Может ли смартфон работать в космосе
Обновлено: 19.09.2024
Современный человек уже привык быть всегда на связи. Мы хотим иметь возможность звонить и получать звонки в любом месте в любое время, когда это необходимо, или просто отключать телефон, если хочется отдохнуть от общества
Инмарсат (Inmarsat)
Это, пожалуй, самая «продвинутая» система. Прежде всего, потому, что ее спутники расположились на геостационарной орбите, на высоте 36 500 км. Кроме того, эта глобальная сеть спутниковой связи предоставляется межправительственной организацией и используется во многих странах не только государственными транспортными организациями, но и министерствами гражданской обороны, по чрезвычайным ситуациям и даже первыми лицами государств. Да и потом, это самая «старшая» спутниковая система, функционирующая с 1982 года. Безусловным достоинством аппаратов, работающих в этой системе, помимо ее надежности, является действительно глобальное покрытие – работать он будет везде, кроме полярных областей. Кроме того, приятным фактом является, хоть и не самая низкая, фиксированная плата на исходящие звонки (около трех долларов) при бесплатных входящих. Стоит отметить, что эта система явно не рассчитана на массового пользователя. Ее серьезность подчеркивается довольно высокой стоимостью оборудования, которая составляет не менее 3000 долларов. Ее использование затрудняется необходимостью получать разрешение на использование телефона на территории других стран, что частному лицу сделать невыразимо труднее, чем правительственной организации. Кроме того, аппараты, работающие в системе Inmarsat не сравнимы с мобильными телефонами в том виде, как мы их себе представляем. Это, скорее стационарные станции с трубкой, размерами напоминающие ноутбук, а внешним видом офисный факс. Пожалуй, идеальным местом для этого оборудования станет капитанский мостик частной крейсерской яхты или кабина пилота частного самолета.
Иридиум (Iridium)
В отличие от предыдущей системы, система Иридиум обеспечивает глобальное покрытие Земли (за исключением четырех стран) за счет большого количества (66+6 дополнительных) спутников, расположенных на высоте всего лишь 780км. Кроме того, принципиальным отличием этой системы от других спутниковых систем заключается в том, что в ее становлении приняли непосредственное участие наши соотечественники в лице ГКНПЦ им. Хруничева, которые не только вошли в число партнеров инвесторов Iridium Satellite LLC, но и доставила на орбиту семь спутников системы. Тем не менее, несмотря на участие нашей страны в проекте, услуги Иридиум в России будут доступны после лицензирования, которое запланировано на третий квартал 2004 года. Аппараты, работающие в системе Иридиум производятся компанией Motorola, которая, собственно говоря, и стала инициатором создания такой системы спутниковой мобильной связи. Телефоны Motorola 9500 и 9505 работают в двухмодовом режиме. В местах, где доступна сотовая связь GSM900, аппараты работают в ней, при выходе из зоны ее действия, переключаются на спутниковый канал. Модель 9500, имеющая размеры 193х62х68мм и вес 454г, уже снята с производства. Этим объясняется ее относительно невысокая цена – около 750 долларов.
В довершение отметим, что эта система состоит «на вооружении» Пентагона и правительства США. Видимо, именно этот факт помог ей возобновить коммерческую эксплуатацию в марте 2001 года после объявления в марте 2000 года банкротства компании и приостановления предоставления услуг спутниковой связи.
Турайя (Thuraya)
Эта система, разработанная Boeing Satellite Systems, начала свою работу в 1997 году. Она, в некотором роде, универсальна, так как может работать и в сотовом режиме, и в спутниковом. В телефонных аппаратах Турайя предусмотрена работа в сетях GSM, что весьма кстати в тех областях, где доступна привычная сотовая связь, а пользование спутниковой связью или запрещено, или ограничено рядом условий. Кроме того, порою, сотовая связь обходится дешевле спутниковой, а это дополнительная выгода пользователю. При выходе из зоны действия сети, автоматически включается спутниковый режим. Предварительно эта услуга подключается через местных операторов связи. Таким образом, телефон имеет один и тот же номер, как в сотовом, так и в спутниковом режиме работы. Покрытие системы Турайя не столь глобально, как у представителей предыдущего семейства – она работает на территории 99 стран Европы, Азии, Центральной и Северной Африки, на Ближнем Востоке и полуострове Индостан. К сожалению, Россия оказалась не полностью «покрыта» спутниками этой системы. В этой системе аппараты максимально приближены к сотовым аналогам и по внешнему виду, и по размерам, и, насколько это возможно, по цене. Помимо всего прочего, трубки, работающие в системе Турайя, оснащены GPS приемником, что делает их идеальной находкой для путешественников, спасателей и спортсменов. Касательно трафика, стоит сказать, что он в пределах разумного – от четверти доллара.
