Вай-фай в космосе: как будет работать межпланетный интернет

На недавнем саммите по космической коммерции директора Американского ракетно-космического центра Дебору Барнхарт спросили, есть ли у неё какие-то предположения относительно первых слов, который произнесёт человек, когда впервые ступит на поверхность Марса. Её ответ наверняка порадовал детей и подростков, которые посещают программу при центре «Космический лагерь».

«Скорее всего это будет: Какой пароль от вай-фая?», — ответила Барнхарт, если верить Джеффу Фаусту из Space News.

И хотя это, конечно, не «один маленький шаг для человека и огромный скачок для человечества», но такой вопрос лучше всего отражает нашу реальность, а именно, что интернет будет с нами повсюду, куда бы мы ни пошли, даже если это означает выход в открытый космос или высадку на поверхность других планет.

С тех пор как человек сумел покинуть орбиту родной планеты, большинство космических аппаратов общаются друг с другом и с наземными станциями на языке радиосигналов. Как правило, поток информации направлен в одну сторону — от космического аппарата к Земле; при этом канал связи строго ограничен несколькими устройствами.

Тем не менее, если человечество хочет покорить Солнечную систему (а сама по себе эта тема является предметом активных дебатов), нам понадобится революция в области орбитального интернета для удовлетворения огромных потребностей космического населения. Несмотря на то, что в космосе сегодня правят роботизированные системы, сетевым устройствам всё равно придётся собирать и распространять огромные объёмы информации.

Любой, кто хоть раз не мог подключиться к роутеру, который находится в другой комнате, может скептически приподнять брови, когда речь идёт о создании интернета в космическом пространстве. Но исследователи NASA ещё с начала 90-х работают над созданием сети, устойчивой к задержкам/разрывам (delay-tolerant networking или DTN), которая поможет «общаться» космическим кораблям, исследовательским аппаратам (роверам) и посадочным модулям (лэндерам) по всей Солнечной системе.

«Протоколы DTN работают по тому же принципу, что и интернет-протоколы на Земле. Последние позволили нам сперва подключиться к существующим телефонным линиям, а затем начать работать с сетевыми системами», — рассказал мне по телефону Дэвид Израил, архитектор космической связи Центра космических полетов Годдарда.

По его словам, DTN будет обладать теми же преимуществами, но по отношению к космическим устройствам.

Проект по разработке космического интернета напрямую связан с текущими усилиями в создании огромных групп спутников. Компании SpaceX, OneWeb, Boeing и многие другие коммерческие структуры участвуют в гонке по запуску так называемых «интернет-созвездий», для работы которых, вероятно, понадобится вывести тысячи новых космических аппаратов на низкую околоземную орбиту в течение следующего десятилетия.

Основная задача «интернет-созвездий» — увеличение скорости, эффективности и доступности широкополосного доступа для людей и устройств на Земле.

DTN, напротив, расширит возможности интернета вещей в дальнем космосе и на других планетах, радикально изменив методы взаимодействия человека с космическим аппаратом.

Самая большая проблема в достижении этой цели кроется в названии самого подхода DTN: задержки и сбои.

Интернет-трафик на Земле разросся благодаря скоростной связи, но в космическом пространстве такая роскошь непозволительна.

Чтобы свет от Земли достиг Марса понадобится несколько минут, а чтобы границ Солнечной системы — несколько часов, поэтому DTN должна учитывать соответствующие задержки. Сеть также должна быть устойчива к обрывам связи, которые могут быть вызваны планетарными телами и другими космическими явлениями.

Около 20 лет назад исследователи Лаборатории реактивных движения NASA (Jet Propulsion Laboratory, JPL) в сотрудничестве с одним из отцов интернета Винтоном Серфом (Vint Cerf) нашли решение этой проблемы. Ж. Ли Торгерсон, архитектор сети космических коммуникаций JPL, входит в эту группу с момента её создания.

«Мы быстро осознали, что стандартные интернет-протоколы не подходят для межпланетного использования», — написал Торгерсон в своём письме. 

Интернет-протоколы предполагают «множество взаимодействий» с задержкой в несколько миллисекунд, объяснил он, и «никакой возможности хранить данные на этом пути».

Для решения этой проблемы команда DTN разработала bundle-протокол — систему, которая автоматически сохраняет данные на узлах связи до тех пор, пока не будет установлена связь со следующим звеном в сетевой цепи.

Поскольку DTN специально разработан с учётом задержек и сбоев, такой подход может пригодиться на Земле, где зачастую случаются проблемы с перебоями.

«Сейчас DTN используют во многих сферах: сейсмодатчики, для мониторинга в дикой природе (ошейники слежения), качества озерной воды и многих других интересных наземных приложений», — отметил Торгерсон.

По нынешним предположениям, DTN будет подключать интернет-протоколы на Земле и, возможно, другие планеты к устройствам по всей Солнечной системе. Другими словами, bundle-протокол не заменит собой обычные интернет-сервисы, а скорее станет связующим звеном между ними.

«Если вы собираетесь в отпуск на Луну и берёте с собой ноутбук, вы будете пользоваться тем же интерфейсом Wi-Fi. Но если вы захотите написать своему другу на Земле или на Марсе, будучи на Луне, то ваше сообщение будет перенесено в bundle-протокол. Этого бы не было на локальном IP», — рассуждает Израил.

Идея создания локальных точек подключения, разбросанных по всей Солнечной системе, также захватила воображение частных компаний космической отрасли.

