เมื่อนักบินอวกาศลงจอดบนดาวอังคารในอีกไม่กี่ทศวรรษต่อจากนี้ พวกเขาอาจจำเป็นต้องหาวิธีในการสื่อสารระหว่างกัน ด้วยอุปกรณ์บนและรอบโลก และด้วยการควบคุมภารกิจบนโลก แม้จะอาศัยอยู่ห่างไกลจากบ้าน ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพวกเขาจะต้องการเชื่อมต่อกับคนที่คุณรัก ติดตามเพลย์ลิสต์ให้ทันสมัย หรือสตรีมตอนล่าสุดของรายการโปรดของพวกเขา
แต่การตั้งค่าการเชื่อมต่อ Wi-Fi กับอินเทอร์เน็ตของ Earth จะไม่สามารถทำได้ โลกอยู่ห่างไกลเกินไป ประมาณ 55 ล้านถึง 400 ล้านกิโลเมตร ขึ้นอยู่กับว่าดาวเคราะห์อยู่ที่ไหนในวงโคจรของมัน ยานอวกาศจะต้องใช้กลยุทธ์อื่น
Claire Parfitt วิศวกรระบบของ European Space Agency หรือ ESA ซึ่งประจำอยู่ที่ Noordwijk ประเทศเนเธอร์แลนด์ กล่าวว่า การสร้างโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารที่ดีถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับภารกิจของมนุษย์ไปยังดาวอังคาร “ในขณะนี้ เรากำลังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการค้นหาว่านั่นหมายความว่าอย่างไร”
นักวิจัยกำลังทดสอบวิธีการอัพเกรดเครือข่ายที่มีอยู่ พร้อมกับทางเลือกอื่นที่ห่างไกล ตัวอย่างเช่น ภารกิจ Psyche ของ NASA ซึ่งเริ่มขึ้นในเดือนตุลาคมด้วยภารกิจสำรวจดาวเคราะห์น้อยระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสบดีจะทดสอบการสื่อสารระหว่างดาวเคราะห์โดยใช้เลเซอร์ด้วย เลเซอร์สามารถส่งข้อมูลได้มากกว่าคลื่นวิทยุที่ใช้ตั้งแต่วันแรก ๆ ของการเดินทางในอวกาศ
ไม่มีกลยุทธ์ใดที่เป็นที่รู้จักสามารถกำจัดความล่าช้าในการสื่อสารระหว่างโลกกับดาวอังคารได้ ข้อความที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงจะใช้เวลาระหว่างสี่ถึง 24 นาทีสำหรับการเดินทางเที่ยวเดียว กล่าวอีกนัยหนึ่ง การ ping อย่างรวดเร็วไปยังการควบคุมภารกิจนั้นไม่เป็นปัญหา ไม่ต้องพูดถึงการโทรกลับบ้านของ WhatsApp
Parfitt กล่าวว่า ยังมีปัญหาเรื่องการรวมแสงอาทิตย์ เมื่อดวงอาทิตย์เข้ามาระหว่างโลกกับดาวอังคาร สิ่งนี้จะเกิดขึ้นประมาณสองสามสัปดาห์ทุกๆ สองปี ซึ่งเป็นการตัดการสื่อสารระหว่างดาวเคราะห์ต่างๆ ครั้งล่าสุดเกิดขึ้นในเดือนพฤศจิกายน
แต่แนวทางใหม่สามารถเปิดความเป็นไปได้ที่ทำให้การสื่อสารบนดาวอังคารคล้ายกับสิ่งที่เราพบบนโลกนี้มากขึ้น ทีมวิจัยอย่างน้อยหนึ่งทีมสงสัยว่า: จะเกิดอะไรขึ้นถ้าดาวอังคารมีอินเทอร์เน็ตเป็นของตัวเอง?