Телефоны, работающие в этой системе, производятся компаниями Ascom и Hughes. Стоимость всех моделей, находится на одном уровне и составляет около 750 долларов. Характеристики аппаратов, вплоть до размеров, так же схожи. Габариты трубок 140х50х25мм, а вес 220г. В них поддерживается прием и передача SMS, пакетная передача данных и передача факса, работа в сетях GSM, и имеется встроенный GPS приемник. Для каждой модели предусматриваются автомобильный, судовой и офисный варианты. На Российском рынке можно найти аппараты Ascom 21, Hughes NHS-7100, Hughes NHS-7101.
Глобалстар (Globalstar)
Недавно нам вновь поступил интересный вопрос от одного из наших подписчиков:
Возможно ли по звонить с мобильного телефона если взять его с собой на орбиту Земли?
Понятие орбиты Земли растяжимо, вращаться вокруг планеты тела могут и в 120 км. и в 36 тыс. км. от поверхности Земли, но вот люди чаще всего летают на международную космическую станцию (МКС), чья орбита меняется от 337 до 430 км, поэтому мы рассмотрим возможность звонка с высоты орбиты МКС.
Астронавты на МКС постоянно поддерживают связь с Землёй, при помощи специальных радиопередатчиков, но возможно ли осуществить оттуда звонок по обычному мобильному телефону. Если дать короткий ответ, то нет, в штатном режиме работы мобильной сети позвонить на орбиту не выйдет, система настроена на работу с устройствами на поверхности планеты, но при относительно небольших изменениях настроек оборудования космонавт вполне сможет воспользоваться телефоном. Чтобы разобраться в том, как это сделать, нужно разобрать некоторые принципы работы мобильной связи.
Как работает мобильная связь.
Базовые станции и мобильные телефоны работают в диапазоне частот от 890 до 960 МГц. Волны этого диапазона хорошо проходят сквозь ионосферу и легко достигают оборудования на орбите в отличии от длинных волн, которые от ионосферы отбиваются. Станция отправляет данные пакетами, после каждого пакета она определённое время ожидает ответного сигнала и если его не получает, то начинает работать уже с другим телефоном. На равнинной местности именно этим временем ожидания ограниченна дальность действия базовой станции, но его можно регулировать и при должной настройке его хватит, чтобы сигнал долетел до телефона на орбите и вернулся назад.
Крупные базовые станции на Земле имеют достаточную мощность, чтобы в ясную погоду передавать устойчивый сигнал на расстояние в 120 км и больше, дальность их работы ограниченна искусственно, для большей эффективности работы сети и потому что из-за кривизны Земной поверхности, просто нет смысла отправлять сигнал ещё дальше. Точные характеристики базовых станций зависят от производителя и модели, найти данные о самой мощной станции мне не удалось, но те о которых удалось узнать, способны обеспечивать связь на высоте в 150 км, а если снять ограничители мощности и выжать из них максимум эти станции вполне способны передавать сигнал на орбиту МКС, при условии, что антенны будут направленны вверх.
В чём проблема совершить звонок с орбиты?
Сложности звонка с орбиты связанны с мощностью передатчика в мобильном телефоне и скоростью его движения по орбите. Чтобы передавать сигнал на Землю с МКС из телефона придётся выжать предел его мощности, на котором он сможет проработать совсем недолго, прежде чем сгорит, однако, на короткий разговор его бы хватило. Но значительно большую проблему представляет огромная скорость, с которой космические корабли движутся по орбите. Из-за неё телефон будет находится в зоне действия базовой станции всего несколько секунд и чем выше орбита, тем короче будет этот промежуток времени. Обычно базовые станции имеют ограничение на обмен сигналами с быстро движущимися объектами, это ограничение придётся снять, чтобы совершить звонок.
Таким образом если должным образом настроить оборудование то получится позвонить на телефон, находящийся на высоте в 150 км, однако разговор будет регулярно прерываться из-за переключения устройства между базовыми станциями, совершить звонок на МКС уже будет крайне проблематично, так как её орбита находится на границе зоны досягаемости базовой станции и мобильного телефона, а так же переключение между базовыми станциями будет происходить очень часто, что сделает разговор практически невозможным.
Мобильный телефон или любое другое бытовое электронное устройство хорошо работает без силы тяжести, если его работа не зависит от акселерометра (например, датчика ориентации iPhone) или улавливания сотовых сигналов. Смартфоны не могут в космосе принимать сотовые сигналы, их устройства GPS не будут работать корректно, но в остальном эти устройства по-прежнему будут нормально работать в космосе.
