Uzayda internet: Mars’ta internet var mı?

Eylül 19, 2019

İnternet artık dünyanın her köşesine ulaştı. Üstelik bu durum yalnızca gezegenin yüzeyiyle de sınırlı değil. Uçakta çevrimiçi olmak, yeniliğini çoktan kaybetti. Artık Uluslararası Uzay İstasyonu’nun bile internet bağlantısı var. Uzay keşif kuruluşları, işi bir adım daha ileri götürerek güneş sistemimizdeki diğer gezegenleri de internete bağlı hale getirmeye hazırlanıyor. Uzay interneti yalnızca iş amaçlı kullanılmıyor; Dünyamızdan çok uzaktaki kişilerin evleriyle iletişim kurmasını da sağlıyor. Bu yazıda uzay internetinin nasıl çalıştığını ve gelecekte nasıl gelişeceğini ele alacağız.

UUİ’de WWW

Uluslararası Uzay İstasyonu personeli ilk defa 2010 yılında internete erişim sağladı. Erişim hizmeti NASA tarafından sağlandı. Astronotlar, Houston’daki bir bilgisayara bir uydu bağlantısıyla uzaktan masaüstü modunda bağlanarak çevrimiçi oldular. Bu daha güvenli bir yöntemdi: Uluslararası Uzay İstasyonu personelinden biri kötü amaçlı bir bağlantı veya dosya açsa bile yalnızca yeryüzündeki bilgisayar zarar görecekti.

NASA astronotu T.J. Creamer, Uluslararası Uzay İstasyonu’na internetin gelişini, uzaydan yardımsız ilk tweet’i atarak kutladı:

Rus uzay interneti

Uluslararası Uzay İsyonu’nun yakında birden fazla internet sağlayıcısı olacak gibi görünüyor: Rusya da istasyonun kendine ait bölümünü yakında internete bağlamaya hazırlanıyor. Görev, Luch röle uydularından oluşan bir ağ ile gerçekleştirilecek; bu ağ şu anda yükseltiliyor.

Geçtiğimiz yıl, kozmonotlar Alexander Misurkin ve Anton Shkaplerov daha fazla uydu verisi alabilmesi için UUİ anteninde bir yükseltme çalışması yaptı. Bu sırada araç dışı çalışma süresi alanında 8 saat 12 dakika ile Rusya adına yeni bir rekor kırdılar.

Roscosmos sözcüsü kozmonot Sergey Krikalev’e göre, yeni ekipman test edildi bile; UUİ yakında Luch uyduları aracılığıyla çevrimiçi olacak.

Uydu aksaklıkları

Elbette Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki internet, evlerimizdeki internet gibi hızlı ve gecikmesiz değil. Uydu iletişiminin kablolu teknolojilere kıyasla (kabloların kullanılamadığı yerlerde iletişimi sağlama gibi) bazı avantajları olduğu kadar, zorlukları da var.

Yüksek ping, düşük hız

Uluslararası Uzay İstasyonu 400 km (yaklaşık 250 mil) yükseklikte yörüngede olsa da, veri Dünya’ya ulaşırken çok daha fazla yol katediyor. UUİ, sinyali önce yeryüzünden 35.786 km (22.000 mil) yükseklikteki röle uydusuna gönderiyor. Sinyal yalnızca oradan yerdeki uzay iletişim istasyonuna gönderilebiliyor.

Dolayısıyla Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan çıkan verinin ve karşılığında gönderilen yanıt sinyalinin aldığı toplam yol, neredeyse 150.000 km’yi (100.000 mil) buluyor. Bu da zaman alıyor. Bir NASA çalışanına göre, UUİ ile veri alışverişinin iletim gecikme süresi yaklaşık yarım saniye, yani ortalama kablo bağlantısının gecikme süresinden yaklaşık 20 kat fazla.

Buna ek olarak, astronotlar uydu bağlantısına yalnızca internet için ihtiyaç duymuyor. Aynı zamanda bilimsel verileri ve video içeriklerini görev kontrol merkezine göndermek için de bu bağlantıyı kullanıyorlar (ardından yeryüzündeki meslektaşları bu veri ve içerikleri internette yayınlıyor; böylece kullanıcılar Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki hayatı ve buradan manzaraları takip edebiliyor). Aynı uydu bağlantısı, Dünya ile UUİ sakinleri arasındaki sesli ve görüntülü aramaların gerçekleştirilmesini de sağlıyor.

Tüm bunların sonucunda bant genişliğinin yalnızca küçük bir kısmı tweet atmak ve internette gezinmek için kullanılabiliyor. Dahası, uydunun yer bağlantısı 300 mbps genişliğinde olsa da, uyduya çıkan bağlantı 25 mbps ile sınırlı. Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki bağlantıyı hız açısından ilk modemlerle kıyaslayabiliriz.

