Космическая связь: от азбуки Морзе до стримов с орбиты
Первые радиосигналы из космоса были скромными – советский «Спутник-1» в 1957 году «пиликал» на частотах ~20 и 40 МГц. Это был передатчик мощностью ~1 Вт (для сравнения, у роутера в вашей квартире - раз в десять меньше, только где роутер и где орбита... Тем не менее - зашумленность была невысокой в то время, и этого одного ватта хватало, чтобы уверенно принимать сигнал с Земли).
Форматы: голос, изображения, видео
Голос: на ранних кораблях (Меркурий, Восток, Союз) разговоры шли по аналоговым FM/AM-каналам на УКВ (~136–146 МГц) или S-диапазоне (~2,2–2,3 ГГц). Например, радиолюбители ловят космический эфир на 145.800 МГц – именно там МКС часто ведёт переговоры и передаёт картинки SSTV (Slow-Scan TV). Сегодня голос оцифровывается и внутри станции идёт по локальной сети Wi-Fi/Ethernet (VoIP), но по «воздуху» всё ещё FM/PSK с полосой звука ~2–3 кГц.
Изображения: первые кадры Земли хранились на плёнке – их возвращали капсулами. С появлением SSTV космонавты начали передавать снимки посредством радиоканала. На МКС это медленное телевидение в формате PD-120 (256 тонов серого). Теперь же обычный снимок просто отправляют цифровым файлом JPEG через спутниковую связь – куда удобнее.
Видео: первые телетрансляции из космоса были чёрно-белыми и низкого разрешения: ~320 строк, ~10 кадров/с. Позже на шаттле и «Мире» включили цвет (NTSC/PAL), а теперь на станции стоят HD-камеры. Например, на борту модуля «Columbus» установлены 4K-камеры SpaceTV-1 для круглосуточной съёмки Земли. Станция «стримит» видео: через спутники TDRS (S/Ku/Ka) идут научные трансляции и конференции практически в реальном времени.
Связь с космонавтами и интернет на МКС
Связь от старта ракеты, стыковок и внутри МКС идёт через космические ретрансляторы (американцы – TDRS, россияне – «Луч»). В штатном режиме экипаж общается через наземные центры (NASA Houston, российский ЦУП). Но есть и «хобби»: на станции стоят радиостанции Kenwood, и в свободное время космонавты говорят с радиолюбителями на Земле (частота та же 145.800 МГц – они ведь тоже люди).
Для землян существует прокладка через TDRSS: сигнал МКС (S-диапазон ≈2.3 ГГц) идёт на американские ретрансляторы, а оттуда – на наземные станции. По сети Space Network передаются научные данные, телеметрия и HD-видео. NASA довела скорость связи с МКС до 600 Мбит/с – быстрее домашнего оптоволокна. Раньше Россия пользовалась только наземными станциями, но после установки модуля «Луч» связь стала почти круглосуточной.
Интернет на станции – реальность. С 2010 года астронавты имеют выход в сеть (первый твит из космоса сделал @Astro_TJ). Конечно, трафик проверяется и фильтруется, но проверять почту, смотреть ролики и листаться в соцсетях можно. Wi-Fi покрывает все модули: в 2019 году астронавты впервые передали по Wi-Fi видео со скафандра (802.11n на скорости ~1 Мбит/с).
Советский/российский vs международный подход
Американский и российский сегменты развивались независимо, но сейчас тесно связаны. NASA развернуло глобальную Space Network – с 1983 г. несколько геостационарных TDRS обеспечивают почти 100%-е покрытие ISS. Они работают в S-, Ku- и Ka-диапазонах и пропускают сотни мегабит в секунду (HD-видео, большие файлы). Наземные станции стоят по всему миру (от Австралии до Испании) для круглосуточного контакта.
На модуле «Коламбус» стоит европейское оборудование передачи данных, и сама ESA разрабатывает лазерный релейный комплекс EDRS для высокоскоростной связи. Российская система сначала полагалась на наземные станции СССР, а с 2011 г. действует «Луч»: три геостационарных спутника в S/Ku-диапазонах (2,1–2,3 и 11/15 ГГц). После установки приёмника «Луч» на МКС российский сегмент получил круглосуточную широкополосную связь.
Военные системы связи
Военные используют свои сети: у России – «Родник»/«Стрела-3М» (системы «Гонец-М»), «Молния», «Радуга»; у США – DSCS, Milstar, AEHF, WGS и др. (деталей не касаемся).
Технические стандарты:
NASA: S-диапазон (2,2–2,3 ГГц) и Ka-диапазон (26–27 ГГц).
Россия: S-диапазон (2,1–2,3 ГГц) и Ku-диапазон (11/15 ГГц).
Модуляция голоса: FM/PSK, полоса ~2–3 кГц.
Форматы изображений: SSTV (PD-120) и цифровые JPEG.
Протоколы передачи: TCP/IP, SpaceWire/Ethernet.
В итоге связь с космосом прошла путь от морзянки до почти домашнего Wi-Fi на орбите. Технологии летят вперёд (на очереди – лазерные каналы), а космонавты всё ближе к остальному миру по оперативности связи и ее удобству.
Источники: NASA, Роскосмос, ESA и другие публикации.
Ваши идеи и мысли в комментариях помогают ощущать, что темой космических полетов интересуется много людей. И это мотивирует продолжать разработку нашей игры про освоение Марса, формируя активное коммьюнити!