将网络建到太空

刘露

被誉为“互联网之父”的温顿·瑟夫曾预想互联网未来的发展空间将是整个宇宙，甚至可以在火星上浏览互联网。当时，许多人都觉得他这个想法过于超前。然而，在瑟夫的言论发布后不久，太空互联网就开始慢慢出现了。2010年底，思科公司研制出了太空互联网路由器。在不利用任何地面基站的情况下，思科完成了业界首次太空网络电话通话，让互联网走出了地球。我们千万不要小看这个“不落地”的研发成功，思科在互联网进入太空走出的这一小步，未来也许将带来全世界互联网使用环境的整体改变。

据思科公司相关人士介绍，使用太空互联网路由器带来的好处包括：可以在太空中的卫星之间指定IP数据包的路由，工作原理类似地面上的互联网，这样可以减少数据传输的延迟，节省卫星通信带宽，提供更高的网络灵活性。

在此之前，如果要通过多颗卫星进行卫星通信，需要由不同的卫星进行转发，每一次转发都需要传回到地面站。因为卫星无法智能判断数据路径，这样，每一次路由选择都需要把数据包传回地球，再由地面站选择下一个“接力”的卫星，在此过程中，数据传输的延迟大大增加，效率也很低。

未来，安装在卫星上的太空互联网路由器将会决定下一个直接传输的卫星，从而无需地面人员干预。按照这一设计，美国的“太空互联网路由”计划可以归避地面光纤网络带来的诸多问题，从而有效地保证互联网的无缝联通，这是下一代太空通信技术重点发展的方向之一。

当然，太空互联网路由器并不是把现有的路由器安装在卫星上那么简单。现在，我们地球上的网络使用的是TCP/IP 协议，它对延时和中断的忍受程度较低。这对地球上数千千米距离的通信来说不是大问题，但星球之间动辄就有几十万千米，信息从一点到另一点所需的时间会延长许多，而且当探测器飞行到某颗行星背后或发生太阳风暴时，通信网络就会产生中断。

对星际网络来说，最重要的就是一种能够克服长时间延时和中断问题的新网络协议。在这里，思科采用的是一种名为“容断网”的新型网络技术。它发送信息的方式与目前世界通用的互联网传输控制协议不同，并不是以“连续的、端对端的”连接为基础。在“容断网”的传输中，假如通往目的地的路径一时无法找到，数据包也不会丢失，每个网络节点会暂为保管这个数据包，直到与另一个节点安全“交接”，就像在篮球场上传球一样，没有好的出手时机，队员会一直控球。因此它能应付频繁的、不可预测的通信延迟、中断、节点改变等状况。这一工作原理恰好适用于太空通信。

除了美国，另一个航天技术大国俄罗斯也积极开展对太空互联网的研究。俄罗斯拟组建的太空互联网将由“信使”卫星系统公司负责研发。该公司总裁加利克维奇透露，太空互联网将由48颗卫星组成。每颗卫星重200～250千克，所有的卫星都将在高度为1500千米的低轨道运行。该网建成后，可为全球提供语音通话、宽带上网、视频会议等服务。届时，无论在地面还是飞机上，在航船上或是太空中，任何地方都可以登录互联网。

俄罗斯全球卫星导航系统总设计师乌尔利奇奇强调，太空互联网尤其适用于灾区通信、与各海域船只保持联络、危险货物运输监控等方面，其优点在于不会完全依托地球上的某处设施，即使地面发生严重灾害或其他意外，该互联网仍会稳定运行。

此外，随着人类未来太空活动的更加频繁，在不久的将来，现有的微波通讯方式将不能满足需求。那时，大量的数据将依靠什么技术从空间站、月球甚至火星传回到地球呢？

美国宇航局正在开发新型激光太空通信系统，以此来实现“太空—地球”远距、大数据通信。这种技术能将卫星通信的速率提高到相当于地球上高速光纤网络的水平。这套系统的主要部件包括激光器、望远镜、光学系统、探测器组合以及信号处理线路。一旦开始工作，在一个万向架的支承下，望远镜或平面反射镜、中继光学组件、光学跟踪系统以及信号探测组件与激光器和二色分光镜结合起来构成接收和发射系统，可同时发射和接收激光，随之实现信号跟踪和信号输出。

使用激光太空通信系统的优势在于它拥有更高的数据传输速率，而这种速率是之前使用的微波通信系统所达不到的。同时，由于通信光束严格聚焦，激光太空通信系统的抗干扰和防窃听能力非常强，而这种高度准直的光束完全可以实现远距离通信。另外，激光波长比微波短，因而可以借助较小的发射望远镜产生严格聚焦的光束，与相同性能的射频系统所需的微波天线相比，这种发射望远镜要小整整一个量级。对于在空间站上控制通信系统的人来说，这意味着工作大大简化，同时，空间站的重量和负载空间都因激光太空通信系统拥有更小的信号传送器而大大节省。

未来，太空旅游和太空旅馆将带来更多的太空游客，在太空登录互联网将是他们太空生活重要的一部分。通过太空互联网技术，人类或将开启至月球的快速可靠的数据连接网络，甚至还可以连接至火星和更遥远的星球。在太空生活的人们将可以与地球上的家人、朋友进行高清视频聊天、互发微博等。