.webp)
8 Minutės
NASA nutarė atsisakyti dešimtmečius naudotos ryšių infrastruktūros ir perduoti relės paslaugas komercinėms palydovų konstelacijoms. Šis žingsnis, motyvuotas naujomis Artemis mėnulio programos prioritetais ir ateities žmonių skrydžiais į Marsą, siekia atnaujinti telemetrijos, sekimo, valdymo ir didelės spartos mokslo duomenų ryšius pasitelkiant privačius tinklus, optinę (lązerinę) komunikaciją ir pažangias tarpalydovines maršrutizavimo technologijas.
Kodėl NASA išeina iš TDRS eros
Ilgiau nei pusę amžiaus NASA rėmėsi Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) sistema, per kurią buvo perduodama telemetrija, sekimo informacija, komandos ir moksliniai duomenys tarp kosminių laivų ir Žemės. TDRS, nuolat atnaujinama nuo 1960-ųjų, sujungdavo geostacionarius palydovus ir žemės stočių tinklą, kad daugybei misijų būtų užtikrintas beveik nuolatinis ryšys. Tačiau ryšių priemonių kraštovaizdis pasikeitė: mažos žemos orbitos (LEO) konstelacijos, optinės (lązerinės) jungtys ir pažangesnis tarpalydovinis maršrutizavimas dabar siūlo didesnę pralaidumą, mažesnę latenciją ir lanksčius paslaugų modelius, kurių senstanti TDRS architektūra nebeatitinka.
.avif)
2022 m. NASA paskelbė strateginį posūkį: vietoje to, kad statytų naują agentūros nuosavą relės tinklą TDRS pakeitimui, ji pirks komercines relės paslaugas iš privačių operatorių. Šis sprendimas atspindi tiek biudžetinius, tiek programinius prioritetus — jis leidžia NASA skirti daugiau lėšų ir dėmesio žmonių tyrimų įrangai Mėnuliui ir Marsui, tuo pačiu pasinaudojant spartaus komercinio inovavimo kosminių ryšių srityje privalumais. Tokia strategija reiškia perėjimą nuo infrastruktūros kūrimo prie paslaugų įsigijimo ir rizikų paskirstymo su privačiu sektoriumi.
Ką kuria atrinktos įmonės
Iš pradžių NASA skyrė bandymų ir plėtros darbus šešioms kompanijoms; šiuo metu aktyviai įsitraukusios penkios: Amazon, SES Space & Defense, SpaceX, Telesat ir Viasat. Kiekviena įmonė tobulina skirtingas technologijas ir orbitinius sprendimus, kurie leidžia teikti telemetrijos, sekimo ir valdymo (TT&C) paslaugas bei didelės spartos mokslo duomenų relę. Šios iniciatyvos apima LEO ir MEO konstelacijas, GEO pajėgumus, optines jungtis ir palydovų tinklų maršrutizavimo architektūras.
Amazon
Amazon testuoja didelės spartos optines jungtis savo planuojamai žemos orbitos (LEO) konstelacijai. Lązerinė komunikacija (optiniai ryšiai) žada kardinaliai padidinti duomenų nuoršką (downlink) ir būti mažiau pažeidžiamą radijo dažnių apkrovos atžvilgiu. Amazon demonstracijos bus orientuotos į tikslų nukreipimo, signalo suradimo ir sekimo (pointing, acquisition and tracking) sistemas, kai tikslai juda greitai per LEO. Bandymų tvarkaraštis prasideda artimiausiais metais ir augs sudėtingumu, tikrinant tiek tarppalydovines (space-to-space), tiek kosmoso-žemės (space-to-ground) lązerines „rankas“ ir protokolus. Techniniai bandymai apims tikslinimo tikslumą, moduliacijos metodus, atmosferos slopinimą ir trumpo laiko sąveiką tarp platformų.
.avif)
SES Space & Defense
SES jau demonstravo platų paslaugų spektrą, įskaitant didelės spartos duomenų perdavimus ir TT&C, naudodama savo O3b mPOWER tinklą vidutinės Žemės orbitos (MEO) kartu su geostacionariais (GEO) resursais. Pastarosios bandymų serijos patvirtino du relės režimus: mažos spartos kelią, optimizuotą nenutrūkstamam sekimui ir komandų perdavimui, bei didelės spartos kelią, pritaikytą masiniams mokslo duomenų atsisiuntimams. SES sujungia kelis orbitinius sluoksnius, kad pateiktų sklandų, realiu laiku veikiančią duomenų maršrutizaciją tarp skirtingų aukščių, taip mažinant vienos orbitos priklausomybę ir didinant operacijų lankstumą.
