Пользователь
0,0
рейтинг
4 октября 2012 в 15:54

Администрирование → С борта МКС впервые по лазерному каналу была передана широкополосная информация на наземный пункт

2 октября 2012 года с Российского сегмента Международной космической станции впервые по лазерному каналу была передана широкополосная информация на наземный пункт


В рамках космического эксперимента (СЛС) по отработке аппаратуры и демонстрации российской технологии создания космических лазерных систем передачи информации, проводимого ОАО «НПК «СПП» совместно с ОАО «РКК «Энергия», осуществлен сеанс передачи информации с терминала связи, установленного на борту РС МКС, на лазерный терминал наземного пункта станции оптических наблюдений «Архыз» на Северном Кавказе (филиал ОАО «НПК «СПП»).
Была передана информация общим объемом 2,8 Гигабайт со скоростью 125 Мбит/с.
Этот шаг открывает дорогу к широкому внедрению в космическую технику России лазерных линий связи, которые при меньших массогабаритных параметрах бортовой аппаратуры потенциально могут обеспечивать исключительно высокую скорость информационного потока (до десятков гигабит в секунду).

Новости Федерального космического агентства

Интернет на МКС


Хм, подумал я, там же (на МКС) совершенно точно уже есть интернет. Вебкамеры работают, можно дома не телеке смотреть во время ужина. Зачем же нужна лазерная система? Ведь она требует точной наводки, да и погодка у нас тут, на Земле, не всегда радует. Да и когда радует нас, человеков, лазерам-то радости все равно не много. Полез искать.

Интернет таки да, действительно есть на МКС. Им могут пользоваться космонавты, он там на борту даже по вай-фай раздается. Но он там, оказывается, не так давно. Всего с 2010 года. И на диал-апных скоростях. Проблема, говорят, не с плохим линком, а с огромной относительной скоростью движения станции. Данные не успевают. Картинки с котиками прилетают в космос, а космонавтов и след уже простыл.

«Позвонить с борта МКС можно по спутниковому телефону в любую точку Земли. Главное — наличие свободного времени и спутниковой связи. К сожалению не все время есть такая возможность. Также по этому каналу связи (KU-band) мы можем работать с интернетом. Скорость небольшая, но новости просмотреть можно. Для удобства на борту есть еще почтовая программа. Перед стартом мы подаем списки электронных адресов, почту от которых мы будем получать во время полета на специальный адрес NASA. Списки могут быть откорректированы во время миссии. Эту почту нам забрасывают во время так называемой синхронизации, где-то 3-4 раза в день», — отметил Шкаплеров.
www.ria.ru 20/02/2012

Радиосвязь


Неужели все так плохо с радиосвязью?
Информация с «Вояджера» на Землю передает жестко скрепленная с корпусом параболическая антенна диаметром 3,65 метра, которая должна быть сориентирована точно на родную планету. Через нее на частотах 2295 МГц и 8418 МГц шлют сигналы два радиопередатчика мощностью по 23 ватта. Для надежности каждый из них дублирован. Большая часть данных транслируется на Землю со скоростью 160 бит/с — это всего раза в три-четыре быстрее, чем скорость набора текста профессиональной машинисткой и в 300 раз медленнее телефонного модема. Для приема сигнала на Земле используется 34-метровые антенны сети дальней космической связи NASA, но в некоторых случаях задействуются самые большие 70-метровые антенны, и тогда скорость удается поднять до 600 и даже 1400 бит/с. По мере удаления станции ее сигнал слабеет, но еще важнее то, что постепенно снижается мощность радиоизотопных генераторов, которые питают передатчики. Ожидается, что станция сможет передавать научные данные еще по крайней мере 10 лет, после чего связь с ней прекратится.
"Космические радиолинии" («Вокруг света», №10 (2805) | Октябрь 2007)

