеоусловия, передача данных прошла со скоростью свыше 900 Мбит/с. Для сравнения, средняя скорость домашнего интернета в США в 2024 году составляет 245 Мбит/с, что делает достижения NASA поистине впечатляющими. Эти данные подчеркивают возможности лазерной оптической связи, которая значительно превосходит традиционные радиосистемы, используемые для передачи данных между Землей и космосом.

Лазеры — будущее космической связи

NASA рассматривает лазерную оптическую связь как ключевую технологию для будущих космических миссий. По словам доктора Дэниела Рэйбла, главного исследователя проекта NASA High-Rate Delay Tolerant Networking (HDTN), успех этого эксперимента открывает новые возможности для видеоконференций с высоким разрешением для астронавтов. Такие технологии будут крайне важны для координации действий во время миссий на Луну, Марс и других дальних космических объектов.

​

Особое значение имеет возможность ведения видеоконференций в режиме реального времени. Астронавты смогут общаться с учёными и коллегами на Земле без значительных задержек, что сделает коммуникации в космосе более эффективными. Такие технологии могут использоваться не только для проведения научных консультаций, но и для поддержания психического здоровья членов экипажа, которые будут находиться вдали от Земли на длительных миссиях, таких как миссии Artemis.

Важность HDTN и будущее оптической связи

Эксперимент NASA также был нацелен на тестирование обновлённого протокола High-Rate Delay Tolerant Networking (HDTN), который заменил устаревший протокол Delay Tolerant Networking (DTN), использовавшийся NASA с начала 2000-х годов. HDTN существенно ускоряет передачу данных, что особенно важно в условиях космоса, где задержки в связи могут быть критичными. В ходе экспериментов NASA удалось увеличить скорость передачи данных в четыре раза благодаря включению лазерной оптической связи.

Технология HDTN позволяет сохранять и перенаправлять данные в случае прерывания сигнала, что особенно полезно для космических миссий, где соединение между узлами может быть нестабильным. Это особенно важно для миссий на Луну и Марс, где расстояния ещё больше увеличивают задержки в передаче данных.

Испытания и оптимизация технологий

NASA не ограничилось лишь единичным тестом. С 30 мая 2024 года агентство проводило серию полётов с лазерным оборудованием на борту, каждый раз улучшая производительность сети. В общей сложности было проведено 14 дней испытательных полётов, что составило более 48 часов полётного времени. После каждого теста в сеть HDTN вносились корректировки, связанные с настройкой конфигураций на всех уровнях — от МКС до наземных станций и лётных узлов. Эти изменения включали обновления сетевых параметров, такие как количество передаваемых пакетов и их маршрутизация в реальном времени.

Однако, несмотря на успешные испытания, модуль ILLUMA-T, который позволил принимать сигнал на МКС, завершил свою миссию в конце июня 2024 года. Модуль был сброшен с орбиты и в ближайшие годы сгорит в атмосфере Земли. Однако NASA планирует продолжить тестирование лазерной связи без участия МКС, передавая 4K-видео между самолётом и LCRD до конца 2024 года. В будущем аналогичные системы планируется использовать для более длительных и сложных космических миссий.

Перспективы и дальний космос

Разработки в области оптической связи не ограничиваются околоземными миссиями. NASA уже успешно тестирует лазерные системы на значительных расстояниях в дальнем космосе. Например, лазерная связь была установлена с зондом Psyche, который сейчас находится на расстоянии более 226 миллионов километров от Земли. Эти эксперименты показывают, что оптическая связь может стать основой для создания «интернета Солнечной системы», где передачи данных будут возможны на больших расстояниях без существенных задержек и потерь информации.

Ближайшие цели NASA: миссия Artemis II

Следующим крупным этапом для NASA станет миссия Artemis II, запуск которой планируется на конец 2024 года. Это будет одно из ключевых испытаний лазерной оптической связи в контексте миссий на Луну и за её пределы. В рамках программы Artemis NASA надеется использовать технологии лазерной связи для прямой трансляции высадок на Луну и передачи данных с минимальными задержками.

Будущие космические миссии станут более зависимыми от высокоскоростной и надёжной связи, и оптическая связь с использованием лазеров становится ведущей технологией для реализации этих целей. Она позволит астронавтам поддерживать постоянный контакт с Землёй, передавать научные данные и видеоматериалы с беспрецедентной скоростью, что будет особенно важно для глубоких космических исследований и освоения Луны, Марса и других объектов.

Взгляд в будущее

Лазерная оптическая связь — это будущее космической связи, и эксперименты NASA демонстрируют её огромный потенциал. Возможность передачи 4K-видео с самолета на МКС, а затем обратно на Землю со скоростью свыше 900 Мбит/с открывает новые возможности для научных исследований и обеспечения надёжной связи в условиях космоса. В ближайшие годы мы сможем увидеть дальнейшее развитие этой технологии, которая, возможно, однажды станет основой для создания глобального интернета в Солнечной системе.