मंगल ग्रह पर पहले इंसान पृथ्वी के साथ कैसे संवाद करेंगे

यदि आप सोचते हैं कि जब आप दूसरे राज्य में अपने रिश्तेदारों से मिलने जाते हैं तो सेल रिसेप्शन प्राप्त करना कितना कष्टकारी होता है, तो जरा कल्पना करें उन लोगों के साथ संवाद करने की कोशिश कर रहा हूं जो कम से कम 40 मिलियन मील दूर हैं और लगातार सापेक्ष रूप से आगे बढ़ रहे हैं आप। अगर हम इंसानों को मंगल ग्रह पर भेजने की योजना बना रहे हैं तो हमें इससे निपटना होगा, जब संचार न केवल महत्वपूर्ण होगा - वे महत्वपूर्ण होंगे।

यह पता लगाने के लिए कि मंगल और उससे आगे तक कवर करने वाला संचार नेटवर्क कैसे बनाया जाए, और चुनौती का सामना करने के लिए वर्तमान प्रणालियों को कैसे उन्नत किया जा रहा है डेटा की लगातार बढ़ती मात्रा के बीच, हमने दो विशेषज्ञों से बात की जो नासा की वर्तमान संचार प्रणाली पर काम करते हैं - एक पृथ्वी की ओर और एक मंगल ग्रह पर ओर।

यह लेख का हिस्सा है मंगल पर जीवन, एक 10-भाग की श्रृंखला जो अत्याधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की खोज करती है जो मनुष्यों को मंगल ग्रह पर कब्जा करने की अनुमति देगी

डीप स्पेस नेटवर्क के साथ सौर मंडल तक पहुँचना

मंगल ग्रह पर दृढ़ता रोवर या वोयाजर मिशन जैसे मौजूदा मिशनों के साथ संचार करने के लिए अंतरतारकीय अंतरिक्ष में, नासा के पास ग्रह के चारों ओर एंटीना का एक नेटवर्क है जिसे डीप स्पेस नेटवर्क कहा जाता है डीएसएन.

डीएसएन की कैलिफ़ोर्निया, स्पेन और ऑस्ट्रेलिया में तीन साइटें हैं, जो प्रत्येक दिन एक-दूसरे के बीच संचार कर्तव्य सौंपती हैं। इस तरह, हमेशा उस दिशा में इंगित एक साइट होती है जिसकी आवश्यकता होती है, भले ही पृथ्वी अपनी धुरी पर कैसे घूमती है या डगमगाती है। प्रत्येक साइट पर, 70 मीटर आकार तक के कई रेडियो एंटेना होते हैं जो अंतरिक्ष अभियानों से प्रसारण उठाते हैं और डेटा को पृथ्वी पर जहां भी ले जाने की आवश्यकता होती है, वहां रिले करते हैं।

संचार में अंतर्राष्ट्रीय सहयोग

डीएसएन का उपयोग नासा मिशनों के लिए किया जाता है, लेकिन यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) जैसी विभिन्न अंतरिक्ष एजेंसियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले अन्य वैश्विक नेटवर्क भी हैं। उल्लेखनीय रूप से दूरदर्शी तरीके से, ये सभी अलग-अलग नेटवर्क अपने संचार के लिए समान अंतरराष्ट्रीय मानकों का पालन करते हैं, ताकि जरूरत पड़ने पर अंतरिक्ष एजेंसियां ​​एक-दूसरे के नेटवर्क का उपयोग कर सकें।

“यह काफी छोटा समुदाय है। उदाहरण के तौर पर, केवल कुछ ही देश हैं जिनके पास मंगल ग्रह पर अंतरिक्ष यान भेजने की क्षमता है," लेस डीप स्पेस नेटवर्क चलाने वाले इंटरप्लेनेटरी नेटवर्क के उप निदेशक ड्यूश ने डिजिटल को बताया रुझान. “यह बढ़ रहा है, लेकिन यह अभी भी एक छोटी संख्या है। और यह हम सभी के लिए उचित है, क्योंकि यह बहुत महंगे मिशनों का एक छोटा समुदाय है, इसे एक साथ करने का प्रयास करें।

