Mars'taki İlk İnsanlar Dünya ile Nasıl İletişim Kuracak?

Başka bir eyaletteki akrabalarınızı ziyaret ettiğinizde cep telefonu almanın acı verici olduğunu düşünüyorsanız, bir hayal edin. en az 40 milyon mil uzakta olan ve birbirlerine göre sürekli hareket eden insanlarla iletişim kurmaya çalışmak Sen. İnsanları Mars'a göndermeyi planlıyorsak, iletişimin sadece önemli olmayacağı, aynı zamanda hayati olacağı zaman, uğraşmamız gereken şey bu.

Mars ve ötesini kapsayan bir iletişim ağının nasıl oluşturulacağını ve mevcut sistemlerin, Sürekli artan miktarda veri, NASA'nın mevcut iletişim sistemi üzerinde çalışan iki uzmanla konuştuk - biri Dünya tarafında ve diğeri Mars'ta taraf.

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam, insanların Mars'ı işgal etmesine izin verecek en son bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi

Deep Space Network ile güneş sistemine ulaşmak

Mars'taki Perseverance gezgini veya ilerleyen Voyager görevleri gibi mevcut görevlerle iletişim kurmak için yıldızlararası uzayda, NASA'nın Derin Uzay Ağı adı verilen gezegenin her yerine inşa edilmiş bir anten ağı vardır veya DSN.

DSN'nin Kaliforniya, İspanya ve Avustralya'da her gün birbirleri arasında iletişim görevlerini devreden üç tesisi vardır. Bu şekilde, Dünya kendi ekseni üzerinde nasıl dönerse dönsün veya sallansın, her zaman ihtiyaç duyulan yöne işaret eden bir yer vardır. Her bölgede, uzay görevlerinden gelen yayınları toplayan ve verileri Dünya'da gitmesi gereken her yere ileten, boyutları 70 metreye varan bir dizi radyo anteni bulunuyor.

İletişimde uluslararası işbirliği

DSN, NASA görevleri için kullanılır, ancak Avrupa Uzay Ajansı (ESA) gibi farklı uzay ajansları tarafından kullanılan başka küresel ağlar da vardır. Olağanüstü ileri görüşlü bir şekilde, tüm bu farklı ağlar iletişimleri için aynı uluslararası standartları takip ediyor, bu nedenle uzay ajansları ihtiyaç duyulduğunda birbirlerinin ağlarını kullanabilirler.

"Oldukça küçük bir topluluk. Örnek olarak, Mars'a uzay aracı gönderme kabiliyetine sahip sadece birkaç ülke var” dedi. Deep Space Network'ü yöneten Gezegenler Arası Ağ'ın müdür yardımcısı Deutsch, Digital'e şunları söyledi: Trendler “Büyüyor, ama yine de küçük bir sayı. Ve çok pahalı görevlerden oluşan küçük bir topluluk olarak bunu birlikte yapmaya çalışmak hepimize düşüyor.”

Bu, NASA'nın ESA gibi yakın çalıştığı ajanslara ek olarak, Çin'in uzay ajansı gibi ilişkisi olmayan ajansların bile aynı standartları takip ettiği anlamına gelir.

"Çin bile, tüm derin uzay görevlerinin aynı şekilde iletişim kurması için yıllar içinde geliştirilmesine yardımcı olduğumuz bir dizi uluslararası standarda imza atıyor" dedi. "Uzay araçları benzer radyo formatlarına sahip ve yer istasyonları benzer türde antenlere ve arayüzlere sahip. Böylece bu anlaşmalar sayesinde birbirimizin uzay araçlarını takip edebiliyoruz. Hepsi birlikte çalışabilir şekilde inşa edildi.”

Mars'la konuşmak

İşte Dünya'daki yayınları bu şekilde alıyoruz. Ama Mars'tan yayınları nasıl gönderirsiniz? Bu kadar büyük bir mesafeye iletişim göndermek için güçlü bir radyoya ihtiyacınız var. Gezici araçlar gibi görevlerin küçük ve hafif olması gerekir, bu nedenle onlara büyük bir anten bağlayacak yer yoktur.

Bu sorunu aşmak için, Mars, Mars Aktarma Ağı veya MRN adı verilen bir iletişim aktarma sistemine sahiptir. Şu anda gezegenin etrafında seyahat eden ve almak için kullanılabilecek farklı yörüngelerden oluşur. yüzeydeki görevlerden (gezici araçlar, iniş araçları veya nihayetinde insanlar gibi) gelen iletimler ve bu verileri Toprak. Kullanarak MRN'deki tüm gemilerin mevcut konumunu gerçekten görebilirsiniz. bu NASA simülasyonu.

Mars çevresindeki yörünge araçlarının çoğu çifte görev yapıyor. Bilim operasyonlarına ek olarak, röle görevi de görürler - NASA'nın Mars'ında durum böyledir. Atmosferik ve Uçucu Evrim (MAVEN) uzay aracı ve Mars Reconnaissance Orbiter ve ESA'nın Mars'ı İfade etmek. "[Mars'a] gönderdiğimiz görevlerimizin çoğu alçak irtifa yörüngelerinde, yani yüzeyden 300 ila 400 kilometre yukarıdalar. Ve bunlar gerçekten harika!” MRN yöneticisi Roy Gladden, Digital Trends'e söyledi. "Buralar harika yerler, çünkü güzel ve yakınlar ve o ortamdaki bir iniş varlığı ile bir yörünge aracı arasında oldukça fazla veri iletebilirsiniz."

Yine de her görev aktarma ağına eklenemez. Bir yörünge aracı çok yüksek bir irtifadaysa veya bazen çok eliptik bir yörüngeye sahipse gezegene yakın ve diğer zamanlarda daha uzak olduğu durumlarda, gezegenin bir parçası olmak uygun olmayabilir. MRN. Örneğin Birleşik Arap Emirlikleri'nin (BAE) Hope misyonu, Mars'ın üst atmosferini inceleyebilmesi için çok yüksek bir irtifada bulunuyor. Ancak bu, yüzeyden röle olarak kullanılamayacak kadar uzakta olduğu anlamına gelir.

NASA'nın Mars Buz Haritalayıcısı veya Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı'nın (JAXA) planladığı gibi gelecekteki Mars misyonları misyon, iletişim donanımını da içerecek, bu nedenle oraya ne kadar çok görev gönderirsek, ağ o kadar fazla olabilir. inşa edilmiş

Zamanlamanın önemi

Mars'tan iletişim aktarmanın zorluklarından biri, gezegenin her zaman dönmesi ve tüm NASA ile ESA'nın yörünge araçlarının onun etrafında dönmesidir. Örneğin, gezgininizin günde iki kez iletişim göndermesi gerekiyorsa bu bir sorun değildir - bir noktada birkaç yörünge aracının üstünüzden geçme olasılığı yüksektir. Ancak belirli bir olayı tam zamanında izlemeniz gerektiğinde işler daha da zorlaşıyor.

Örneğin, bir geziciyi gezegenin yüzeyine indirmek, bir görevin en zor kısmıdır, bu nedenle NASA her zaman bir inişe göz kulak olmak ister. Perseverance gezicisinin inişi için, MRN'deki yörünge araçlarının yörüngeleri, inişi yakalamak için doğru zamanda doğru yerde olmalarını sağlamak üzere ayarlandı. Ancak değerli yakıttan tasarruf etmek için yörüngelerinde yalnızca küçük ayarlamalar yapabildiler, bu nedenle her şeyi doğru yere getirme süreci, iniş gerçekleşmeden yıllar önce başladı.

Bu süreci daha verimli hale getirmenin bir yolu, iniş gibi önemli olayları kaydetmek için özel aktarma uyduları kullanmaktır. InSight iniş aracı 2018'de Mars'a indiğinde, beraberinde MarCO adı verilen evrak çantası büyüklüğünde iki uydu, röle görevi gören Mars Cube One için. Bu küçük uydular, InSight'ı Mars'ın yanından geçerken takip etti, inişle ilgili verileri izledi ve iletti ve ardından uzaya doğru yola çıktı. "Kritik olay telemetrisini yakalamak için bu kaydı yapabilmeleri için onları olmalarını istediğimiz yere hedefleyebildik." Gladden, "ve olay bittikten sonra, dönüp antenlerini Dünya'ya çevirdiler ve bunu ilettiler" dedi. veri."

Uydular daha önce hiç bu şekilde kullanılmadığından, MarCO'ların kullanımı gelecekteki bir yeteneğin testiydi. Ama test başarılıydı. Gladden, "Tam olarak yapmaları amaçlanan şeyi yaptılar," dedi. MarCO'lar, yörüngeye girmek için yeterli yakıtları olmadığı için tek kullanımlık bir öğeydi. Ancak bu tür küçük uydular nispeten ucuz ve yapımı kolaydır ve MarCO'lar bunun, tüm Mars ağını yeniden düzenlemek zorunda kalmadan belirli olayları izlemenin uygun bir yolu olduğunu gösterdi.

Mürettebatlı görevler için iletişim

Mürettebatlı görevler için düzenli iletişim daha da önemlidir. Işık hızından dolayı Dünya ile Mars arasındaki iletişimde her zaman 20 dakikaya varan bir gecikme olacaktır. Bunun kesinlikle bir yolu yok. Bununla birlikte, Mars'taki insanların Dünya ile konuşabilmeleri için bir iletişim ağı kurabiliriz. günde birkaç defadan fazla, mümkün olan en yakın sürekli iletişime sahip olmak amacıyla olası.

Yaklaşan Mars Buz Haritalayıcı görevi Gladden, "Bu yönde atılmış bir adım," dedi. "Niyetimiz, Ice Mapper ile özel geçiş kullanıcıları olacak küçük bir uzay aracı takımyıldızı göndermek." Bu olur Mars iletişimi için ilk kez bir takımyıldız kullanıldı ve daha büyük bir rölenin yapı taşı olabilir ağ.

Böyle bir proje, gezegenler arasındaki büyük mesafelerde iletişim kurmak için çok fazla güç gerektirir, ancak teknolojik olarak tamamen uygulanabilir.

Mars çevresinde yeni nesil bir ağ

Gladden, gezegen dışı iletişim ihtiyaçlarının geleceğini tasavvur etmeye gelince, "ileri görüşlü olmaya çalışıyoruz" dedi. “Gelecekte neye ihtiyacımız olacağını düşünmeye çalışıyoruz. Özellikle de eninde sonunda insanları oraya göndermek istediğimizi bilerek.”

Fütüristik bir Mars iletişim ağı oluşturmak, ağa giderek daha fazla güçle daha fazla uzay aracı ekleyerek onu gezegenimizde sahip olduğumuza daha benzer hale getirmeyi içerebilir. "Dünyada, iletişim sorunumuzu çok sayıda alçak irtifa uzay aracı göndererek çözüyoruz. ışın yönlendirmesi yapabilen son derece karmaşık radyolara sahip, büyük güneş panellerine sahip yüksek güçlü sistemlerdir” dedi. söz konusu. "Mars'ta da aynı şeyi istiyoruz."

Uzun gecikmeleri kaldırabilecek bir ağ oluşturmanın ve tüm Mars gemileri tarafından kullanılabilecek veri standartlarının oluşturulmasının karmaşıklıkları vardır, ancak bu mümkündür. Böyle bir iletişim ağı teorik olarak Dünya'dan Mars'a ve geri iletişim sağlamaktan daha fazlasını yapmak için genişletilebilir. Mars boyunca navigasyona yardımcı olmak için bir konumlandırma sistemi olarak kullanılabilir veya donanımda bazı değişikliklerle Mars boyunca da iletişim sağlayabilir.

Ancak bu tür yetenekli uzay araçları, fırlatılmalarını zorlaştıran büyük ve ağırdır. Ve başka bir sorunla karşı karşıyalar: Gezegenimizin manyetosferi tarafından korunan Dünya çevresindeki uyduların aksine, Mars çevresindeki yörüngedeki uydular radyasyon bombardımanına tutulacak. Bu, daha fazla ağırlık gerektiren korumalı olmaları gerektiği anlamına gelir.

Teknolojik olarak, bu sorunları çözmek ve Mars'ın etrafında, Dünya'nın etrafında sahip olduğumuza benzer bir ağ kurmak mümkündür. Bununla birlikte, "oraya nasıl ulaşılacağı büyük bir zorluk," dedi Gladden, "çünkü birinin bunun bedelini ödemesi gerekiyor."

İletişimi geleceğe hazırlamak

Bir Mars iletişim ağı kurmak, gelecekteki iletişimler için yapbozun yarısıdır. Diğer yarısı da burada, Dünya'da sahip olduğumuz teknolojiyi hazırlamaktır.

Şu anda, DSN daha fazla anten inşa etmek böylece başlatılan derin uzay misyonlarının sayısı sürekli artan ayak uydurabilir. Ayrıca, daha fazla ağ sürecini otomatikleştirmek için yazılımdaki iyileştirmeleri kullanır, böylece sınırlı sayıda personel her biri daha fazla görevi denetleyebilir.

Ancak sınırlı bant genişliğiyle ilgili başka bir sorun daha var. Uzay aracı artık çok büyük miktarda veriyi kaydeden ve tüm verileri ileten daha karmaşık araçlara sahip. yavaş bir bağlantı üzerinden bu veriler sınırlayıcıdır - yavaş internete takılı kalmış herkes gibi bilir.

DSN müdür yardımcısı Deutsch, "Gelecekteki herhangi bir uzay aracından daha fazla veri getirebilmek istiyoruz" dedi. "Bunun nedeni, uzay araçlarının zaman içinde ilerlemesi nedeniyle, giderek daha yetenekli araçlar taşıyorlar ve saniyede daha fazla bit geri getirmek istiyorlar. Bu yüzden, Moore'un yasa benzeri eğrisine ayak uydurmak için bu zorluğu yaşıyoruz.

Bu sorunun çözümü yüksek frekanslarda iletim yapmaktır. "İletişim kurduğunuz frekansı artırırsanız, uzay aracından iletilen ışını daraltır ve daha fazlası istediğiniz yere ulaşır" diye açıkladı. İlk görevler 2,5 GHz kullanırken, uzay araçları son zamanlarda yaklaşık 8,5 GHz'e geçti ve en son görevler 32 GHz kullanıyor.

Daha yüksek frekanslar, saniye başına bit cinsinden yaklaşık dört katlık bir iyileştirme sunabilir, ancak bu bile uzun vadede yeterli olmayacaktır. Dolayısıyla, uzay iletişimindeki bir sonraki büyük adım, aynı zamanda uzay olarak da bilinen optik iletişimi kullanmaktır. lazer iletişimi. Bu, daha yüksek bir frekansa gitmenin sağladığı avantajlardan birçoğunu beraberinde getirir, ancak optik iletişim, günümüzün en gelişmiş radyo iletişimine göre 10 kat daha fazla gelişme sunabilir.

Ve iyi haber şu ki, DSN'nin optik iletişime geçmek için tamamen yeni bir donanıma ihtiyacı olmayacak. Mevcut antenler, yeni teknoloji ile çalışacak şekilde yükseltilebilir ve yeni inşa edilen antenler, çoklu frekans bantlarında çalışacak ve optik iletimleri alabilecek şekilde tasarlanmıştır.

Optik iletişimde, sinyalleri engelleyebilen bulutlar gibi bazı sınırlamalar vardır. Ancak buna izin verse bile, optik iletişimin kullanılması ağın genel kapasitesini önemli ölçüde artıracaktır. Ve bu soruna uzun vadeli bir çözüm, alıcıları Dünya'nın yörüngesine, bulutların üzerinde olacakları yere yerleştirmeyi içerebilir.

Buradan nereye gidiyoruz?

Başka bir gezegenle iletişim kurmanın sorunları derin ve çözmesi zor. Gladden, "Fizik değişmez," dedi. "Uzun bir yol, bu yüzden sinyal gücünü kaybedersiniz. İnsanlar için bir ağ kurmayı düşündüğümüzde bu, üstesinden gelmemiz gereken bir sorun.”

Ancak uzay iletişiminde yeni bir çağın eşiğindeyiz. Önümüzdeki on yılda, yaklaşan Artemis görevinden aya, Mars Buz Haritalayıcısı'ndan ve onun özel geçiş uzay aracından veri iletme ve alma hakkında daha fazla şey öğreneceğiz.

"Sakar olacak," diye uyarıyor Gladden. "Sadece bunu anlamaya çalışıyoruz." Standartların kullanımıyla ilgili uluslararası tartışmalara ve devlet uzay kurumları ile özel şirketler arasındaki değişen ilişkiye işaret ediyor. Şimdi alınan kararlar, uzay araştırmalarının önümüzdeki yıllarda nasıl ilerleyeceğini belirleyecek.

“Neler olduğunu görmek hem korkutucu hem de büyüleyici olacak” dedi. "Bir yandan, neler olup bittiğine dair çok fazla belirsizlik var. Ama öte yandan, bu yüksek teknoloji ürünü bir şey. Başka bir gezegende ilk kez bir şeyler öğreniyor ve yapıyoruz. Bu daha önce hiç yapılmamıştı. Bu harika.

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam, insanların Mars'ı işgal etmesine izin verecek en son bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi

Editörlerin Önerileri

• Kozmolojik bir işe gidip gelme: İnsanları Mars'a göndermenin zorlu lojistiği
• Astropsikoloji: Mars'ta aklı başında nasıl kalınır?
• Diğer gezegenlerdeki enerji santralleri: Mars'ta nasıl elektrik üreteceğiz?
• Hasat hidrasyonu: Gelecekteki yerleşimciler Mars'ta nasıl su yaratacak ve toplayacak?
• Astro-tarım: Mars'ta nasıl ekin yetiştireceğiz?