Будет ли работать телефон в космосе

Космос до сих пор остаётся для нас чем-то загадочным. Мы представляем себе недалёкое будущее, наполненное виртуальной реальностью и совершенно незнакомыми гаджетами.

А что если эти необычайные гаджеты уже в наших руках. Будет ли космонавту, покорителю далёких планет, достаточно самого обычного iPhone? Быть может, мы уже скоро увидим селфи с Марса, сделанные на привычный смартфон?

Мы попытались подробно разобраться со всеми нюансами использования iPhone в космосе, и сделали совершенно неожиданные выводы.

Что считать космосом, а что – нет?

Для начала определимся, что называется «космосом» — это сильно меняет представление о пределах не только самого человека, но и тех привычных вещей, которыми он пользуется.

Фактическая граница космического пространства начинается с высоты 118 километров над уровнем моря. NASA считает границей космоса 122 км. ВВС США начинает отсчет с 80 километров.

Тем не менее, Международная авиационная федерация в качестве рабочей границы между атмосферой и космосом установила высоту в 100 км.

Именно на этой границе Кармана для создания подъёмной аэродинамической силы необходимо, чтобы летательный аппарат двигался с Первой космической скоростью.

Её же необходимо набрать, чтобы спутник или другой аппарат двигался вокруг Земли без падения.

Первая и вторая космические скорости

С удалением от поверхности Земли падает температура и давление, но возрастает интенсивность ультрафиолетового и других видов излучения, от которых защищает нас атмосфера Земли.

С этим связана ещё одна «космическая граница» — линия Армстронга, пролегающая на высоте 18,9–19,35 километров. Здесь «космос» начинается для организма человека.

На этой высоте без защиты вода в организме начинает самопроизвольно закипать, если находится снаружи человека; могут начать кипеть слюна и слёзы с образованием пены, набухать глаза.

Атмосфера Земли в «разрезе»

Зона между 20 и 100 километрами называется «ближним космосом»: отсюда вид из иллюминатора почти как с околоземной орбиты, хотя воздух продолжает работать на аэродинамику движущихся аппаратов.

Так задача по работоспособности обычного смартфона в космосе делится на интервалы

• от 18-20 до 100 километров,
• от 100 километров до границы притяжения планеты,
• дальний холодный космос межзвездных перелетов.

Попробуем рассмотреть их все.

Реальный эксперимент уже был, но не полностью космический

Фотография с GoPro на высоте 30 километров из эксперимента Гейсбюлера

В ближнем космосе все довольно просто. Ещё в 2010 году Люк Гейсбюлер (Geissbuhler) отправил iPhone 3GS на высотную границу для аэростатов.

В результате эксперимента зонд для исследования атмосферы поднял смартфон на высоту в 30 километров, преодолев ветры скоростью 160 км/час, температуру в минус 60 градусов по Цельсию, и падение со скоростью в 240 км/ч.

Впрочем, на деле задача ставилась иначе — исследователь хотел вернуть зонд, для чего ему требовался GPS-трекер.

Старт миссии Гейсбюлера

AliExpress ещё не набрал оборотов, поэтому самым доступным устройством стал всеми любимый смартфон, отправляющий координаты на наземный пункт отслеживания.

Для реализации проекта потребовалось разместить смартфон и отслеживающую полет камеру в стальную защитную клетку.

Полет увенчался успехом — короб приземлился удачно, данные с камеры были получены, а смартфон остался жив, стойко перенеся все встреченные в полете неприятности.

Тем самым можно с высокой точностью утверждать: iPhone выдержит полет с человеком в стратосферу, и даже не потребует защиты, если не будет предусмотрена жесткая посадка.

В 2013 году эксперимент повторили маркетологи компании по производству защитных чехлов Urban Armor Gear, сбросив iPhone 6 на землю с высоты 30 километров.

Его подъем так же был осуществлен на аэростате, а результатом стал неповрежденный смартфон и красивое видео, снятое на пару камер GoPro.

Эксперимент попытались повторить маркетологи Xiaomi, отправив Redmi Note 7 с аналогичным стратосферным аэростатом на высоту в 30 километров, а Xiaomi Mi 10 Pro с китайскими космонавтами на околоземную орбиту.

Последний подвергался только действию перегрузок во время подъема на околоземную орбиту, и не испытывали прямого воздействия космического холода или радиации.

Выживет ли смартфон в космическом вакууме?

Спутник на основе Nexus

Кроме полетов в стратосферу и на низкие орбиты, смартфоны летают и в других экспериментах — в частности, на воздействие пониженного давления и радиации.

В 2013 году британские ученые из космического центра английского университета Суррей (SCC) и специалисты компании Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) запустили в космос Google Nexus One.

Спутник в составе смартфона и его технологической обвязки получил кодовое имя STRaND-1 и успешно выведен на низкую околоземную орбиту 24 февраля индийской ракетой-носителем PSLV.

Устройство воспроизводит в космосе звук и пытается проверить гипотезу о том, что звук в космическом вакууме не воспроизводится.

Для этого спутник воспроизводит заранее записанные треки, содержащие разнообразные шумы, звуки и обрезки музыкальных композиций. Сам смартфон их воспроизводит — сам и записывает.

Однако, корпус этого спутника неплохо защищает смартфон: от перегрузок во время запуска, космического мусора, попутно сохраняя температуру на уровне около минус 60 градусов по Цельсию.

Падение тока и ёмкости в аккумуляторе iPad при падении давления

Кроме того, его питание значительно доработано. В противном случае нано-спутник не смог бы работать.

Специалисты NASA ещё в 2010 выяснили, что падение давления до 0,6 процента от земного отнимает у iPad треть ёмкости аккумулятора.

Но смартфон отдельно — питание отдельно, поэтому STRaND-1 приземлится только в 2038 году. А пока можно узнать, где он находится по официальной ссылке.

Как повлияет радиация?

Arduino тоже летает в космос. Без защиты

Вот и ответ — сколько протянет земной смартфон в космосе. Правда без учета батареи: спутник использует собственную систему «добычи» электроэнергии.

Аналогичный STRaND-1 проект NASA обеспечил ученых данными о воздействии комплекса космических излучений на смартфоны: проект PhoneSat по запуску нано-спутников из смартфонов удался.

В ходе экспериментов устройства с увеличенными аккумуляторами и солнечными батареями без дополнительной защиты от излучения спокойно прослужили неделю, хотя и сгорели по возвращению на Землю.

Фотографии, полученные на Nexus в проекте PhoneSat

Благодаря проекту, мы так же имеем данные о полной работоспособности датчиков смартфонов в космосе. Все, кроме GPS — работает и выдаёт достоверные данные.

Работоспособные акселерометры, гироскопы, магнитные датчики позволили ученым получить координаты, ускорение и многие другие данные о движении нано-спутников с высокой точностью за минимальные деньги.

Space Shuttle возил не только астронавтов, но и iPhone

Дальние межзвездные перелеты вероятно станут препятствием для использования смартфонов даже в космических кораблях с определенным уровнем защиты: космонавты за сутки получают дозу радиации в 200 раз больше, чем человек на Земле.

Но, поскольку вся техника постоянно испытывает внешнее излучение на Земле и жестко испытывается на воздействие ЭМИ, неделю в корабле и несколько минут в открытом космосе iPhone выдержит, что доказал его полет на Space Shuttle в 2011.

Космический холод vs. смартфон

Никакого утеплителя, кроме чехла Under Armor

По-крайней мере, пока мы говорим только об отсутствующем давлении и высоком уровне разнообразного излучения. Холод может оказаться более сложной проблемой.

Если гаджет не содержит сложной торчащей во все стороны механики (читай — смартфон-моноблок), он спокойно поднимается и опускается на Землю даже в тех условиях, которые человек не переносит.

