LunaNet – komunikační architektura programu Artemis

V rámci programu Artemis chce NASA dosáhnout dlouhodobé lidské přítomnosti na Měsíci, což otevře lunární povrch mnohem většímu výzkumu než doposud. Tato rostoucí aktivita bude vyžadovat nové a také robustnější komunikační, navigační a síťové schopnosti. Experti NASA zapojení do programu SCaN ( Space Communications and Navigation) proto vyvinuli architekturu LunaNet, která má splnit tyto požadavky. LunaNet využije inovativní síťové techniky, standardy a rozšiřitelný framework pro rychlé rozšíření síťových možností na Měsíci. To umožní průmyslovým firmám, akademickým institucím a mezinárodním partnerům budovat a provozovat uzly sítě LunaNet společně s NASA. Tyto uzly budou nabízet misím čtyři různé služby: síťové, navigační, detekční a informační a konečně i radiooptické vědecké služby.

Grafika komunikačního konceptu architektury LunaNet.

Grafika komunikačního konceptu architektury LunaNet.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Síťové služby

Typicky, když nějaká mise vyrazí do kosmického prostoru, je její komunikace závislá na předem naplánovaných spojeních buďto přes retranslační družice nebo pozemní antény. Když se ale k Měsíci vydá několik misí, mohla by závislost na předem naplánovaných spojeních omezit možnosti a efektivitu komunikace. LunaNet proto nabízí spíše síťový přístup podobný pozemskému internetu, kde uživatelé udržují spojení s větší sítí a nepotřebují dopředu plánovat přenosy dat. Jádrem síťového frameworku architektury LunaNet je DTN (Delay/Disruption Tolerant Networking), který má zajistit, že data budou proudit nerušeně po celé síti a dostanou se na místo určení navzdory potenciálním rušením signálu. V případě narušené komunikace mezi dvěma uzly LunaNetu, se DTN postará o to, aby si uzly ukládaly data do své paměti, dokud se komunikační spojení neobnoví.

Navigační služby

Pro lunární navigaci má LunaNet nabídnout provozní nezávislost na pozemském zpracování dat při zachování vysoké přesnosti. Tato architektura poskytne misím přístup ke klíčovým měřením, která palubní systém potřebuje k určení oběžné dráhy, činnosti řídícího systému nebo pro pohyb po povrchu. Mise využívající navigační služby architektury LunaNet mohou získat vše, co potřebují k autonomní navigaci po Měsíci, ať už budou na oběžné dráze či na povrchu. „LunaNet poskytne nové paradigma pro navigaci, která bude nezávislá na Zemi. Zajistí také, že pilotované i robotické mise budou moci rychle a přesně určit svou polohu a předat ji svým plánovacím systémům,“ popisuje Cheryl Gramling, zástupkyně vedoucího technologa v Oddělení inženýrství misí a systémové analýzy.

Koncepční grafika LunaSAR.

Koncepční grafika LunaSAR.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Detekční a informační služby

Tyto služby architektury LunaNet poskytnou uživatelům varování a kriticky důležité informace. Tyto a podobné schopnosti výrazně rozšíří povědomí o stavu astronautů, roverů a dalšího vybavení na Měsíci. LunaNet má například využívat data z přístrojů sledujících kosmické počasí. Tyto přístroje mohou zaznamenat nebezpečnou sluneční aktivitu a přímo varovat uživatele místo toho, aby se čekalo na rozhodnutí manažerů na Zemi. Tato varování budou podobná těm, která dostávají lidé na zemi a varují je před nebezpečným počasím. Detekční a informační služby systému LunaNet budou také obnášet možnost hledání a záchrany (LunaSAR). V tomto případě se využijí zkušenosti expertů z divize hledání a záchrany pod hlavičkou NASA, kteří již dlouho vyvíjí technologie pro pozemské hledání a záchranu. „Bezpečnost a dobré životní podmínky astronautů jsou klíčovým zájmem misí Artemis,“ říká Cody Kelly vedoucí divize pátrání a záchranu pro národní záležitosti a dodává: „Využitím navigačních služeb systému LunaNet bude LunaSAR v případě problémů poskytovat údaje o poloze nouzovým vysílačům.

Vědecké služby

Síť LunaNet má poskytnout výzkumným pracovníkům možnost provádět měření a přenášet data pomocí rádiových a infračervených optických komunikačních spojů. Výsledná síť uzlů by mohla poskytnout příležitosti pro základní pozorování Měsíce, ale i pravidelná měření, která zajistí komplexní sledování změn tamního prostředí v průběhu času. Umístění uzlů navíc umožní regionální nebo globální pozorování. To výzkumníkům poskytne přístup k datům o Měsíci ve velkém prostorovém měřítku. Antény sítě LunaNet ale také mohou využity dalšími způsoby – třeba mohou pomoci radioastronomům. Antény by v takovém případě nahlédly hluboko do vesmíru a zachytávaly rádiové signály ze vzdálených objektů. Tyto možnosti poskytnou vědcům novou platformu pro ověřování nových kosmických teorií o vesmíru a posunou vědecké poznání.

