כאשר אסטרונאוטים נוחתים על מאדים, בעוד כמה עשורים מהיום, אולי, הם יצטרכו למצוא דרך לתקשר - זה עם זה, עם ציוד על כוכב הלכת ובסביבתו, ועם שליטה במשימה חזרה על כדור הארץ. למרות שהם חיים כל כך רחוק מהבית, הם ללא ספק ירצו להתחבר לאנשים אהובים, לשמור על רשימות ההשמעה שלהם מעודכנות או להזרים את הפרקים האחרונים של התוכניות האהובות עליהם.
אבל הגדרת חיבור Wi-Fi לאינטרנט של כדור הארץ לא תהיה אפשרות. כדור הארץ פשוט רחוק מדי - כ-55 מיליון עד 400 מיליון קילומטרים, תלוי היכן נמצאים כוכבי הלכת במסלוליהם. חללי חלל יצטרכו אסטרטגיה נוספת.
הקמת תשתית תקשורת טובה חיונית למשימות אנושיות למאדים, אומרת קלייר פרפיט, מהנדסת מערכות בסוכנות החלל האירופית, או ESA, שבסיסה בנורדוויק, הולנד. "כרגע, אנחנו בשלבים הראשונים של להבין מה זה אומר."
חוקרים בודקים דרכים לשדרג רשתות קיימות, יחד עם כמה חלופות רחוקות. לדוגמה, משימת הפסיכה של נאס"א, שהסתיימה באוקטובר עם תפקידו שלחוקר אסטרואיד בין מאדים לצדק, יבדוק גם תקשורת בין-פלנטרית באמצעות לייזרים. לייזרים יכולים לשאת הרבה יותר נתונים מאשר גלי הרדיו שהיו בשימוש מהימים הראשונים של מסע בחלל.
אין אסטרטגיות ידועות שיכולות להיפטר מפיגור הזמן בתקשורת בין כדור הארץ למאדים; הודעה נעה במהירות האור לוקחת בין ארבע ל-24 דקות לנסיעה בכיוון אחד. במילים אחרות, פינג מהיר לבקרת משימה לא בא בחשבון, שלא לדבר על שיחת וואטסאפ הביתה.
יש גם את הנושא של צירוף שמש, אומר פרפיט, כשהשמש מגיעה בין כדור הארץ למאדים. זה קורה במשך כמה שבועות כל שנתיים בערך, מנתק את התקשורת בין כוכבי הלכת. האחרון התרחש בנובמבר.
אבל גישות חדשות יכולות לפתוח אפשרויות שיהפכו את התקשורת על מאדים לדומה יותר למה שאנו חווים כאן על כדור הארץ. לפחות צוות מחקר אחד תהה: מה אם למאדים היה אינטרנט משלו?
איך עובדת תקשורת מאדים היום
למספר סוכנויות חלל יש כבר במאדים נחיתות, רוברים ולוויינים שצריכים לתקשר עם כדור הארץ.
קחו בחשבון את רובר ההתמדה של נאס"א. הוא שולח ומקבל שני סוגי מידע. האחת היא פיקוד וטלמטריה, שבה מפעילים על פני כדור הארץ שולחים הוראות, מקבלים מידע ומקבלים החלטות מה לעשות הלאה. פרסי בדרך כלל מקבל יותר מ-1,000 פקודות מכדור הארץ מדי יום. השני הוא הנתונים המדעיים - תמונות של סלעים של מאדים, למשל - שפרסי אוסף. המסוק כושר המצאה, אשר, גם פגע בקביעות לרובר, ששימש כתחנת בסיס להעברת נתונים ופקודות בין Ingenuity לכדור הארץ. מסלולים המקיפים את כדור הארץ, כוללאודיסיאת מאדים של נאס"אומסלול סיור מאדים, או MRO, וTrace Gas Orbiter של ESA, או TGO, באופן דומה שלח נתונים מדעיים חזרה הביתה.
קורא לכדור הארץ
התמדה ורוברים אחרים של מאדים מקבלים את רוב הפקודות ישירות מכדור הארץ באמצעות גלי רדיו ברצועת X. למרות שפרסי יכול לשלוח כמויות קטנות של נתונים ישירות, הוא משתמש לעתים קרובות בגלי רדיו בתדר אולטרה-גבוה, או UHF, כדי להעביר נתונים לאחד מהמסלולים ברשת ממסר מאדים, שיש להם אנטנות גדולות לשליחת נתונים לכדור הארץ. פרסי שימש גם כתחנת בסיס לתקשורת עם המסוק Ingenuity.
הרבה מהתקשורת עם מאדים מנותבת דרך רשת הממסרים של מאדים במה שנאס"א מתארת כ"ריקוד בעל כוריאוגרפיה הדוקה". רשת זו של חמישה מסלולים סביב מאדים - MRO, TGO, MAVEN, Mars Odyssey ומאדים אקספרס - מעבירה מידע באמצעות אנטנות המכוונות לכיוון כדור הארץ.
רובר שצריך לשלוח את התצפיות האחרונות שלו בחזרה לכדור הארץ מעביר תחילה את הנתונים לאחד המסלולים באמצעות שידורי רדיו בתדר גבוה במיוחד. אם למסלול זה אין קו ראייה לכדור הארץ, הוא יכול להחזיק במידע עד שיהיה. לאחר מכן, הנתונים מועברים לכיוון כדור הארץ, שם אנטנות רדיו חזקות הפזורות על פני הגלובוס מאזינות תמיד לפינגים מהחלל העמוק.
ברגע שצוות אנושי נוחת על מאדים, המערכת הזו לא תהיה מספיק טובה. וינסנט צ'אן, חוקר בתקשורת סיבים אופטיים ולוויין ב-MIT, אינו צופה תקשורת מקומית על הקרקע כאתגר. צוות מאדים יכול ליצור אינטראקציה באמצעות תדר רדיו וטכנולוגיות אלחוטיות קיימות, הוא אומר. שני מגדלי תאים קטנים יספיקו כאשר האסטרונאוטים קרובים זה לזה, וניתן להשתמש בממסר מסוג כלשהו כאשר האסטרונאוטים רחוקים מספיק זה מזה כדי שהודעות יצטרכו להישלח מעבר לאופק. אנשים החיים באזורים מרוחקים של כדור הארץ מתקשרים בצורה דומה כל הזמן. "השירותים האלה כבר פועלים", אומר צ'אן, ו"חסכוני מאוד."
אנטנה גדולה על רכב הנחיתה של הצוות, הפונה לכיוון כדור הארץ, תהיה ככל הנראה התשתית הראשונה שחוקרי מאדים יקימו, אומר צ'אן, אבל אז הדברים יכולים להיות מאתגרים יותר. כאשר לאנטנה הקרקעית הזו אין קו ראייה ישיר, אסטרונאוטים יכולים להשתמש בממסרים מסלוליים הדומים לרשת ממסר מאדים כדי לתקשר עם כדור הארץ. כמה מסלולים יצטרכו להיות זמינים לכיסוי מסביב לשעון, והם יצטרכו להיות אופטימליים להעברת נתונים כבדים.
ESA בוחנת כעת להפוך את רשת הממסרים של היום לחזקה יותר. זה נמצא בשלבים הראשונים של בחינת מושג שנקרא תשתית התקשורת והניווט של מאדים, או MARCONI. אם זה יתקדם, הפרויקט יפתח קבוצה של מטענים הקשורים לתקשורת וניווט שיכולים לחזור בכל משימה לקראת מאדים.
לאחר פריסה למסלול, המטענים הללו ישמשו כצמתים לספק תקשורת רדיו על מאדים ועם המאדים, מסביר פרפיט. לאחר מכן הם יכולים להישאר בסביבה לשימוש במשימות עתידיות. "ככל שאתה נוחת יותר מסה, כך היא יקרה יותר, כך שלא תרצה בהכרח להנחית מערכות תקשורת מסיביות על מאדים בכל פעם", היא אומרת.
למרות שתדרי רדיו מסורתיים יספיקו לקצבי נתונים נמוכים, שימוש בקישור לייזר יכול לשאת פי 10 עד 100 נתונים באותה מסגרת זמן. בגלל התדרים הגבוהים יותר של גלים אופטיים, פי מאות אלפי מאלו של גלי רדיו, ניתן לארוז הרבה יותר מידע. לפיכך, סוג זה של אות אופטי הוא בדיוק המקום אליו עשויה להגיע תקשורת החלל.
תקשורת לייזר בחלל
החללית Psyche, ששוגרה באוקטובר האחרון, תבדוק את היתכנות של תקשורת לייזר למרחקים ארוכים כאשר היא תפנה לכיוון Psyche, האסטרואיד העשיר במתכות שהיא עומדת לחקור. החללית נושאת את אלה של נאס"אתקשורת אופטית בחלל עמוק, או DSOC, טכנולוגיה.
השימוש בלייזרים לתקשורת בחלל אינו חדש, אבל הם מעולם לא נבדקו ממרחקים רחוקים מהירח. באמצע נובמבר, פסיכה העבירה נתונים לכדור הארץממרחק של 16 מיליון קילומטרים- פי 40 רחוק מהירח. בדצמבר, זהשלח סרטון של חתול בשם Tatersממרחק של 31 מיליון קילומטרים.
ESA גם בוחנת תקשורת אופטית למרחקים ארוכים. תוכנית אחת בשם ScyLight, קיצור של Secure and Laser Communication Technology ובולטתצוֹהַר, הואתמיכה במחקר ופיתוח של טכנולוגיות אופטיות וקוונטיותלתקשורת נתונים מאובטחת ומהירה מהחלל.
למרות היתרונות, תקשורת אופטית דורשת דיוק אולטרה בכיוון האות. בניגוד לתקשורת רדיו, אותות אופטיים נשלחים בקרן צרה שצריכה להצביע בדיוק על המקלט. יתרה מכך, גם כיסוי ענן והשפעות אטמוספריות מפריעים ללייזרים.
כל שינוי לכיוון תקשורת אופטית פירושוכמה שדרוגים לאנטנות הרדיו הקיימותשמאזינים להודעות מהחלל העמוק - המכונה Deep Space Network - או תשתית חדשה.
למרות שהוא קרוב יותר ממאדים, הירח מציע הזדמנויות למידה לקישוריות עתידית. במסגרת תוכנית ארטמיס, אשר, נאס"א התקשרה עם חברות פרטיות להקים רשת 4G ירחי לתקשורת. רשתות כאלה מבוססות על גלי רדיו ויכללו התקנת אנטנות ותחנות בסיס שיכולות לעמוד בנוף הירח הקשה.
תוכנית ESA בשם Moonlight מזמינה חברות חלל פרטיות להקים קבוצת לווייני תקשורת סביב הירח, כולל עבור אזורים שאין להם ראות ישירה לכדור הארץ. השלב הראשון של התוכנית כולל את שיגור המסלול Lunar Pathfinder, המתוכנן כעת לשנת 2026.
"כל מה שנעשה למען הירח, מטרתו לקחת בני אדם ומשימות למאדים", אומר תומס נבארו, שבסיסו בלונדון ומהנדס פרויקטים עתידיים ב-ESA.
אינטרנט על מאדים
אותם מגלי ארצות מאדים, שלא לדבר על תושבים עתידיים, ללא ספק ירצו לעשות יותר מאשר לשלוח הודעות הלוך ושוב. הם ירצו הגדרה דומה לאינטרנט של כדור הארץ, שבו אנו משתמשים לכל דבר, החל משיתוף תמונות ועד גישה למאגרי מידע מסיביים. ביוני 2023, טוביאס פנדזלטר ודיוויד ברמבאך מהאוניברסיטה הטכנית בברלין הציעו שצי לוויינים המקיף את מאדים יוכל לספק לכוכב הלכת האדום.אינטרנט משלו.
רובנו כאן על כדור הארץ ניגשים לאינטרנט דרך הטלפונים שלנו באמצעות קרינת רדיו ברשתות 4G או 5G אלחוטיות או דרך נתבי Wi-Fi. חיבורים אלו מקושרים באמצעות כבלים סיבים אופטיים ברחבי העולם. רשת מאדים המוצעת במקום זאת תהיה דומה ל-Starlink,מופעל על ידי SpaceX. על כדור הארץ, כיסוי אינטרנט בפס רחב וטלפון סלולרי באמצעות לוויין הוא יקר, אבל במאדים, מערכת כזו עשויה להיות זולה וקלה יותר לבנייה מאשר רשת רחבה וחזקה על הקרקע.
פנדזלטר וברמבאך שניהם מומחים במחשוב ענן - אספקת שירותי מחשוב דרך האינטרנט. עבור האינטרנט של מאדים המוצעים, הם הוציאו מושגים ממחשוב קצה, שבהם המידע מעובד קרוב למקום שבו הוא נאסף.
מייקל קלג, מנהל כללי בחברת הטכנולוגיה Supermicro, שבסיסה בסן חוזה, קליפורניה, הסביר על מחשוב קצהתוך שימוש באנלוגיה של מסעדת פיצה פופולרית"שפותחים סניפים קטנים יותר בשכונות נוספות, שכן פשטידה שנאפה במיקום הראשי תתקרר בדרכה ללקוח רחוק". מחשוב קצה מסתמך בדרך כלל על תחנות בסיס על הקרקע כדי לאחסן ולהעביר את הנתונים, אבל לוויינים נמוכים במסלול כדור הארץ נתפסים כעת כחלופה.
פנדזלטר וברמבאך הגיעו למסקנה שקבוצת כוכבים של 81 לוויינים במסלול נמוך סביב מאדים תהיה טובה מספיק לכיסוי כדור הארץ. הם יספקו מערכת תקשורת מקומית שתהווה הרחבה של האינטרנט של כדור הארץ.
חשבו על אסטרונאוט על מאדים שמנסה להתעדכן בתוכנית של נטפליקס. "אם היית מזרים את זה מכדור הארץ, תצטרך לחכות תחילה 10, 15 או אפילו 40 דקות", אומר פנדזלטר, וזה רק כדי להתחבר. זה יהיה רומן עצירה והתחל מתסכל. ואם אסטרונאוט אחר על מאדים רצה לצפות באותו סרט, הם צריכים לעבור את אותו תהליך כל פעם מחדש.
במקום זאת, מערכת אחסון נתונים בענן על מאדים יכולה להקל על הגישה לסרטים. "אתה יכול פשוט לחוות את אותה חוויה שיש לך על כדור הארץ, כי כל הנתונים שלך מועתקים באופן מקומי", הוא אומר. בינתיים, העלאות והורדות אחרות לכדור הארץ וממנו, כמו נתונים מדעיים, עשויות להמשיך ברקע.
הכנסת לווייני אינטרנט למסלול סביב מאדים תהיה גם חסכונית מכיוון שהיא לא תדרוש תשתית נחיתה על פני השטח; ציוד נחיתה יכול להוות חלק גדול מתקציב המשימה. "זה יהיה הרבה יותר זול פשוט לשלוח חבורה של לווייני רשת למאדים, ופשוט לשמור אותם במסלול", אומר פנדזלטר.
זה דומה לגרסה מוגדלת של קונספט MARCONI (ויכול להשתמש בגלים רדיו או אופטיים, בהתאם למצב הטכנולוגיות הללו).
גם אם ההגעה למאדים עוד עשרות שנים, אומר פרפיט, זה לא מוקדם מדי להתחיל לתכנן. צ'אט וידאו חי בין כוכבי לכת הוא מחוץ לתחום האפשרויות המדעיות. אלא אם כן יהיה מהפך גדול בחוקי הפיזיקה, מסרים לעולם לא יוכלו לנוע מהר יותר ממהירות האור. "זו לא בעיה שצריך לפתור. זו רק בעיה."
אבל אפשר להתגבר על מגבלות אחרות. התמודדות עם אתגרים אלה עשויה לא רק להועיל לאסטרונאוטים עתידיים על מאדים, אלא עשויה גם לעזור להגיע אליהם מוקדם יותר.
"כשאתה מכניס תשתית כזו", אומר פרפיט, "אתה רואה הרבה הרבה יותר משימות מוצעות".
