2 godzin temu
Elon Musk chce kolonizować księżyc. Przydadzą się nie tylko rakiety kosmiczne. Wokół Księżyca krążyć będą konstelacje satelitów, które zapewnią ludziom i maszynom sprawną łączność i nawigację. Lasery pozwolą na szybkie przesyłanie gigabajtów danych choćby w daleką przestrzeń. Tak będzie się rozwijać komunikacja w kosmosie.
W niedługiej przyszłości ludzkość prawdopodobnie na stałe osiedli się na Księżycu – będą na nim obecni astronauci, będą budowane bazy i zasiedlą go różnorodne roboty. W dalszej kolejności czeka Mars. W międzyczasie kolejne misje naukowe będą eksplorowały dalekie planety, planetoidy, komety i inne kosmiczne obiekty. Ludzi i maszyn w przestrzeni będzie przybywało – wszyscy i wszystko będzie musiało sprawnie porozumiewać się z Ziemią czy między sobą.
Roaming w kosmosie
Na początku czerwca NASA doniosła o sukcesie testów systemu o nazwie PExT (Polylingual Experimental Terminal – Eksperymentalny Terminal Wielojęzyczny). Przygotowywana razem z ekspertami z Johns Hopkins University technologia ma pozwolić różnym pojazdom kosmicznym na sprawniejszą komunikację z Ziemią.
Dzięki PExT statki poruszające się w przestrzeni mają zyskać możliwość „rozmawiania” zarówno z rządowymi, jak i komercyjnymi sieciami satelitarnymi. Ma to trochę przypominać płynny roaming działający w ziemskiej telefonii komórkowej, w której telefony przełączają się między różnymi sieciami. Komunikacja ma być łatwiej dostępna dla licznych pojazdów w przestrzeni, bardziej stabilna, pozbawiona opóźnień i działać przy niższych kosztach.
Jak podaje NASA, terminal, który wystartował w kosmos w lipcu 2025 roku zrealizował wszystkie swoje podstawowe cele. Przede wszystkim z powodzeniem przesyłał dane na Ziemię, przełączając się między różnymi sieciami satelitarnymi – rządowymi i prywatnymi.
Satelity na Księżycu
Jednocześnie ludzie wracają na Księżyc. W ciągu kolejnych lat znajdą się na nim astronauci, łaziki i inne maszyny. Miejsca pracy mogą obejmować przy tym stronę niewidoczną z Ziemi czy głębokie kratery. Sprawna komunikacja i nawigacja to tymczasem podstawa. Odpowiedzią na wspomniane wyzwania ma być m.in. budowany przez NASA system Lunar Communications Relay and Navigation Systems – LCRNS (Księżycowe Systemy Łączności Przekaźnikowej i Nawigacji).
Sieć ma zapewnić stabilną, wydają komunikację i usługi nawigacyjne dla pracujących w dowolnym miejscu Księżyca astronautów, sond, baz i łazików. Pozwoli na to sieć krążących wokół Srebrnego Glonu Satelitów. Będą one wyposażone m.in. w zaawansowany instrument nawigacyjny o nazwie LPI z miniaturowym odbiornikiem, który potrafi – uwaga – wychwycić sygnały GPS i Galileo docierające z Ziemi. Na tej podstawie satelita dokładnie określi swoją pozycję w przestrzeni, a potem wyśle w dół ulepszony sygnał nawigacyjny dla urządzeń na powierzchni.
Wszystkie usługi będą spełniać specyfikację o nazwie LunaNet. To uniwersalny zestaw reguł, za pomocą którego systemy NASA, ESA, JAXA i komercyjnych firm będą ze sobą płynnie współpracować.
Europa z podobnym planem
Podobny system przygotowuje Europejska Agencja Kosmiczna, która chce na orbicie wokół księżyca umieścić europejską konstelację pięciu satelitów zapewniających komunikację w obrębie Srebrnego Globu i łączność z Ziemią oraz usługi nawigacyjne. Jak zapewnia ESA, system o nazwie Moonlight Lunar Communications and Navigation Services (LCNS) ma umożliwić choćby automatyczne lądowania wysyłanych na Srebrny Glob pojazdów.
Satelity priorytetowo będą obsługiwały region południowego bieguna, ponieważ to jedno z najlepszych miejsc do organizowania przyszłych misji. Jak wyjaśniają eksperci ESA, znajdują się tam m.in. nieustannie oświetlone szczyty doskonałe do budowy elektrowni słonecznych oraz zacienione przez cały czas kratery, w których znajduje się lód – źródło wody, wodoru i napędzającego rakiety wodoru.
Sieć także spełniać będzie standard LunaNet, dzięki czemu będzie ściśle współpracować z systemem NASA. W pierwszym etapie wysłany zostanie satelita komunikacyjny Lunar Pathfinder budowany przez firmę Surrey Satellite Technology. Urządzenie ma zacząć działać już w 2026 roku. Cały system ma być w pełni funkcjonalny w roku 2030.
