Мы привыкли общаться когда угодно и с кем угодно, независимо от разделяющего нас расстояния. Современный мир — это мир почти полной доступности информации: кажется, для нас не осталось преград и границ в общении. Но ещё совсем недавно человечество делало первые робкие попытки выйти на связь не просто за пределы своего города или страны, а далеко за пределы нашей планеты.
От простых сигналов первого советского спутника до грандиозного проекта межпланетного интернета прошло чуть больше полувека — но насколько далеко шагнули наши амбиции и технологии!
Меня зовут Иннокентий Солнцев. Вы слушаете подкаст
«До нас дошло», и этот выпуск посвящен невероятной истории того, как человек вышел за рамки земной коммуникации и впервые попытался заговорить с космосом. Устраивайтесь комфортнее и держите ваши воображаемые антенны наготове — мы начинаем.
4 октября 1957 года. Советская ракета-носитель Р-7 выводит на земную орбиту небольшой металлический шар весом всего 83 килограмма.
«Спутник-1», первый искусственный спутник Земли, мог лишь отправлять простейшие сигналы «бип-бип». Но даже этого хватило, чтобы потрясти мир: впервые человечество услышало свой голос из космоса.
Спустя четыре года произошёл новый качественный скачок: 12 апреля 1961 Юрий Гагарин отправился в космос на корабле «Восток». И на земной вопрос о самочувствии он эфиром ответил ставшим культовым: «Настроение нормальное, самочувствие хорошее».
Гагарин подробно общался с Землёй на протяжении всего полёта. А во время посадки краткое прерывание связи стало для всех на Земле настоящим испытанием нервов — пока голос Гагарина снова не прозвучал в эфире, подтвердив, что всё в порядке.
С этого момента радиопереговоры космонавтов стали не только рабочей связью, но и личной, неформальной перепиской с Землёй. Например, летом 1962 года космонавты Николаев и Попович решили исполнить из космоса песню «Четырнадцать минут до старта». Для Центра управления полетами это стало сюрпризом, однако именно благодаря таким моментам стало ясно: человек не просто выживает в космосе — он там полноценно живёт и общается.
И, наконец, едва началась космическая связь, началась и охота за секретами друг друга. Советские специалисты чрезвычайно опасались, что зарубежные разведки перехватят и декодируют их космические радиопереговоры. Именно поэтому многие каналы связи были зашифрованы, а сами переговоры велись специальными кодовыми фразами. Тем не менее, западные радиолюбители часто перехватывали сигналы с советских кораблей, а иногда даже ловили на удивление личные фразы о супе, туалете или настроении членов экипажа.
Эпоха космической связи была открыта — и человечество уже никогда не стало прежним.Сегодня мы совершенно спокойно смотрим на фотографии пыльной поверхности Марса или каменные пейзажи Луны, и нам кажется это уже чем-то привычным. Но представьте удивление и восторг тех, кто видел эти изображения впервые — когда они поступали на Землю крошечными кусочками и крайне медленно складывались во что-то осмысленное. И насколько велик был вызов — вообще наладить такую связь со столь огромных расстояний.
Первый невероятный опыт съёмки другого небесного тела случился в октябре 1959 года. Советская станция «Луна-3» впервые сфотографировала обратную сторону Луны, невидимую с Земли. Само по себе это уже казалось фантастикой, но любопытным оказался и технический аспект получения таких изображений.
«Луна-3» была устроена так, что сначала снимала поверхность Луны на фотоплёнку, затем проявляла её прямо на борту (!), сканировала изображение примитивным телевизионным передатчиком и только потом уже отправляла снимки на Землю по радио. Станция использовала совершенно секретную по тем временам и довольно сложную аппаратуру под названием «Енисей». Из-за ухудшения сигнала и сложностей передачи картинки получались нечёткими и зернистыми — но это были первые фотоснимки обратной стороны Луны за всю историю человечества.
Советская промышленность столкнулась с неразрешимой проблемой: отечественные фотоматериалы того времени никак не подходили для космических условий. И тут, по воспоминаниям одного из инженеров системы «Енисей» Петра Брацлавца, произошла удивительная история. Вместо советской фотоплёнки инженерам пришлось использовать американскую высококачественную плёнку Kodak — правда, добытую совершенно необычным способом: её срезали с трофейных аэростатов-разведчиков США, которые регулярно запускались западными спецслужбами на территорию Советского Союза и были сбиты советскими военными. Шарики — американские, а плёнка получила шуточное обозначение «АШ-1» («американские шарики №1»), демонстрируя весьма своеобразный подход к импортозамещению в эпоху Холодной войны.