การสื่อสารของ Mars ทำงานอย่างไรในปัจจุบัน
หน่วยงานอวกาศหลายแห่งมียานลงจอด รถแลนด์โรเวอร์ และดาวเทียมอยู่ที่ดาวอังคารซึ่งจำเป็นต้องสื่อสารกับโลก
พิจารณารถแลนด์โรเวอร์ Perseverance ของ NASA มันส่งและรับข้อมูลสองประเภท หนึ่งคือคำสั่งและการตรวจวัดระยะไกล ซึ่งผู้ปฏิบัติงานบนโลกส่งคำสั่ง รับข้อมูล และตัดสินใจว่าจะทำอย่างไรต่อไป โดยทั่วไปแล้วเพอร์ซีจะได้รับคำสั่งจากโลกมากกว่า 1,000 คำสั่งทุกวัน อย่างที่สองคือข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ เช่น รูปภาพหินดาวอังคาร ที่เพอร์ซีรวบรวม ที่ความฉลาดของเฮลิคอปเตอร์, ที่และยังส่ง Ping ไปยังรถแลนด์โรเวอร์เป็นประจำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นสถานีฐานในการถ่ายทอดข้อมูลและคำสั่งระหว่าง Ingenuity และ Earth วงโคจรที่โคจรรอบโลกได้แก่ดาวอังคารโอดิสซีย์ของนาซ่าและยานสำรวจดาวอังคารหรือ MRO และTrace Gas Orbiter ของ ESA หรือ TGOส่งข้อมูลวิทยาศาสตร์กลับบ้านได้เช่นเดียวกัน
เรียกโลก
ความเพียรพยายามและยานสำรวจดาวอังคารอื่นๆ ได้รับคำสั่งส่วนใหญ่โดยตรงจากโลกผ่านคลื่นวิทยุเอ็กซ์แบนด์ แม้ว่าเพอร์ซีสามารถส่งข้อมูลจำนวนเล็กน้อยได้โดยตรง แต่ก็มักจะใช้คลื่นวิทยุความถี่สูงพิเศษหรือ UHF เพื่อส่งข้อมูลไปยังยานอวกาศลำใดตัวหนึ่งในเครือข่ายรีเลย์ดาวอังคาร ซึ่งมีเสาอากาศขนาดใหญ่ในการส่งข้อมูลไปยังโลก เพอร์ซียังทำหน้าที่เป็นสถานีฐานสำหรับการสื่อสารกับเฮลิคอปเตอร์ Ingenuity
การสื่อสารกับดาวอังคารจำนวนมากถูกส่งผ่าน Mars Relay Network ในสิ่งที่ NASA อธิบายว่าเป็น "การเต้นรำที่มีการออกแบบท่าเต้นที่รัดกุม" เครือข่ายยานอวกาศห้าดวงรอบดาวอังคาร ได้แก่ MRO, TGO, MAVEN, Mars Odyssey และ Mars Express ส่งข้อมูลผ่านเสาอากาศที่ชี้ไปยังโลก
รถแลนด์โรเวอร์ที่ต้องการส่งการสำรวจล่าสุดกลับมายังโลกก่อนจะส่งข้อมูลไปยังยานอวกาศลำหนึ่งโดยใช้การส่งสัญญาณวิทยุความถี่สูงพิเศษ หากยานอวกาศนั้นไม่มีแนวสายตามายังโลก ก็สามารถเก็บข้อมูลไว้ได้จนกว่ามันจะมองเห็นได้ จากนั้นข้อมูลจะถูกส่งต่อไปยังโลก โดยที่เสาอากาศวิทยุอันทรงพลังที่กระจายอยู่ทั่วโลกจะคอยฟังคำสั่ง Ping จากห้วงอวกาศอยู่เสมอ
เมื่อมนุษย์ลงจอดบนดาวอังคาร ระบบนี้จะไม่ดีพอ Vincent Chan นักวิจัยด้านการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกและดาวเทียมที่ MIT ไม่คิดว่าการสื่อสารในท้องถิ่นและภาคพื้นดินถือเป็นความท้าทาย ลูกเรือบนดาวอังคารสามารถโต้ตอบโดยใช้ความถี่วิทยุและเทคโนโลยีไร้สายที่มีอยู่ เขากล่าว เสาเซลล์ขนาดเล็กสองเสาจะเพียงพอเมื่อนักบินอวกาศอยู่ใกล้กัน และรีเลย์บางชนิดอาจใช้เมื่อนักบินอวกาศอยู่ห่างจากกันมากพอที่จะส่งข้อความข้ามขอบฟ้า ผู้คนที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ห่างไกลของโลกสื่อสารในลักษณะเดียวกันตลอดเวลา “บริการเหล่านั้นเริ่มมีบทบาทแล้ว” Chan กล่าว และ “ประหยัดมาก”