В 2013 году М. Брайан Барнетт, эксперт и предприниматель в области космической связи, возглавил группу, которая отправляла текстовые сообщения из космопорта Америка на аппарат UP Aerospace, находящийся на расстоянии 115 километрах над Землёй. В эксперименте приняли участие старшеклассники из Альбукерки, поэтому, естественно, первым текстовым сообщением, пришедшим на космический корабль стало: «Hasta la Vista, baby».

«В этом и вся прелесть. Простой способ связаться с кем-то или чем-то на космическом корабле — человеком, грузом или машиной», — заявил Барнетт.

В 2017 году Барнетт основал компанию Solstar Space Co., чтобы создать коммерческий интернет-сервис, который мог бы соединить клиентов на Земле с аппаратурой в космосе.

«Сперва необходимо создать подходящие условия для двустороннего взаимодействия, чтобы учёные могли получить доступ к космическим аппаратам с любого устройства, подключённого к интернету. Долгосрочная цель заключается в том, чтобы «среднестатистическому человеку было проще участвовать в космических исследованиях, быть частью этого», добавил Барнетт.

В 2018 году команда Solstar добилась определённых успехов в создании интерактивного космического вай-фая во время летных испытаний капсулы New Shepard, коммерческого суборбитального корабля, предназначенного в первую очередь для туристов.

На New Shepard установили коммуникатор Schmitt Space Communicator — устройство Solstar, названное в честь Харрисона Шмитта, астронавта и участника космической программы «Аполлона 17».

«По сути, это обычный роутер. Такой же, как и в вашем доме, который раздаёт вай-фай, однако специально разработан для космической среды и для космического корабля, на котором мы летим», — объяснил Барнетт.

Несмотря на некоторые проблемы со связью во время подготовки к полету, Барнетт и его коллеги сумели использовать коммуникатор для размещения первого коммерческого твита в космосе.

Такая технология позволит открыть новые каналы связи для космических миссий с использованием роботов, но команда Solstar также хочет развивать её для будущих космических туристов. Точка доступа вай-фай на таких космических кораблях, как New Shepard, позволит клиентам сидеть в интернете во время полёта и размещать космические селфи в соцсетях.

Поскольку связь между космическими аппаратами и наземными станциями в настоящее время осуществляется при посредничестве правительственных организаций (обмен информацией происходит с задержкой), команда Solstar прогнозирует, что в будущем появится рынок для более гибких интернет-соединений, обслуживаемых частными компаниями.

Данный подход увеличивает вероятность, что инфраструктура космического интернета сможет развиваться аналогично наземному, в основе которого лежат не являющиеся собственностью протоколы, и в ней появятся частные провайдеры.

Взаимодействие между государственными и частными разработчиками породило цифровую эпоху, но оно также привело к информационному неравенству и озабоченности по поводу нейтральности в сети. Космический интернет ещё недостаточно развит, чтобы стать новым вектором несправедливости, но разработчики стараются учесть эту проблему.

«Мы хотим извлечь уроки из того, что у нас есть сейчас. Мы вступаем в эпоху, которая во многом напоминает первые дни интернета. Пока ещё нет крупного коммерческого рынка, и мы только на стартовой линии, поэтому стремимся создать такую же открытую архитектуру», — полагает Израил.

В дополнение к созданию несобственной базовой инфраструктуры регулирующие органы, такие как Консультативный комитет по космическим системам передачи данных (CCSDS), должны предвидеть риски кибербезопасности межпланетного интернета.

Израил отмечает, что шифрование будет играть важную роль при DTN, чтобы предотвратить копирование или изменение пакетов информации, которые будут храниться на отдельных узлах. 

«Мы стараемся с самого начала решать возможные проблемы в сфере безопасности», — сказал он.

Торгерсон заявил, что DTN «изначально была разработана для решения проблем кибербезопасности» и что протоколы безопасности сети стандартизированы CCSDS, а также находятся в процессе стандартизации Инжерной совета интернета.

Идея расширения интернета вещей до космического фронтира когда-то казалось гипотетической, но сегодня она вполне воплотима в реальность. DTN неоднократно тестировали на орбите, и в настоящее время на Международной космической станции используется одна из её версий. Космический корабль Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE) от NASA, запуск которого запланирован на 2022 год, станет первым, где используется DTN.

В то же время космические агентства Европы, Кореи и Японии также интегрируют концепции DTN в свои будущие планы полетов.

Как отметил Израил, эти разработки во многом напоминают первые дни существования интернета на Земле. Хотя основная полезность интернета была признана ещё на заре его рождения, никто не мог предвидеть всех калейдоскопических перестановок или способов, которыми он повлиял на общество.

Точно так же трудно представить недалекое будущее, в котором орбиталисты, роверы, зонды и даже обитатели человеческого космоса станут точками соединения интернета вещей. Единственный надёжный прогноз заключается в том, что эти хитросплетения будут построены на сложных взаимодействиях между правительствами, бизнесом и отдельными пользователями, подобно наземному интернету.

Первые слова, сказанные на Марсе, вполне могут быть чем-то вроде вариации: «Какой пароль от вай-фая?». Но хороший последующий вопрос был бы следующим: «Чем занятья в интернете вне Земли?»

Оригинал: Vice

Автор: Бекки Феррейра

Дата: 3 июля 2019 года

Перевод: Александр Лоскутов