Следующим значимым событием стало получение первых снимков Марса земным аппаратом. Помните фильм “Карнавальная ночь”? «Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, это науке неизвестно». Так вот, в 56 году, когда снимали этот фильм, это был вопрос не совсем шуточный. Ответ на него пыталась получить американская автоматическая станция «Маринер-4» в 1965 году, которая пролетела мимо Красной планеты и отправила на Землю первые в истории снимки её поверхности. Скорость передачи данных была настолько низкой, что первые фото передавались по пикселям и занимали часы. К сожалению, вместо фантастических каналов и разумной жизни на них удалось рассмотреть лишь пустынные кратеры и безжизненный марсианский ландшафт. Возможно, причиной было то, что станция пролетела в десяти тысячах километров от Марса, и слишком мелкие детали она просто не смогла разглядеть.
А непосредственно с поверхности другой планеты первое изображение удалось отправить на Землю советскому аппарату «Венера-9» в 1975 году. Венера встретила аппараты по-настоящему сурово: чудовищное давление, облака из серной кислоты, температура почти 500 градусов Цельсия, что неплохо для приготовления пиццы, но полностью несовместимо с жизнью нормальной электроники. Аппараты регулярно ломались после пары часов работы, а «Венера-9» смогла функционировать чуть больше 50 минут. Несмотря на это, станция всё-таки успела передать на Землю первое чёткое изображение поверхности Венеры — засняв чёрно-белый пейзаж, усеянный разбросанными камнями, и навсегда изменив представление человека о соседних мирах.
Связь с аппаратами стала для человечества «глазами», позволяющими впервые заглянуть дальше земного горизонта. Но вслед за машинами в космос отправились голоса живых людей — и с этого момента связь с космосом стала уже чем-то большим, чем просто техническим достижением. Она обрела человеческое измерение, наполнилась смыслом, эмоциями, юмором и даже драмой.
Пожалуй, одним из наиболее узнаваемых и важных моментов истории связи человечества с космосом стала прямая трансляция миссии Аполлон-11, когда 20 июля 1969 года командир корабля Нил Армстронг стал первым человеком на Луне. Тогда из лунного модуля прозвучали ставшие почти легендарными слова:
«Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества».
Эту фразу услышали телезрители и радиослушатели по всему миру. В наши дни мы знаем, что оригинальное изображение с поверхности Луны было крайне низкого качества, не совсем как у современного HD-видео, и временами было трудно даже понять, что ты видишь на экране: первую ступеньку лестницы модуля или песок лунной поверхности. Но эмоции от этого события полностью заслоняли собой любые технические огрехи и шумы эфира.
Меньше чем через год — другая, не менее знаменитая и драматичная фраза, прозвучавшая в радиоэфире 13 апреля 1970 года. «Хьюстон, у нас проблема» — доложил Джек Суайгерт, пилот злополучного «Аполлона-13», который находился на полпути к Луне. Эта фраза облетела планету настолько быстро, что вскоре стала устойчивым выражением, используемым при любом техническом инциденте или неудаче, хотя астронавты имели в виду действительно серьезную катастрофу на корабле — мощный взрыв кислородного бака, потерю почти всего основного электропитания и нарушения управления, из-за которых им грозила гибель от недостатка кислорода, холода и невозможности вернуться домой — благодаря хладнокровию экипажа, гениальной работе наземных команд и надежной радиосвязи корабль удалось вернуть на Землю, и астронавты благополучно выжили. Связь с Землёй стала решающим фактором спасения трёх астронавтов в бескрайнем холоде и темноте космоса. Если не слышали про историю этого полета - поищите ее в Википедии, или посмотрите весьма достоверно снятый фильм “Аполлон-13”, он входит в число лучших фильмов человечества по версии американского института кино и национального совета кинокритиков США.
На самом деле, астронавты далеко не всегда отправляли на Землю драматичные, официальные или героические сообщения. Иногда эфир наполнялся философскими или даже поэтичными трансляциями, которые давали землянам возможность взглянуть на себя со стороны — глазами человека, находящегося далеко от дома.