Про спутниковую связь в космосе можно почитать здесь.
Работает ли GPS на смартфоне в космосе?
Фактически, могут работать даже приемники GPS. Спутники GPS находятся намного выше низких околоземных орбит, поэтому теоретически смартфон может осуществить определение местоположения. Однако высокая скорость и высота полета смартфона на трассе могут сбивать с толку состояние телефона, поэтому любой такой замер может быть очень неточным.
Радиомодули в телефоне должны быть отключены или удалены, чтобы они не создавали помех системе ISS, но устройство работает правильно. Из-за радиационной обстановки в космосе срок службы устройств, не защищенных от излучения, может быть сокращен. Смартфоны же обычно не подвергаются воздействию излучения.
В открытом космосе
Однако, если человек покидает герметичную среду Международной космической станции с контролируемой температурой, смартфон не может работать долгое время из-за отсутствия дополнительного оборудования.
Здесь есть две потенциальные проблемы:
В зависимости от конкретной ситуации система терморегулирования смартфона может быть такой же простой, как обертывание телефона термозащитным слоем, или может быть сложной и прочной, как создание радиатора, подключенного к телефону. Детали системы зависят от тепла, выделяемого устройством, это конкретная орбита, и оно вращается.
Есть также опасения, что в открытом космосе мобильные телефоны могут быть повреждены космическими лучами, и данные будут потеряны.
Как используются смартфоны в космосе?
Итак, в космосе смартфон не используется в качестве мобильного телефона, но мы хотим знать, могут ли смартфоны работать после того, как они были оставлены в космосе, или эта суровая инопланетная среда слишком сложна для устройств, которые иногда не могут выжить.
На Международной космической станции есть некоторые полезные нагрузки, и исследователи полезной нагрузки предпочитают использовать iPhone или другие смартфоны в качестве компьютеров для ведения статистики.
У NASA есть текущий проект под названием PhoneSat, который первоначально включал запуск спутника с использованием Nexus One в качестве бортового компьютера, а затем запуск второго спутника с Nexus S.
Этот наноспутник включает в себя не только Nexus One, но и телефон, который подключается к панели спутника и отправляется в космос.
В космосе с помощью мобильного телефона было запущено множество приложений для сбора данных , а камера мобильного телефона используется для съемки.
Подумайте об этом, смартфоны очень маленькие, легкие, имеют много памяти, вычислительную мощность, небольшую батарею, рассчитанную на длительное использование, имеют интерфейс связи, визуальный (камерный) ввод, ввод акселерометра, GPS и т.д. Использование смартфона в качестве ядра спутника PhoneSat стоит всего 7500 долларов, чтобы запустить его.
Бортовой компьютер STRaND-1 следит за температурой батареи смартфона, и, если она начинает становиться слишком холодной, запускает программу, интенсивно использующую процессор, для ее разогрева. Это хорошее начало, но оно все еще не может сказать нам, смогут ли смартфоны выжить без посторонней помощи.
Выдержит ли смартфон температуру воздуха в космосе?
В космосе температура может достигать -270,4 градуса по Цельсию, а воздействие прямых солнечных лучей на высокой околоземной орбите может вызвать повышение температуры до +120 градусов по Цельсию.
Некоторые телефоны более стабильны, но в температурном тесте TechHive 2012 на 15 популярных смартфонах все они отключались при -35 градусах Цельсия.
Даже телефоны, специально разработанные для обеспечения прочности и устойчивости к атмосферным воздействиям, такие как Cat B15, могут работать только при температурах от -20 до +55 градусов по Цельсию.
Большинство мобильных телефонов даже не соответствуют этому стандарту, и экраны смартфонов могут не работать должным образом при экстремальных температурах. Если погода достаточно холодная, экран может треснуть. Стекло Gorilla Glass делает наши экраны прочнее, но они по-прежнему не защищены от атмосферных воздействий.
Аккумулятор смартфона в космосе
Однако более серьезной проблемой является аккумулятор мобильного телефона. Если он становится слишком горячим, он быстро разлагается, а если слишком холодный, он быстро истощается, а при экстремальных температурах электролит в аккумуляторе воспламеняется. Таким образом, независимо от того, жарко или холодно, оба эти условия могут привести к выключению телефона или его повреждению.
Могут ли мобильные телефоны выжить в космосе?
Конечно, могут. Внутри Международной космической станции или космического челнока не будет проблем, если он не подвергнется воздействию открытого космоса. Фактически, как всем известно, астронавты носят с собой телефоны.
Но без определенных защит и мер предосторожности смартфон подвергается в космосе множеству опасностей, и если держать его , в основном, выключенным, это, вероятно, даст ему наилучшие шансы в целом.
