اینترنت بین سیاره ای ! رويايي فراتر از جهان ما
با تحولات گسترده يي که انقلاب صنعتي و پس از آن انقلاب الکترونيکي و ديجيتالي به دنبال داشت، اوضاع فرق کرد و انسان ماجراجو توانست بدون دردسر به تمام نقاط کره زمين سفر کند و ناشناخته هاي بيشتري را بشناسد. در حال حاضر به کمک اينترنت و پيشرفت هاي صورت گرفته در ارتباطات الکترونيک به راحتي مي توانيم به سرعت برق با دورافتاده ترين نقاط جهان هم به سادگي ارتباط برقرار کنيم. امروزه ديگر همچون گذشته فاصله، يک محدوديت محسوب نمي شود.
در حال حاضر با حل مشکلات فواصل زميني، متخصصان سازمان هوافضاي ايالات متحده (ناسا) به دنبال روشي براي برقراري ارتباطات پرسرعت با ديگر سياره ها و فضانوردان مستقر در فضا هستند. بدون شک در آينده يي نزديک، اينترنت تا اعماق دوردست منظومه شمسي نيز نفوذ خواهد کرد تا بر اين اساس سيستمي ارتباطي براي سفر انسان به ديگر کرات هم پايه ريزي شود. سازمان هاي فضايي به خوبي مطلع هستند که براي شناخت دقيق تر ديگر کرات منظومه شمسي به سيستم ارتباطي پيشرفته تري براي سفرهاي فضايي آينده نياز است. با وجود سرعت رو به افزايش ارتباطات الکترونيکي در جهان، متاسفانه رشد ارتباطات در فضا با سرعت لاک پشت پيش مي رود و البته اين مساله داراي دلايل مهمي هم نيز هست. اولين دليل آن فاصله است. اطلاعات روي زمين مي تواند حتي با سرعت نور هم حرکت کند (به وسيله فيبر نوري) و همين امر ارتباط همزمان اينترنتي با سراسر جهان را نيز ممکن ساخته است. اين در حالي است که هر چه از زمين فاصله بگيريم با تاخير بيشتري در اين زمينه روبه رو خواهيم شد، زيرا نور بايد ميليون ها کيلومتر در فضا حرکت کند در حالي که فاصله بين گيرنده و فرستنده در زمين از چند هزار کيلومتر بيشتر نيست.
يکي ديگر از مشکلات ارتباطي فضانوردان، موانع فضايي است. يعني ميليون ها مانع ناشناخته در فضا وجود دارد و هر آنچه بين فرستنده و گيرنده سيگنال ها قرار گيرد، مي تواند به راحتي کانال ارتباطي بين فضانورد و پايگاه زميني را مسدود کرده و اختلال ايجاد کند. سومين عامل مهم در اين زمينه وزن پايگاه هاي مستقر در فضا است. به عبارت ديگر حمل اشياي سبک وزن به فضا آسان است در حالي که آنتن هاي قدرتمندي که بتوانند ارتباط با اعماق فضا را تقويت کرده و به بهترين شکل سيگنال هاي پيام را منتقل کنند، بسيار سنگين و در نتيجه ارسال آنها به فضا غيرممکن است.
اگر نگاه دقيقي به فضاپيماي روباتيک مريخ پيما در سال 1997 داشته باشيم، متوجه مي شويم که فضاپيماها براي ارتباط با زمين از اعماق فضا، به ارتباط ويژه و گسترده يي نياز دارند. در ماموريت مريخ پيماي روباتيک سال 1997، اطلاعات با سرعت 400 بيت در ثانيه به زمين ارسال مي شد در حالي که هم اکنون کامپيوترهاي ما مي توانند حداقل با 500 برابر اين سرعت، اطلاعات را منتقل کنند. «ريچارد ويمبسون» کارشناس ارشد امور هوافضا در مريلند مي گويد؛ «در صورت راه اندازي اينترنت بين مريخ و زمين مي توان اطلاعات و داده ها را با سرعت يک ميليون بيت در ثانيه منتقل کرد. هر چند اين سرعت بازهم از سرعت انتقال روي زمين پايين تر است، ولي براي ارسال تصاوير از ديگر سيارات با جزئيات و شفافيت بالا، کافي است.» پژوهشگران پروژه هاي سازمان ناسا تخمين مي زنند که با آغاز فعاليت شبکه اينترنت فضايي، سرعت آن به تدريج تا 3 مگابيت در ثانيه هم افزايش مي يابد حتي در گام هاي بعدي افراد معمولي هم مي توانند به راحتي همراه با فضانوردان در سفرهاي فضايي شرکت داشته باشند.
