אם אתם מתכננים את החופשה הבאה שלכם במאדים או בירח, חשוב לדעת כמה דברים לפני שאתם סוגרים מלון ומשכירים חללית. חוץ מלדאוג למקומות ישיבה נוחים ולתיאום עם סוכן הנסיעות, כדאי להבין איך תקשורת עובדת בחלל. תחשבו על זה — אולי אריאלה ממפעל הפיס תנסה להתקשר אליכם, ולפני שתשאירו אותה ממתינה בכוכב לכת אחר, כדאי לוודא שאתם יודעים איך לא לפספס שיחה כזו!
סרטים ותוכניות טלוויזיה מציגים את התקשורת בחלל כמשימה פשוטה, שבה אסטרונאוטים יכולים לדבר בקלות עם הקרובים שלהם בכדור הארץ עם וידאו באיכות גבוהה וללא עיכובים. אך במציאות, התקשורת בין חלל לכדור הארץ היא הרבה יותר מסובכת ולא מתקרבת למה שנראה בסרטים.
- בפשטות, תקשורת חלל מתבססת על שני עקרונות: משדר ומקלט. המשדר מקודד מסר על גבי גלי אלקטרומגנטיים באמצעות מודולציה, שמביאה לשינוי בתכונות הגל כדי לייצג את הנתונים. הגלים הללו זורמים בחלל לכיוון המקלט. המקלט אוסף את הגלים האלקטרומגנטיים ומבצע דמודולציה, מפענח את המסר של השולח. אפשר לחשוב על זה כמו נתב Wi-Fi ומכשירים המחוברים אליו בבית. כל מכשיר מקבל אותות מהנתב, שמעביר נתונים מהאינטרנט. ברמת העיקרון, המשימה המורכבת של תקשורת עם החלל דומה לתקשורת אלחוטית בבית – רק בקנה מידה עצום ובמרחקים עצומים.
- תקשורת מהחלל כרוכה ביותר מאשר לכוון את אנטנת חללית אל פני כדור הארץ. לסוכנויות החלל יש רשת רחבה של אנטנות ברחבי הגלובוס כדי לקבל שידורים מחלליות בכל מקום ובכל קגע נתון. מהנדסי רשתות חלל מתכננים בקפדנות את התקשורת בין תחנות הקרקע למשימות, ומוודאים שהאנטנות מוכנות לקבל נתונים כאשר חלליות עוברות מעל. אנטנות תחנות קרקע נעות בין אנטנות קטנות בעלות תדר גבוה מאוד שמספקות תקשורת גיבוי לתחנות חלל ועד לאנטנות עצומות בקוטר של 230 רגל שיכולות לתקשר עם המשימות רחוקות ביותר של המין האנושי כמו חלליות וויאגר, המרוחקות יותר מ-11 מיליארד מיילים.
- בנוסף לתקשורת ישירה עם כדור הארץ, רבות מהמשימות של סוכנויות חלל נעזרות בלווייני העברה כדי להעביר את הנתונים שלהן לקרקע. לדוגמה, תחנת החלל מתקשרת באמצעות לווייני מעקב ונתונים (TDRS), שמעבירים נתונים לתחנות קרקע בניו מקסיקו ובגואם. הרובר Perseverance שנשלח לאחרונה למאדים ישלח נתונים דרך לוויינים המקיפים את מאדים, אשר מעבירים את הנתונים לכדור הארץ. מעבירי חלל מציעים יתרונות ייחודיים מבחינת זמינות התקשורת. לדוגמה, מיקום ה-TDRS בשלושה אזורים שונים מעל כדור הארץ מציע כיסוי גלובלי ותקשורת כמעט רציפה בין משימות במסלול נמוך סביב כדור הארץ לקרקע. במקום לחכות שיחלוף מעל תחנת קרקע, משתמשי TDRS יכולים להעביר נתונים 24 שעות ביממה, שבעה ימים בשבוע.