Самой высокой скоростью межпланетной передачи данных может сегодня похвастаться аппарат Mars Reconnaissance Orbiter, вышедший на орбиту Марса 10 марта 2006 года. Он оснащен 100-ваттным передатчиком с трехметровой параболической антенной и может передавать информацию на скорости до 6 мегабит в секунду. Доставить к Марсу более крупный и мощный передатчик пока затруднительно.
"Космические радиолинии" («Вокруг света», №10 (2805) | Октябрь 2007)

Лазеры


Единственное отличие лазерного излучения от радиоизлучения — частота. Частота света — ~6*10^14Гц, 1,5мкм лазера — 2*10^14Гц. Радиопередатчики на космических аппаратах работают на частоте в единицы ГГц. Радио Ультра в Москве вещало на 100.5Мгц.
Высокая частота и, соответственно, маленькая длина волны — это и дар и проклятье лазерного излучения. Используя электромагнитное излучение такой частоты для связи, мы получаем в нагрузку и все его болезни — низкую проникающую способность, узконаправленность (это, конечно, может быть и не болезнь, если решается задача сокрытия канала связи) и т.д. Лазерный пучок имеет гауссову форму:


Т.е. чем дальше от земли, тем больше будет площадь лазерного пятна и, соответственно меньшая часть фотонов будет принимать участия в, собственно, передаче информации. Т.е. межзвездным средством связи лазер, даже с учетом отсутствия препятствия к распространению излучения в космосе, все равно не станет. А межпланетным?

Впервые лазерная связь в космосе была осуществлена 21 ноября 2002 года. Европейский спутник дистанционного зондирования Земли SPOT 4, находящийся на орбите высотой 832 километра, установил контакт с экспериментальным космическим аппаратом Artemis, обращающимся на высоте 31 000 километров и передал снимки земной поверхности. А недавно Лаборатория Линкольна в Массачусетсском технологическом институте (MIT) совместно с NASA приступила к разработке лазерной системы дальней космической связи. Первый тестовый коммуникационный лазер планируется отправить к Марсу в 2009 году. Ожидается, что этот 5-ваттный передатчик в период сближения планет обеспечит скорость передачи данных до 30 мегабит в секунду.
"Космические радиолинии" («Вокруг света», №10 (2805) | Октябрь 2007)
Более свежие новости, правда, говорят о тестировании лазерного канала Марс-Земля в 2012 году.

Ту систему, что второго числа совершала обмен данными с Землей с борта МКС, строит ОАО «НПК „СПП“». Совсем чуть-чуть информации о системе (то ли той, что на борту МКС, то ли похожей), можно найти на их сайте. Позволю себе продублировать эту информацию здесь:

Межспутниковые лазерные системы передачи информации со скоростью до 600 Мбит/с и дальностью действия от 1 до 6 тыс. км (линии НКА-НКА) от 30 до 46 тыс. км (линии НКА-ГКА):


Терминал для проведения космических экспериментов по лазерной связи на трассе Борт-Земля для МКС:


Длина трассы — до 2000 км
Масса терминала с транспортной рамой — 80 кг
Энергопотребление — 150 Вт
Скорость передачи данных — до 600 Мбит/с
Длина волны передатчика — 1550 нм
Длина волны маяка — 810 нм
Диаграмма передатчика — 50 угл. сек
Точность наведения — 10 угл. сек

На этом выступление заканчиваю. Простите за большое количество копипаста и ссылок, надеюсь, что информация интересная. И еще, я возмущен: ГЛОНАСС у нас отдельным хабом значится, а вот космонавтика (я так понимаю, это такой хаб-сборная солянка для всего, что к космосу отношение имеет) — хаб-оффтопик. Непорядок, ребят. Я бы местами поменял.
Андрей @imwode
карма
53,5
рейтинг 0,0
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Спецпроект

Самое читаемое Администрирование

Комментарии (63)

