2022-02-18 09:02

月球上很快就会有手机信号了

The moon is in line to get LTE.

如果美国国家航空航天局(NASA)的阿耳特弥斯(Artemis)计划在2024年成功将人类送回月球,宇航员可能会在留下第一个脚印之前,在twitter上发布他们的第一句话。

上周,美国航天局宣布与诺基亚电信公司签订了一份价值1410万美元的合同,在月球上建立一个LTE蜂窝网络,这是美国宇航局今年授予私营公司的15笔赠款之一,以促进新太空技术的发展。诺基亚表示,这些硬件可能在2022年底着陆,不需要人工进行部署或配置。该网络将为基站范围内的任何设备提供快速连接。

美国宇航局空间技术任务理事会(Space technology Mission Directorate)副局长吉姆·罗伊特(Jim Reuter)在一封电子邮件中说:“诺基亚提议将现有的4G/LTE技术用于月球,这可能会支持月球着陆器、漫游者、栖息地、宇航员和月球表面其他设备之间的通信。”“这种未来的能力可能是在月球上和月球周围强大、可持续存在的关键。”

诺基亚的月球网络应该离地球足够近,这样就能相对直接地连接到地球上的互联网,但随着最后的边界从地球向外扩张,无论是通过机组人员还是机器人,人类的交流范围也必须随之扩大。例如,SpaceX的创始人埃隆·马斯克最近就在考虑在火星上建立Starlink网络的可能性。对未来的探索者来说,幸运的是,连接太阳系遥远区域的技术——星际互联网——已经在研究了几十年。但如果它真的实现了,太空互联网将会以与地球互联网截然不同的方式传播未来的迷因。

从通讯的角度来看,太空的一个问题是,它太大了。一条推文可以在不到五分之一秒的时间内从纽约传到东京,但更快的激光束以自然的最高速度飞行,需要超过一秒的时间才能到达月球。忘记与Mars的Zoom会议。单程公报需要3到20分钟才能到达这个红色星球。再加上宇宙飞船和行星往往以惊人的速度呼啸而过,经常相互遮挡或从太阳后面经过,将它们连接起来成为一项艰巨的技术挑战。

包括现代互联网架构师、美国宇航局喷气推进实验室(NASA’s Jet Propulsion Laboratory)著名客座科学家温特•瑟夫(Vint Cerf)在内的技术专家早就认识到,诸如光速这样的硬物理极限将空间划分为多个独立的领域。无论网络有多少个G,火星探险者都无法享受与地球的实时通话。相反,像火星和地球这样的地区将各自拥有自己的本地网络,星际互联网可以将它们编织成一个“区域互联网网络”。

但即便是建立这样一个拼凑的网络也绝非易事。在地球上,设备交换数据是根据一套被称为传输控制协议(Transmission Control Protocol)和互联网协议(Internet Protocol,简称TCP/IP)的程序。当电话在东京检索一个tweet存储在一个服务器在纽约,TCP / IP(由瑟夫联合)要求设备之间找到一个完整的路线,世界各地的服务器和其他设备之间跳跃,然后在一系列数据包传输消息。如果在传输过程中链条中的一个链路(一个“节点”)出现故障,路由就会被破坏,在传输中的数据包就会消失。在相对较小且稳定的地面互联网中,节点很少出现不可用的情况,但对于一个节点中包括快速移动的、距离较远的航天器的网络,长时间的中断期将是常见的。

空间互联网需要更适合空间的规则。十几个团队花了数年时间研究一种新的信息分发模式:延迟(有时是中断)容忍网络(DTN)。

其核心思想是将责任委派给网络中的每个节点(设备),而不仅仅是端点。DTN的中间节点不会在链路的下一个链路变暗时丢弃数据包(并丢失全部或部分消息),而是保存数据包,直到下一个连接恢复在线。只有在确认信息包已安全到达下一个目的地后,节点才能从内存中清除该信息。没有一种协议能让火星设备与地球设备进行实时通信,但DTN可以确保信息最终能够跨越行星之间的鸿沟。

倡导这一概念的人,如星际网络特别兴趣小组,希望有一天许多航天器将携带必要的硬件,并成为智能节点,将太阳系的分离区域连接在一起,形成一个空间互联网。

与此同时,美国宇航局已经对DTN程序进行了几次试验。2008年,在一艘名为“深度撞击”(Deep Impact)的航天器的延长任务中,它首次测试了该协议。研究人员向远在1500万英里、80光秒之外的太空深处的探测器传输了300张图像,然后返回地球。2012年,宇航员苏尼塔·威廉姆斯(Sunita Williams)用DTN在国际空间站(ISS)上控制了一个乐高机器人。

2016年,国际空间站通过全新的DTN系统成为了一个永久节点,这使得它可以在2017年收到来自南极的自拍照。接下来,一颗旨在研究地球海洋的卫星将在2022年发射时使用DTN传输科学数据。

登陆器、漫游者和诺基亚LTE网络上的其他设备将使用传统的TCP/IP协议在月球表面进行本地通信。一位诺基亚代表表示,与Earth的连接不属于LTE网络,将由诺基亚的合作伙伴Intuitive Machines处理,预计在最初部署时不需要花哨的DTN协议。

然而,新的基于太空的硬件意味着DTN倡导者们设计实验的新平台,就像他们为离地面仅250英里的国际空间站所做的那样。不管美国宇航局和诺基亚是如何成功的,从2010年开始,宇航员登陆地球上的Twitter将会继续。