เสาอากาศขนาดใหญ่บนยานลงจอดของลูกเรือซึ่งชี้ไปที่โลกน่าจะเป็นโครงสร้างพื้นฐานกลุ่มแรกๆ ที่นักสำรวจดาวอังคารจะสร้างขึ้น ชานกล่าว แต่แล้วสิ่งต่างๆ ก็อาจมีความท้าทายมากขึ้น เมื่อเสาอากาศภาคพื้นดินไม่มีแนวสายตาตรง นักบินอวกาศสามารถใช้รีเลย์วงโคจรที่คล้ายกับเครือข่ายรีเลย์ของดาวอังคารเพื่อสื่อสารกับโลก ยานอวกาศหลายลำจะต้องพร้อมสำหรับการครอบคลุมตลอด 24 ชั่วโมง และจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลจำนวนมาก
ขณะนี้ ESA กำลังมองหาการทำให้เครือข่ายรีเลย์ในปัจจุบันแข็งแกร่งยิ่งขึ้น ขณะนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพิจารณาแนวคิดที่เรียกว่าโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารและการนำทางของดาวอังคารหรือ MARCONI หากก้าวไปข้างหน้า โครงการนี้จะพัฒนาชุดข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการสื่อสารและการนำทาง ซึ่งสามารถบรรทุกกลับไปในภารกิจใดๆ ที่มุ่งหน้าสู่ดาวอังคารได้
เมื่อส่งขึ้นสู่วงโคจรแล้ว น้ำหนักบรรทุกเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นโหนดสำหรับการสื่อสารทางวิทยุบนและกับดาวอังคาร Parfitt อธิบาย พวกเขาสามารถติดอยู่เพื่อใช้ในภารกิจในอนาคตได้ “ยิ่งคุณลงจอดในอวกาศมากเท่าไรก็ยิ่งแพงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นคุณคงไม่ต้องการที่จะลงจอดระบบการสื่อสารขนาดใหญ่บนดาวอังคารทุกครั้งไป” เธอกล่าว
แม้ว่าความถี่วิทยุแบบเดิมจะเพียงพอสำหรับอัตราข้อมูลที่ต่ำ แต่การใช้ลิงก์แบบเลเซอร์สามารถส่งข้อมูลได้มากกว่า 10 ถึง 100 เท่าในช่วงเวลาเดียวกัน เนื่องจากความถี่ที่สูงกว่าของคลื่นแสง ซึ่งมากกว่าคลื่นวิทยุหลายแสนเท่า ข้อมูลจึงสามารถบรรจุเข้าไปได้มากขึ้น ดังนั้น สัญญาณแสงประเภทนี้จึงเป็นจุดที่การสื่อสารในอวกาศอาจกำลังมุ่งหน้าไป
การสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศ
ยานอวกาศ Psyche ซึ่งเปิดตัวเมื่อเดือนตุลาคมปีที่แล้ว จะทดสอบความเป็นไปได้ของการสื่อสารด้วยเลเซอร์ระยะไกล ขณะที่มันมุ่งหน้าไปยัง Psyche ซึ่งเป็นดาวเคราะห์น้อยที่อุดมด้วยโลหะที่มันจะสำรวจ ยานอวกาศลำนี้บรรทุกสิ่งของของ NASAการสื่อสารด้วยแสงห้วงอวกาศหรือ DSOC เทคโนโลยี
การใช้เลเซอร์เพื่อการสื่อสารในอวกาศไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่ไม่เคยได้รับการทดสอบจากระยะไกลกว่าดวงจันทร์ ในช่วงกลางเดือนพฤศจิกายน Psyche ส่งข้อมูลไปยังโลกจากระยะทาง 16 ล้านกิโลเมตร- ไกลกว่าดวงจันทร์ 40 เท่า ในเดือนธันวาคมนั่นเองส่งวิดีโอแมวชื่อเทเตอร์สจากระยะไกล 31 ล้านกิโลเมตร
ESA ยังสำรวจการสื่อสารด้วยแสงระยะไกลด้วย โปรแกรมหนึ่งชื่อ ScyLight ย่อมาจาก Secure and Laser Communication Technology และออกเสียงว่าสกายไลท์, เป็นสนับสนุนการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีออพติคอลและควอนตัมเพื่อการสื่อสารข้อมูลที่ปลอดภัยและรวดเร็วจากอวกาศ
แม้จะมีประโยชน์มากมาย แต่การสื่อสารด้วยแสงต้องใช้ความแม่นยำสูงเป็นพิเศษในการเล็งสัญญาณ ต่างจากการสื่อสารทางวิทยุตรงที่สัญญาณแสงจะถูกส่งไปในลำแสงแคบที่ต้องชี้ไปที่เครื่องรับอย่างแม่นยำ ยิ่งไปกว่านั้น เมฆปกคลุมและเอฟเฟกต์บรรยากาศยังรบกวนการทำงานของเลเซอร์อีกด้วย
การเปลี่ยนแปลงไปสู่การสื่อสารแบบออปติกจะหมายถึงการอัพเกรดเสาอากาศวิทยุที่มีอยู่บางส่วนที่รับฟังข้อความจากห้วงอวกาศที่เรียกว่าเครือข่ายห้วงอวกาศหรือโครงสร้างพื้นฐานใหม่
แม้ว่าจะอยู่ใกล้กว่าดาวอังคาร แต่ดวงจันทร์ก็มอบโอกาสในการเรียนรู้สำหรับการเชื่อมต่อในอนาคต เป็นส่วนหนึ่งของโครงการอาร์ทิมิสซึ่ง, NASA ได้ทำสัญญากับบริษัทเอกชนเพื่อจัดตั้งเครือข่าย Lunar 4G สำหรับโทรคมนาคม เครือข่ายดังกล่าวขึ้นอยู่กับคลื่นวิทยุและจะรวมถึงการติดตั้งเสาอากาศและสถานีฐานที่สามารถทนต่อภูมิประเทศที่รุนแรงของดวงจันทร์ได้
โปรแกรม ESA ที่เรียกว่า Moonlight เชิญชวนบริษัทอวกาศเอกชนให้จัดตั้งกลุ่มดาวดาวเทียมสื่อสารรอบดวงจันทร์ รวมถึงภูมิภาคที่ไม่สามารถมองเห็นโลกได้โดยตรง ระยะแรกของโครงการประกอบด้วยการเปิดตัวยานอวกาศ Lunar Pathfinder ซึ่งปัจจุบันมีการวางแผนไว้ในปี 2569
“ทุกสิ่งที่ทำเพื่อดวงจันทร์ มีเป้าหมายที่จะพามนุษย์และภารกิจไปยังดาวอังคาร” โทมัส นาวาร์โร ซึ่งประจำอยู่ในลอนดอนและเป็นวิศวกรโครงการในอนาคตของ ESA กล่าว
อินเทอร์เน็ตบนดาวอังคาร
นักสำรวจดาวอังคารเหล่านั้น ไม่ต้องพูดถึงผู้อยู่อาศัยในอนาคต ไม่ต้องสงสัยเลยว่าต้องการทำมากกว่าส่งข้อความกลับไปกลับมา พวกเขาต้องการการตั้งค่าที่คล้ายกับอินเทอร์เน็ตของ Earth ซึ่งเราใช้สำหรับทุกสิ่งตั้งแต่การแชร์รูปภาพไปจนถึงการเข้าถึงฐานข้อมูลขนาดใหญ่ ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2566 Tobias Pfandzelter และ David Bermbach จาก Technische Universität Berlin เสนอว่ากองดาวเทียมที่โคจรรอบดาวอังคารสามารถจัดหาดาวเคราะห์สีแดงได้อินเทอร์เน็ตย่อยของตัวเอง-
พวกเราส่วนใหญ่ในโลกนี้เข้าถึงอินเทอร์เน็ตผ่านโทรศัพท์ของเราโดยใช้การแผ่รังสีความถี่วิทยุบนเครือข่าย 4G หรือ 5G ไร้สายหรือผ่านเราเตอร์ Wi-Fi การเชื่อมต่อเหล่านี้เชื่อมโยงกันผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงทั่วโลก เครือข่ายดาวอังคารที่เสนอจะคล้ายกับ Starlink แทนดำเนินการโดยสเปซเอ็กซ์ บนโลก อินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์และโทรศัพท์มือถือผ่านดาวเทียมมีราคาแพง แต่บนดาวอังคาร ระบบดังกล่าวอาจมีราคาถูกกว่าและสร้างได้ง่ายกว่าเครือข่ายที่กว้างขวางและแข็งแกร่งภาคพื้นดิน
Pfandzelter และ Bermbach ต่างเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการประมวลผลแบบคลาวด์ ซึ่งให้บริการการประมวลผลผ่านอินเทอร์เน็ต สำหรับอินเทอร์เน็ตบนดาวอังคารที่นำเสนอ พวกเขาคาดการณ์แนวคิดจากการประมวลผลแบบเอดจ์ ซึ่งข้อมูลจะได้รับการประมวลผลใกล้กับที่ที่รวบรวมไว้