V minulém měsíci experti zapojení do projektu LunaNet zveřejnili návrh specifikací interoperability. Má jít o první krok k technické diskusi mezi průmyslovými partnery a vládními experty z celého světa. Cílem je nastavit standardy, které umožní vybudovat otevřenou, vyvíjející se a spolupracující architekturu pro komunikaci a navigaci. „Program Artemis je založen na spolupráci akademické obce, komerčních leteckých společností a mezinárodní komunity. U sítě LunaNet tomu nebude jinak,“ říká Jaime Esper, který se podílel na vývoji návrhu specifikací interoperability a dodává: „Doufáme, že se nám podaří definovat robustní architekturu, která dokáže uspokojit potřeby a přání co nejširšího balíku uživatelských misí i poskytovatelů služeb.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/lunanet.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/lunanet_dtn_graphic_100521.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/lunasarconcept4_qpmr_0621.png

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

9 komentářů ke článku “LunaNet – komunikační architektura programu Artemis”

  1. marekproc napsal:

    Myslim ze na jednu stranu se s DTN pro Gateway vzdycky pocitalo, protoze to je vhodny use case. Pokud by to nefungovalo tam, tak potom kde? Na stranu druhou je to porad tak trochu TBD (napriklad pro TM storage se velmi detailne pocita s CFDP downlink ale s DTN „if available“). Celkove myslim je to dobra myslenka na ktere v CCSDS pracuje nekolik dobrych lidi.

    • Homer napsal:

      Tak veľa skratiek v tak krátkom texte som už dlho nevidel. 🙂

      • jirik napsal:

        DTN mi vždy připadala jako cvičení nějakého teoretika a netušil jsem, že by to mohl někdo reálně zkusit nasadit. Zdálo se mi, že až to bude potřeba, přijdou lidé s něčím praktičtějším. Je to vlastně overlay síť, která je naprosto ortohonální k internetu a musíte pro ni vyvinout vlastní aplikace (takže zapomeňte na e-mail, web, atd), nebo byste aspoň museli přijít s nějakým způsobem, jak obyčejné protokoly nějak tím DTN protunelovat. V tom právě vidím tu výzvu, jak rozšířit e-mail, WWW atd. někam, kde je buď dlouhá odezva (to ale není případ Měsíce) nebo není stálá konektivita (to by mohl být případ, protože Gateway se bude schovávat za Měsíc, konjunkce se Sluncem atd.). Ale když jsem to posledně zkoumal, tak se mi nezdálo, že by to měli tak daleko dotažené. Pokud se pletu, tak mne opravte.

        • marekproc napsal:

          Co se tyka toho DTN. Myslim, ze chapu, co se vam nezda. Ja se na to divam trosku z jineho uhlu. Divam se na to tak, ze pro robotickou sondu anebo i treba Gateway je mnohem dulezitejsi posilat zpet na Zemi dulezita data o tom, co se deje – health state telemetry, events, pripadne i data z mericich pristroju (payload data).

          Misto toho, aby porad nekdo musel ad hoc resit, kterou relay pouzit a kdy, planovat to casove podle priority, urgency, orbitu a objemu dat atd., tak mi prijde jendodussi na to vytvorit protokol, ktery se postara o to preposilani a jehoz soucasti je konfigurace vsech techto veci.

          Jako cloveka zodpovedneho za fungovani letoveho software me vubec nenapadlo se zajimat o email anebo WWW. To je pro me jako infotainment v letadle – je to fajn, kdyz to funguje, ale zivoty na tom nevisi. Ale chapu, ze i to je dulezite. Jsou to proste nejake soubory a ty musi byt podle sve priority preneseny pres vsechny to relays. Neco jineho je treba online audio/video pri EVA atd. (tim chci rict, ze ne kazde video ma prioritu na urovni infotainmentu).

          Ale jinak na Gateway me zajima hlavne to, ze kdyz je neresitelny problem pro autonomni system rizeni Gateway (VSM – Vehicle System Manager), tak se musi vsechna relevantni data poslat na Zemi a tam se musi rozhodnout, co se ma delat. Nominalni ground contact je v soucasne dobe pouze 8 hodin za tyden (coz se dle meho zcela urcite zmeni smerem k vyssim cislum) a pozadavek na autonomii v pripade problemu s kontaktem se Zemi je 21 dnu. Tech 8 hodin by se mohlo rozsirit prave pomoci relay satelitu kolem Mesice nebo kolem Zeme. Ten use case o kterem jsem mluvil si spis predstavte z HLS pres Gateway na Zemi anebo z evropske EL3 (European Large Lunar Lander) pres Gateway anebo LunaNet na Zemi. Nakonfigurejete to, definujete svoje datove „balicky“ (bundles), poslete je, a ono by to melo transparentne fungovat. Nemyslim se, ze je to jenom teorie.

      • marekproc napsal:

        Omlouvam se. CFDP je rekneme neco jako space-to-ground verze FTP (to asi znate). Proste protokol na prenos souboru (CCSDS File Delivery Protocol). CCSDS je organizace, ktera sdruzuje narodni kosmicke agentury za ucelem specifikace standardu pro „interoperability“. Kdyz dam priklad, to ze ESA druzice kolem Marsu nemaji problem preposilat data, ktera posilaji na Zemi NASA rovery, anebo to, ze NASA muze pouzivat ESA pozemni anteny a naopak, ja diky tomu, ze existuje velke mnostvi komunikacnich standardu, ktere vetsina narodnich kosmickych agentur podporuje. CCSDS = Consultative Committee for Space Data Systems. Abych rekl pravdu, je to pekelna prace shodnout se na nekterych standardech, ale ve vysledku se bez takovych standardu nemuzeme obejit. TM = telemetry. TBD = to be done 😉

  2. Homer napsal:

    Keďže ambície Číny sú podobné, dokážu sa obe strany dohodnúť na identickej komunikačnej platforme? Alebo si pôjde každý svojou cestou?

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.