- סוכנויות חלל מקודדות נתונים על פני תדרים שונים של גלים אלקטרומגנטיים. רוחבי פס אלו — טווחי תדרים — בעלי יכולות שונות. רוחבי פס גבוהים יותר יכולים לשאת יותר נתונים לשנייה, מה שמאפשר לחלליות להעביר נתונים מהר יותר. כעת, סוכנויות חלל מתמקדות בעיקר בגלי רדיו לתקשורת, אך הסוכנות מפתחת דרכים לתקשר באמצעות לייזרים אינפרא-אדומים. סוג זה של שידור — הידוע בשם תקשורת אופטית— יציע למשימות קצבי נתונים גבוהים יותר מאי פעם. הניסוי של סוכנויות חלל לתקשורת בלייזרים (LCRD) ימחיש את היתרונות של תקשורת אופטית. המשימה תעביר נתונים בין תחנות קרקע בקליפורניה להוואי באמצעות קישורים אופטיים, ותבחן את יכולותיהם. סוכנויות חלל גם תספק לתחנת החלל טרמינל אופטיים שיכולים להעביר נתונים לקרקע דרך ה-LCRD.
- רוחבי פס גבוהים יותר יכולים להציע קצבי נתונים גבוהים יותר למשימות. רדיו של אפולו שידר סרטונים בשחור-לבן באיכות נמוכה מהירח. טרמינל אופטיים שמתוכנן למשימה Artemis II ישדר וידאו ברזולוציית 4K מהמסלול סביב הירח. אבל רוחב פס אינו הגורם היחיד המגביל את קצבי הנתונים. גורמים נוספים שיכולים להשפיע על קצבי הנתונים כוללים את המרחק בין המשדר למקלט, את גודל האנטנות או הטרמינלים האופטיים בהם הם משתמשים, ואת הכוח הזמין בכל קצה. מהנדסי התקשורת בסוכנויות חלל צריכים לאזן בין גורמים אלו כדי למקסם את קצבי הנתונים.
- תקשורת אינה מתרחשת מידית. היא מוגבלת במהירות אוניברסלית: מהירות האור, כ-300,000 קילומטרים בשנייה. עבור חלליות הקרובות לכדור הארץ, עיכוב זה כמעט ואינו מורגש. עם זאת, ככל שמתרחקים מכדור הארץ, העיכוב יכול להוות אתגר. בקרבת מאדים — כ-56 מיליון קילומטרים — העיכוב הוא כארבע דקות. ובאשר לכוכבים רחוקים ביותר — כ-400 מיליון קילומטרים — העיכוב מגיע לכ-24 דקות. זה אומר שהאסטרונאוטים יצטרכו להמתין בין ארבע ל-24 דקות עד שההודעות שלהם יגיעו למרכז השליטה, ועוד ארבע עד 24 דקות כדי לקבל תגובה. כאשר סוכנויות חלל מתכוננות לשלוח בני אדם לכוכב האדום, מהנדסי התקשורת מפתחים דרכים לשמור על קשר עם כדור הארץ, תוך הכרה בכך שהעיכובים יהיו חלק מהשיחה.
- כאשר שידורי תקשורת נעים למרחקים ארוכים או דרך האטמוספירה, איכות הנתונים שלהם עלולה להיחלש, ולפגום במסר. קרינה ממשימות אחרות, מהשמש או מגופים שמימיים אחרים יכולה גם להפריע לאיכות השידורים. כדי להבטיח שמרכזי התפעול של המשימות יקבלו נתונים מדויקים, סוכנויות חלל משתמשות בשיטות לזיהוי ותיקון שגיאות. שיטות תיקון השגיאות כוללות אלגוריתמים מחשוביים שפועלים לפענח שידורים רעשים כנתונים שמישים.
בעוד ש-Hollywood ממציאה סיפורים שמחברים אנשים ברחבי הגלקסיה בקלות, מהנדסי סוכנויות חלל שואפים להפוך את החלומות הללו למציאות. סוכנויות חלל מפתחות טכנולוגיות ויכולות שמטפלות באתגרים האמיתיים של תקשורת חלל, תוך הענקת שירותי תקשורת חזקים למשימות מדעיות ולחקירה.
המידע והתמונות במאמר זה מבוסס על המידע מהאתר הרשמי של נאסא