Слишком низкая температура может испортить устройство. И дело вовсе не в том, что любимый iPhone замерзнет: влагозащита устройств Apple последних поколений гарантирует отсутствие влаги, так что льду просто не из чего образоваться.

Термостойкие чехлы. Подойдут и в космосе

Плотно посаженные стекла, подогнанный стеклянный же корпус и батарейка подведут, обязательно подведут. Первые могут треснуть из-за температурного сжатия.

LiPo-батарея уже при минус 30 по Цельсию теряет до трети ёмкости: растет внутреннее сопротивление элемента, и если процессор требует высокий ток, гаджет может выключиться. Ниже 70 градусов батарея будет выключаться от простейших задач.

ВАЖНО: Популярные сегодня охлаждающие системы на основе паровых камер как минимум окажутся менее эффективными. При избытке жидкости она станет причиной поломки.

Впрочем, специально для защиты от низких температур бывшие специалисты NASA создали стартап Salt Cases, который выпускает чехлы для поддержания адекватной температуры включенного смартфона.

Будет ли в космосе ловить мобильная связь?

Обычный спутник связи, обладающий направленным «лучом»

Все вышеозвученные эксперименты отлично демонстрируют возможность работы смартфонов в условиях космоса. Но даже целый и включенный гаджет не гарантирует полной работоспособности.

Сотовой связи в космосе нет, и не предвидится в ближайшее время: современные стандарты наземной связи платят за высокую скорость дальностью.

Максимальная дальность вышки голосовой GSM-связи в диапазоне 900 МГц составляет 32 километра, для 3G с частотой 1800 МГц цифра сокращается до 6-7 километров.

Единственный серийный спутниковый смартфон Thuraya

Самые дальнобойные макросоты обеспечивают связь на расстоянии до 100 километров. В теории. Их почти не используют из-за высокой вредности.

Для связи на такие расстояния на Земле обычно используют тропосферные радиостанции. Но они не вещают в атмосфере Земли, да и гаджеты с ними не совместимы.

Серийных смартфонов, работающих со спутниковой связью, пока не существует (единственный вариант не в счет). Тем более с той, что предназначена для связи с Земли, а не наоборот.

В ней используются не только другие частоты, но и точно направленный луч, и другие стандарты кодирования.

У МиГ-31 есть связь даже на высоте 30 километров

Положение вещей могут исправить перспективные спутники связи, работающие в 5G-диапазоне. Но для подключения к ним, как и для работы спутниковых телефонов по радиоканалу, потребуется правильная ориентация. Да и когда это будет?

Но если человечеству потребуется использовать iPhone в открытом космосе, никто не мешает установить обычные сотовые вышки (адаптированные к условиям открытого космоса).

Привычная радиосвязь в космосе будет работать дальше, лучше, быстрее: в отличие от земных мегаполисов, в космическом пространстве нет железобетонных перекрытий, которые мешают распространению радиоволн.

А на других планетах iPhone заработает?

Стратосферный самолет SolarStratos на высоте 25 километров

Ученые всего мира доказали: смартфоны на низкой околоземной орбите чувствуют себя прекрасно. Поэтому iPhone может стать основным средством связи стратонавтов и космических туристов.

В ближайшем будущем эти направления крайне перспективны: средств доставки все больше, интерес «туристов» растет, а цены снижаются.

Некоторые проекты ближайшего будущего, работая для наземной связи, будут «раздавать» интернет и для них. Следовательно, и смартфоны начнут чаще летать в космос — пусть и по низкой орбите.

С iPhone можно в космос. И нужно!

Но что, если человечество отправится колонизировать Марс? Его ожидает средняя температура, как в Оймяконе (Якутия), упомянутое давление в 0,6% от земного и пыльные бури.