  • +11
    Круто на самом деле.
    Думаете, мы вам огоньками подмигиваем? Ан нет, ловите межпланетных котиков =)
  • 0
    Но, передача информации по лазеру актуальна только на геостационарных спутниках?
    • +2
      Да нет, я думаю на каком-то участке можно вполне «вести» объект
    • +1
      Передача по лазеру актуальна прежде всего для военных задач — обнаружить факт передачи, а тем более перехватить информацию почти не реально.
      • 0
        Но ведь отражения есть даже от лазерного пучка.
        Ракеты ведь так наводятся?
        • 0
          У ракет расстояние до объекта в 1000 раз меньше (т.е. отражательная способность цели в миллион раз больше).
  • +1
    А в периоды облачности\дождя\снега и т.п. катаклизмов оно вообще работает?
    • +2
      Думаю ответ очевиден. Есть технологии, позволяющие осуществлять связь в условиях даже сильного дождя и тумана. Достигается комбинацией двух лазеров. Первый — силовой. Дает мощный импульс, «выжигая» трассу. Потом второй отрабатывает передачу сообщения. Энергии надо — ого-го.
      • 0
        Силовой лазер не сжигает приемник заодно?
        • +1
          приемник закрыт зеркалом, пока идет подготовка трассы :-))) Сюрприз для передающего сигнал :-)
          • +6
            Уголковым отражателем — веселее будет :)
      • 0
        На такой дистанции силовой лазер 10 раз рассеется и перестанет быть силовым. Это одна из причин почему лазерное оружие годно только для ослепления, фактически.
        К тому же — на него энергии не хватит вообще никак.
        • 0
          а на какой дистанции?
          кстати, говоря «ответ очевиден» я имел ввиду именно очевидный ответ, а не чудесные технологии по перемене погоды :-)
          • 0
            В атмосфере — вроде бы расхождение пучка идёт в 300 раз на километр. В космосе меньше, но тоже есть. Лучу идти несколько сотен километров с низкой орбиты или несколько дестяков тысяч с геостационарной.
            Можно подумать под лазерами определённых частот для которых атмосфера почти прозрачна, например для некоторых частот ультрафиолета облака не помеха. Про озон ничего не скажу.
      • 0
        Непокатит: угловые скорости слишком большие — слишком много выжигать прийдётся.
    • +2
      Облака прозрачны для ИК-излучения.
      • 0
        Только, по-моему, окна прозрачности воды и атмосферы не шибко пересекаются.
  • 0
    Вопрос:
    Скорость распространения радио волны в вакууме такая же, как и световой — 300 000 км/с.
    Почему таких скоростей передачи данных (до 600 Мбит/с) не могут достичь с радиопередатчиками, тем более, что радио-лучу облачность мешает значительно меньше, чем лазеру?
    • +4
      дело не в скорости распространения. даже если поставить рядом радио и лазерные пары приемник-передатчик, т.е. расстояние = 0, все равно скорость передачи информации будут упираться в частоту электромагнитных излучений. Поставьте эксперимент:
      у вас есть светодиод, который зажигается и гаснет раз в секунду. И есть кнопка. Если вы нажмете на кнопку, то светодиод перестанет мигать. Если отпустите — начнет мигать с частотой 1Гц снова.
      Попробуйте передать какую-нибудь полезную информацию с помощью такой системы. Какая будет максимальная скорость?
      • 0
        Сори, ответил не сюда.
    • 0
      Дело в том, что в Мбит/с вовсе не скорость меряется в строгом смысле этого слова. На самом деле к скорости по смыслу гораздо ближе Ping/2.
    • +1
      Количество информации, которое можно передать в единицу времени зависит не от скорости распространения, а от ширины полосы пропускания канала. Упрощенно — чем выше частота несущей, тем проще сделать широкую полосу пропускания.
    • 0
      Отвечаю: лазер, в общем случае — тот же радиопередатчик, более того, есть лазеры, работающие в радио-диапазоне. Главное в лазере — это луч. Никакая антенна не даст такого отношения мощности к расхождению. А значит, при той же мощности качество приёма будет выше.
      • +1
        В лазере нет луча. Луч — это сущность исключительно геометрической оптики.
        • +1
          Переформулирую — под лучом я подразумевал излучение с диаграммой направленности, наиболее приближенной к лучу в его геометрическом смысле.
      • 0
        Мазер — генератор луча в радиочастотном диапазон. А после них и лазеры делать научились.
  • +15
    все круто. но