इसका मतलब यह है कि नासा जिन एजेंसियों के साथ मिलकर काम करता है, जैसे कि ईएसए, इसके अलावा, यहां तक ​​कि जिन एजेंसियों के साथ उसका कोई संबंध नहीं है, जैसे कि चीन की अंतरिक्ष एजेंसी, वे भी अभी भी उन्हीं मानकों का पालन करती हैं।

उन्होंने कहा, "यहां तक ​​कि चीन भी अंतरराष्ट्रीय मानकों के एक सेट की सदस्यता लेता है जिसे विकसित करने में हमने वर्षों से मदद की है, ताकि सभी गहरे अंतरिक्ष मिशन एक ही तरह से संचार कर सकें।" “अंतरिक्ष यान में समान रेडियो प्रारूप होते हैं और ग्राउंड स्टेशनों में समान प्रकार के एंटेना और इंटरफेस होते हैं। इसलिए हम इन समझौतों के माध्यम से एक-दूसरे के अंतरिक्ष यान को ट्रैक कर सकते हैं। वे सभी इंटरऑपरेबल होने के लिए बनाए गए हैं।"

मंगल ग्रह से बात हो रही है

तो इस प्रकार हम पृथ्वी पर प्रसारण प्राप्त करते हैं। लेकिन आप मंगल ग्रह से प्रसारण कैसे भेजते हैं? इतनी लंबी दूरी तक संचार भेजने के लिए आपको एक शक्तिशाली रेडियो की आवश्यकता होती है। और रोवर्स जैसे मिशनों को छोटा और हल्का होना आवश्यक है, इसलिए उनमें एक विशाल एंटीना बांधने के लिए जगह नहीं है।

इस समस्या से बचने के लिए, मंगल ग्रह के पास संचार रिले करने के लिए एक प्रणाली है, जिसे मार्स रिले नेटवर्क या एमआरएन कहा जाता है। इसमें विभिन्न ऑर्बिटर शामिल हैं जो वर्तमान में ग्रह के चारों ओर यात्रा कर रहे हैं और जिनका उपयोग लेने के लिए किया जा सकता है सतह पर मिशनों से प्रसारण (जैसे रोवर्स, लैंडर्स, या अंततः, लोग) और इस डेटा को वापस रिले करें धरती। आप वास्तव में एमआरएन का उपयोग करके सभी शिल्पों की वर्तमान स्थिति देख सकते हैं यह नासा सिमुलेशन.

मंगल ग्रह के चारों ओर अधिकांश कक्षाएँ दोहरी ड्यूटी करती हैं। अपने विज्ञान संचालन के अलावा, वे रिले के रूप में भी काम करते हैं - यही स्थिति नासा के मंगल ग्रह के मामले में है वायुमंडलीय और वाष्पशील विकास (MAVEN) अंतरिक्ष यान और मंगल टोही ऑर्बिटर, और ESA का मंगल अभिव्यक्त करना। “हमारे अधिकांश मिशन जो हमने [मंगल पर] भेजे हैं, कम ऊंचाई वाली कक्षाओं में हैं, इसलिए वे सतह से लगभग 300 से 400 किलोमीटर ऊपर हैं। और वे सचमुच बहुत अच्छे हैं!” एमआरएन मैनेजर रॉय ग्लैडेन ने डिजिटल ट्रेंड्स को बताया। "वे रहने के लिए बहुत अच्छे स्थान हैं, क्योंकि यह अच्छा और करीब है, और आप उस वातावरण में लैंडिंग संपत्ति और ऑर्बिटर के बीच काफी डेटा संचारित कर सकते हैं।"

