Интернет на МКС / Хабр

Что дальше?

Интернету на МКС и на других космических станциях есть куда расти. Особенно, если учитывать перспективы космического туризма, запуска множества автономных коммерческих систем, связанных с интернетом вещей, и прочие проекты. Как показывают практика и опыт, космос без интернета человечеству практически не нужен. Готовность перейти на более примитивные методы коммуникации может возникнуть лишь при острой необходимости или чрезвычайной прибыльности того или иного проекта.

Сегодня развитие доступа в сеть с орбиты подстёгивается как самой коммерциализацией космоса, так и растущим интересом к нему со стороны общества: чего стоят только стримы NASA с орбиты.

Конечно, сложно представить, что кто-то полетит в космос ради сёрфинга в сети или поиска видео, но даже сегодня у космонавтов то и дело возникает потребность разгрузить мозг или просто пообщаться с родными. И средства эффективнее, чем интернет, попросту нет. 

А значит и возможные космические отели, и абстрактные туристические паромы к Луне, и прочие виды присутствия в космосе неминуемо повторят путь, который проходит МКС. Остаётся надеяться, что вид в иллюминаторе всё-таки выдержит конкуренцию интернет-развлечений.

Материал подготовлен RU VDS

Общие:

1.1 Что такое МКС?Международная космическая станция (МКС) (англ. International Space Station, ISS) — пилотируемая орбитальная станция,используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс.

1.2 Что такое радиосвязь?Это обмен информацией посредством радиоволн. Приминительно к космонавтам, это встреча в прямом эфире с экипажем МКС.

Технические:

2.1 Какое оборудование нужно мне для организации радиовстречи? Где его достать?Перечень необходимого оборудования можно узнать в разделе Оборудование. Сейчас западными фирмамипромышленно выпускаются трансиверы, антенны, поворотные устройства. Они есть в продаже в специализированных магазинах.

2.2 Что нужно сделать для регистрации на сайте?Заполнить форму регистрации.

2.3 Сколько времени МКС находится в зоне радиовидимости?В течение одного витка вокруг Земли 10 минут МКС будет доступна для связи. Для расчета времени нужновоспользоваться специализованной программой.

2.4 Какую программу мне использовать для расчета времени связи и позиционирования антенны?Существует две популярные программы это Orbitron и SatScape

2.5 Где взять устройство для поворота направленной антенны?Такие устройства производятся рядом зарубежных фирм. Среди радиолюбителей большую популярность получило поворотное устройствов двух плоскостях Yaesu G-5500. Также можно использовать самодельные устройства.

2.6 Какими позывными работают космонавты? Основной позывной, которым чаще всего работают космонавты, это RS0ISS. Также есть резервный позывной RZ3DZR. Американские астронавты работаютпозывным NA1SS, германские DL0ISS.

2.7 Какое радиолюбительское оборудование имеется на борту МКС? Трансивер kenwood TM-D700 видео приставка VC-H1 и антенна GP на диапазон 144 МГц.

Прочие:

3.1 У меня проблема при регистрации на сайте, что делать? Если у Вас возникли трудности при регистрации или необходима консультация — свяжитесьс администратором сайта.

3.2 Какие вопросы космонавтам можно задавать какие нельзя? Встреча должна проводиться в непринужденной обстановке. Помните что для космонавтов общение с Вами это отдых.Вопросы должны быть корректными. Примеры вопросов

3.3 Я бы хотел задать свой вопрос непосредственно организатору радиовстреч, как это сделать? Куратор радиолюбительской связи РКК «Энергия» им. С.П. Королева Самбуров Сергей Николаевич (rv3dr). Контактные данныеможно найти в разделе контакты

Hello, world!

Интернет в полном смысле этого слова и со всеми его возможностями пришёл на МКС в 2022 году.  Американский астронавт Тимоти Кример, находящийся в то время на МКС отправил первый твит с борта станции. С тех пор космонавты могут спокойно общаться, пользоваться всеми ресурсами сети и сохранять приватность коммуникаций, достичь которой стандартными для космонавтов методами связи не так-то просто. 

Сегодня с интернетом на станции, можно сказать, полный порядок. Интернет-связь с Международной космической станцией происходит в Ku-диапазоне, для чего применяется система спутников группировки TRDS на геосинхронной орбите. На саму станцию информация «добирается» со скоростью до 3 мегабит в секунду, а вот на Землю данные уходят, «разгоняясь» уже до 300 мегабит, хотя средние скромнее в несколько раз. 