    image

    насколько печальный и соответствующий реальности фон на фотографии
    • +4
      Ну за что минусуете человека, черти. Я ведь в статье это хотел написать, да решил, что одного оффтопика будет достаточно для такой серьезно темы. Паркетик-то реально уныло смотрится по сравнению с американскими лабораториями.
      Посмотрите на интерьер за марсоходом: inthecapital.com/2012/09/11/virginia-tech-steps-up-its-rocket-game-approves-35m-propulsion-lab/. Это навскидку.
      • +1
        Это на стенде, а у нас в кабинете глав. конструктора — все по спартански. Т.ч. стеб не уместен, тем более эксперимент удался.
    • 0
      А ты думал спутники с блэкджэком и шлюхами собирают?
      Ну извиняй.
  • +2
    Ну, не совсем удачный пример у Вас, и, соответственно, объяснение…
    Я тогда перефразирую вопрос.
    Начнем с азов радиосвязи, цифровой, т.е. методов передачи битов информации по радиоканалу.
    Если очень кратко, то устанавливается несущий канал, несущая частота.
    Потом в этот канал, в эту частоту, вносятся искажения (нули и единицы информации) — модуляции.
    Модуляции бывают разные, частотные, фазовые, квадратурно-амплитудные, ну и самая популярная сейчас Сверхширокополосная модуляция (UMB). Кстати, именно у последней по паспорту как раз получение скоростей до 600Мбит/с, что очень коррелирует с параметрами нашего лазерного терминала.

    Так вот вопрос то был вот в чем.
    Как правило, несущая частота во много раз больше, чем частота битов (частота модуляций, если так можно выразиться).
    И, как вы понимаете, для достижения скорости передачи данных в 10 и 100 мегабайт вполне достаточно несущих частот 2-5ГГц (например? частоты WiFi). Т.е. потенциал радиоканала и так огромен, и гнаться за частотами света, ну право, нет никакого смысла, вроде бы.
    Так зачем нужен лазерный луч?

    Я думаю дело в том, что диапазон частот для организации РАДИО канала между землей и орбитой очень не велик. И если мне память не изменяет (не могу сейчас найти точные данные...) то до орбиты добивают только очень низкие частоты, сотни герц, на которых, соответственно, высоких скоростей битов не получить. С Луной, по моему, возможный на сегодня канал связи 256кбит/сек. А гигагерцовое излучение очень хорошо отражается верхними слоями атмосферы, и до орбиты не доходит.
    Т.е. межпланетный WiFi не возможен между планетами с атмосферой и озоновым слоем.

    Вот тогда применение лазерного луча становится логичным. Однако частота светового излучения тут уже роли не играет, там такой потенциал по наращиванию скорости, что на несколько поколений хватит. Отсюда возникает следующий вопрос.
    Почему на лазере достигнуто только 600Мбит/с?
    • +1
      Черт, с комментами фигня какая-то.
      По лазерам вот еще что есть: fppo.ifmo.ru/kmu/kmu6/%D0%92%D0%AB%D0%9F%D0%A3%D0%A1%D0%9A_1/%D0%9D_%D1%88%D0%BA_%D0%9E%D0%AD%D0%9F%D0%B8%D0%A1_%D1%81%D0%B4/20_%D0%95%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0_V_I.doc.pdf
      Там с теоремой Котельникова, вероятностями и т.д.
    • +1
      Я думаю дело в том, что диапазон частот для организации РАДИО канала между землей и орбитой очень не велик. И если мне память не изменяет (не могу сейчас найти точные данные...) то до орбиты добивают только очень низкие частоты, сотни герц, на которых, соответственно, высоких скоростей битов не получить. С Луной, по моему, возможный на сегодня канал связи 256кбит/сек. А гигагерцовое излучение очень хорошо отражается верхними слоями атмосферы, и до орбиты не доходит.