हालाँकि, प्रत्येक मिशन को रिले नेटवर्क में नहीं जोड़ा जा सकता है। यदि कोई ऑर्बिटर बहुत अधिक ऊंचाई पर है, या यदि इसकी कक्षा बहुत अण्डाकार है, जहां कभी-कभी यह होता है ग्रह के करीब और कभी-कभी यह अधिक दूर होता है, तो यह इसका हिस्सा बनने के लिए उपयुक्त नहीं हो सकता है एमआरएन. उदाहरण के लिए, संयुक्त अरब अमीरात (यूएई) का होप मिशन बहुत ऊंचाई पर है, इसलिए यह मंगल के ऊपरी वायुमंडल का अध्ययन कर सकता है। लेकिन इसका मतलब यह है कि यह रिले के रूप में उपयोगी होने के लिए सतह से बहुत दूर है।

मंगल ग्रह पर भविष्य के मिशन, जैसे कि नासा के मार्स आइस मैपर या जापान एयरोस्पेस एक्सप्लोरेशन एजेंसी (JAXA) की योजना बनाई गई है मिशन में संचार हार्डवेयर भी शामिल होगा, इसलिए जितने अधिक मिशन हम वहां भेजेंगे, नेटवर्क उतना ही अधिक हो सकता है निर्माण करें।

समय का महत्व

मंगल ग्रह से संचार रिले करने की चुनौतियों में से एक यह तथ्य है कि ग्रह हमेशा घूमता रहता है, और नासा और ईएसए के सभी ऑर्बिटर इसके चारों ओर घूम रहे हैं। यह कोई समस्या नहीं है यदि आपके रोवर को दिन में दो बार संचार भेजने की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए - संभावना अधिक है कि कई ऑर्बिटर किसी बिंदु पर ऊपर से गुजरेंगे। लेकिन जब आपको किसी विशिष्ट घटना को सटीक समय पर ट्रैक करने की आवश्यकता होती है, तो यह अधिक मुश्किल हो जाता है।

उदाहरण के लिए, ग्रह की सतह पर रोवर को उतारना किसी मिशन का सबसे कठिन हिस्सा है, इसलिए नासा हमेशा लैंडिंग पर नजर रखना चाहता है। दृढ़ता रोवर की लैंडिंग के लिए, एमआरएन में ऑर्बिटर्स ने अपनी कक्षाओं को बदल दिया था ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वे लैंडिंग को कैप्चर करने के लिए सही समय पर सही जगह पर होंगे। लेकिन कीमती ईंधन बचाने के लिए, वे केवल अपने प्रक्षेप पथ में छोटे समायोजन कर सकते थे, इसलिए लैंडिंग होने से कई साल पहले सब कुछ सही जगह पर लाने की प्रक्रिया शुरू हो गई।

इस प्रक्रिया को और अधिक कुशल बनाने का एक तरीका लैंडिंग जैसी प्रमुख घटनाओं को रिकॉर्ड करने के लिए समर्पित रिले उपग्रहों का उपयोग करना है। 2018 में जब इनसाइट लैंडर मंगल ग्रह पर उतरा, तो उसके साथ यह भी था दो ब्रीफकेस आकार के उपग्रह जिन्हें मार्को कहा जाता है, मार्स क्यूब वन के लिए, जो रिले के रूप में कार्य करता था। इन छोटे उपग्रहों ने मंगल ग्रह की उड़ान पर इनसाइट का अनुसरण किया, लैंडिंग के बारे में निगरानी की और डेटा रिले किया, और फिर अंतरिक्ष में चले गए। "हम उन्हें वहां लक्षित करने में सक्षम थे जहां हम चाहते थे कि वे हों ताकि वे उस महत्वपूर्ण घटना टेलीमेट्री को पकड़ने के लिए रिकॉर्डिंग कर सकें," ग्लैडेन ने कहा, "और फिर कार्यक्रम समाप्त होने के बाद, वे पलटे और अपने एंटेना को वापस पृथ्वी की ओर इंगित किया और उसे प्रसारित किया डेटा।"

