Internet en el espacio: ¿Hay red en Marte?

13 Sep 2019

Hoy en día Internet ha llegado a casi todas las partes del mundo, y no solo a la superficie. Hace años que podemos conectarnos también durante un vuelo e incluso la ISS (siglas en inglés de Estación Espacial Internacional) cuenta con conexión a la red. Las agencias de exploración espacial están preparadas para evolucionar y conectar otros planetas de nuestro sistema solar. Pero la función de esta red del espacio no es estrictamente laboral, también ayuda a que los que están lejos de la Tierra puedan ponerse en contacto con sus hogares. En esta publicación te explicaremos cómo funciona y cómo se desarrollará.

La World Wide Web en la ISS

La tripulación de la Estación Espacial Internacional accedió a la red en el 2010 por primera vez, gracias a la NASA que ofreció el servicio de acceso. Los astronautas utilizan un enlace satelital para conectarse a un ordenador de Houston en remoto en modo escritorio y conseguir la conexión desde allí. Es más seguro así: aunque un miembro de la tripulación de la ISS abriera un enlace o archivo malicioso, solo acabaría comprometido el ordenador que se encuentra en la Tierra.

El astronauta T.J. Creamer dio la bienvenida a la red en la ISS con el primer tuit sin asistencia desde el espacio:

Internet ruso en el espacio

Parece que la ISS tendrá más de un proveedor de Internet: Rusia tiene pensado conectar también su segmento de la estación muy pronto. Esta tarea se implementará mediante una red de satélites de retransmisión Luch, que se está sometiendo en estos momentos a una actualización.

El año pasado, los cosmonautas Alexander Misurkin y Anton Shkaplerov actualizaron la antena de la ISS para que pudiera recibir grandes volúmenes de datos satelitales, al mismo tiempo que establecieron un récord ruso, por trabajar 8 horas y 12 minutos fuera de la nave.

Según el cosmonauta Sergey Krikalev y el portavoz de Roscosmos, ya se ha probado el equipo nuevo, por lo que pronto la ISS conseguirá conectarse mediante los satélites Luch.

Las complicaciones del satélite

Evidentemente, el Internet que tienen en la ISS no es como el que tienes es casa: es más lento y presenta interrupciones. Las comunicaciones satelitales ofrecen ciertas ventajas frente a las tecnologías conectadas (por ejemplo, están disponibles en lugares en los que no se pueden utilizar los cables), pero también presentan ciertos desafíos.

Buen ping, baja velocidad

Aunque la ISS orbita a una altura de unos 400 km, los datos abarcan una distancia muy superior para alcanzar la Tierra. En primer lugar, la ISS envía la señal hacia arriba, a un satélite de retransmisión que vuela a 35.786 km de la Tierra. Solo desde ahí puede ir hacia abajo a una estación de comunicación espacial de la superficie.

Por tanto, la distancia total recorrida por los datos a bordo de la ISS y la señal de respuesta que devuelven es un poco menos de 150.000 km. Eso lleva tiempo. Según un empleado de la NASA, el intercambio de datos con la ISS tiene una latencia de emisión de medio segundo, unas 20 veces más que la media de conexión por cable.

Además, los astronautas necesitan el enlace satelital disponible no solo para la red. También lo utilizan para transmitir grandes cantidades de datos científicos y contenido en vídeo (que sus colegas de la Tierra transmiten a Internet para que los usuarios sigan la vida a bordo de la ISS y las vistas desde allí) al centro de control de la misión. Este mismo enlace satelital permite a los residentes de la ISS realizar conferencias de audio y vídeo con la Tierra.

Como resultado, solo se puede utilizar una pequeña parte del ancho de banda para navegar y publicar tuits. Por otra parte, aunque el enlace descendente satelital es tan amplio como 300 mbps, el enlace ascendente está limitado a 25 mbps.

Además, la estación abandona por intervalos la zona de cobertura del satélite. Por cada hora y media que tarda el ISS en dar la vuelta a la Tierra, puede quedarse sin cobertura hasta 15 minutos.

Combustible limitado

Los satélites mantienen un contacto continuo con la Tierra, circulando a la misma velocidad que nuestro planeta rota para permanecer en el mismo sitio todo el tiempo. Pero hay que reajustar la órbita de vez en cuando, de lo contrario, los satélites podrían distanciarse y perderse. Estas maniobras se consiguen con el uso de propelente. Pero los satélites no son coches o aviones, no pueden volver a la Tierra a por combustible.

Para resolver este problema, las empresas de todo el mundo están buscando formas para repostar los satélites directamente en el espacio. Se están probando sistemas que pretenden distribuir propelente en órbita en el segmento estadounidense de la ISS, estos sistemas provienen de la canadiense MDA Corporation y de la británica-israelí Effective Space Solutions. La Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés) ha desarrollado un motor que puede utilizar moléculas de aire de las capas superiores de la atmósfera de la Tierra como combustible.

Escasez de energía eléctrica

El problema del propelente se podría solucionar en parte utilizando electricidad, lo que puede reducir el consumo de combustible, además, se puede renovar mediante paneles solares. También se necesita la electricidad para comunicarse con la Tierra y con otra nave espacial. Pero nuestro planeta oculta el Sol de los satélites parte del tiempo, por lo que funcionan con baterías, que son de capacidad limitada.