      У вас в корне неверная информация.
      Радиолюбители работают через отраженку от Луны на частотах порядка 1200-1200 МГц.
      В статье выше также сказано о частотах работы Вояджера.
  • +2
    Блин, ну как сотни герц? Если на вояджерах 2 и 8 гигагерц?
    Ответ есть в статье в вокруг света — уменьшение соотношения сигнал/шум требует увеличения времени передачи одного бита для надежного определения передаваемого значения

    О чо нашел — ценнноооо: www.zarya.info/Frequencies/FrequenciesISS.php
    До 2ГГц с борта МКС шпарят.
    • +1
      … тогда мне ничего не понятно. Раньше всегда считал, что гигагерцовое излучение отражается от верхних слоев.
      Пойду повторять теорию.
      • +1
        Вот тут есть инфа по прозрачности атмосферы, но я прочитать не могу — ума не хватает:
        www.astronet.ru/db/msg/1188575
        нас интересует длина волны, например, 12,5см (2,4ГГц)
        • +1
          Вот, стр. 138-139 (таблица)
          Соответственно, я был неправ, посыпаю голову пеплом. Отражаются как раз малые частоты, за счет чего волна огибает землю и можно держать связь на больших расстояниях (у поверхности земли).
      • 0
        ​Если Вас интересует информация о распространение электромагнитного излучения в атмосфере, то я немного рассказывал об этом в последней статье. Материал поверхностный, но всё-таки может дать определённое представление.
        • 0
          Эпический труд, спасибо!
        • 0
          Единственное, у Вас упомянуты WiFi и WiMAX, Но не упомянут DTN и принцип Store and Forward
  • 0
    Интересно, там внутрях TCP или что-то своё? Если TCP, то как они решали проблему latency? У TCP вообще говоря, есть некоторые разногласия с быстрыми и жирными сетями, которые возникают между орбитой и землёй.

    Хотя 125 мегабит для TCP при latency в 1-2мс — это не проблема.
    • 0
      Я бы не сказал, что прямо таки разногласия. Особенности, не более того — и достаточно давно преодолимые.
      • 0
        Насколько я понимаю, они не столько преодолимы, сколько подтыкаемы костылями.

        Я тут недавно тестировал производительность в условиях LFN — единственным решением (даже не смотря на замену алгористма с reno/cubic на illinosis/vega/hydra) было увеличивать размер окна. А чем больше окно с каждой стороны, тем хероватее latency и error detection.
    • 0
      ну а с учетом того, что небо-земля latency составляет больше 100мс… :)
      • 0
        Кстати, почему? Если орбита 300км, то это 2мс latency туда-сюда. Если 600 (высоковато уже для низкоорбитальных спутников), то — 4мс.

        Речь-то не про связь «через спутник», речь про связь спутник-земля.
        • 0
          Я тоже не знаю, почему. Мое предположение заключается в том, что скорость передачи данных далеко не равна скорости света. См. выше про модуляции.
          • 0
            Ничего не понял. Размер фрейма у них там какой?
    • 0
      DTN и принцип Store and Forward
      • 0
        Вообще говоря, все современные нормальные коммутаторы работают по S-n-F. Я слышал про low-latency версии, которые вернулись обратно к форвардингу по заголовку, но и только.

        Вопрос же в том, как подтверждается успех передачи. Целиком для файла? А если помеха? Если не целиком, а для блока, как быстро начинается перепосыл и по какому признаку? По сути тот же TCP вырисовывается снова.
        • 0
          Все верно, тот же TCP, только без понятия latency. Пакеты передаются от коммутатора к коммутатору, но передача начинается независимо, есть ли кто либо на принимающей стороне, или нет. Если пакет принят, принимающая сторона ответит ОК. Если не принят, то пакет будет храниться на отправляющей стороне «сколь угодно долго, до успешного отправления адресату», периодически пытаясь отправиться. При этом если пакет принят очередным коммутатором, то отправитель считает пакет отправленным и «полученным», хотя до конечного адресата пакет еще не дошел, и может дойти еще через неопределенно долгое время. Такой принцип решает проблемы дальней космической связи, практически стирая границы расстояний.