Tüm bunlar yetmezmiş gibi, istasyon zaman zaman uydu kapsama alanından çıkıyor. Uluslararası Uzay İstasyonu, Dünya’nın etrafında döndüğü her 1,5 saat içinde 15 dakikaya kadar tamamen kapsama alanı dışında kalabiliyor.

Kısıtlı yakıt

Uydular, Dünya ile kesintisiz iletişimi sürdürmek için Dünya ile aynı hızda dönerek sürekli aynı noktada kalıyorlar. Ancak uyduların yörüngeden çıkıp ulaşılmaz hale gelmesini önlemek için zaman zaman yörüngenin ayarlanması gerekiyor. Manevralar, yakıt kullanılarak gerçekleştiriliyor. Öte yandan uydular, arabalar ve uçaklar gibi olmadıkları için yakıt doldurmak için Dünya’ya gidip gelemiyorlar.

Dünyanın dört bir yanından şirketler bu sorunu çözmek için uydu yakıtını doğrudan uzayda yeniden doldurabilmenin yollarını arıyor. Yörüngeye yakıt taşımayı hedefleyen sistemler, UUİ’nin ABD bölümünde Kanadalı MDA Corporation ve Britanya – İsrail ortaklığında faaliyetini sürdüren Effective Space Solutions tarafından test ediliyor. Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ise, Dünya atmosferinin üst katmanlarındaki hava moleküllerini yakıt olarak kullanabilen bir motor geliştirdi.

Elektrik enerjisindeki sıkıntı

Yakıt sorunu, yakıt kullanımını azaltan ve güneş panelleriyle yenilenebilir olan elektrik enerjisini kullanarak kısmen çözülebilir. Elektrik, Dünya’yla ve diğer uzay araçlarıyla iletişim kurmak için de gereklidir. Fakat bazen gezegenimiz, uydularla Güneş arasına giriyor; bu yüzden kısıtlı kapasiteye sahip pillerle çalışmak zorunda kalıyorlar.

Rus bilim insanları, şarjı biten uyduları şarj edecek birkaç düzine robotun yörüngeye yerleştirilmesini içeren bir çözüm önerdi. Robotlar hem güneş emisyonundan hem de Dünya’dan gelen radyo iletimlerinden elektrik sağlayacak. Bu teknoloji, uzay aracı ömrünü 1,5 kat artırırken aynı zamanda fazla pilleri ve güneş panellerini ortadan kaldırarak araçları daha hafif hale getirecek.

Aşırı ısınma

Daima tam kapasiteyle çalışan uzay repetörleri ve röle uyduları, aşırı ısınma sorunuyla karşı karşıya kalıyor. Yörüngedeki uzayda hava olmadığı için, yeryüzündeki bilgisayarları serinletmek için kullanılan fanlar işe yaramıyor. Bu yüzden, uzay, yeryüzünden çok daha soğuk olsa da, ısı dağıtımı çok daha zorlu bir problem haline geliyor.

Uzay araçları, aşırı ısınmayı önlemek için ısıyı ışınlar halinde emisyona dönüştüren büyük radyatörler kullanıyor. Uydu ne kadar güçlüyse, serinletme için ihtiyaç duyduğu radyatör de o kadar büyük oluyor. Dolayısıyla araştırmacılar, yeni nesil 25 kW’lık iletişim uydularını soğutmak için 4 x 1 m’lik büyük bir radyatör yaptı.

Kozmik ışınlar

Başka bir sorun da, elektrikli her şeyi bozan kozmik ışınlar. Yeryüzünde gezegenin manyetik alanı ve atmosferi koruma sağlıyor. Fakat yörüngede böyle bir koruma bulunmadığı için, uzay araçlarındaki elektronik bileşenler radyasyona dayanıklı olacak şekilde yapılıyor; buna rağmen radyasyon, uydular için önemli bir sorun teşkil etmeye devam ediyor.

Kozmonot Pavel Vinogradov’a göre dizüstü bilgisayarlar, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda modüllerin çok iyi korunmasına rağmen hızla servis dışı kalabiliyor. Kameralar da durumdan olumsuz etkileniyor: Görüntüler ölü piksellerle dolu hale geliyor. Bunlara ek olarak radyasyon, uyduların yaydığı sinyalleri büyük ölçüde engelliyor ve istasyondaki cihazların bireysel bellek bölümlerine zarar verebiliyor.

Radyasyon, kriptografiye karşı

Radyasyon, Dünya ile birçok uzay aracı arasındaki bilgi alışverişinin şifrelenmeden yapılmasının sebeplerinden biri. Radyasyon, şifreleme anahtarı için kullanılan depolama alanına zarar verdiği takdirde iletişim kesilebilir.