شبکه ارتباطي ميان سياره يي در واقع نسخه يي از اينترنت زميني در مقياس بسيار گسترده تر و با زيرساخت هايي بسيار بيشتر است. سه بخش اصلي اين شبکه بزرگ عبارتند از شبکه بين المللي (Deep Space Network) DSN ناسا به اضافه هفت ماهواره کوچک که دور کره مريخ در حرکت هستند و همچنين يک پروتکل جديد براي انتقال اطلاعات. شبکه بين المللي DSN در اختيار سازمان ناسا است و از چندين آتن مخابراتي عظيم تشکيل شده است که از اين آنتن ها براي کنترل حرکت فضاپيماهاي ناسا در فضا استفاده مي شود و به نحوي طراحي شده اند که امکان ارتباط هميشگي راديويي با فضاپيماها را فراهم مي کنند. سازمان ناسا تجهيزات گسترده اين شبکه را در سه سايت مختلف واقع در آدلايد استراليا، جنوب اسپانيا و سن ديگوي کاليفرنيا مستقر کرده است.
در هر يک از اين سايت ها، يک دکل آنتن 35 متري با دقت بسيار بالا، يک آنتن 35 متري براي هدايت پهناي امواج، يک آنتن 26 متري، يک آنتن 70 متري و يک آنتن 12 متري وجود دارد. براساس برنامه ريزي هاي صورت گرفته، قرار است شبکه DSN به عنوان پل ارتباطي زمين با شبکه ارتباطي ميان سياره يي عمل کند. محققان سازمان ناسا پيشنهاد کرده اند آنتن هاي DSN هر روز به مدت 12 ساعت به سمت مريخ يا ديگر سيارات مورد نظر چرخانده شوند تا امکان ارتباط بين زمين و سياره مربوطه وجود داشته باشد. از سوي ديگر ماهواره هايي هم که در مدار سياره مربوطه گردش مي کنند بايد ارتباط دوطرفه موجود را به طور 24 ساعته تامين کنند. يک پايگاه ويژه يا کاوشگر هم مي تواند نقش مشابه شبکه DSN براي ورود يا خروج اطلاعات از سياره مربوطه را داشته باشد. براساس طرحي که پژوهشگران سازمان هوافضاي ايالات متحده براي شبکه ارتباطي مريخ- زمين پيشنهاد کرده اند، شبکه بين المللي DSN با 6 ماهواره کوچک و يک ماهواره بزرگ به نام Marsat که با فاصله اندکي از مريخ در مدار قرار گرفته است، ارتباط برقرار خواهد کرد، ضمن اينکه 7 ماهواره کوچک به عنوان ماهواره هاي پخش کننده براي فضاپيماهاي سطح مريخ يا نزديک به آن عمل خواهند کرد. ماهواره Marsat هم وظيفه دريافت داده ها از هر يک از هفت ماهواره و ارسال اطلاعات به زمين را برعهده خواهد داشت، ضمن اينکه بين زمين و سفينه هاي فضايي، ارتباط پيوسته يي برقرار است و ارسال اطلاعات و تصاوير از سياره مربوطه را با پهناي باند بالا امکان پذير مي کند. سازمان ناسا اعلام کرده است که در صورت موفقيت در بخش هاي اوليه پروژه، تا اواسط سال 2009 ميلادي، ماهواره هاي خود را در مدار مريخ نصب خواهد کرد، هرچند قبلاً هيچ تاريخي براي اين کار تعيين نشده بود. ارتباطات فضايي از گذشته تاکنون به تدريج تکامل يافته است. اين ارتباطات با ساختارهاي نقطه به نقطه (Peertopeer)،يک بار مصرف و پرهزينه شروع شد و در نهايت قراردادي تنظيم شد که مورد تاييد تمام آژانس هاي فضايي جهان قرار گرفت. از سال 1982 تاکنون با تلاش هاي کميته مشاوران سيستم هاي داده هاي فضايي (CCDS) روند برقراري ارتباطات فضايي آسان تر شده است. اين کميته تاکنون با توافق آژانس هاي فضايي جهان براي استانداردسازي روش هاي ارسال اطلاعات و تبادل اطلاعات گام هاي مهمي برداشته است، ضمن اينکه 10 سازمان فضايي بزرگ در آن عضويت دارند و بيست ودو