Есть ли лучшие способы связаться с Марсом?

Как правило, связь с Марсом осуществляется через систему, известную как Deep Space Network (DSN). По сути, это набор гигантских наземных спутников связи, разбросанных по всему миру. Их основная цель – поддерживать прямую связь с каждым зондом, запущенным за пределы земной орбиты, включая те, что окружают Марс. Некоторые наземные системы на Марсе также используют спутники на орбите вокруг планеты, такие как Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), который затем передает эти сигналы в DSN.

С этой конфигурацией связано несколько проблем, включая единственную точку отказа и размер оборудования, необходимого для обратной отправки сигналов, а также тот факт, что Sun прерывает связь на значительную часть времени. Если один из спутников DSN выйдет из строя или, что еще хуже, MRO перестанет работать, связь с большинством научного оборудования на Красной планете может значительно ухудшиться. Сетевые инженеры на Земле специально создают пути резервирования, чтобы избежать этой проблемы с единственной точкой отказа.

Некоторые сигналы теряют свою силу даже без наличия атмосферы в космосе, поэтому для эффективной передачи высокоскоростной информации на большие расстояния антенны на этих аппаратах должны быть массивными. Иногда они превышают размеры обтекателя, в котором их запускают, хотя существуют методы распаковки антенны в самом космосе. Но еще более серьезной проблемой для связи является Солнце.

Может показаться, что это не так, но около 30% времени Земля не может напрямую связаться с Марсом. Это происходит в основном потому, что они находятся на противоположных сторонах Солнца – или почти на противоположных. Радиационные взрывы от нашей местной звезды искажают большинство, если не все, средства связи, что делает практически невозможным общение с такими миссиями, как Spirit и Perseverance, когда планеты находятся в таком положении.

Чтобы обойти эти проблемы, Паула Бетриу и ее коллеги из JPL и Политехнического университета Каталонии разработали программное обеспечение под названием SolarCom для анализа доступности, времени работы и скорости различных типов сетевых топологий. Две из них выделялись значительным увеличением скорости и надежности – конфигурация с точкой Лагранжа и то, что они называют «жемчужным созвездием».

Размещение спутников-ретрансляторов в различных точках Лагранжа, в первую очередь между Солнцем и Землей, представляется вполне очевидным решением. Это значительно уменьшит помехи, когда планеты находятся друг напротив друга в Солнечной системе. Потенциально это может увеличить доступность до более чем 90% – большой прирост возможностей для исследования Марса, но все же не такой хороший, как «жемчужное созвездие».

Эта конфигурация, имитирующая большое сферическое облако спутников на разных, но взаимодополняющих орбитах, может достичь скорости подключения к сети до 100%. Однако она может быть значительно дороже, поскольку в целом потребуется больше спутников. Со снижением стоимости запуска спутников это может стать не такой уж большой проблемой в ближайшем будущем.

Однако все еще существуют проблемы, связанные с увеличением пропускной способности канала связи с Марсом, включая сетевое оборудование, которое в настоящее время установлено на большинстве ретрансляционных спутников. Спутник слежения и передачи данных (TDRS), который является одним из основных средств НАСА для передачи информации на большие расстояния вокруг Земли, был первоначально запущен в 1990-х годах, и даже последнему спутнику третьего поколения уже пять лет, что по стандартам сетевого оборудования является почти сроком службы.

Все это означает, что предстоит еще много работы, прежде чем человечество сможет загружать четкое видео с Марса в режиме реального времени. Но по мере приближения потенциальной миссии с экипажем, она, несомненно, привлечет больше внимания к нашей способности общаться, и такие программные пакеты, как SolarCom, помогут определить наилучший способ сделать это.