Интернет есть уже практически во всех уголках Земли — и не только на ее поверхности. Доступом в Сеть на борту самолета никого не удивишь, пользуются Интернетом и космонавты на борту МКС. Космические агентства уже готовятся двигаться дальше и подключить к мировой паутине другие планеты Солнечной системы. Интернет в космосе нужен не только и не столько для работы: он помогает людям, находящимся вдали от родной планеты, поддерживать связь с домом. Рассказываем, как он работает сейчас и как будет работать в перспективе.
WWW на МКС
Экипаж Международной космической станции впервые в 2010 году. Доступ к мировой паутине обеспечило НАСА. Чтобы им воспользоваться, астронавты по спутниковой связи подключаются к компьютеру в Хьюстоне как к удаленному рабочему столу и уже с него выходят в Сеть. Так безопаснее: даже если кто-то из команды МКС нечаянно откроет вредоносную ссылку или файл, злоумышленники смогут добраться только до компьютера на Земле.
Российский космоинтернет
Россия тоже планирует в обозримое время подключить к Интернету свой сегмент МКС. Для этого будут использовать систему спутников-ретрансляторов «Луч», которая пока находится на модернизации.
В прошлом году космонавты Александр Мисуркин и Антон Шкаплеров усовершенствовали антенну на станции, чтобы она могла принимать большие объемы данных со спутника, и заодно установили по времени работы в открытом космосе — 8 часов 12 минут.
исполнительного директора «Роскосмоса» по пилотируемым космическим программам Сергея Крикалева, новое оборудование уже протестировано, так что связь с МКС через спутники «Луч» вот-вот должна заработать.
Спутниковые загвоздки
Конечно, Интернет на МКС далеко не такой быстрый и бесперебойный, как у вас дома. У спутниковой связи, в отличие от проводной, есть как свои плюсы — например, то, что она работает там, куда не получится дотянуть провода, — так и свои сложности.
Высокий пинг и низкая скорость
Хотя станция находится на высоте около 400 км от Земли, путь, который проделывают данные, гораздо длиннее. Сначала сигнал с МКС отправляется вверх — на спутник-ретранслятор, расположенный на высоте около 35,7 тысячи километров. И только оттуда он передается вниз, на наземную станцию космической связи.
Итого, общий пробег отправленной с МКС информации и ответа на нее составляет без малого 150 тысяч километров. Это путешествие требует времени. По словам одного из сотрудников НАСА, данные с МКС , что где-то в 20 раз больше .
Кроме того, спутниковый канал связи астронавты используют не только для выхода в Интернет. Они отправляют в центр управления полетами массивы научных данных и видео с камер (его их коллеги на Земле затем , чтобы пользователи могли наблюдать за ). Через тот же спутниковый канал астронавты общаются с Землей по аудио- и видеосвязи.
В результате для твитов и запросов к сайтам используется лишь малая доля пропускной способности этого канала. При этом если на Землю спутник может передавать до 300 Мбит данных в секунду, то с Земли на спутник скорость не превышает 25 Мбит/с. В общем, соединение на МКС сравнимо по скорости с древними модемами.
А еще станция время от времени выходит из «зоны видимости» спутников. Из тех полутора часов, за которые МКС облетает Землю, она может до 15 минут оставаться .
Ограниченный запас топлива
С Землей спутники поддерживают постоянный контакт: они вращаются , что и сама наша планета, и все время находятся над одной и той же точкой. Правда, положение спутника на орбите время от времени приходится корректировать, иначе он рискует с нее сойти и пропасть со связи. Для маневров ему необходимо топливо. Однако спутник — не машина и даже не самолет, на Землю для дозаправки его не вернешь.
Чтобы решить эту проблему, компании в разных странах ищут способы заправлять аппараты . Системы для поставки топлива на спутники тестируют в американском сегменте МКС, в канадской компании MDA Corporation и британско-израильской компании Effective Space Solutions. А Европейское космическое агентство (ЕКА) , способный использовать вместо топлива молекулы воздуха из верхних слоев атмосферы Земли.
Нехватка электроэнергии
Частично проблему с топливом можно решить за счет электричества: оно позволяет снизить расход топлива, при этом запас энергии возобновляется при помощи солнечных панелей. Электричество нужно и для связи с Землей и другими космическими аппаратами. Между тем часть времени спутники от Солнца заслоняет наша планета и они работают исключительно от аккумуляторов, емкость которых ограниченна.