سازمان ديگر هم با اين کميته در زمينه تکنولوژي همکاري مي کنند و بيشتر از يکصد شرکت بزرگ در جهان هم با اين کميته همکاري دارند. از سوي ديگر گروهي از متخصصان آزمايشگاه JPL ناسا به سرپرستي پروفسور «وينتون سرف» و تحت نظارت سازمان CCDS، در حال فعاليت روي طراحي پروتکل جديدي براي ارسال فايل ها در فواصل طولاني بين سيارات و فضاپيماها هستند. اين پروتکل مانند پروتکل اينترنت و پروتکل کنترل انتقال داده ها (TEP) به عنوان زيربناي کلي سيستم عمل خواهد کرد. جالب اينکه پروتکل هاي IP و TEP نيز در دهه 70 به وسيله پروفسور سرف و همکارانش طراحي شد و در حال حاضر هم به عنوان ستون فقرات شبکه اينترنت در دسترس همگان است. اين پروتکل ها پيغام هاي ارسالي را به بسته هاي اطلاعاتي کوچک تر تبديل و به مقصد موردنظر ارسال مي کنند. همانطور که مي دانيد مهمترين عامل در طراحي يک پروتکل ارتباط فضايي، سازگار بودن آن با تاخيرهاي ناشي از انتقال اطلاعات در فضا است. در واقع هدف سرف و همکارانش اين است که با راه اندازي يک پروتکل ارتباطي جديد مشکلي براي کارکرد کلي شبکه ايجاد نشود. (حتي در صورت از بين رفتن تعدادي از بسته هاي اطلاعات در حين ارسال.)
ضمن اينکه اين پروتکل جديد بايد توانايي فيلتر کردن پارازيت هاي دريافتي به هنگام عبور از ميليون ها کيلومتر فضا را دارا باشد. يکي از اين پروتکل هاي جديدي که طراحي آن به اتمام رسيده است، پروتکل Parcel Transfer نام دارد که اطلاعات را در پايگاه ورودي هر سياره ذخيره و سپس تقويت و ارسال مي کند. اين سيستم بايد درخواست اطلاعاتي را هم که براي پايگاه ارسال مي شود، پردازش و آن را به مقصد مربوطه ارسال کند.
نکته ديگري که کارشناسان پروژه به آن مي انديشند، ماهواره هايي است که بايد در مدار مريخ نصب شوند و صدها ميليون کيلومتر با کره زمين فاصله دارند و تعمير و عيب يابي آنها در صورت لزوم، بسيار سخت و پيچيده خواهد بود. بنابراين بايد قطعات و ساختار اين ماهواره ها از ديگر ماهواره هايي که نزديک به مدار زمين در حرکتند، بسيار ايمن تر، قوي تر و باکيفيت تر باشد. نکته مهم ديگر در زمينه طراحي اين شبکه اين است که برخلاف فواصل زميني که به يکديگر نزديک هستند، فاصله بين يک ايستگاه فضايي روي زمين و يک پايگاه فضايي ديگر در نزديک مريخ، مي تواند حدود 300 ميليون کيلومتر و حتي بيشتر باشد. بنابراين در چنين فاصله يي ممکن است سيگنال راديويي براي رسيدن به مقصدش چندين دقيقه در راه باشد. از سوي ديگر کارشناسان پروژه هاي نجومي مي دانند که ايجاد اختلاف در سيستم هاي ارتباطي و ناوبري فضاپيماها در ماموريت هاي فضايي، واقعاً فاجعه بار خواهد بود و يک اختلاف کوچک در سيستم هاي الکترونيکي مي تواند همان بلايي را که بر سر فضانوردان فضاپيماي کلمبيا در سال 2005 آمد، مجدداً تکرار کند. کارشناسان سازمان ناسا اعلام کرده اند براي ايجاد شبکه ارتباطات فضايي، برنامه هاي پيچيده يي براي غلبه بر مشکلات موجود دارند. به همين دليل هم نويد ايجاد اين شبکه تا پايان سال 2010 ميلادي را داده اند تا در نهايت با گسترده شدن آن بتوان در گام هاي بعدي تا اعماق منظومه شمسي را تحت کنترل يک شبکه بين المللي همچون اينترنت داشت. هم اکنون اين رويا چندان هم دور از ذهن نيست.
در حال حاضر با حل مشکلات فواصل زميني، متخصصان سازمان هوافضاي ايالات متحده (ناسا) به دنبال روشي براي برقراري ارتباطات پرسرعت با ديگر سياره ها و فضانوردان مستقر در فضا هستند. بدون شک در آينده يي نزديک، اينترنت تا اعماق دوردست منظومه شمسي نيز نفوذ خواهد کرد تا بر اين اساس سيستمي ارتباطي براي سفر انسان به ديگر کرات هم پايه ريزي شود. سازمان هاي فضايي به خوبي مطلع هستند که براي شناخت دقيق تر ديگر کرات منظومه شمسي به سيستم ارتباطي پيشرفته تري براي سفرهاي فضايي آينده نياز است. با وجود سرعت رو به افزايش ارتباطات الکترونيکي در جهان، متاسفانه رشد ارتباطات در فضا با سرعت لاک پشت پيش مي رود و البته اين مساله داراي دلايل مهمي هم نيز هست. اولين دليل آن فاصله است. اطلاعات روي زمين مي تواند حتي با سرعت نور هم حرکت کند (به وسيله فيبر نوري) و همين امر ارتباط همزمان اينترنتي با سراسر جهان را نيز ممکن ساخته است. اين در حالي است که هر چه از زمين فاصله بگيريم با تاخير بيشتري در اين زمينه روبه رو خواهيم شد، زيرا نور بايد ميليون ها کيلومتر در فضا حرکت کند در حالي که فاصله بين گيرنده و فرستنده در زمين از چند هزار کيلومتر بيشتر نيست.
يکي ديگر از مشکلات ارتباطي فضانوردان، موانع فضايي است. يعني ميليون ها مانع ناشناخته در فضا وجود دارد و هر آنچه بين فرستنده و گيرنده سيگنال ها قرار گيرد، مي تواند به راحتي کانال ارتباطي بين فضانورد و پايگاه زميني را مسدود کرده و اختلال ايجاد کند. سومين عامل مهم در اين زمينه وزن پايگاه هاي مستقر در فضا است. به عبارت ديگر حمل اشياي سبک وزن به فضا آسان است در حالي که آنتن هاي قدرتمندي که بتوانند ارتباط با اعماق فضا را تقويت کرده و به بهترين شکل سيگنال هاي پيام را منتقل کنند، بسيار سنگين و در نتيجه ارسال آنها به فضا غيرممکن است.
اگر نگاه دقيقي به فضاپيماي روباتيک مريخ پيما در سال 1997 داشته باشيم، متوجه مي شويم که فضاپيماها براي ارتباط با زمين از اعماق فضا، به ارتباط ويژه و گسترده يي نياز دارند. در ماموريت مريخ پيماي روباتيک سال 1997، اطلاعات با سرعت 400 بيت در ثانيه به زمين ارسال مي شد در حالي که هم اکنون کامپيوترهاي ما مي توانند حداقل با 500 برابر اين سرعت، اطلاعات را منتقل کنند. «ريچارد ويمبسون» کارشناس ارشد امور هوافضا در مريلند مي گويد؛ «در صورت راه اندازي اينترنت بين مريخ و زمين مي توان اطلاعات و داده ها را با سرعت يک ميليون بيت در ثانيه منتقل کرد. هر چند اين سرعت بازهم از سرعت انتقال روي زمين پايين تر است، ولي براي ارسال تصاوير از ديگر سيارات با جزئيات و شفافيت بالا، کافي است.» پژوهشگران پروژه هاي سازمان ناسا تخمين مي زنند که با آغاز فعاليت شبکه اينترنت فضايي، سرعت آن به تدريج تا 3 مگابيت در ثانيه هم افزايش مي يابد حتي در گام هاي بعدي افراد معمولي هم مي توانند به راحتي همراه با فضانوردان در سفرهاي فضايي شرکت داشته باشند.
شبکه ارتباطي ميان سياره يي در واقع نسخه يي از اينترنت زميني در مقياس بسيار گسترده تر و با زيرساخت هايي بسيار بيشتر است. سه بخش اصلي اين شبکه بزرگ عبارتند از شبکه بين المللي (Deep Space Network) DSN ناسا به اضافه هفت ماهواره کوچک که دور کره مريخ در حرکت هستند و همچنين يک پروتکل جديد براي انتقال اطلاعات. شبکه بين المللي DSN در اختيار سازمان ناسا است و از چندين آتن مخابراتي عظيم تشکيل شده است که از اين آنتن ها براي کنترل حرکت فضاپيماهاي ناسا در فضا استفاده مي شود و به نحوي طراحي شده اند که امکان ارتباط هميشگي راديويي با فضاپيماها را فراهم مي کنند. سازمان ناسا تجهيزات گسترده اين شبکه را در سه سايت مختلف واقع در آدلايد استراليا، جنوب اسپانيا و سن ديگوي کاليفرنيا مستقر کرده است.
در هر يک از اين سايت ها، يک دکل آنتن 35 متري با دقت بسيار بالا، يک آنتن 35 متري براي هدايت پهناي امواج، يک آنتن 26 متري، يک آنتن 70 متري و يک آنتن 12 متري وجود دارد. براساس برنامه ريزي هاي صورت گرفته، قرار است شبکه DSN به عنوان پل ارتباطي زمين با شبکه ارتباطي ميان سياره يي عمل کند. محققان سازمان ناسا پيشنهاد کرده اند آنتن هاي DSN هر روز به مدت 12 ساعت به سمت مريخ يا ديگر سيارات مورد نظر چرخانده شوند تا امکان ارتباط بين زمين و سياره مربوطه وجود داشته باشد. از سوي ديگر ماهواره هايي هم که در مدار سياره مربوطه گردش مي کنند بايد ارتباط دوطرفه موجود را به طور 24 ساعته تامين کنند. يک پايگاه ويژه يا کاوشگر هم مي تواند نقش مشابه شبکه DSN براي ورود يا خروج اطلاعات از سياره مربوطه را داشته باشد. براساس طرحي که پژوهشگران سازمان هوافضاي ايالات متحده براي شبکه ارتباطي مريخ- زمين پيشنهاد کرده اند، شبکه بين المللي DSN با 6 ماهواره کوچک و يک ماهواره بزرگ به نام Marsat که با فاصله اندکي از مريخ در مدار قرار گرفته است، ارتباط برقرار خواهد کرد، ضمن اينکه 7 ماهواره کوچک به عنوان ماهواره هاي پخش کننده براي فضاپيماهاي سطح مريخ يا نزديک به آن عمل خواهند کرد. ماهواره Marsat هم وظيفه دريافت داده ها از هر يک از هفت ماهواره و ارسال اطلاعات به زمين را برعهده خواهد داشت، ضمن اينکه بين زمين و سفينه هاي فضايي، ارتباط پيوسته يي برقرار است و ارسال اطلاعات و تصاوير از سياره مربوطه را با پهناي باند بالا امکان پذير مي کند. سازمان ناسا اعلام کرده است که در صورت موفقيت در بخش هاي اوليه پروژه، تا اواسط سال 2009 ميلادي، ماهواره هاي خود را در مدار مريخ نصب خواهد کرد، هرچند قبلاً هيچ تاريخي براي اين کار تعيين نشده بود. ارتباطات فضايي از گذشته تاکنون به تدريج تکامل يافته است. اين ارتباطات با ساختارهاي نقطه به نقطه (Peertopeer)،يک بار مصرف و پرهزينه شروع شد و در نهايت قراردادي تنظيم شد که مورد تاييد تمام آژانس هاي فضايي جهان قرار گرفت. از سال 1982 تاکنون با تلاش هاي کميته مشاوران سيستم هاي داده هاي فضايي (CCDS) روند برقراري ارتباطات فضايي آسان تر شده است. اين کميته تاکنون با توافق آژانس هاي فضايي جهان براي استانداردسازي روش هاي ارسال اطلاعات و تبادل اطلاعات گام هاي مهمي برداشته است، ضمن اينکه 10 سازمان فضايي بزرگ در آن عضويت دارند و بيست ودو سازمان ديگر هم با اين کميته در زمينه تکنولوژي همکاري مي کنند و بيشتر از يکصد شرکت بزرگ در جهان هم با اين کميته همکاري دارند. از سوي ديگر گروهي از متخصصان آزمايشگاه JPL ناسا به سرپرستي پروفسور «وينتون سرف» و تحت نظارت سازمان CCDS، در حال فعاليت روي طراحي پروتکل جديدي براي ارسال فايل ها در فواصل طولاني بين سيارات و فضاپيماها هستند. اين پروتکل مانند پروتکل اينترنت و پروتکل کنترل انتقال داده ها (TEP) به عنوان زيربناي کلي سيستم عمل خواهد کرد. جالب اينکه پروتکل هاي IP و TEP نيز در دهه 70 به وسيله پروفسور سرف و همکارانش طراحي شد و در حال حاضر هم به عنوان ستون فقرات شبکه اينترنت در دسترس همگان است. اين پروتکل ها پيغام هاي ارسالي را به بسته هاي اطلاعاتي کوچک تر تبديل و به مقصد موردنظر ارسال مي کنند. همانطور که مي دانيد مهمترين عامل در طراحي يک پروتکل ارتباط فضايي، سازگار بودن آن با تاخيرهاي ناشي از انتقال اطلاعات در فضا است. در واقع هدف سرف و همکارانش اين است که با راه اندازي يک پروتکل ارتباطي جديد مشکلي براي کارکرد کلي شبکه ايجاد نشود. (حتي در صورت از بين رفتن تعدادي از بسته هاي اطلاعات در حين ارسال.)
ضمن اينکه اين پروتکل جديد بايد توانايي فيلتر کردن پارازيت هاي دريافتي به هنگام عبور از ميليون ها کيلومتر فضا را دارا باشد. يکي از اين پروتکل هاي جديدي که طراحي آن به اتمام رسيده است، پروتکل Parcel Transfer نام دارد که اطلاعات را در پايگاه ورودي هر سياره ذخيره و سپس تقويت و ارسال مي کند. اين سيستم بايد درخواست اطلاعاتي را هم که براي پايگاه ارسال مي شود، پردازش و آن را به مقصد مربوطه ارسال کند.
نکته ديگري که کارشناسان پروژه به آن مي انديشند، ماهواره هايي است که بايد در مدار مريخ نصب شوند و صدها ميليون کيلومتر با کره زمين فاصله دارند و تعمير و عيب يابي آنها در صورت لزوم، بسيار سخت و پيچيده خواهد بود. بنابراين بايد قطعات و ساختار اين ماهواره ها از ديگر ماهواره هايي که نزديک به مدار زمين در حرکتند، بسيار ايمن تر، قوي تر و باکيفيت تر باشد. نکته مهم ديگر در زمينه طراحي اين شبکه اين است که برخلاف فواصل زميني که به يکديگر نزديک هستند، فاصله بين يک ايستگاه فضايي روي زمين و يک پايگاه فضايي ديگر در نزديک مريخ، مي تواند حدود 300 ميليون کيلومتر و حتي بيشتر باشد. بنابراين در چنين فاصله يي ممکن است سيگنال راديويي براي رسيدن به مقصدش چندين دقيقه در راه باشد. از سوي ديگر کارشناسان پروژه هاي نجومي مي دانند که ايجاد اختلاف در سيستم هاي ارتباطي و ناوبري فضاپيماها در ماموريت هاي فضايي، واقعاً فاجعه بار خواهد بود و يک اختلاف کوچک در سيستم هاي الکترونيکي مي تواند همان بلايي را که بر سر فضانوردان فضاپيماي کلمبيا در سال 2005 آمد، مجدداً تکرار کند. کارشناسان سازمان ناسا اعلام کرده اند براي ايجاد شبکه ارتباطات فضايي، برنامه هاي پيچيده يي براي غلبه بر مشکلات موجود دارند. به همين دليل هم نويد ايجاد اين شبکه تا پايان سال 2010 ميلادي را داده اند تا در نهايت با گسترده شدن آن بتوان در گام هاي بعدي تا اعماق منظومه شمسي را تحت کنترل يک شبکه بين المللي همچون اينترنت داشت. هم اکنون اين رويا چندان هم دور از ذهن نيست.