मार्को का उपयोग भविष्य की क्षमता का परीक्षण था, क्योंकि उपग्रहों का उपयोग पहले कभी इस तरह नहीं किया गया था। लेकिन परीक्षण सफल रहा. ग्लैडेन ने कहा, "उन्होंने वही किया जो वे करना चाहते थे।" मार्को एक बार उपयोग होने वाली वस्तु थी, क्योंकि उनके पास कक्षा में प्रवेश करने के लिए पर्याप्त ईंधन नहीं था। लेकिन ऐसे छोटे उपग्रह अपेक्षाकृत सस्ते और बनाने में आसान होते हैं, और मार्को ने प्रदर्शित किया कि यह पूरे मंगल नेटवर्क को पुनर्व्यवस्थित किए बिना विशिष्ट घटनाओं की निगरानी करने का एक व्यवहार्य तरीका है।

चालक दल के मिशनों के लिए संचार

चालक दल के मिशनों के लिए, नियमित संचार और भी महत्वपूर्ण है। प्रकाश की गति के कारण पृथ्वी और मंगल के बीच संचार में हमेशा 20 मिनट तक की देरी होगी। इससे बचने का कोई रास्ता नहीं है। हालाँकि, हम एक संचार नेटवर्क बना सकते हैं ताकि मंगल ग्रह पर लोग पृथ्वी से बात कर सकें जितना संभव हो सके निरंतर संचार उपलब्ध कराने के उद्देश्य से, दिन में कुछ बार से अधिक संभव।

आने वाली मंगल आइस मैपर मिशन ग्लैडेन ने कहा, "यह उस दिशा में एक तरह का कदम है।" "हमारा इरादा अंतरिक्ष यान का एक छोटा सा समूह भेजने का है जो आइस मैपर के साथ रिले उपयोगकर्ताओं को समर्पित होगा।" यह ऐसा होगा यह पहली बार है कि मंगल संचार के लिए किसी तारामंडल का उपयोग किया गया है, और यह एक बड़े रिले का निर्माण खंड हो सकता है नेटवर्क।

इस तरह की परियोजना के लिए ग्रहों के बीच बड़ी दूरी पर संचार करने के लिए बहुत अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है, लेकिन यह पूरी तरह से तकनीकी रूप से संभव है।

मंगल ग्रह के चारों ओर अगली पीढ़ी का नेटवर्क

ग्लैडेन ने कहा, जब ग्रहेतर संचार आवश्यकताओं के भविष्य की कल्पना करने की बात आती है, तो "हम आगे की सोच रखने की कोशिश कर रहे हैं।" “हम इस बात पर विचार करने का प्रयास कर रहे हैं कि हमें भविष्य में किस चीज़ की आवश्यकता होगी। विशेषकर यह जानते हुए कि अंततः हम लोगों को वहां भेजना चाहते हैं।”

एक भविष्योन्मुख मंगल संचार नेटवर्क बनाने में नेटवर्क में अधिक से अधिक शक्ति के साथ अधिक अंतरिक्ष यान जोड़कर, इसे हमारे ग्रह पर मौजूद नेटवर्क के समान बनाना शामिल हो सकता है। “पृथ्वी पर, हम बहुत सारे कम ऊंचाई वाले अंतरिक्ष यान भेजकर अपनी संचार समस्या का समाधान करते हैं बड़े सौर सरणियों के साथ उच्च शक्ति वाले सिस्टम हैं, अत्यधिक जटिल रेडियो हैं जो बीम स्टीयरिंग कर सकते हैं, ”उन्होंने कहा कहा। "मंगल ग्रह पर, हम वही चीज़ चाहते हैं।"

ऐसा नेटवर्क बनाने में जटिलताएँ हैं जो लंबी देरी को संभाल सके, और डेटा मानकों के निर्माण में जटिलताएँ हैं जिनका उपयोग सभी मंगलयानों द्वारा किया जा सकता है, लेकिन यह संभव है। इस तरह के संचार नेटवर्क को सैद्धांतिक रूप से पृथ्वी से मंगल ग्रह और वापस संचार प्रदान करने के अलावा और भी बहुत कुछ करने के लिए विस्तारित किया जा सकता है। इसका उपयोग मंगल ग्रह पर नेविगेशन में मदद करने के लिए एक पोजिशनिंग सिस्टम के रूप में किया जा सकता है या हार्डवेयर में कुछ संशोधनों के साथ, यह मंगल ग्रह पर संचार भी प्रदान कर सकता है।