Bu sorun, UUİ personelinin çevrimiçi olmak için kullandığı röle uyduları için bu kadar ciddi değil; bu uydular bir şekilde korunuyor. Ancak Dünya’nın yörüngesindeki diğer birçok uzay aracı için durum böyle değil.

Uydular tıpkı yeryüzündeki bilgisayarlar gibi potansiyel saldırı hedefleri olduğu için şifreleme yapılamaması hassas bir konu. Avrupa Uzay Ajansı yakın zaman önce bu durumu iyileştirebilmek için bir deney başlattı. Araştırmacılar, uydularla güçlü şifreli iletişimi uygun bir fiyata sürdürmek için iki yaklaşımı test ediyor.

  1. Donanıma ikinci bir yedek taban anahtarı ekleniyor. Ana anahtar zarar gördüğü takdirde sistem, ikincil anahtarı baz alarak yeni bir anahtar oluşturuyor. Ancak yalnızca sınırlı sayıda anahtar oluşturulabiliyor.
  2. Birbirinin aynı birçok mikro işlemci çekirdek. Çekirdeklerden biri arızalanırsa başka bir çekirdek devreye giriyor. Bu sırada arızalı çekirdek, yapılandırmasını geri yükleyerek kendini tamir ediyor.

Bu yöntemleri test edecek olan araç Nisan 2019’da Uluslararası Uzay İstasyonu’na gönderildi ve en az bir yıl boyunca aralıksız çalışması bekleniyor. Çözümü nispeten daha düşük maliyetli hale getiren standart Raspberry Pi Zero mini bilgisayarla çalışıyor.

Uydularla iletişimin yıllar alacak bir süreçten önce güvenli hale gelebilmesi beklenmiyor, fakat halihazırda uzaya gönderilmiş sistemleri yükseltmenin kolay bir yolu yok.

Mars interneti

Araştırmacıların bir kısmı uydu güvenliğini ve bant genişliğini geliştirmeye uğraşırken bazı araştırmacılar ise gezegenler arası internet yaratmaya çalışıyor. Çözülmesi gereken sorunlar pek çok açıdan UUİ personelinin karşılaştığı sorunlarla aynı; fakat bu sorunlar ölçek açısından farklılık gösteriyor.

Örneğin, Mars’ın Dünya’ya göre konumuna bağlı olarak bir sinyalin kızıl gezegene ulaşması 3 ila 22 dakika alıyor. Bu, Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki yarım saniyelik gecikmenin çok çok üzerinde. Buna ek olarak, Mars ve Dünya arasında doğrudan iletişim, her iki yılda bir Güneş iki gezegenin arasına girerek sinyalleri bloke ettiği için iki haftalığına kesiliyor.

Uzay internetinin kendine özgü bazı benzersiz özellikleri de var. Ağın tüm düğümleri sürekli hareket halinde. Bu koşullarda yeryüzündeki internet teknolojileri çalışmadığı için bilim insanları Dünya, Ay, Mars ve diğer gezegenler arasında iletişim sağlayabilmek için alternatif düzenlemeler geliştiriyor. Bu düzenlemeler çoğunlukla şunlara dayanıyor:

  1. Uzun gecikmelerle, yüksek hata oranlarıyla ve düğümlere sıklıkla erişilememesiyle başa çıkabilecek şekilde tasarlanan NASA’nın Gecikme/Kesinti Toleranslı Ağı (DTN) gibi veri transferi protokolleri. Bu modele göre aracı düğümler (örneğin, uydular), bir sonraki veriyi iletebilecek hale gelene kadar önceki veriyi depoluyor.
  2. Mevcut radyo temelli uydu iletişimi yerine optik veri transferi teknolojilerini (ör. lazer) kullanmak. Birincisi, optik iletişim bant genişliğinin birkaç katını sunuyor. İkincisi, optik vericiler ve alıcılar daha kompakt birer yapıya sahip ve tüm röle uydularında kritik olan enerjiye daha az ihtiyaç duyuyor.
  3. Uydu düzenlemeleri, Dünya ve Mars (veya uzay internetine bağlı diğer gezegenler) Güneş’in iki zıt tarafında olsa bile sinyal gönderebiliyor.

Gelecek, göründüğünden daha yakın

Gördüğünüz gibi, Mars veya Ay sakinleriyle sosyal ağlarda iletişim kurmak, hatta görüntülü konuşma yapmak, eskiden göründüğü kadar uçuk fikirler değil. Elbette insanın interneti uzayın derinliklerine taşıyabilmek için daha çok yol katetmesi lazım, ama ilk adımlar atıldı bile.

Teknoloji ve sanat konularındaki videolarıyla bilinen Barış Özcan’ın, 2050 yılıyla ilgili yapılan tahminleri değerlendirdiği Earth 2050 projesinin videosuna göz atabilirsiniz.