          Скорее всего, адресат так же сможет послать сигнал в сеть о том, что он готов к приему (всего, что накопилось в его адрес во всей сети), при этом адресат может «всплыть» в другом сегменте сети (мы же о космическом пространстве говорим) и тогда коммутатор переадресует пакет уже по новому адресу.

          Первый абзац уже работает, второй — теория.
          • 0
            То есть передача трафика с полным запасом котят с ютьюба потенциально потребует сохранить всех котят на промежуточном коммутаторе?

            В условиях контролируемой передачи, наверное, хорошо. В условиях интернета — не очень.
            • 0
              Совершенно верно.
              Но если передача идет напрямую от отправителя к получателю, т.е. в зоне прямой видимости, то промежуточного хранилища, как вы понимаете, не требуется. А вот ели нужно передать «оверсаном», т.е. получатель загорожен Солнцем, например, то да, необходим промежуточный коммутатор со своим хранилищем.
              • 0
                Выглядит, как почтовый сервер с релеингом.
                • 0
                  Ну, в общем то да, похоже))
                  Вот здесь даже есть похожее сравнение с Email.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    | Интернет таки да, действительно есть на МКС. Им могут пользоваться космонавты, он там на борту даже по вай-фай раздается.
    Вы не шутите?) Т.е. на орбите земли есть WiFi, интересно только он запаролен или нет.
    • 0
      Да, есть, и, наверно, запоролен, чтобы янки в наш интернет не лазили))
  • 0
    К сожалению кармы не хватает отвечать на каждый комментарий, поэтому на то, на что могу ответить, отвечу в одном.

    Akr0n 4 октября 2012 в 16:44 #
    А в периоды облачности\дождя\снега и т.п. катаклизмов оно вообще работает?

    Нет, не работают. Должны соблюдаться определенные требования к метеопараметрам, проницаемости атмосферы и т.п. Мысль про силовые лазеры интересна, но не состоятельна. Во-1, он действительно рассеивается, во-2, весь сеанс подобной связи с МКС длится 10 минут, поскольку МКС — НОКО (низкоорбитальный космический объект) и летает с бешеными скоростями относительно земли. Из этих 10 минут при данной передаче несколько минут тратится на взаимное наведение земляМКС. Для того чтоб взаимное наведение работало мы должны видеть наш объект не в узком «прожженном» поле, а в широком, чтоб мы могли поймать объект и «ухватиться» за него.

    amarao
    Интересно, там внутрях TCP или что-то своё?
    На землю «быстрая» передача идет по UDP. Контроль ошибок осуществляется по более медленному (так же лазерному) каналу по собственному протоколу.
    • 0
      Ну я просто выразился неправильно. Я имел ввиду, что в некоторых случаях трассу можно «пробить», но применительно к этому конкретному случаю — дело швах. Хотя вот тут пишут, что в принципе затея мертвая: laseritc.ru/files/files/OCS%20i%20tuman.pdf
      Повышение мощности источников излучения для увеличения пролета экономически неоправданно,
      поскольку приращение энергетического запаса линии происходит по логарифмической шкале.

      Хотя нам, вроде, об этой технологии один знающий человек говорил…
  • +1
    Неудачное название статьи. Я вот думал, что просто упомянуто событие сабжа и всё, даже не читал сначала. А тут, оказывается, такое интересное освещение области.
  • 0
    В таком случае для ослепления спутника достаточно будет достаточно мощной установки и знания координат. Как бы любой школьник не смог ддосить орбиту. Дело ведь не просто в широте канала, а в наличии/отсутствии сигнала определенной частоты.

    Достаточно легко будет превратить всю коммуникацию в сплошную и длинную единицу, мне кажется
  • +1
    Ага, значит то как первой серии текущего сезона ТБВ, Говард разговаривает с женой с орбиты по скайпу меня не просто так насторожило. И наушники висящие на экране ноута…
  • 0
    А гугл для МКС скачал весь интернет отправил модифицированную версию Google Earth с огромныс кэшем, чтобы на орбите не приходилось подгружать.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.