Тем не менее, хотя вы вряд ли найдете астронавтов, не использующих смартфоны для быстрой фотосъемки или игры в космический крикет.
Мы постоянно пишем про исследования Марса, и не так давно один из читателей задал в комментариях, казалось бы, простой вопрос о том, а могут ли там работать обычные смартфоны? Немного поразмыслив, мы в редакции поняли, что ответить на него не так легко, потому что условиях на соседней планете отличаются от земных слишком сильно. Но мы попробуем.
Низкое давление
Один из главных параметров, по которым Земля отличается вообще от большинства космических тел — это атмосферное давление. На Марсе оно не нулевое, поскольку у него есть заметная атмосфера, но все же намного ниже привычного для нас: примерно 0,6 процента от земного или 600 паскалей. Низкое давление может повлиять на смартфон несколькими способами.
Некоторые из факторов достаточно очевидны, но не критичны. Например, при низкой плотности воздуха микрофон и динамик, вероятно, продолжат работать, но принимать и воспроизводить звуки они будут неэффективно — то есть звучать динамик будет тише.
Но давление может воздействовать и на критичные компоненты, такие как аккумулятор. В 2012 году NASA провело испытания литий-ионных аккумуляторов в условиях низкого давления, и одним из «подопытных» оказался аккумулятор от iPad, который не сильно отличается от аккумуляторов смартфонов. Выяснилось, что он вздувается, и хотя после повышения давления возвращается в нормальное состояние, но нахождение при низком давлении в течение нескольких часов снижает емкость примерно на треть. Так что смартфон на Марсе придется заряжать чаще.
Испытания литий-ионного аккумулятора iPad при пониженном давлении. Условия на первом графике примерно соответствуют марсианской атмосфере.
Еще одно неочевидное следствие низкого давления относится не ко всем смартфонам, а лишь к некоторым мощным и дорогим. В них для охлаждения используется не медная полоска-теплоотвод, а герметичная паровая камера в виде трубки или толстой прямоугольной пластины (как тут). Внутри трубки находится небольшой объем воды или другой жидкости. Когда процессор подвергается интенсивной вычислительной нагрузке, он выделяет много тепла и отдает его часть трубке, жидкость испаряется и переходит в другие части камеры, где охлаждается и конденсируется.Часто в таких трубках используется пониженное давление, что позволяет снизить температуру кипения. Кроме того, на стенках внутри есть мелкие структуры, между которыми сконденсированная вода возвращается обратно в горячую область благодаря капиллярному эффекту. Пониженное давление на Марсе вряд ли разорвет трубку, но может заметно поменять ее температурный режим работы и эффективность.
Не такая уж низкая температура
Марс также отличается от Земли низкой температурой. Как и на Земле, она сильно отличается между полюсами и экватором, но вряд ли будущая экспедиция выберет для себя самые суровые условия, поэтому за основу можно взять местоположение близкое к экватору, где сейчас работает марсоход «Кьюриосити». За время своей работы он регистрировал температуры от +6 до −68 градусов Цельсия, что вполне соответствует температурам на Земле: нижнее значение как раз соответствует температурным рекордам в Якутии.
С другой стороны, из-за низкой плотности марсианской атмосферы она будет медленнее отводить тепло от смартфона за счет конвекции, и тем самым частично скомпенсирует этот эффект.
Радиация
Самая незаметная из серьезных угроз на Марсе — это радиация. Благодаря атмосфере ее уровень на поверхности Марса заметно ниже, чем в открытом космосе, но примерно в три раза выше, чем на низкой околоземной орбите, например, на МКС. Из-за этого чипы в смартфоне будут постоянно облучаться потоком высокоэнергетических частиц, часть из которых будут образовывать в них вторичные частицы, в результате чего транзисторы и ячейки памяти могут менять свои параметры и вызывать сбои.
Обычно для защиты от этих эффектов используются радиационно-устойчивые схемы с усиленной изоляцией транзисторов и измененной структурой микросхемы, а также программными защитами, например, помехоустойчивыми кодами. В смартфонах используются обычные чипы, поэтому они безусловно более восприимчивы к радиации и могут выйти из строя. Но это не значит, что устройство выйдет из строя сразу же после выхода из космического корабля (проблему транспортировку до Марса в потоке космического излучения мы тактично опустим).
Это доказывает как минимум проект PhoneSat, в рамках которого NASA отправило на орбиту несколько кубсатов, работающих под управлением смартфонов Nexus One и Nexus S, а также плат Arduino. В целом проект был успешным и спутники смогли проработать неделю, прислав фотографии с орбиты.
Читайте также: