Mieszkańcy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) mają bezpośredni dostęp do internetu od ponad trzech lat. Mogą nie tylko przeglądać strony www, ale również korzystać z komunikatorów wideo i mediów społecznościowych. Dzięki dostępowi do Twittera włoski astronauta Luca Parmitano mógł się pochwalić internautom swoim zdjęciem zrobionym podczas lipcowego spaceru kosmicznego tuż przed wykryciem usterki, przez którą musiał wrócić na pokład stacji. Prawdziwą furorę w sieci zrobiły zdjęcia i filmy wykonane przez pułkownika Chrisa Hadfielda z Kanady, który do niedawna dowodził ISS. „Ludzie, gdziekolwiek się znajdą, są żądni informacji i rozrywki, a internet im tego dostarcza” – mówi prof. Ryszard Zieliński z Politechniki Wrocławskiej, autor książki „Satelitarne sieci teleinformatyczne”.

Internet w kosmosie niebawem ma być na dużą skalę wykorzystywany do komunikacji między sondami, stacjami naziemnymi i orbitalnymi, w przyszłości zaś także do utrzymywania łączności z bazami na Księżycu i Marsie, a nawet na odległych planetoidach. Być może nowa sieć zostanie kiedyś rozciągnięta na cały Układ Słoneczny, ale będzie to zupełnie inny internet niż ten, który znamy dzisiaj.

Rozmowa przerywana

Największym problemem, który mają do pokonania pionierzy międzyplanetarnego internetu, są oczywiście kosmicznie wielkie odległości. Im większy dystans między nadawcą a odbiorcą, tym większe opóźnienie transmisji i więcej zakłóceń po drodze. Sondy kosmiczne podróżujące do granic naszego systemu planetarnego muszą używać nadajników wysokiej mocy. W dodatku anteny nadawcza sondy i odbiorcza na Ziemi muszą się „widzieć”. Opóźnienie w komunikacji z najdalej znajdującym się wytworem człowieka – sondą Voyager 1, którą dzieli od Ziemi ponad 18,5 mld km – sięga aż 17 godzin!

Kiedy Mars znajduje się najdalej od nas, czyli w odległości rzędu 400 mln km, opóźnienie wynosi 20 minut, a prędkość transmisji spada do 45 kb/s – to mniej niż miały używane przez nas na początku tego stulecia modemy telefoniczne. A jest jeszcze gorzej, gdy planety znajdują się po przeciwnych stronach Słońca, bo fale radiowe muszą wtedy przechodzić przez górne warstwy słonecznej atmosfery. W 2008 roku trzeba było z tego powodu wyłączyć kamerę internetową nadającą z pokładu europejskiej sondy Mars Express.

Jest też inny problem. Bezprzewodowe przesyłanie informacji za pośrednictwem używanej dziś powszechnie technologii, zwanej protokołem TCP/IP, działa jedynie wtedy, gdy odległość nie przekracza kilkunastu tysięcy kilometrów. Opóźnienia sięgają wtedy najwyżej kilkudziesięciu milisekund, więc współcześni astronauci i mieszkańcy stacji orbitalnej mogą korzystać ze zwykłego ziemskiego internetu. Jednak na dalszych orbitach, Księżycu czy innych planetach ta technologia staje się bezużyteczna. Statki kosmiczne i sondy poruszają się bardzo szybko, położenie zmieniają także ciała niebieskie, a wszystko to wpływa na poziom zakłóceń. Kosmiczna łączność nie będzie więc ciągła i natychmiastowa, ale „poszatkowana” przez liczne i nierzadko długie przerwy.

 

Mail z satelity

Wykorzystywany dziś powszechnie internetowy protokół TCP/IP zupełnie nie radzi sobie z zakłóceniami i przerwami. W kosmosie będą potrzebne zupełnie nowe rozwiązania. Pracują nad nimi uczeni w należącym do NASA Jet Propulsion Laboratory pod kierownictwem Vintona Cerfa, wiceprezesa Google i współtwórcy protokołu TCP/IP. Wymyślona przez niego nowa technologia, znana jako DTN (Delay-Tolerant Network, czyli sieć odporna na opóźnienia), szybko stała się znana jako internet międzyplanetarny – InterPlaNet. Ma ona wykorzystywać stacje przekaźnikowe (satelity i sondy), które nie będą musiały być ciągle w swoim zasięgu. Kiedy jeden z węzłów nie będzie mógł namierzyć odbiorcy, wstrzyma transmisję i przechowa informacje do momentu, w którym ich dalsze przesłanie stanie się możliwe.

Nową sieć już przetestowano i to z niezłym skutkiem. W 2008 r. za jej pośrednictwem skontaktowano się z sondą Deep Impact (przeznaczoną do badania komet), oddaloną wtedy od Ziemi o 32 mln km. Z kolei w listopadzie ubiegłego roku astronautka z pokładu ISS sterowała małym robotem, znajdującym się w Niemczech, właśnie poprzez DTN. W przyszłości dzięki zastosowaniu tej technologii połączymy się z automatami wysłanymi na Księżyc, a docelowo także z księżycowymi misjami załogowymi. W protokoły DTN będą też wyposażane komputery pokładowe wszystkich nowych misji badawczych – również tych kierowanych do odległych rejonów kosmosu.

Zgodnie z pomysłem Vintona Cerfa, Układ Słoneczny ma być podzielony na strefy, każda z osobną domeną: venus.sol, mars.sol itd. („sol” oznacza tu oczywiście Słońce). „Na Księżycu czy Marsie najwygodniej będzie tworzyć lokalne sieci na wzór naszej ziemskiej. Przesyłanie informacji pomiędzy planetami będzie już jednak wymagało innych protokołów” – mówi prof. Zieliński. Niezbędna okaże się też nowa infrastruktura – przede wszystkim satelitarna.