Так получилось, например, во время рождественской трансляции экипажа «Аполлон-8». В декабре 1968 года этот космический корабль впервые в истории облетел Луну, став первым пилотируемым аппаратом на орбите другого небесного тела. Видя за окном маленькую, отдаленную голубую планету Земля, астронавты решили прочитать в прямом эфире первые строки из Библии, посвященные созданию мира и Света. Этот неожиданный жест вызвал огромный отклик по всему миру, потому что позволил человечеству очень отчетливо почувствовать масштаб и единство всей нашей цивилизации.
Но возможность видеть Землю из космоса люди получили не за один день — ей предшествовала долгая серия технических прорывов. Да, в космический эфир первыми вышли живые голоса людей, а затем и их образы. Но очень скоро коммуникация шагнула дальше: человек научился использовать радио и телевидение, чтобы управлять аппаратами на больших расстояниях, далеко за пределами Земли.
Так, например, появились легендарные советские луноходы — аппараты полностью автоматические, но управляемые операторами с Земли через систему видеокамер и радиосвязь. На первый взгляд, это действительно напоминает управление радиоуправляемой машинкой, только с небольшими поправками на скорость сигнала: радиоволны идут от Луны до Земли чуть больше секунды, и ещё столько же обратно. В таких условиях инженерам приходилось двигаться аккуратно и неторопливо, заранее продумывая каждый манёвр. Но даже эта небольшая задержка уже заставляла задумываться: а как быть с аппаратами, находящимися гораздо дальше? Как управлять ими, если сигнал будет идти не секунду, а десятки минут, часы или даже сутки?
Так в космосе появились орбитальные спутники-ретрансляторы.
Началось всё в 1962 году, когда американский спутник Telstar провёл первые прямые трансляции телевидения между Америкой и Европой. Миллионы зрителей впервые увидели прямое включение президента Кеннеди через спутник.
Советский Союз ответил системой «Орбита», а затем и более совершенными спутниками «Молния». Они позволяли смотреть Центральное телевидение даже в самых дальних районах — например, Сибири и на Дальнем Востоке, вытянув «окно в мир» в ранее труднодоступные регионы.
Следующий шаг — создание орбитальных навигационных систем, таких как американская GPS и советская ГЛОНАСС. Сегодня эти спутники незаметно управляют нашей жизнью: не только ведут нас до нужной точки в автомобиле или телефоне, но и обеспечивают работу авиации, судоходства и финансовых систем.
Однако не все проекты были успешны сразу. Яркий пример — спутниковая система Iridium, разработанная в 80-е годы. Несмотря на новаторскую идею покрытия всей планеты стабильной связью, её первоначальная версия закончилась банкротством. И лишь через годы коммерческая модель и технология претерпели доработки — сегодня Iridium успешно обеспечивает связь в самых удалённых уголках планеты.
Орбитальные ретрансляторы сделали планету меньше и ближе, и стали важным промежуточным шагом в решении задачи задачу: как быть, если собеседника отделяют миллионы километров—когда сигнал задерживается не на секунды, а на минуты и часы?
Если задержку сигнала к Луне и обратно люди, хоть и с трудом, но научились компенсировать планированием заранее, то с другими планетами привычные интернет-технологии использовать оказалось невозможно. Ни один из распространённых земных онлайн-протоколов связи не способен терпеть задержку даже в несколько секунд, не говоря уже о минутах и часах. При этом задержка сигнала от Земли до того же Марса составляет от пяти до двадцати минут, в зависимости от взаимного расположения планет. Для привычных земных технологий, предполагающих минимальную задержку это огромная проблема: диалог с задержкой в полчаса теряет всякий смысл.
С этой задачей не справлялись привычные земные технологии, которые предполагали минимальную задержку. В NASA предложили принципиально новый подход — один из отцов земного интернета Винтон Серф (мы про него уже рассказывали) разработал концепцию межпланетной сети — InterPlanetary Network (IPN). Основой стал специальный протокол DTN (Delay- and Disruption-Tolerant Networking), «связь, устойчивая к задержкам и сбоям». DTN не рассчитывает на мгновенный ответ, а хранит и последовательно пересылает пакеты данных в различных промежуточных узлах, ожидая восстановления связи и снижая риски потерь. Протокол успешно протестировали на Международной космической станции и уже применяют в марсианских миссиях. Фактически, у нас уже есть работоспособная версия межпланетного интернета.