Michael Clegg ผู้จัดการทั่วไปของบริษัทเทคโนโลยี Supermicro ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองซานโฮเซ่ รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้อธิบายเกี่ยวกับ Edge Computingโดยใช้ความคล้ายคลึงของร้านพิซซ่าชื่อดัง“ซึ่งเปิดสาขาเล็กๆ ในละแวกใกล้เคียงมากขึ้น เนื่องจากพายที่อบที่สาขาหลักจะเย็นลงเมื่อไปถึงลูกค้าที่อยู่ห่างไกล” โดยทั่วไป Edge Computing อาศัยสถานีฐานภาคพื้นดินเพื่อจัดเก็บและถ่ายทอดข้อมูล แต่ดาวเทียมวงโคจรต่ำของโลกกำลังถูกมองว่าเป็นทางเลือก
Pfandzelter และ Bermbach สรุปว่ากลุ่มดาวบริวารวงโคจรต่ำ 81 ดวงรอบดาวอังคารจะดีเพียงพอสำหรับการครอบคลุมทั่วโลก พวกเขาจะจัดให้มีระบบการสื่อสารในท้องถิ่นที่จะเป็นส่วนเสริมของอินเทอร์เน็ตของโลก
พิจารณานักบินอวกาศบนดาวอังคารที่พยายามติดตามรายการ Netflix “หากคุณจะสตรีมจาก Earth คุณจะต้องรอ 10, 15 หรือ 40 นาทีก่อน” Pfandzelter กล่าว และนั่นเป็นเพียงการเชื่อมต่อ มันจะเป็นเรื่องหยุดแล้วเริ่มที่น่าหงุดหงิด และหากนักบินอวกาศอีกคนบนดาวอังคารต้องการชมภาพยนตร์เรื่องเดียวกัน พวกเขาจะต้องผ่านกระบวนการเดิมซ้ำอีกครั้ง
แต่ระบบจัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์บนดาวอังคารอาจทำให้เข้าถึงภาพยนตร์ได้ง่าย “คุณสามารถมีประสบการณ์แบบเดียวกับที่คุณมีบนโลกได้ เพราะข้อมูลทั้งหมดของคุณจะถูกคัดลอกในเครื่อง” เขากล่าว ในขณะเดียวกัน การอัปโหลดและดาวน์โหลดอื่นๆ ไปยังและจาก Earth เช่น ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ อาจดำเนินการต่อในเบื้องหลัง
การนำดาวเทียมอินเทอร์เน็ตขึ้นสู่วงโคจรรอบดาวอังคารก็จะประหยัดเช่นกัน เนื่องจากไม่ต้องการโครงสร้างพื้นฐานลงจอดบนพื้นผิว อุปกรณ์ลงจอดสามารถเป็นงบประมาณก้อนใหญ่ของภารกิจได้ “การส่งดาวเทียมเครือข่ายจำนวนหนึ่งไปยังดาวอังคารและเก็บไว้ในวงโคจรคงจะถูกกว่ามาก” พฟานด์เซลเตอร์กล่าว
คล้ายกับแนวคิด MARCONI ในเวอร์ชันขยายขนาด (และสามารถใช้คลื่นวิทยุหรือแสงได้ ขึ้นอยู่กับสถานะของเทคโนโลยีเหล่านั้น)
แม้ว่าการมาถึงดาวอังคารจะต้องใช้เวลาหลายสิบปี Parfitt กล่าวว่ายังไม่เร็วเกินไปที่จะเริ่มวางแผน วิดีโอแชทสดระหว่างดาวเคราะห์อยู่นอกขอบเขตของความเป็นไปได้ทางวิทยาศาสตร์ เว้นแต่จะมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในกฎฟิสิกส์ ข้อความจะไม่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสง “มันไม่ใช่ปัญหาที่จะแก้ไข มันเป็นเพียงปัญหา”
แต่สามารถเอาชนะข้อจำกัดอื่นๆ ได้ การจัดการกับความท้าทายเหล่านั้นอาจไม่เพียงแต่เป็นประโยชน์ต่อนักบินอวกาศในอนาคตบนดาวอังคาร แต่ยังอาจช่วยให้พวกเขาไปถึงจุดนั้นเร็วขึ้นอีกด้วย
“เมื่อคุณใส่โครงสร้างพื้นฐานแบบนั้น” Parfitt กล่าว “คุณจะเห็นว่ามีการนำเสนอภารกิจอีกมากมาย”