Российские ученые предлагают , способных заряжать спутники, которым не хватает энергии. Эти роботы смогут преобразовывать в энергию не только солнечное излучение, но и радиосигналы с Земли. Они могут продлить срок жизни космического аппарата в 1,5 раза, а заодно облегчить его, избавив от необходимости возить «лишние» аккумуляторы и солнечные панели.
Перегрев
Космические ретрансляторы, постоянно работающие на полную мощность, сталкиваются с проблемой перегрева. Поскольку воздуха на орбите нет, вентиляторы, которые используются для охлаждения компьютеров на поверхности планеты, тут не помогут. В итоге, несмотря на то что в космосе гораздо холоднее, чем на поверхности нашей планеты, проблему с отводом тепла от оборудования решать гораздо сложнее.
Чтобы спутник не перегрелся, его оборудуют радиаторами — устройствами, преобразующими тепло в излучение. Чем мощнее спутник, тем крупнее должен быть радиатор. Так, для охлаждения 25-киловаттных спутников связи нового поколения ученые размером 4 x 1 метр.
Космическое излучение
Еще одна проблема — космическое излучение, которое мешает работе любой электроники. На Земле от него защищают магнитное поле и атмосфера планеты. На орбите этой защиты нет, поэтому электроника, используемая в космических аппаратах, как правило, делается из расчета на то, что . И тем не менее космическое излучение остается одной из ключевых проблем для спутников.
На МКС, по словам космонавта Павла Виноградова, ноутбуки , несмотря на то что сами модули станции неплохо защищены. Страдают и : изображение быстро покрывается битыми пикселями. Кроме того, космическое излучение в передаваемые спутниками сигналы и может повредить отдельные сегменты памяти устройств.
Радиация против криптографии
Воздействие излучения — одна из причин, по которым информация между Землей и многими космическими аппаратами передается в незашифрованном виде: если радиация повредит участок памяти, в котором хранится ключ шифрования, связь нарушится.
Причем эта проблема касается не только и не столько спутников-ретрансляторов, через которые экипаж МКС подключается к Интернету, — они как раз более-менее защищены. А вот о большинстве других аппаратов на орбите Земли этого не скажешь.
Отсутствие шифрования — вопрос больной, ведь спутники, как и наземные компьютеры, могут атаковать злоумышленники. Недавно в Европейском космическом агентстве , который направлен на то, чтобы исправить эту ситуацию. Исследователи тестируют два способа обеспечить надежное шифрованное сообщение со спутниками и сохранить их стоимость в пределах разумного.
Правда, рассчитывать на то, что все общение со спутниками станет безопасным в ближайшее время не стоит: то, что уже запущено в космос, так просто не проапгрейдить.
Инопланетный Интернет
Пока одни исследователи улучшают защиту и пропускную способность спутников, другие задумываются о создании . Проблемы, которые для этого необходимо решить, во многом схожи с теми, с которыми сталкивается экипаж МКС, а вот масштабы — совсем другие.
К примеру, до Марса сигнал идет в зависимости от положения Красной планеты относительно Земли. Это вам не полсекунды задержки. Кроме того, каждые два года на две недели : сигналы не проходят из-за Солнца, которое оказывается в это время между планетами.
Есть у космического Интернета и специфические черты. Например, все узлы такой сети находятся в постоянном движении. В таких условиях технологии земного Интернета не годятся. Поэтому ученые альтернативные схемы обеспечения связи между Землей, Марсом, Луной и другими небесными телами. Эти схемы предполагают:
Как видите, переписка в соцсетях и даже общение по видеосвязи с марсианами и лунатиками — не такая уж фантастика. Конечно, чтобы провести Интернет в открытый космос, человечеству еще придется потрудиться, но первые шаги в этом направлении уже сделаны.
WWW на МКС
Экипаж Международной космической станции впервые в 2010 году. Доступ к мировой паутине обеспечило НАСА. Чтобы им воспользоваться, астронавты по спутниковой связи подключаются к компьютеру в Хьюстоне как к удаленному рабочему столу и уже с него выходят в Сеть. Так безопаснее: даже если кто-то из команды МКС нечаянно откроет вредоносную ссылку или файл, злоумышленники смогут добраться только до компьютера на Земле.