Telesat
Telesat konstelacija Lightspeed ypatingą dėmesį skirs optinėms tarppalydovinėms jungtims ir palydovų vidinei apdorojimo galią didelės spartos maršrutizuotam tinklui LEO. Lightspeed satelitai planuoja efektyviai perduoti duomenis tarp mazgų ir žemės vartų (gateways), sukuriant išmaniųjų perlaidų tinklą (routed mesh) žemoje orbitoje. Konstelacijos diegimas prasideda kitais metais, tačiau operaciniai tarppalydoviniai ryšio bandymai numatomi ne anksčiau kaip 2027 m., todėl Telesat bus viena iš vėlesnių įėjimo į relės patikrinimus dalyvių. Technologiniai prioritetai apima latentijos valdymą, kriptografinius protokolus TT&C ir palydovų tarpusavio apsikeitimo greitį.
.avif)
Viasat
Viasat išnaudoja GEO galimybes, kad teiktų paleidimo palaikymą, TT&C ir didelės spartos paslaugas LEO erdvėlaiviams. Bendrovė neseniai demonstravo sekimo našumą, stebėdama Blue Origin naujo New Glenn raketos pakylimą su moksliniais kroviniais, parodydama, kaip GEO baziniai ištekliai gali padėti misijų pradžios fazėse ir artimos Žemės operacijos metu. GEO pajėgumai taip pat svarbūs kaip rezerviniai keliai arba kaip palaikymo sluoksniai, padedantys valdyti kosmoso viršužimtus kiekvienos misijos plano taškus.
SpaceX
SpaceX turi brandžiausią LEO konstelaciją — Starlink — ir jau įrodė dalį savo relės koncepcijos per privačias įgulos misijas, tokias kaip Polaris Dawn ir Fram2. Starlink globalus aprėptis ir greitas diegimo tempas padaro jį pirminiu kandidatu į kasdienes relės paslaugas; bendrovė taip pat eksperimentavo su optinėmis tarppalydovinėmis jungtimis (laser ISLs) siekdama padidinti end-to-end pralaidumą. Starlink tinkle esanti plataus užmojo topologija leidžia trumpinti laiką tarp ryšio užmezgimų ir sumažinti stočių poreikį žemėje, tačiau reikalauja kruopštaus testavimo dėl užtikrinto TT&C veikimo ir saugumo.
Pasekmės, laiko grafikas ir techninis kontekstas
Keitimas iš TDRS į komercines paslaugas verčia NASA transformuotis iš operatoriaus į klientą. Šis pokytis suteikia kelis privalumus: prieigą prie didesnės bendros pralaidumo talpos, greitesnį technologijų atnaujinimą ir galimybę pirkti pajėgumą pagal poreikį, vietoje išlaikymo ir investicijų į nuosavą infrastruktūrą. Tuo pačiu kylantys klausimai apima paslaugų atsparumą (resiliency), reglamentinį suderinimą tarptautiniu mastu, saugos (cybersecurity) reikalavimus ir gebėjimą teikti ilgalaikį relės ryšį giliam kosmosui — tas sritis NASA tikrins nuolatiniuose testuose ir sertifikacijose.
.avif)
Pereinant svarbūs techniniai motyvai yra šie:
- Lązerinė komunikacija: optiniai ryšiai suteikia ženklius pranašumus duomenų nuorškos pralaidume, palyginti su tradicine RF technologija, tačiau jie reikalauja itin tikslios pozicionavimo, signalo suradimo ir sekimo sistemos bei atmosferos ir matomumo modelių valdymo.
- Tarpalydovinės jungtys ir mesh maršrutizacija: erdvėje vykstanti maršrutizacija sumažina priklausomybę nuo žemės stočių, trumpina vėlavimus (latency) ir leidžia efektyviau perduoti duomenis tarp orbitų bei į žemės vartus.
- Sluoksniuotos orbitinės architektūros: LEO, MEO ir GEO išteklių derinimas leidžia pritaikyti paslaugas prie skirtingų misijų fazių — paleidimo palaikymas, artimos Žemės operacijos ir nuolatinis mokslo duomenų grąžinimas.