В NASA уделяют особое внимание безопасности соединения: например, астронавты всё-таки не выходят в сеть напрямую. Вместо этого они, благодаря спутникам связи, соединяются с компьютером в Хьюстоне и пользуются им в удалённом режиме.

Вызванная особенностями работы на МКС медленная скорость подключения всегда была проблемой. Но её также постепенно решают: так в 2022 году скорость была увеличена до 600 мегабит в секунду. Подобие Wi-Fi на станции, кстати, есть.

Появляются и новые варианты подключения: собственным интернетом недавно обзавелись российские космонавты. Теперь можно говорить, что интернет и широкополосный канал связи на МКС – уже вопрос выбора и почти конкуренции. А вот придёт ли на МКС Илон Маск со своим Starlink – вопрос будущего. Впрочем, перспективы волнуют не только его.

Инмарсат (inmarsat)

Это, пожалуй, самая «продвинутая» система. Прежде всего, потому, что ее спутники расположились на геостационарной орбите, на высоте 36 500 км. Кроме того, эта глобальная сеть спутниковой связи предоставляется межправительственной организацией и используется во многих странах не только государственными транспортными организациями, но и министерствами гражданской обороны, по чрезвычайным ситуациям и даже первыми лицами государств.

Да и потом, это самая «старшая» спутниковая система, функционирующая с 1982 года.

Безусловным достоинством аппаратов, работающих в этой системе, помимо ее надежности, является действительно глобальное покрытие – работать он будет везде, кроме полярных областей.

Кроме того, приятным фактом является, хоть и не самая низкая, фиксированная плата на исходящие звонки (около трех долларов) при бесплатных входящих.

Стоит отметить, что эта система явно не рассчитана на массового пользователя. Ее серьезность подчеркивается довольно высокой стоимостью оборудования, которая составляет не менее 3000 долларов.

Ее использование затрудняется необходимостью получать разрешение на использование телефона на территории других стран, что частному лицу сделать невыразимо труднее, чем правительственной организации. Кроме того, аппараты, работающие в системе Inmarsat не сравнимы с мобильными телефонами в том виде, как мы их себе представляем.

Иридиум (iridium)

В отличие от предыдущей системы, система Иридиум обеспечивает глобальное покрытие Земли (за исключением четырех стран) за счет большого количества (66 6 дополнительных) спутников, расположенных на высоте всего лишь 780км. Кроме того, принципиальным отличием этой системы от других спутниковых систем заключается в том, что в ее становлении приняли непосредственное участие наши соотечественники в лице ГКНПЦ им.

Хруничева, которые не только вошли в число партнеров инвесторов Iridium Satellite LLC, но и доставила на орбиту семь спутников системы. Тем не менее, несмотря на участие нашей страны в проекте, услуги Иридиум в России будут доступны после лицензирования, которое запланировано на третий квартал 2004 года.

Motorola 95009505

работают в двухмодовом режиме. В местах, где доступна сотовая связь GSM900, аппараты работают в ней, при выходе из зоны ее действия, переключаются на спутниковый канал. Модель 9500, имеющая размеры 193х62х68мм и вес 454г, уже снята с производства. Этим объясняется ее относительно невысокая цена – около 750 долларов.

Старшая сестра – 9505 будет стоить около 1700-2000 долларов. Ее габариты несколько уменьшились, в сравнении с предшественницей – 158х62х59мм, 375г. Оба телефона поддерживают работу в GSM сетях 900МГц и работают на прием коротких сообщений. 9505 способна к передаче данных со скоростью 10Кбит/с.

В довершение отметим, что эта система состоит «на вооружении» Пентагона и правительства США. Видимо, именно этот факт помог ей возобновить коммерческую эксплуатацию в марте 2001 года после объявления в марте 2000 года банкротства компании и приостановления предоставления услуг спутниковой связи.

Связь в космосе: как это работает

Кадр из фильма “Космическая одиссея 2001 года” (1968)

Представьте, что вам нужно пробросить песчинку через ушко иглы с расстояния 16 000 километров. Примерно тем же самым занимались ученые, отправив в 2004 году к комете Чурюмова-Герасименко межпланетную станцию «Розетта». В 2022 году станция и комета находились на расстоянии около 265,1 млн км от Земли. Однако надёжная связь позволила «Розетте» не только сесть на комету, но и получить ценнейшие научные данные.

