Trong tương lai, NASA có thể phát livestream trực tiếp từ Mặt trăng và Sao Hỏa bằng tia laser

Nhờ công nghệ laser, việc ghi hình trực tiếp các phi hành gia trên Mặt trăng trong sứ mệnh Artemis vào cuối thập niên này sắp thành hiện thực. NASA đang thử nghiệm một phương pháp liên lạc trong không gian bằng cách sử dụng chùm tia laser để kết nối trạm kiểm soát mặt đất trên Trái đất với các phi hành gia trên Mặt trăng, thay vì sóng vô tuyến để truyền dữ liệu và video.

Trong một thử nghiệm hồi tháng 12/2023, video một con mèo đã được gửi bằng laser từ tàu Psyche, đang ở cách 31 triệu km, về Trái đất. Trong thử nghiệm vào tháng 6/2024, máy bay Pilatus PC-12 của NASA đã kết nối với Trung tâm nghiên cứu Glenn của NASA thông qua liên kết laser. Tiếp đó vào tháng 7, NASA đã truyền phát thành công một video chất lượng 4K UHD giữa Trạm ISS và phi cơ PC-12.

Vào ngày 30/7, máy bay PC-12 đã hoàn thành một thử nghiệm khác của Hệ thống mạng HDTN (High-Rate Delay Tolerant Networking). HDTN rất quan trọng đối với các sứ mệnh không gian vì nó cho phép truyền dữ liệu hiệu quả ngay cả khi có sự chậm trễ hoặc gián đoạn đáng kể, đó là lý do nó được gọi là “Delay Tolerant", dựa trên một giao thức mang tên “lưu trữ và chuyển tiếp”.


Máy bay PC-12 của NASA.

Giao thức "lưu trữ và chuyển tiếp" là một phương pháp được sử dụng để quản lý việc truyền dữ liệu trong môi trường môi trường không gian, nơi có có độ trễ và sự gián đoạn đáng kể do khoảng cách xa xôi của nó.

Đầu tiên, khi không thể truyền trực tiếp đến đích cuối cùng thì dữ liệu được lưu tạm trên một thiết bị trung gian (vệ tinh hay tàu vũ trụ). Một khi kết nối được thiết lập lại, dữ liệu đã lưu sẽ được chuyển tiếp về đích. Cơ chế này đảm bảo dữ liệu không bị mất và không còn phụ thuộc vào giao tiếp liên tục theo thời gian thực.



Ngoài ra, trước đây NASA dựa vào sóng vô tuyến để truyền phát thông tin giữa không gian và Trái đất. Nhưng sóng vô tuyến có băng thông thấp và hạn chế lượng dữ liệu có thể truyền đi, nhất là ở khoảng cách xa. Còn tia laser sử dụng ánh sáng hồng ngoại - có tần số cao hơn sóng vô tuyến nhiều. Tần số cao sẽ mở rộng băng thông và truyền được một lượng dữ liệu lớn hơn nhiều, đem lại hiệu quả cao hơn trong liên lạc tầm xa giữa tàu vũ trụ và Trái đất. Điều này rất hữu ích đối với các sứ mệnh hiện đại, vốn tạo ra một lượng dữ liệu khổng lồ như hình ảnh và video độ phân giải cao.

Khi các sứ mệnh ngày càng tiến xa hơn vào không gian, độ trễ trong liên lạc sẽ trở nên rõ hơn. Do đó, cần có sự kết hợp giữa giao thức "lưu trữ và chuyển tiếp" với tia laser để đảm bảo dữ liệu được truyền về Trái đất theo cách tối ưu nhất.

Rachel Dudukovich, kỹ sư trưởng về mảng HDTN của NASA, cho biết: "Chúng tôi đã truyền tải được với tốc độ 900 megabit/giây qua liên kết laser từ ISS, đó là lần đầu tiên điều này được thực hiện trong không gian. Những gì chúng tôi làm là lưu tạm dữ liệu khi liên kết bị gián đoạn và sau khi liên kết được khôi phục, chúng tôi sẽ tiếp tục truyền dữ liệu.”



Daniel Raible, một nhà nghiên cứu của NASA, mô tả: “Chúng tôi có các giao thức và tiêu chuẩn giúp mạng không gian hoạt động giống như internet và có thể bắt đầu cung cấp dịch vụ cho tàu vũ trụ. Chẳng hạn như gửi mệnh lệnh đi, nhận dữ liệu đo lường từ các tàu không gian, gửi tin nhắn văn bản và email qua lại cũng như truyền phát video."

Với Internet trên Trái đất thì chỉ mất một phần nhỏ của giây để kết nối. Còn khi lên Mặt trăng, độ trễ sẽ vượt quá một giây và với sao Hỏa, độ trễ là từ 4-20 phút tùy vị trí. Trong bối cảnh có độ trễ và tàu vũ trụ thường xuyên gặp sự cố mất điện mặt trời, phần mềm trên tàu sẽ lưu tạm tất cả dữ liệu đó và khi có lại kết nối, nó sẽ bắt đầu phát dữ liệu tiếp. Nhìn chung, loại mạng này có tiềm năng tạo ra một mạng internet tốc độ cao và bao phủ toàn Hệ mặt trời.

Theo [1], [2].