И мы точно знаем, что iPhone способен пережить такие условия. Дело за малым: привезти станции сотовой связи и людей, которые будут их использовать.

Так что короткий ответ на вопрос заголовка – да, работать будет.

(30 голосов, общий рейтинг: 4.77 из 5)

Мы продолжаем рассказ о связи, гаджетах и коммуникациях в космосе: в первой части мы изучали, как космонавты выходят в сеть на МКС, какие гаджеты используют в работе, на отдыхе и в общении с друзьями и семьей.

В этой части обсудим новую партию вопросов: почему в тяжелых космических условиях земным гаджетам не место и что думают НАСА и Роскосмос по поводу межпланетного интернета.

/ Flickr / trilobite1985 / CC

Можно ли использовать техническое оборудование в открытом космосе и на других планетах?

В условиях МКС много гаджетов, но они достаточно часто ломаются, например, одна из самых распространенных проблем — поломка экранов, что связано с большим давлением или просто слишком длительной работой.

В условиях открытого космоса на технику будет влиять намного больше факторов, поэтому при разработке такого оборудования следует продумать защиту от радиации, надежность (долговечность) и систему охлаждения.

Более высокий уровень радиации в космосе со временем приведет к повреждению интегральной схемы. Кроме того, во время солнечных бурь электромагнитное поле планеты иногда отражает излучение. Обычная техника потребительского класса вряд ли переживет такое воздействие без поломок.

И на Луне обычное земное оборудование будет подвергаться воздействию космической и солнечной радиации и не сможет нормально функционировать, считает пользователь Quora, ссылаясь на материал НАСА. Даже очень надежные часы Omega Speedmaster, которые с согласия НАСА предоставляются всем астронавтам, не пережили прогулку на Луне. Во время второго выхода на поверхность один из кристаллов часов сломался и астронавту Дэйву Скотту (Dave Scott) пришлось надеть свои запасные часы Bulova. Настоящая причина поломки неизвестна (это могла быть просто случайность), но это еще раз доказывает, что не всякое земное устройство выдержит нахождение в космосе.

Но безусловно, разработанное специально для исследования космоса оборудование может выдерживать и более суровые условия. Ежегодно в рамках программы Innovative Advanced Concepts НАСА отбирает перспективные проекты.

В 2014 году поддержку получил в том числе и Стивен Олесон (Steven Oleson) из исследовательского центра НАСА в Кливленде. Он считает, что уникальные углеводородные озера на спутнике Сатурна Титане необходимо исследовать с помощью «подводной» лодки, так как самое интересное может скрываться на глубине. Но по сравнению с земными подлодками у аппарата на Титане будет по крайней мере одно преимущество — ему не придется всплывать на поверхность для выхода на связь, так как в отличие от воды, углеводород пропускает радиоволны. Отправить такую лодку на Титан планируют в 2040х годах.

В 2016 году среди отобранных проектов есть еще несколько аппаратов, способных эффективно работать в космосе. Например, многофункциональный планетарный зонд легкого веса для экстремальных условий разведки и локомоции (Джавид Бэйандором (Javid Bayandor) из политехнического института Вирджинии) и мощный исследовательский зонд для использования на Венере (Ратнакакумар Бугга (Ratnakumar Bugga) из лаборатории НАСА в Пасадене). Полный список всех профинансированных проектов можно посмотреть тут.

/ Flickr / Ryan Somma / CC

Существует ли межпланетный интернет?

Система межпланетной связи налажена: например, за 2013 год мы получили около 25 Тб данных с одного из спутников на орбите Марса (MRO). Но скорость передачи данных составляет 5,2 Мб/с, поэтому отправка научной информации занимает 7,5 часов, а одного снимка с камеры HiRISE — 1,5 часа. Что, в принципе, по космическим меркам не так уж плохо. (См. пункт «Data Dilemma» в источнике). Но как известно, нет предела совершенству.