Российский космоинтернет
Россия тоже планирует в обозримое время подключить к Интернету свой сегмент МКС. Для этого будут использовать систему спутников-ретрансляторов «Луч», которая пока находится на модернизации.
В прошлом году космонавты Александр Мисуркин и Антон Шкаплеров усовершенствовали антенну на станции, чтобы она могла принимать большие объемы данных со спутника, и заодно установили по времени работы в открытом космосе — 8 часов 12 минут.
исполнительного директора «Роскосмоса» по пилотируемым космическим программам Сергея Крикалева, новое оборудование уже протестировано, так что связь с МКС через спутники «Луч» вот-вот должна заработать.
Спутниковые загвоздки
Конечно, Интернет на МКС далеко не такой быстрый и бесперебойный, как у вас дома. У спутниковой связи, в отличие от проводной, есть как свои плюсы — например, то, что она работает там, куда не получится дотянуть провода, — так и свои сложности.
Высокий пинг и низкая скорость
Хотя станция находится на высоте около 400 км от Земли, путь, который проделывают данные, гораздо длиннее. Сначала сигнал с МКС отправляется вверх — на спутник-ретранслятор, расположенный на высоте около 35,7 тысячи километров. И только оттуда он передается вниз, на наземную станцию космической связи.
Итого, общий пробег отправленной с МКС информации и ответа на нее составляет без малого 150 тысяч километров. Это путешествие требует времени. По словам одного из сотрудников НАСА, данные с МКС , что где-то в 20 раз больше .
Кроме того, спутниковый канал связи астронавты используют не только для выхода в Интернет. Они отправляют в центр управления полетами массивы научных данных и видео с камер (его их коллеги на Земле затем , чтобы пользователи могли наблюдать за ). Через тот же спутниковый канал астронавты общаются с Землей по аудио- и видеосвязи.
В результате для твитов и запросов к сайтам используется лишь малая доля пропускной способности этого канала. При этом если на Землю спутник может передавать до 300 Мбит данных в секунду, то с Земли на спутник скорость не превышает 25 Мбит/с. В общем, соединение на МКС сравнимо по скорости с древними модемами.
А еще станция время от времени выходит из «зоны видимости» спутников. Из тех полутора часов, за которые МКС облетает Землю, она может до 15 минут оставаться .
Ограниченный запас топлива
С Землей спутники поддерживают постоянный контакт: они вращаются , что и сама наша планета, и все время находятся над одной и той же точкой. Правда, положение спутника на орбите время от времени приходится корректировать, иначе он рискует с нее сойти и пропасть со связи. Для маневров ему необходимо топливо. Однако спутник — не машина и даже не самолет, на Землю для дозаправки его не вернешь.
Чтобы решить эту проблему, компании в разных странах ищут способы заправлять аппараты . Системы для поставки топлива на спутники тестируют в американском сегменте МКС, в канадской компании MDA Corporation и британско-израильской компании Effective Space Solutions. А Европейское космическое агентство (ЕКА) , способный использовать вместо топлива молекулы воздуха из верхних слоев атмосферы Земли.
Нехватка электроэнергии
Частично проблему с топливом можно решить за счет электричества: оно позволяет снизить расход топлива, при этом запас энергии возобновляется при помощи солнечных панелей. Электричество нужно и для связи с Землей и другими космическими аппаратами. Между тем часть времени спутники от Солнца заслоняет наша планета и они работают исключительно от аккумуляторов, емкость которых ограниченна.
Российские ученые предлагают , способных заряжать спутники, которым не хватает энергии. Эти роботы смогут преобразовывать в энергию не только солнечное излучение, но и радиосигналы с Земли. Они могут продлить срок жизни космического аппарата в 1,5 раза, а заодно облегчить его, избавив от необходимости возить «лишние» аккумуляторы и солнечные панели.
Перегрев
Космические ретрансляторы, постоянно работающие на полную мощность, сталкиваются с проблемой перегрева. Поскольку воздуха на орбите нет, вентиляторы, которые используются для охлаждения компьютеров на поверхности планеты, тут не помогут. В итоге, несмотря на то что в космосе гораздо холоднее, чем на поверхности нашей планеты, проблему с отводом тепла от оборудования решать гораздо сложнее.