Laserowe łącza
Podczas gdy tradycyjne systemy komunikacyjne opierają się na wykorzystaniu fal radiowych, to w czasie misji Artemis II NASA przetestowała nową technologię kosmicznej komunikacji. Otóż zmagania astronautów można było oglądać na Ziemi w wysokiej rozdzielczości m.in. dzięki podczerwonemu łączu laserowemu. Pozwolił na to specjalny terminal umieszczony na kadłubie kapsuły Orion. Transmitował on nie tylko nagrania wideo i zdjęcia, ale także informacje o procedurach lotu, dane inżynieryjne i naukowe oraz zapewnił komunikacje głosową.
W czasie trwającego dziesięć dni lotu tą metodą przesłano prawie 500 GB danych, czyli – jak zwraca uwagę NASA – odpowiednik ok. 100 filmów w jakości HD. Główne – radiowe systemy komunikacyjne NASA, przy odległościach księżycowych były ograniczone do jednocyfrowych prędkości przesyłu danych liczonych w megabitach na sekundę. Tymczasem z pomocą laserowego łącza udało się nawiązywać połączenia o prędkości 260 megabitów na sekundę.
„Dostęp do obrazów o wysokiej rozdzielczości oraz innych danych naukowych podczas dynamicznych faz misji naukowej to absolutny przełom – podkreśliła dr Kelsey Young, kierownik ds. nauki księżycowej w misji Artemis II. „Oznacza to szybsze wyciąganie wniosków, lepsze podejmowanie decyzji naukowych w celu wsparcia załogi podczas prowadzenia eksploracji, a także misję z bardziej zintegrowaną obecnością naukową. Czuliśmy się, jakbyśmy byli tam razem z załogą. Maksymalnie zwiększyło to wpływ misji na badania Księżyca, ponieważ pozwoliło na bardziej efektywną naukową konferencję przeprowadzoną z załogą rano, po bliskim przelocie” – dodała.
Daleki kosmos
Jak duże możliwości daje komunikacja laserowa widać też w opracowanej również w NASA technologii Deep Space Optical Communications. Na ubiegłorocznej demonstracji tego systemu widać, iż dane zakodowane w laserach mogą być przesyłane, odbierane i dekodowane po przebyciu milionów kilometrów od Ziemi – na dystansach porównywalnych z odległością między naszą planetą i Marsem.
Laserowy nadajnik i odbiornik zainstalowano na pokładzie sondy Psyche, która leci w kierunku pasa planetoid. Wyzwanie było ogromne. Gigantyczna odległość powoduje m.in., iż światło potrzebuje kilku minut, aby dotrzeć do celu. Jednocześnie zarówno Psyche, jak i Ziemią poruszają się w przestrzeni z ogromną prędkością, a laserem trzeba precyzyjnie trafić w cel. Aby sobie z tym poradzić, wykorzystano potężny, trzykilowatowy laser wysyłający sygnał z należącego do NASA Table Mountain Facility.
Laser ten transmitował do sondy Psyche wiązkę naprowadzającą, pomagając jej ustalić, gdzie skierować laser komunikacyjny, aby z jego pomocą łączyć się z Ziemią. Kolejna kwestia to odebranie bardzo słabego sygnału. Wykorzystano w tym celu teleskop w Obserwatorium Palomar, do którego podłączono czuły system zliczania pojedynczych fotonów. Technologia pobiła wszelkie rekordy.
W grudniu 2023 roku w ramach historycznej demonstracji przesłano na Ziemię wideo w ultrawysokiej rozdzielczości z odległości ponad 30 milionów kilometrów (około 80-krotność dystansu między Ziemią a Księżycem), a maksymalna prędkość przesyłu danych osiągnęła 267 megabitów na sekundę. Następnie, w grudniu 2024 roku, pobrano dane z sondy Psyche z odległości prawie 500 milionów kilometrów (dalej niż średnia odległość między Ziemią i Marsem).
Rosną potrzeby odbierania danych
W sumie naziemne terminale odebrały z Psyche 13,6 TB danych. Specjaliści NASA podkreślają, iż wraz z rozwojem eksploracji kosmosu, będą rosły potrzeby, jeżeli chodzi o transfer danych. Przesyłane będą filmy wysokiej rozdzielczości, zdjęcia czy dane z różnych instrumentów pracujących na Księżycu czy na Marsie. Lasery mogą być odpowiedzią na te potrzeby. „Technologie NASA testują sprzęt w surowym środowisku kosmicznym, aby zrozumieć jego ograniczenia i dowieść jego możliwości” – zwrócił uwagę Clayton Turner, zastępca administratora ds. Dyrektoriatu Misji Technologii Kosmicznych w Kwaterze Głównej NASA w Waszyngtonie.
„W ciągu dwóch lat technologia ta przerosła nasze oczekiwania, demonstrując prędkości przesyłu danych porównywalne z domowym internetem szerokopasmowym oraz wysyłając dane inżynieryjne i testowe na Ziemię z rekordowych odległości” – podkreślił.
Sieć komunikacyjna nie będzie więc już tylko oplatać Ziemi. niedługo sięgnie Księżyca i dalszej przestrzeni. Satelity i lasery będą przenosiły dane najważniejsze dla rozmaitych misji, różnych urządzeń i dla ludzi. Dzięki nim będzie też można z łatwością rozmawiać z astronautami np. Na Księżycu, a kto wie, może choćby będzie tam dostęp Facebooka czy YouTube.
Czytaj też: Jak podbić Księżyc? Pomogą ekstrawaganckie wynalazki!
Źródło zdjęcia:
