Вопросы и ответы о связи и технике в космосе. Часть 1

Космос всегда интересовал человека, а когда у людей появилась возможность побывать там, вопросов, пожалуй, только прибавилось. Но сегодня можно получить ответы на них практически из первых рук — многие космонавты ведут блоги и рады пообщаться с подписчиками, а НАСА публикует огромное количество фотографий, результатов исследований, проектов будущих космических миссий и интересных фактов.

Поэтому узнать, как устроена жизнь космонавтов на орбите или какие технологии используются за пределами нашей планеты, может каждый. Мы решили найти ответы на несколько интересных вопросов о связи, гаджетах и коммуникациях в космосе.

/ Flickr / NASA Goddard Space Flight Center (вид из российского сегмента МКС) / CC

Как космонавты на МКС выходят в сеть?

Раньше у космонавтов не было возможности подключаться к интернету напрямую. Все публикации в Twitter, например, делались с Земли: сообщения с МКС передавались через нисходящие линии связи в центр управления полётами, где их уже размещали в профилях космонавтов.

В январе 2010 года на станции появилась сеть Crew Support LAN, и соединение стало осуществляться через орбитальный телекоммуникационный спутник. Еще один способ выхода в интернет — удаленный доступ к компьютеру на Земле. Первый космический твит был опубликован американским астронавтом Тимом Кримером (Tim Krimer).

До сих пор основным способом связи с МКС остается радио. Преимущества очевидны — не требуется никакого специального оборудования (только антенна и передатчик), и атмосфера не блокирует радиоволны (подробнее тут). Для передачи информации в космос используется Ku- (12-18 ГГц) и S-диапазон (2-4 ГГц). Сигнал направляется на спутник, который перенаправляет его в сторону МКС, где его принимают с помощью антенны, а затем на компьютер загружается, например, электронное письмо.

На российских сегментах станции существует своя, отдельная система радиосвязи «Лира» и спутниковая система ретрансляции данных «Луч». Уже в следующем году она сможет заменить американскую систему связи, которую российские космонавты вынуждены использовать сегодня. Правда, скорость радиосвязи, которая зависит от расстояния, оставляет желать лучшего.

И в 2015 году астронавты все еще не были довольны качеством связи. Например, Скотт Келли (Scott Kelly) пожаловался на своей страничке в Twitter на скорость интернета, которая еще медленнее, чем когда-то была на Земле при доступе через модем. Но представитель НАСА Дэн Хуот (Dan Huot) не согласен с такой характеристикой связи. Он считает, что скорость соединения на борту достаточно хорошая, а главное ширина канала позволяет отправлять гигабайты видеофайлов каждый день, не перегружая систему. Кроме того, в свободное время астронавты могут даже смотреть онлайн-трансляции.

Но технологии не стоят на месте и сегодня уже есть более быстрый способ передачи данных — DTN (Delay/Disruption Tolerant Networking, архитектура сетей, устойчивых к задержкам и частым обрывам связи). В 1990-х к разработке технологии подключилось НАСА совместно с Google, а этим летом система была установлена на МКС.

DTN использует подход Store-and-forward, который дает возможность сохранять пакеты при потери возможности их передачи получателю. После получения надежного маршрута для доставки, передача данных возобновляется. Причем, хранение служебных данных производится в произвольных блоках, а не в заголовке пакета. Неплохая аналогия с грузоперевозками приведена в вики.

Как можно связаться с космонавтами?

Многие космонавты ведут странички в социальных сетях, где с ними можно даже пообщаться, задать интересующие вопросы и просто узнать об их работе. Некоторые из них прямо сейчас находятся на МКС. Среди них — Роберт Шейн Кимброу (Shane Kimborough) — публикует свежие фотографии Земли и рассказывает о своей деятельности. Например, несколько недель назад он сажал на станции салат-латук. Джефф Уильямс (Jeff Williams) побывал на МКС чуть раньше в этом году, и на его страничке в Instagram представлена коллекция завораживающих снимков и даже несколько коротких видео. А американский астронавт Рейд Вайзман (Reid Wiseman) вообще специализировался на вайнах. Если пролистать его страничку (до ноября 2014), можно найти видео с нашей планетой в главной роли, увидеть млечный путь и понаблюдать за космическими экспериментами на борту.