Сегодня космическая связь — одно из самых сложных и перспективных направлений развития коммуникационных технологий. Орбитальные спутники уже дали нам GPS, ГЛОНАСС, глобальные точнейшие цифровые карты, интернет и голосовую связь в самых отдаленных районах Земли, но мы смотрим дальше. Как космическая связь работает сейчас и что нас ожидает в будущем?

Путь «Розетты»

Интернет на МКС / Хабр

Основой инфраструктуры наземных станций, используемых во время миссии «Розетты», стала компьютерная система Intermediate Frequency Modem System (IFMS), разработанная BAE Systems. Помимо расшифровывания 350 гигабайт данных, переданных станцией, система позволила точно рассчитать положение космического корабля, действуя как GPS для Солнечной системы.

Система IFMS принимала и передавала сигналы в течение всей 10-летней миссии и сопровождала станцию около 800 миллионов километров. IFMS позволяет измерять скорость с точностью до долей миллиметра в секунду, а положение космического аппарата с точностью в пределах метра в любой точке Солнечной системы.

Модули IFMS размещаются на наземных станциях Европейского космического агентства (ЕКА), модернизированных более 20 лет назад для более совершенного получения радиосигналов с космических аппаратов. Вместо аналоговой обработки — настройки на сигнал, фильтрации и демодуляции — новая (на тот момент) технология позволила преобразовывать необработанный сигнал в цифровую форму, из которой программное обеспечение извлекало необходимую информацию.

После преобразования большая часть последующей обработки сигнала выполняется с помощью ППВМ-микрочипов (программируемая пользователем вентильная матрица, field-programmable gate array, FPGA). Они состоят из логических блоков, которые могут быть подключены параллельно для выполнения вычислений. Это позволило разработать сложные алгоритмы для поддержания высокого уровня шумоподавления и стабильности сигналов из космоса.

На Марс и обратно

Интернет на МКС / Хабр
Наземная сеть антенн Deep Space Network (DSN)

В основном спутники обеспечивают радиосвязь как ретрансляторы, однако для связи с межпланетными космическими аппаратами требуется более продвинутая система, состоящая из больших антенн, сверхмощных передатчиков и сверхчувствительных приемников.

Канал передачи данных на Землю очень узкий — например, параболическая антенна DSS (Deep Space Stations) недалеко от Мадрида принимает данные на скорости 720 Кб/сек. Конечно, марсоход передает всего 500-3200 бит в секунду по прямому каналу, однако основной канал проходит через орбитальный спутник Марса — получается около 31 Мб данных в сутки от марсохода, плюс еще данные, полученные от измерительных датчиков самого спутника.

Связь на расстоянии 55 миллионов километров поддерживает международная сеть радиотелескопов и средств связи Deep Space Network. DSN является частью NASA. В России же для связи с далекими космическими аппаратами используют знаменитый Восточный центр дальней космической связи, расположенный неподалеку от Уссурийска.

На сегодняшний день DSN объединяет три наземные базы, расположенные на трех континентах — в США, Испании и Австралии. Станции удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично перекрывать зоны действия друг друга.

Спутник Mars Odyssey — самый долго действующий космический аппарат из всех, когда-либо отправленных на Марс — обменивается данными с DSN с помощью антенны с высоким коэффициентом усиления на частоте 8406 МГц. Прием данных от марсоходов ведется на УВЧ-антенну.

«Роуминг» по Солнечной системе

Интернет на МКС / Хабр
DSS-63

Марс — далеко не единственное место во Вселенной, с которым нам нужно поддерживать связь. Например, межпланетные зонды отправлялись к Сатурну и Титану, а Вояджер-1 вообще улетел на 20 миллиардов километров от Земли.

Чем дальше от нас улетают межпланетные станции, тем сложнее уловить их радиосигналы. Мы пока не можем по всей Солнечной системе расставить орбитальные спутники, поэтому вынуждены строить огромные параболические антенны.

Возьмём, к примеру, Мадридский комплекс дальней космической связи. Главная параболическая антенна комплекса DSS-63 имеет зеркало диаметром более 70 метров и весом 3,5 тысячи тонн. Для отслеживания зондов антенна вращается на четырех шариковых подшипниках весом в одну тонну каждый.

Антенна не только принимает сигнал, но и передает. И хотя траектория движения и вращения Земли давно посчитана и пересчитана, найти маленький объект в космосе, чтобы точно направить на него огромную антенну, — задача очень сложная.