Чтобы спутник не перегрелся, его оборудуют радиаторами — устройствами, преобразующими тепло в излучение. Чем мощнее спутник, тем крупнее должен быть радиатор. Так, для охлаждения 25-киловаттных спутников связи нового поколения ученые размером 4 x 1 метр.
Космическое излучение
Еще одна проблема — космическое излучение, которое мешает работе любой электроники. На Земле от него защищают магнитное поле и атмосфера планеты. На орбите этой защиты нет, поэтому электроника, используемая в космических аппаратах, как правило, делается из расчета на то, что . И тем не менее космическое излучение остается одной из ключевых проблем для спутников.
На МКС, по словам космонавта Павла Виноградова, ноутбуки , несмотря на то что сами модули станции неплохо защищены. Страдают и : изображение быстро покрывается битыми пикселями. Кроме того, космическое излучение в передаваемые спутниками сигналы и может повредить отдельные сегменты памяти устройств.
Радиация против криптографии
Воздействие излучения — одна из причин, по которым информация между Землей и многими космическими аппаратами передается в незашифрованном виде: если радиация повредит участок памяти, в котором хранится ключ шифрования, связь нарушится.
Причем эта проблема касается не только и не столько спутников-ретрансляторов, через которые экипаж МКС подключается к Интернету, — они как раз более-менее защищены. А вот о большинстве других аппаратов на орбите Земли этого не скажешь.
Отсутствие шифрования — вопрос больной, ведь спутники, как и наземные компьютеры, могут атаковать злоумышленники. Недавно в Европейском космическом агентстве , который направлен на то, чтобы исправить эту ситуацию. Исследователи тестируют два способа обеспечить надежное шифрованное сообщение со спутниками и сохранить их стоимость в пределах разумного.
- «Зашить» в оборудование вспомогательный криптографический ключ. Если основной ключ будет поврежден, система сгенерирует новый на основе вспомогательного. Однако таких ключей можно создать лишь ограниченное количество.
- Использовать несколько идентичных вычислительных блоков. Если в одном из них произойдет сбой, то можно переключиться на его полную копию, а тем временем перезагрузить первый и восстановить его работоспособность.
Правда, рассчитывать на то, что все общение со спутниками станет безопасным в ближайшее время не стоит: то, что уже запущено в космос, так просто не проапгрейдить.
Инопланетный Интернет
Пока одни исследователи улучшают защиту и пропускную способность спутников, другие задумываются о создании . Проблемы, которые для этого необходимо решить, во многом схожи с теми, с которыми сталкивается экипаж МКС, а вот масштабы — совсем другие.
К примеру, до Марса сигнал идет в зависимости от положения Красной планеты относительно Земли. Это вам не полсекунды задержки. Кроме того, каждые два года на две недели : сигналы не проходят из-за Солнца, которое оказывается в это время между планетами.
Есть у космического Интернета и специфические черты. Например, все узлы такой сети находятся в постоянном движении. В таких условиях технологии земного Интернета не годятся. Поэтому ученые альтернативные схемы обеспечения связи между Землей, Марсом, Луной и другими небесными телами. Эти схемы предполагают:
- Внедрение протоколов передачи данных, рассчитанных на длительные задержки, значительно большую долю ошибок и регулярную недоступность узлов. Так, НАСА разработало модель передачи данных . Согласно этой модели, промежуточные узлы сети (например, спутники) хранят информацию до тех пор, пока не получится передать ее следующему узлу.
- Отказ от радиоволн, на которых сейчас строится общение со спутниками, и передача данных при помощи оптических (в частности, ) излучений. Во-первых, оптическая связь позволяет ускорить передачу данных в десятки раз. Во-вторых, оптические приемники и передатчики компактнее и потребляют меньше энергии, что особенно важно для спутников-ретрансляторов.
- Размещение спутников таким образом, чтобы они вокруг Солнца даже тогда, когда Земля и Марс (или другие планеты — участницы космической Сети) расположены по разные стороны от светила.
Как видите, переписка в соцсетях и даже общение по видеосвязи с марсианами и лунатиками — не такая уж фантастика. Конечно, чтобы провести Интернет в открытый космос, человечеству еще придется потрудиться, но первые шаги в этом направлении уже сделаны.