Российская сторона проводила испытания системы лазерной связи (СЛС) для передачи данных с Земли на Российский сегмент МКС и обратно еще в 2012 году. Система состояла из бортового терминала лазерной связи (БТЛС) на МКС и наземного лазерного терминала (НЛТ) на станции «Архыз» на Северном Кавказе.

Удалось достичь скорости в 125 Мб/сек и передать 2,8 Гбайт данных. Однако о результатах исследования и планируемом втором этапе ничего неизвестно: данные либо были засекречены, либо проведение эксперимента было приостановлено, считают авторы КосмоБлога. (Подробнее о системе лазерной связи читайте тут в главе «Эксперименты по осуществлению космической лазерной связи»).

Возможно именно по этой причине в сети намного меньше материалов о российских исследованиях и разработках, особенно в области связи в космосе. Но, возможно, Роскосмос ставит перед собой другие приоритетные задачи (со списком которых можно ознакомиться здесь). Кстати, развитие межзвездной связи значится там только в разделе «Отдаленные перспективы космонавтики».

В 2013 году были проведены успешные испытания системы двусторонней лазерной связи Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) на луне. Данные передаются при помощи короткоимпульсного лазера и спутников. На наземной станции в Нью-Мексико находятся 4 телескопа, каждый из которых передает зашифрованные данные инфракрасными импульсами. Спутник на лунной орбите принимает сигналы и передает их на Луну при помощи оптических и электрических импульсов.

При этом ученым НАСА удалось в 4800 раз увеличить скорость передачи данных (по сравнению с предыдущим аналогичным проектом) – она составила 622 Мбит/сек. Скорость обратного сигнала с наземной станции составила 20 Мбит/сек, что тоже совсем неплохо, учитывая расстояние, на котором находится аппарат – 385 000 км от поверхности Земли. Эта технология позволила увеличить качество передаваемых снимков и 3D-трансляций из открытого космоса, независимо от погодных условий.

Успех лазерной технологии способствовал развитию исследований о возможностях связи в открытом космосе. Так, команда НАСА планирует уже к концу 2017 года изготовить и полностью протестировать прототип устройства лазерной связи, который будет использован в миссии Discovery в 2020 году.

Система оптической связи в глубоком космосе DSOC сможет функционировать от близких к Земле астероидов до Юпитера, скорость передачи данных с расстояния 63 млн километров (с Марса) составит 250 Мб/сек, а вес аппарата составит всего 25 кг при мощности 75 Вт. Вес сегодняшней системы на Лунном орбитальном зонде — 60 кг при мощности в 120 Вт. (См. пункт «Lasers to deep space and beyond» в источнике).

Передача данных сегодня осуществляется и на еще больших расстояниях: так, Вояджеры, запущенные еще в 1977 году, продолжают присылать снимки на Землю, находясь от нее на расстоянии 193 миллиарда километров. Получение этих сигналов возможно благодаря сети дальней космической связи НАСА (DSN). Но современные технологии выведут обмен данными между объектами в космосе на совсем другой уровень: возможно, скорость соединения станет на самом деле космической и мы сможем получить онлайн-доступ к камерам на марсоходах и аппаратах, исследующих другие планеты.

О чем еще мы пишем в первом блоге о корпоративном IaaS:

• Облачные сервисы: опыт использования IaaS российскими компаниями
• X-as-a-services: как не погрязнуть в аббревиатурах облачных услуг
• На Олимпийских играх – 2016 используют облачные технологии

И в нашем блоге на Хабре:

• Как облачные технологии меняют мир спорта
• «Немного о платформах»: Backend-as-a-Service
• IaaS-дайджест: Знакомство с виртуальной инфраструктурой

Новое поколение спутников Starlink позволит всем, у кого есть смартфон, подключаться к мобильной сети и интернету даже из мест, где нет наземного покрытия. Скорость соединения будет составлять от двух до четырех мегабит в секунду. Об этом объявили глава SpaceX Илон Маск и президент T-Mobile Майк Зиверт.