लेकिन ऐसे सक्षम अंतरिक्ष यान बड़े और भारी होते हैं, जिससे उन्हें लॉन्च करना मुश्किल हो जाता है। और उन्हें एक और समस्या का सामना करना पड़ता है: पृथ्वी के चारों ओर के उपग्रहों के विपरीत, जो हमारे ग्रह के मैग्नेटोस्फीयर द्वारा संरक्षित हैं, मंगल के चारों ओर कक्षा में उपग्रहों पर विकिरण की बमबारी की जाएगी। इसका मतलब है कि उन्हें ढालने की ज़रूरत है, जिसके लिए अधिक वजन की आवश्यकता होती है।

तकनीकी रूप से, इन समस्याओं को हल करना और मंगल ग्रह के चारों ओर एक नेटवर्क स्थापित करना संभव है जो हमारे पास पृथ्वी के आसपास है। हालाँकि, "वहाँ कैसे पहुँचें यह एक बड़ी चुनौती है," ग्लैडेन ने कहा, "क्योंकि किसी को इसके लिए भुगतान करना होगा।"

भविष्य के लिए संचार तैयार करना

मंगल ग्रह संचार नेटवर्क स्थापित करना भविष्य के संचार के लिए पहेली का आधा हिस्सा है। बाकी आधा हिस्सा वह तकनीक तैयार कर रहा है जो हमारे पास पृथ्वी पर है।

वर्तमान में, डीएसएन है अधिक एंटीना का निर्माण ताकि यह लॉन्च किए जाने वाले गहरे अंतरिक्ष अभियानों की बढ़ती संख्या के साथ तालमेल बिठा सके। यह अधिक नेटवर्क प्रक्रियाओं को स्वचालित करने के लिए सॉफ़्टवेयर में सुधार का भी उपयोग करता है, ताकि सीमित संख्या में कर्मचारी प्रत्येक अधिक मिशन की देखरेख कर सकें।

लेकिन सीमित बैंडविड्थ की एक और समस्या है। अंतरिक्ष यान के पास अब अधिक जटिल उपकरण हैं जो डेटा के विशाल भंडार को रिकॉर्ड करते हैं और सभी को प्रसारित करते हैं धीमे कनेक्शन पर यह डेटा सीमित है - किसी भी व्यक्ति के लिए जो कभी भी धीमे इंटरनेट से फंस गया है जानता है।

डीएसएन के उप निदेशक डॉयच ने कहा, "भविष्य में किसी विशेष अंतरिक्ष यान से, हम अधिक डेटा वापस लाने में सक्षम होना चाहते हैं।" "ऐसा इसलिए है क्योंकि जैसे-जैसे अंतरिक्ष यान समय के साथ आगे बढ़ते हैं, वे अधिक से अधिक सक्षम उपकरण ले जा रहे हैं, और प्रति सेकंड अधिक से अधिक बिट्स वापस लाना चाहते हैं। इसलिए हमारे सामने मूर के नियम जैसे वक्र को बनाए रखने की चुनौती है।"

इस समस्या का समाधान उच्च आवृत्तियों पर संचारण करना है। "यदि आप उस आवृत्ति को बढ़ाते हैं जिस पर आप संचार कर रहे हैं, तो यह अंतरिक्ष यान से प्रसारित होने वाली किरण को संकीर्ण कर देता है और इसका अधिक भाग आप जहां चाहते हैं वहां पहुंच जाता है," उन्होंने समझाया। जबकि शुरुआती मिशनों में 2.5 गीगाहर्ट्ज़ का उपयोग किया गया था, अंतरिक्ष यान हाल ही में लगभग 8.5 गीगाहर्ट्ज़ पर चला गया है, और नवीनतम मिशन 32 गीगाहर्ट्ज़ का उपयोग कर रहे हैं।

उच्च आवृत्तियाँ प्रति सेकंड बिट्स के संदर्भ में लगभग चार के कारक का सुधार प्रदान कर सकती हैं, लेकिन लंबी अवधि में यह भी पर्याप्त नहीं होगा। तो अंतरिक्ष संचार में अगला बड़ा कदम ऑप्टिकल संचार का उपयोग करना है, जिसे इस नाम से भी जाना जाता है लेजर संचार. यह उच्च आवृत्ति पर जाने के समान कई फायदे लाता है, लेकिन ऑप्टिकल संचार आज के अत्याधुनिक रेडियो संचार की तुलना में 10 के कारक का सुधार प्रदान कर सकता है।

और अच्छी खबर यह है कि DSN को ऑप्टिकल संचार में परिवर्तन के लिए पूरी तरह से नए हार्डवेयर की आवश्यकता नहीं होगी। वर्तमान एंटीना को नई तकनीक के साथ काम करने के लिए अपग्रेड किया जा सकता है, और नव निर्मित एंटीना को कई आवृत्ति बैंड पर काम करने और ऑप्टिकल ट्रांसमिशन प्राप्त करने में सक्षम होने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

ऑप्टिकल संचार की कुछ सीमाएँ हैं, जैसे ऊपर बादल जो सिग्नलों को अवरुद्ध कर सकते हैं। लेकिन इसकी अनुमति देने पर भी, ऑप्टिकल संचार के उपयोग से नेटवर्क की समग्र क्षमता में काफी वृद्धि होगी। और इस मुद्दे के दीर्घकालिक समाधान में पृथ्वी के चारों ओर कक्षा में रिसीवर स्थापित करना शामिल हो सकता है, जहां वे बादलों के ऊपर होंगे।

यहाँ से काँहा जायेंगे?

किसी अन्य ग्रह के साथ संचार की समस्याएँ गहरी और हल करने में कठिन हैं। ग्लैडेन ने कहा, "भौतिकी अपरिवर्तनीय है।" “यह बहुत दूर है, इसलिए आप सिग्नल की शक्ति खो देते हैं। जब हम लोगों के लिए एक नेटवर्क बनाने की कोशिश के बारे में सोचते हैं तो यह एक समस्या है जिसे हमें दूर करना होता है।"

लेकिन हम अंतरिक्ष संचार में एक नए युग की दहलीज पर हैं। अगले दशक में, हम चंद्रमा पर आने वाले आर्टेमिस मिशन और मार्स आइस मैपर और इसके समर्पित रिले अंतरिक्ष यान से डेटा संचारित करने और प्राप्त करने के बारे में और जानेंगे।

"यह अनाड़ी होने वाला है," ग्लैडेन चेतावनी देते हैं। "हम बस इसका पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं।" वह मानकों के उपयोग और सरकारी अंतरिक्ष एजेंसियों और निजी कंपनियों के बीच बदलते संबंधों के बारे में अंतरराष्ट्रीय बहस की ओर इशारा करते हैं। अब लिए गए निर्णय यह निर्धारित करेंगे कि अगले दशकों में अंतरिक्ष अन्वेषण कैसे आगे बढ़ेगा।

उन्होंने कहा, "क्या होता है यह देखना डरावना और दिलचस्प दोनों होगा।" “एक तरफ, क्या हो रहा है इसके बारे में बहुत अनिश्चितता है। लेकिन दूसरी ओर, यह हाई-टेक चीज़ है। हम पहली बार किसी दूसरे ग्रह पर सीख रहे हैं और काम कर रहे हैं। ऐसा पहले कभी नहीं किया गया. वह आश्चर्यजनक है।"

यह लेख का हिस्सा है मंगल पर जीवन, एक 10-भाग की श्रृंखला जो अत्याधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की खोज करती है जो मनुष्यों को मंगल ग्रह पर कब्जा करने की अनुमति देगी

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