NASA planuoja tęsti komercinių relės paslaugų testavimą bent iki 2027 m., o pirmieji pirkimai mokslo misijoms numatomi apie 2031 m. Tas pirkimas bus simbolinis TDRS eros pabaigos žymuo. Tuo tarpu agentūra stengiasi užtikrinti, kad komerciniai teikėjai atitiktų reikalavimus saugiems komandų kanalams, misijų užtikrinimui (mission assurance) ir ilgalaikiam prieinamumui. Tai apima tiek techninius standartus (pavyzdžiui, interoperabilumo protokolus ir krypografinius etapus), tiek sutartinius aspektus, tokius kaip atsakomybės pasidalijimas ir SLA (service level agreements).
Ekspertų įžvalgos
Dr. Maria Chen, sistemos inžinierė, specializuojanti giliojo kosmoso komunikacijose, komentavo: „Šis posūkis yra praktinis kompromisas. NASA išsaugo dėmesį Artemis ir Marsui, tuo pačiu remdamasi komercinėmis inovacijomis, kad gautų pralaidumą ir lankstumą. Iššūkis yra užtikrinti paslaugų lygio garantijas svarbiausioms misijoms — būtini aiškūs kontraktai, rezervavimo mechanizmai ir išsamūs end-to-end testai prieš perduodant kritinius ryšius.“ Jos komentaras pabrėžia pusiausvyrą tarp techninių galimybių ir misijos rizikos, kurią reikės valdyti pereinant prie komercinių relės paslaugų. Ekspertė taip pat pažymėjo, kad ir techniniai standartai, ir tarptautinis reguliavimas bus kertiniai elementai siekiant saugaus ir patikimo perėjimo.
Galimos naudos ir neišspręsti klausimai
Mokslininkams ir misijų planuotojams šis pokytis žada greitesnį didelių duomenų rinkinių pristatymą iš orbitinių observatorijų ir ekipažinių misijų, leidžiant priimti sprendimus beveik realiu laiku sudėtingiems eksperimentams. Komercinės relės paslaugos galėtų sumažinti delsą (latency) jautrioms operacijoms, pagerinti prieigą prie tolimų orbitų ir sumažinti ilgalaikes palaikymo išlaidas konkurencingų kainų dėka. Be to, paslaugų įsigijimo modelis leidžia lanksčiai skalauti pajėgumą priklausomai nuo misijų poreikių ir biudžeto ribojimų.
Vis dėlto lieka atvirų klausimų. Kaip NASA sertifikuos komercinius tinklus gyvybiškai svarbioms įgulos misijoms? Kokių atsargumo ir kibernetinio saugumo lygių reikės norint užtikrinti, kad valdymo kanalai būtų patikimi net ekstremaliomis sąlygomis? Kaip greitai optinių jungčių technologija bus subrendusi rutininiam naudojimui už demonstracinių skrydžių ribų, ypač giliojo kosmoso kontekste, kur reikia didesnio atstumo ir mažesnio matomumo laisvumo? Atsakymai į šiuos klausimus bus kertiniai programos sėkmei ir reikalauja tiek techninių bandymų, tiek reguliacinių sprendimų bei tarptautinio bendradarbiavimo.
Išvados
NASA sprendimas pereiti nuo paveldėtos TDRS sistemos prie komercinių relės paslaugų žymi reikšmingą politinį ir technologinį posūkį. Tai leidžia pasinaudoti dešimtmečių privačių investicijų palydovų konstelacijose ir lązerinės komunikacijos srityje, kad būtų patenkinti augantys mokslo ir tyrimų duomenų reikalavimai. Testavimas ir patvirtinimo procesai, planuojami per ateinančius metus, taps tiek Artemis programos, tiek būsimų Marsui skirtų misijų varikliu ir naudotoju, formuojant naują, maišytą ekosistemą – komercinių paslaugų ir valstybinių misijų sinergiją. Sėkmingas perėjimas priklausys nuo technologinio subrendimo, sertifikacijų, sutarčių ir tarptautinio reguliavimo, tačiau potencialas žymiai pagerinti telemetrijos ir mokslo duomenų perdavimo galimybes yra akivaizdus.
Šaltinis: autoevolution
Palikite komentarą