Марс стал главным полигоном для коммуникаций нового типа. Первый марсоход, миниатюрный Sojourner, в 1997 году отправлял данные на Землю почти в онлайн-режиме через станцию Mars Pathfinder. Последующие аппараты Spirit и Opportunity, а затем большие Curiosity и Perseverance столкнулись с большим вызовом: при удалении Марса от Земли более чем на 10-20 минут задержки делают операционную связь невозможной. Учёные решают это так: каждое утро марсоходы получают готовый дневной «план заданий» с точными маршрутами, фотосъемкой и экспериментами. Аппарат действует автономно, а на случай проблем предусмотрен режим ожидания дальнейших указаний.
Сегодня обмен данными осуществляется через сеть орбитальных ретрансляторов Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter. Операторы на Земле принимают, анализируют и отправляют данные круглосуточно, каждый раз волнуясь и ожидая отчёты марсоходов. В будущем операторы земных баз на Луне и Марсе скорее всего будут шутить, что их межпланетный интернет медленно «грузится» — не вполне осознавая, как удивительна сама возможность такой связи.
Кстати, для межпланетного интернета приходится придумывать и новую среду передачи. Радиоволны отлично справляются с передачей данных на Земле и рядом с ней, но происходит это за счет роста размера антенн: они сейчас уже размером с футбольные поля, рост данных бесконечно продолжаться не может. Поэтому сегодня активно развиваются лазерные технологии связи. Лазер, по сравнению с радиоволнами, практически не рассеивается и способен передавать гигабиты информации за секунды с существенно меньшими энергетическими затратами.
В 2013 году NASA провело на Луне успешные испытания технологии лазерной связи (LLCD), передав данные на Землю на скорости около 600 мегабит в секунду. Продолжением этого эксперимента стал недавний проект Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), который уже подтвердил многогигабитную связь между Землёй и геостационарной орбитой. Конечно, лазерная технология требует чрезвычайной точности наведения и страдает в присутствии атмосферы, однако будущее за ней однозначно. Уже в обозримом будущем лазеры позволят нам на больших расстояниях передавать огромные массивы информации — от научных данных до высококачественного видео.
Однако общение даже внутри Солнечной системы — ничто по сравнению с расстоянием до ближайших звёзд, измеряемом световыми годами. Тем не менее, человечество уже неоднократно отправляло послания в бесконечность. Например, знаменитые золотые пластинки «Вояджеров» 1977 года, где для потенциальных адресатов записаны музыка, приветствия на языках Земли и изображение нашей планеты. Другой пример — радиопослание телескопа Аресибо 1974 года, отправленное в скопление M13, ответ на которое, при самом благоприятном стечении обстоятельств, мы получим примерно через 50 тысяч лет.
Сегодня учёные и инженеры обсуждают и другие амбициозные планы связи с ближайшими звёздами — например, в рамках проекта Breakthrough Starshot. Его участники планируют отправить зонды весом в несколько граммов на огромных световых парусах, которые будут разгоняться мощными лазерными установками с Земли. Благодаря такой технологии планируется за пару десятилетий достичь окрестностей ближайшей к нам звезды Проксима Центавра, где потенциально обнаружена экзопланета, пригодная для жизни. Эти крохотные разведчики-«парусники» могут отправить обратно на Землю изображения, научные данные и сведения о новых мирах. Если проект сработает, то у нас появится реальная возможность впервые в истории получить прямую обратную связь с объектами за пределами Солнечной системы. Хотя, конечно, ждать ответа всё равно придётся 4 года.
Конечно, подобные проекты пока выглядят больше мечтой, чем реальной инженерной задачей. Но ведь когда-то и сама идея спутниковой, а затем межпланетной связи казалась фантастикой или невозможной.
Мы прошли путь от первых «бипов» спутника и гагаринского “Поехали” до межпланетного и даже межзвёздного интернета. Сейчас человечество осваивает технологии, позволяющие общаться с другими мирами и возможно, когда-нибудь — с другими звёздами. Что будет дальше? Нам остаётся лишь подождать, пока до нас дойдёт.
0
1399
0
0
1399
0
0 коментариев