Для поиска отдаленных объектов используется радиотриангуляция. Две наземные станции сравнивают точный угол, под которым сигнал попадает на зеркало антенны в разные промежутки времени, и таким образом вычисляется расстояние до объекта и его местоположение.

Центры дальней космической связи

Интернет на МКС / Хабр

Разработка в 50-х гг. первой советской межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р-7, оснащенной радиоуправлением, поставила перед ее создателями сложную задачу – необходимо было построить большую сеть измерительных станций, которые могли бы определять скорость и корректировать полет ракеты.

Для поддержки запусков первых спутников оборудование, первоначально созданное для испытаний баллистической ракеты, было модернизировано и размещено в научно-измерительных пунктах (НИП). С них осуществлялась передача команд на космические аппараты.

В стране построили десятки НИП. Часть измерительного оборудования разместили на специальных кораблях Военно-морского флота. Корабли участвовали в испытаниях всех типов советских МБР, искусственных спутников и автоматических межпланетных станций, обеспечивали все отработочные и штатные околоземные и лунные полёты советских космических кораблей.

После развала СССР корабли измерительного комплекса за редким исключением были уничтожены. Однако сохранились другие важные для космической связи объекты. По географическим причинам наиболее важные командно-измерительные пункты создали в Крыму (16-й НИП – Западный Центр дальней космической связи) и в Приморском крае (15-й НИП – Восточный Центр дальней космической связи известный как объект «Уссурийск»).

Западный Центр в Евпатории принимал и обрабатывал информацию с первой автоматической станции «Луна», поддерживал связь с межпланетными станциями серий «Венера», «Марс», «Эхо», управлял аппаратами во множестве других проектах.

Интернет на МКС / Хабр
Главный объект Центра – антенна АДУ-1000 с 8 параболическими зеркалами диаметром 16 метров.

Объект «Уссурийск» был создан в 1965 году в результате перевода Радиоэлектронной части военно-космических сил в районе села Галёнки, в 30 км к северо-западу от Уссурийска. В 1985 году здесь был построена одна из крупнейших в мире антенн – РТ-70 с диаметром зеркала 70 м (такая же антенна находится и в Крыму).

РТ-70 продолжает действовать и будет использоваться в самых перспективных разработках страны – в новой российской лунной программе, стартующей в 2022 году (проект «Луна-25»), и для единственного в мире проекта орбитальной рентгеновской астрономии на ближайшие 15 лет «Спектр-Рентген-Гамма».

Максимальные скорости

Интернет на МКС / Хабр
Работа устройства Deep Space Optical Communication.

Сейчас на земной орбите находится около 400 коммерческих спутников связи, но в ближайшем будущем их станет гораздо больше. Компания ViaSat объявила о совместном проекте с Boeing по запуску трех спутников нового поколения, пропускная способность которых будет более 1 Тбит/сек — это больше пропускной способности всех вместе взятых работающих спутников на 2022 год.

ViaSat планирует предоставлять доступ в интернет на скорости 100 Мбит/сек по всему миру на частоте 20 ГГц, используя фазированные антенные решетки, а также многопозиционные системы передачи данных.

Компания SpaceX планирует уже в 2022 году начать запускать на орбиту более 12 000 спутников связи (в 30 раз больше всех сегодня летающих!), которые будут работать на частотах 10,7-18 ГГц и 26,5-40 ГГц.

Как вы можете себе представить, нужно обеспечить управление всей орбитальной группировкой спутников таким образом, чтобы не допустить столкновений аппаратов. Кроме того, рассматриваются проекты создания каналов связи со всеми искусственными объектами Солнечной системы. Все эти требования вынуждают инженеров ускорить развертывание новых каналов.

Межпланетные телекоммуникации в радиочастотном спектре с 1960 года увеличились на восемь порядков в пропускной способности, однако нам по-прежнему не хватает скорости для передачи изображений и видео высокой четкости, не говоря уже о коммуникации с тысячами объектов одновременно. Один из перспективных способов решения проблемы — лазерная связь.

Впервые космическая лазерная связь была испытана российскими учеными на МКС 25 января 2022 г. В том же году на аппарате Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer испытывалась система двусторонней лазерной связи между Луной и Землей. Удалось достичь скорости передачи данных 622 Мбит/сек с аппарата на наземную станцию, и 20 Мбит/сек с наземной станции на аппарат, находившийся на расстоянии 385 000 км от Земли.