Российский космонавт Олег Артемьев вернулся с МКС в 2014 году, но продолжает делиться с подписчиками потрясающими фотографиями разных частей Земли и облачных пейзажей. В фотоблоге Сергея Рязанского можно найти красивые снимки разных городов с его последнего полета в 2013 и посмотреть, как проходит подготовка к новым космическим путешествиям. А Сергей Волков во время своего пребывания на орбите в феврале этого года подробно рассказывал о работе на станции, записывал видео и делился интересными фотографиями: Эльбрус, Египетские пирамиды и даже выход в открытый космос.

Однако для астронавтов и космонавтов важнее контакта с подписчиками, безусловно, является общение с родными и друзьями. Благодаря современным технологиям выходить на связь можно намного чаще и без посредников. Например, организация неофициальных видео-конференций, по мнению НАСА, положительно влияет на состояние экипажа во время полета и помогает преодолеть чувство одиночества. Психолог Джэк Стастер (Jack Stuster), изучающий воздействие изоляции на психику, провел интересный эксперимент — он изучил записи, сделанные астронавтами во время полета, чтобы оценить их состояние.

Как выяснилось, один из первых счастливчиков, который использовал такие новые технологии, считал это общение не только благом, но и «проклятием» (см. пункт 4 в источнике). Связь часто мешала: земные новости и сплетни не давали сосредоточиться на работе, а ответа порой приходилось ждать по нескольку дней, и казалось, что время тянется намного дольше.

Какими гаджеты пользуются космонавты?

Телефоны, плееры, планшеты и другие устройства помимо функции связи, создают более домашнюю и психологически комфортную атмосферу на МКС. Многие астронавты ведут блоги и берут с собой фотоаппараты последних моделей. В июне 2012 НАСА впервые отправило на орбиту несколько iPhone 4s для проведения исследований с помощью специально созданных приложений.

Компания Odyssey Space Research как раз разработала программу SpaceLab, которая могла использоваться для бэкапов и восстановления состояния навигационной системы. Брайан Ришикоф (Brian Rishikof), генеральный директор компании, говорит, что целью проекта было доказать, что устройство стоимостью $500 с удобным и понятным интерфейсом может легко заменить дорогостоящее аппаратное обеспечение космической станции.

Но, конечно, попасть на борт могут только сертифицированные устройства, прошедшие тщательную проверку и полностью безопасные. Например, должен использоваться определенный тип батареи и нетоксичный пластик. Сегодня на МКС находится 100 ноутбуков на всего шесть членов команды. (Подробнее — в интервью с представителем НАСА, ответственным за оборудование в разделах «Spaceman on a space LAN», «The rise of phones and tablets»). 20% из них являются запасными — своими силами астронавты не всегда могут справиться с поломками. 15 используются для управления системой космического летающего аппарата, а 30 – для ежедневных задач, хранения данных и инструкций.

У смартфонов на борту, представленных iPhone и Android Nexus 5, своя функция — с помощью программы SPHERES с них можно управлять летающими дронами, которые выполняют некоторые слишком опасные или, наоборот, рутинные обязанности вместо членов экипажа. Кроме того, НАСА обеспечивает всех участников миссий планшетами: несколько поколений iPad, в том числе iPad Air 2, и несколько Microsoft Surface Pro 3. Планшеты нужны для проведения экспериментов, записи информации, развлечения и общения с семьей.

Если предположить, что в будущем попасть в космос смогут не только специально подготовленные космонавты, но и обычные люди (в виде космических туристов), а география путешествий существенно расширится, то следует задуматься о гаджетах, которые в этом случае понадобятся. Шотландский производитель виски в 2015 году совместно с агентством космических технологий Open Space разработали специальный «космический стакан», который «работает» даже в условиях невесомости. Команда Open Space попыталась предложить альтернативный сценарий развития космических гаджетов.

Причины, по которым современные смартфоны не подойдут для космических путешествий будущего — быстрая потеря заряда батареи в условиях небольшой гравитации и невозможность земных материалов переносить резкие перепады температуры от -270 до 120 градусов по Цельсию. Поэтому смартфон должен стать голографическим: он сможет материализоваться из воздуха, но при этом отвечать на прикосновения. Так пользователи смогут оставаться на связи с друзьями, оставшимися на Земле, добавить реальных впечатлений во время игры в «Космических захватчиков» и обновлять список лучших межпланетных ресторанов.

P.S. Во второй части нашего рассказа мы обсудим, почему земное оборудование бывает непригодно для использования в космосе и как организовать межпланетный интернет.

О чем еще мы пишем в первом блоге о корпоративном IaaS:

ссылка на оригинал статьи https://habrahabr.ru/post/315312/