Мобильная связь кажется повсеместной, но на самом деле в мире остается много регионов, не покрытых сигналами вышек сотовой связи. А если считать не только сушу, но и водную поверхность, то около 90% поверхности Земли остается без доступа к сотовой связи. Телекоммуникационная отрасль сталкивается с различными проблемами в попытке обеспечить удаленные районы технологиями мобильной связи. Где-то это затрудняют особенности рельефа или другие ограничения местности, где-то компании не могут установить вышки из-за ограничений землепользования, как в национальных парках, а в океане строительство вышек практически невозможно и нецелесообразно. Связь в таких местах обеспечивается за счет спутников, однако для этого необходимо иметь спутниковый телефон и дорогой тариф связи.

Инженеры пытаются решить эту проблему и найти способ подключения к спутникам обычных смартфонов. Иногда эти попытки имеют успех. Так, в 2021 году американская компания Lynk заявила, что первой в мире наладила двустороннюю связь между мобильным телефоном и спутником. В ходе испытаний они успешно отправили текстовое сообщение со спутника на обычный смартфон без технических модификаций. Пока у компании довольно мало спутников, но она планирует увеличить их число, чтобы обеспечить более широкую зону покрытия.

25 августа глава SpaceX Илон Маск вместе с генеральным директором и президентом T-Mobile Майком Зивертом объявил о запуске совместного проекта по обеспечению универсальной сотовой связи, которая позволит избавиться от мертвых зон мобильной связи. Обеспечивать покрытие будет второе поколение спутников SpaceX Starlink, потому что современные версии Starlink, размещенные на низкой околоземной орбите, просто не обладают достаточной мощностью, чтобы уловить слабый сигнал мобильного телефона.

Аппараты Starlink V2 будет значительно больше нынешних, масса которых составляет около 295 килограмм. Их оснастят более мощной фазированной антенной решеткой, корпус спутника составит около семи метров в длину, а антенна будет раскладываться на пять метров в сторону. При этом такая конструкция позволит обеспечить связь без каких-то технических модификаций в телефоне или специальных прошивок. В свою очередь компания T-Mobile обязалась предоставить другим провайдерам-партнерам взаимный роуминг.

Телефон будет искать сигнал ближайшей вышки сотовой связи, а когда не обнаружит, будет подключаться к ближайшему спутнику в небе, как если бы он был сотовой вышкой на земле. Скорость соединения составит от двух до четырех мегабит в секунду. По словам разработчиков, этого достаточно для отправки текстовых сообщений, таких как SMS, MMS и сообщений в мессенджерах. Со временем планируется добавить возможность звонков и обмена другими данными. Илон Маск заявил, что бета-версию запустят в отдельных регионах уже в конце 2023 года, после запланированных запусков спутников SpaceX.

Поскольку Starlink V2 значительно больше спутников первого поколения, ракета Falcon 9 не сможет доставить их на орбиту. Полноразмерным спутникам Starlink V2 нужно будет дождаться запуска гораздо более крупной ракеты Starship. При этом Маск отметил, что SpaceX может разработать уменьшенную версию Starlink V2, которая могла бы поместиться в обтекателе полезной нагрузки ракеты Falcon 9. Однако обеспечить глобальную связь, как того хотят Маск и Зиверт, можно будет только после ввода в эксплуатацию Starship. Компании планируют предоставлять клиентам текстовое покрытие практически повсюду в континентальной части США, на Гавайях, в некоторых частях Аляски, Пуэрто-Рико, а также в большей части мирового океана.

Ранее власти США разрешили использовать терминалы связи Starlink в движении, что позволило применять их в самолетах, судах, автомобилях и в другом транспорте. А о том, как спутники Starlink меняют обстановку в околоземном пространстве и на Земле — читайте в нашем недавнем блоге.

Надежда Чекасина

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

3 ответа:

Читайте также