Mimo konieczności zainwestowania miliardów dolarów łączność międzyplanetarna będzie dość powolna – poradzi sobie z przesyłaniem maili czy komunikatów na czacie, ale już gorzej z rozmowami głosowymi czy wideokonferencjami.

Laserem lub neutrinem

Głównym winowajcą są tu fale radiowe. Choć poruszają się z prędkością światła, to im dalej znajdują się od nadajnika, tym bardziej się rozpraszają i słabną. Dlatego powstają nowe, doskonalsze technologie przesyłania danych. Jedna z nich ma być testowana pod koniec tego roku. Wtedy na Międzynarodową Stację Kosmiczną trafi sprzęt do komunikacji laserowej. Lasery zajmują mniej miejsca niż wielkie anteny radiowe, a emitowana przez nie skoncentrowana wiązka światła umożliwia transmisję większych ilości danych.

Naukowcy z University of Rochester i North Carolina State University pracują nad jeszcze ciekawszym wynalazkiem: laserem neutrinowym. Neutrina to bardzo lekkie, trudne do wykrycia cząstki elementarne, które mają wielką zaletę: przez wszystkie przeszkody – nawet takie jak planety – przechodzą na wylot. Uczonym udało się już nawet przesłać wiadomość za pomocą lasera neutrinowego przez grubą skałę. Ale ta technologia dopiero raczkuje. Przesłany komunikat zawierał tylko jedno słowo, jego transmisja zajęła 2,5 godziny, a detektor potrzebny do odczytania wiadomości ważył 170 ton! Jeśli jednak uda się zminiaturyzować te urządzenia, komunikacja w kosmosie stanie się znacznie łatwiejsza. Poważnymi przeszkodami mogłyby być tylko gwiazdy takie jak Słońce, które same emitują bardzo wiele neutrin.

 

Powrót na Ziemię

Zanim to wszystko nastąpi, kosmiczne technologie internetowe mogą nam się przydać na Ziemi. Do czego? Choćby do odciążenia zwykłego internetu, gdy ten jest przeciążony. Sieć opartą na DTN przetestowano w szwedzkiej części Laponii, gdzie jest używana do bezprzewodowego łączenia oddalonych od siebie komputerów. Tę technologię stosuje się także w łączach satelitarnych. Wkrótce mają one dać dostęp do szerokopasmowego internetu trzem miliardom ludzi w krajach, w których „naziemna” infrastruktura nie jest jeszcze rozwinięta. Pierwszy krok został już wykonany: pod koniec czerwca wystrzelono cztery urządzenia konstelacji O3B (skrót od „Other 3 Billion”, czyli pozostałe trzy miliardy), a klienci mają zacząć z nich korzystać jesienią.

Kosmiczny internet wymaga jeszcze dopracowania, zwłaszcza w kwestii zabezpieczeń. Jest to konieczne choćby dlatego, że za jakiś czas może on posłużyć do międzyplanetarnego handlu. Firma PayPal, zajmująca się internetowymi płatnościami, razem z SETI Institute powołała niedawno zespół, który ma się zajmować przyszłą komercjalizacją kosmosu. Jednym z zadań jest opracowanie mechanizmów, pozwalających na wykonywanie operacji bankowych czy zakupy on-line. Na razie poza Ziemią przebywa tak niewiele osób, że byłoby to zupełnie nieopłacalne, ale niewykluczone, że kosmiczny handel rozkwitnie, kiedy powstaną od dawna zapowiadane orbitalne hotele. I choć mówienie o internetowych płatnościach w kosmosie jest na razie czysto marketingowym chwytem, to widać już, że wielki biznes zaczyna traktować te sprawy poważnie.

Warto wiedzieć:

  • Vintona Cerfa, uważanego za jednego z „ojców ziemskiego internetu”, prezydent George W. Bush odznaczył Medalem Wolności. Teraz Cerf pracuje nad DTN, czyli internetem międzyplanetarnym.
  • Luca Parmitano był pierwszym w historii Włochem, który odbył spacer kosmiczny w 2013 r. Jednak miał pecha, bo podczas drugiego wyjścia w kosmos hełm jego skafandra zaczął wypełniać się wodą.

Łączność w kosmosie

Zapuszczamy się coraz dalej na nasze kosmiczne podwórko. Wkrótce będziemy potrzebowali możliwości efektywnego komunikowania się z przestrzenią pozaziemską.

Transmisje pozaziemskie

Przy dużych odległościach pojawia się wiele zakłóceń, a sygnał z nadajników jest słaby. Dlatego szybkość przesyłania danych z kosmosu na razie jest dość skromna.

Kosmiczne opóźnienia
Choć dane podróżują przez kosmos z prędkością światła, mają do pokonania długą drogę. A to oznacza, że na informacje przesyłane z przestrzeni kosmicznej trzeba trochę poczekać.

Zakłócenia słoneczne

Nasza najbliższa gwiazda nie tylko staje na drodze fal radiowych. Źródłem zakłóceń mogą być też potężne burze elektromagnetyczne na Słońcu, „oślepiające” satelity.

Zastosowania naziemne

Technologia DTN, przeznaczona do użytku w kosmosie, może też pomóc w tworzeniu bezprzewodowych sieci dla Ziemian. Pierwsza taka sieć zwana O3B jest już w trakcie budowy.

Dla głodnych wiedzy:

  • Badania nad międzyplanetarnym internetem – www.ipnsig.org
  • Satelitarna sieć dla mieszkańców krajów rozwijających się – www.o3bnetworks.com
  • Międzynarodowa Stacja Kosmiczna na Facebooku – www.facebook.com/ISS