Проект Laser Communications (LASERCOM) в будущем сможет решить вопрос связи в околоземном пространстве, Солнечной системе и, возможно, в межзвездных миссиях.

Лазерная связь в глубоком космосе будет проверена в ходе миссии «Психея». Зонд стартует в 2022 году, а в 2026 году достигнет металлического астероида 16 Psyche. На борту зонда будет установлено специальное оборудование Deep Space Optical Communications (DSOC) для передачи большего количества данных. DSOC должно повысить производительность и эффективность связи космических аппаратов в 10-100 раз по сравнению с обычными средствами, без увеличения массы, объема, мощности и спектра.

Ожидается, что использование лазерной связи приведет к революционным изменениям в будущих космических миссиях.

Технологии прошлого века?

Первый сегмент будущей станции, модуль «Заря», был запущен в 1998 году. Несмотря на то, что формально сборка станции продолжалась ещё долгие годы, уже в ноябре 2000-го на борту МКС начали работать первые космонавты. 

МКС – самый дорогой в мире объект. Автономная станция находится на низкой околоземной орбите (около 400 км над уровнем моря) и совершает 16 оборотов вокруг Земли за 24 часа. Но автономность – не значит «отключенность» от мира, а скорее наоборот: на МКС в этом смысле всегда день, и потому работа может вестись постоянно. Конечно, у космонавтов есть время на отдых, но всё-таки потребность в них на Земле крайне высокая. И коммуникации были и остаются важнейшим, наравне с едой и воздухом, элементом обеспечения космонавтов всем необходимым.

Ещё самый первый экипаж станции запустил и настроил системы модулей «Звезда», «Юнити» и «Заря», установил связь с центрами управления полётами Королёве и Хьюстоне. За первые четыре месяца космонавты выполнили 143 сеанса геофизических, медико-биологических и технических исследований и экспериментов. Космонавты никогда не были оторваны от Земли полностью, и методы связи, обмена информацией постепенно совершенствовались. Тем не менее, существующие до 2022 года механизмы – это не то, что мы, обыватели, привыкли понимать под словом «быть на связи» — ведь выйти в интернет космонавт не мог. И этот недочёт нужно было исправлять.

Турайя (thuraya)

Эта система, разработанная Boeing Satellite Systems, начала свою работу в 1997 году. Она, в некотором роде, универсальна, так как может работать и в сотовом режиме, и в спутниковом. В телефонных аппаратах Турайя предусмотрена работа в сетях GSM, что весьма кстати в тех областях, где доступна привычная сотовая связь, а пользование спутниковой связью или запрещено, или ограничено рядом условий.

Кроме того, порою, сотовая связь обходится дешевле спутниковой, а это дополнительная выгода пользователю. При выходе из зоны действия сети, автоматически включается спутниковый режим. Предварительно эта услуга подключается через местных операторов связи.

Таким образом, телефон имеет один и тот же номер, как в сотовом, так и в спутниковом режиме работы. Покрытие системы Турайя не столь глобально, как у представителей предыдущего семейства – она работает на территории 99 стран Европы, Азии, Центральной и Северной Африки, на Ближнем Востоке и полуострове Индостан.

К сожалению, Россия оказалась не полностью «покрыта» спутниками этой системы.

В этой системе аппараты максимально приближены к сотовым аналогам и по внешнему виду, и по размерам, и, насколько это возможно, по цене. Помимо всего прочего, трубки, работающие в системе Турайя, оснащены GPS приемником, что делает их идеальной находкой для путешественников, спасателей и спортсменов. Касательно трафика, стоит сказать, что он в пределах разумного – от четверти доллара.

Телефоны, работающие в этой системе, производятся компаниями Ascom и Hughes. Стоимость всех моделей, находится на одном уровне и составляет около 750 долларов. Характеристики аппаратов, вплоть до размеров, так же схожи. Габариты трубок 140х50х25мм, а вес 220г.

В них поддерживается прием и передача SMS, пакетная передача данных и передача факса, работа в сетях GSM, и имеется встроенный GPS приемник. Для каждой модели предусматриваются автомобильный, судовой и офисный варианты. На Российском рынке можно найти аппараты

Ascom 21Hughes NHS-7100Hughes NHS-7101

Читайте про операторов:  Тинькофф удаленная работа на дому: условия и отзывы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *