Agora, a Internet alcançou basicamente todos os cantos da Terra - e não apenas sua superfície. Estar online a bordo de um avião já é coisa velha, e até a Estação Espacial Internacional tem uma conexão com a web. As agências de exploração espacial estão se preparando para seguir em frente e conectar outros planetas em nosso sistema solar. O espaço da Web também não é só trabalho; ajuda as pessoas distantes da Mãe Terra a manterem contato com suas casas. Este post é sobre como funciona agora e como se desenvolverá.

WWW na ISS

A tripulação da Estação Espacial Internacional acessou a Web pela primeira vez em 2010. O serviço de acesso foi fornecido pela NASA. Os astronautas usam um link de satélite para se conectar a um computador em Houston no modo de área de trabalho remota e ficar online de lá. É mais seguro assim: mesmo que um link malicioso ou arquivo seja aberto por um membro da tripulação da ISS, apenas o computador de solo será comprometido.

Internet espacial russa

Parece que a ISS em breve terá mais de um provedor de Internet: a Rússia planeja conectar seu segmento da estação em breve. A tarefa será implementada por meio de uma rede de satélites relé Luch, que atualmente está passando por uma atualização.

No ano passado, os cosmonautas Alexander Misurkin e Anton Shkaplerov fizeram uma atualização na antena da ISS para que ela pudesse receber grandes volumes de dados de satélite, ao mesmo tempo em que estabelecia um recorde russo para a duração do trabalho extraveicular - 8 horas e 12 minutos.

Segundo Sergey Krikalev, cosmonauta e porta-voz da Roscosmos, o novo equipamento já foi testado, logo a ISS estará online através dos satélites Luch.

Engates de satélite

É claro que a Internet que eles têm na ISS não é tão rápida e sem atrasos quanto a que você tem em casa. As comunicações por satélite têm vantagens sobre as tecnologias com fio - como estar disponível em lugares onde os cabos não podem ser usados, obviamente - mas também desafios.

Ping alto, baixa velocidade

Embora a ISS esteja orbitando a uma altitude de cerca de 400 km (cerca de 250 milhas), os dados cobrem uma distância muito maior para chegar à Terra. Primeiro, a ISS envia o sinal para cima, para um satélite retransmissor voando a uma altura de 35.786 km (22.000 milhas) acima do solo. Só de lá ele pode descer para uma estação de comunicação espacial terrestre.

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Portanto, a distância total coberta pelos dados a bordo da ISS e o sinal de resposta enviado a ela é de pouco menos de 150.000 quilômetros, ou perto de 100.000 milhas. Isso leva tempo. De acordo com um funcionário da NASA, a troca de dados com a ISS tem uma latência de transmissão de cerca de meio segundo - cerca de 20 vezes a média das conexões por cabo.

Além disso, os astronautas precisam do link de satélite disponível para eles mais do que apenas a web. Eles também o usam para transmitir muitos dados científicos e conteúdo de vídeo (que seus colegas em terra transmitem para a Internet para que os usuários acompanhem a vida a bordo da ISS e as visualizações a partir dela ) para o centro de controle da missão. O mesmo link de satélite permite a conferência de áudio e vídeo com a Terra para os residentes da ISS.

Como resultado, apenas uma pequena fração da largura de banda pode ser usada para tweets e navegação. Além disso, embora o downlink do satélite seja tão amplo quanto 300 Mbps, o uplink é limitado a 25 Mbps. Em termos de velocidade, a conexão disponível para a ISS é comparável à de modems antigos.

Além disso, a estação sai da zona de cobertura do satélite em intervalos. Para cada 1,5 horas que a ISS leva para circular a Terra, ela pode não ter nenhuma cobertura por até 15 minutos.

Combustível limitado

Os satélites mantêm contato contínuo com a Terra, girando exatamente tão rápido quanto nosso próprio planeta gira para permanecer no mesmo local o tempo todo. No entanto, a órbita precisa ser ajustada de tempos em tempos, caso contrário, os satélites correm o risco de cair e se tornar inacessíveis. As manobras são realizadas com propulsor. Mas os satélites também não são carros ou aviões - eles não podem simplesmente voar de volta à Terra para reabastecimento.

Para resolver esse problema, empresas em todo o mundo estão procurando maneiras de reabastecer satélites diretamente no espaço. Os sistemas que visam colocar o propelente em órbita estão sendo testados no segmento americano da ISS, pela Canadian MDA Corporation e pela British-Israeli Effective Space Solutions. E a Agência Espacial Europeia (ESA) desenvolveu um motor que pode usar moléculas de ar das camadas superiores da atmosfera terrestre como combustível.

Escassez de energia elétrica

O problema do propelente pode ser resolvido em parte usando eletricidade, que pode reduzir o consumo de combustível e é renovável por meio de painéis solares. A eletricidade também é necessária para se comunicar com a Terra e outras espaçonaves. Mas os satélites são protegidos do Sol pelo nosso planeta algumas vezes, então eles funcionam com baterias, que são de capacidade limitada.

Cientistas russos propuseram uma solução que envolve várias dezenas de robôs em órbita que recarregariam satélites que ficaram sem energia. Os robôs extrairão eletricidade da emissão solar e das transmissões de rádio da Terra. A tecnologia pode estender a vida útil das naves espaciais em 1,5 vezes, ao mesmo tempo que as torna mais leves ao despejar baterias e painéis solares em excesso.

Superaquecimento

Repetidores espaciais ou satélites retransmissores, que sempre funcionam em plena capacidade, enfrentam o problema de superaquecimento. Sendo o espaço em órbita sem ar, os ventiladores usados ​​para resfriar os computadores no solo seriam inúteis. Portanto, embora seja muito mais frio no espaço do que na superfície do planeta, a dissipação de calor é, na verdade, um problema muito mais desafiador ali.

As naves espaciais usam grandes radiadores - unidades que transformam calor em emissão irradiada - para evitar o superaquecimento. Quanto mais potente for o satélite, maior será o radiador de que necessita para arrefecer. Assim, para fornecer resfriamento para a nova geração de satélites de comunicação de 25 kW, os pesquisadores criaram um radiador - um grande, de 4 × 1 m.

Raios cósmicos

Outro problema são os raios cósmicos, que perturbam tudo que é eletrônico. Aqui no solo, a proteção vem do campo magnético e da atmosfera do planeta. Mas essa proteção não existe em órbita, então os componentes eletrônicos usados ​​na espaçonave são construídos para resistir à radiação - embora a radiação continue a ser um problema chave para os satélites.

De acordo com o cosmonauta Pavel Vinogradov, os laptops ficam fora de serviço muito rapidamente na ISS, embora os módulos da ISS sejam bem protegidos. As câmeras também sofrem: as imagens rapidamente ficam repletas de pixels mortos. Além disso, a radiação interfere grosseiramente nos sinais transmitidos por satélites e pode danificar segmentos individuais da memória nos dispositivos de bordo.

Radiação vs Criptografia

A radiação é uma das razões pelas quais as informações entre a Terra e muitas espaçonaves são trocadas sem criptografia. Caso a radiação danifique a área de armazenamento usada para a chave de criptografia, a comunicação será interrompida.

O problema não é tão grave para os satélites de retransmissão por meio dos quais a tripulação da ISS fica online - eles estão mais ou menos protegidos. Isso, no entanto, não é o caso da maioria das outras espaçonaves na órbita da Terra.

A falta de criptografia é um assunto delicado, porque os satélites, assim como os computadores terrestres, são alvos potenciais de ataque. A Agência Espacial Europeia lançou recentemente uma experiência para remediar a situação. Os pesquisadores estão testando duas abordagens para manter uma comunicação criptografada robusta com satélites a um preço razoável.

Uma chave de base alternativa secundária conectada ao hardware. Se a chave principal for comprometida, o sistema irá gerar uma nova com base na chave secundária. No entanto, apenas um número limitado dessas chaves pode ser criado.

Vários núcleos de microprocessador idênticos. Se um núcleo falhar, outro pode intervir a qualquer momento enquanto o núcleo defeituoso recarrega sua configuração, reparando-se assim.

O dispositivo para testar esses métodos foi enviado para a ISS em abril de 2019 e deve funcionar continuamente por pelo menos um ano. Ele é baseado em um minicomputador Raspberry Pi Zero padrão, o que o torna uma solução de custo relativamente baixo.

Não se pode esperar que a comunicação com satélites se torne segura nos próximos anos; não há uma maneira fácil de atualizar os sistemas já lançados no espaço.

Internet marciana

Enquanto alguns pesquisadores estão ocupados melhorando a proteção do satélite e a largura de banda, outros estão pensando em criar uma Internet interplanetária. Em muitos aspectos, os problemas a serem resolvidos são semelhantes aos enfrentados pela tripulação da ISS, embora em uma escala completamente diferente.

Por exemplo, leva de 3 a 22 minutos para um sinal chegar a Marte, dependendo da posição do planeta vermelho em relação à Terra. Isso não é tão bom quanto o atraso de meio segundo na ISS. Além disso, a comunicação direta entre Marte e a Terra é interrompida por duas semanas a cada dois anos, quando o Sol se posiciona entre os dois planetas e bloqueia os sinais.

O Space Internet também possui alguns recursos exclusivos. Todos os nós da rede estão em constante movimento. Com as tecnologias terrestres da Internet inúteis em tais condições, os cientistas desenvolvem arranjos alternativos para permitir a comunicação entre a Terra, sua lua, Marte e outros planetas. Estes podem contar com:

Protocolos de transferência de dados, como a solução de transferência de dados Delay / Disruption Tolerant Networking (DTN) da NASA, feita para lidar com longos atrasos, taxas de erro substancialmente altas e frequente inacessibilidade de nós. De acordo com esse modelo, nós intermediários (por exemplo, satélites) armazenam dados até que sejam capazes de transmiti-los aos próximos.

Abandonando as atuais comunicações via satélite baseadas em rádio em favor de tecnologias de transferência de dados ópticas (por exemplo, laser). Em primeiro lugar, as comunicações ópticas oferecem muitas vezes a largura de banda. Em segundo lugar, os transmissores e receptores ópticos são mais compactos e requerem menos recursos críticos de energia em qualquer satélite retransmissor.

Arranjos de satélites capazes de transmitir sinais ao redor do Sol, mesmo se a Terra e Marte (ou outros planetas na rede espacial) estiverem em lados opostos da estrela.

O futuro está mais perto do que parece

Como você pode ver, as redes sociais ou mesmo as videoconferências com residentes de Marte ou da Lua não são tão fantásticas quanto pareciam. É claro que a humanidade ainda tem um longo caminho a percorrer para levar a Internet ao espaço profundo, mas os primeiros passos já foram dados.

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