Unos científicos rusos han propuesto una solución: varias docenas de robots en órbita podrían recargar satélites que se han quedado sin batería. Los robots atraerían la electricidad de las emisiones solares y de las transmisiones por radio de la Tierra. La tecnología puede aumentar la vida útil de las naves un 50 %, a la vez que las hace más livianas al descargar el exceso de baterías y paneles solares.

Sobrecalentamiento

Los repetidores espaciales o los satélites de retransmisión, que siempre funcionan a pleno rendimiento, se enfrentan al problema del sobrecalentamiento. Como en la órbita espacial no hay viento, utilizar ventiladores como en la Tierra para enfriar los ordenadores sería inútil. Por lo que, aunque hace mucho más frío en el espacio que en la superficie del planeta, la disipación del calor es un problema mucho más complicado allí.

Las naves espaciales utilizan radiadores enormes (unidades que transforman el calor en emisiones radiadas) para evitar el sobrecalentamiento. Cuanto más potente sea el satélite, más grande será el radiador que necesita para enfriarse. Por consiguiente, para refrescar los satélites de comunicación de 25 kW de nueva generación, los investigadores crearon un radiador más grande, de 4 x 1 m.

Rayos cósmicos

Otro problema son los rayos cósmicos, que afectan a todo lo electrónico. Aquí en la tierra, la protección procede de un campo magnético y de la atmósfera del planeta. Pero estas protecciones no existen en órbita, por lo que los componentes electrónicos utilizados en las naves espaciales se construyen para resistir la radiación, aunque la radiación sigue siendo un problema muy importante para los satélites.

Según el cosmonauta Pavel Vinogradov, los portátiles se quedan sin servicio muy rápido en la ISS, incluso aunque los módulos estén muy bien protegidos. Las cámaras también sufren: las imágenes acaban repletas de píxeles muertos. Además, la radiación interfiere enormemente en las señales transmitidas por los satélites y puede dañar los segmentos individuales de memoria de los dispositivos a bordo.

La radiación contra el cifrado

La radiación es una de las razones por las que la información entre la Tierra y muchas naves espaciales se intercambia sin cifrado. Si la radiación daña el área de almacenamiento utilizado para la clave de cifrado, la comunicación se interrumpirá.

El problema no es tan grave en los satélites de retransmisión mediante los cuales la tripulación de la ISS se conecta online, estos están más o menos protegidos. No obstante, este no es el caso de la mayoría de las naves espaciales de la órbita de la Tierra.

No poder utilizar el cifrado es un tema delicado, ya que los satélites, al igual que los ordenadores de la Tierra, son posibles objetos de ataque. La Agencia Espacial Europea ha lanzado recientemente un experimento con el objetivo de poner remedio a esta situación. Los investigadores están probando dos estrategias para mantener una comunicación cifrada robusta con satélites a un precio razonable.

  1. Una tecla base secundaria conectada al hardware. Si la clave principal se ve comprometida, el sistema generará una nueva basada en la clave secundaria. No obstante, solo se podrán crear un número limitado de claves.
  2. Varios núcleos de microprocesadores idénticos. Si uno falla, otro puede entrar en acción en cualquier momento mientras que el defectuoso recupera su configuración, para repararse él mismo.

El dispositivo que prueba estos métodos fue mandado a la ISS en abril del 2019 y se espera que esté activo continuamente durante al menos un año. Está basado en un miniordenador estándar Raspberry Pi Zero, lo que lo convierte en una solución relativamente económica.

No obstante, no se puede esperar que la comunicación con los satélites sea más segura en los próximos años, no es fácil actualizar los sistemas que ya se han lanzado al espacio.

Internet en Marte

Mientras algunos investigadores están ocupados mejorando la protección y el ancho de banda de los satélites, otros están pensando en crear un Internet interplanetario. En muchos sentidos, los problemas que hay que resolver son similares a los que se enfrenta la tripulación de la ISS, aunque en una escala totalmente diferente.

Por ejemplo, se necesitan de 3 a 22 minutos para que una señal alcance Marte, dependiendo de la posición del planeta de la red respecto de la Tierra. Muy lejos de la demora de medio segundo de la ISS. Además, la comunicación directa entre Marte y la Tierra se interrumpe durante dos semanas cada dos años, cuando el Sol se posiciona entre los dos planetas y bloquea las señales.

Pero el Internet del espacio también ofrece ciertas funciones únicas. Todos los nodos de la red están en constante movimiento. Como las tecnologías terrestres de Internet resultan inútiles en esas condiciones, los científicos desarrollan disposiciones adicionales para activar la comunicación entre la Tierra, su luna, Marte y otros planetas. Esto puede depender de:

  1. Los protocolos de transferencia de datos, como la solución de transferencia de datos Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN) de la NASA, realizada para hacer frente a las largas demoras, las tasas de error muy elevadas y los nodos de inaccesibilidad frecuentes. Según este modelo, los nodos intermedios (por ejemplo, los satélites) almacenan datos hasta que son capaces de transmitirlos a los siguientes.
  2. El abandono de las comunicaciones satelitales actuales basadas en radio en favor de las tecnologías de transferencia de datos ópticas (por ejemplo, la láser). En primer lugar, las comunicaciones ópticas ofrecen muchas veces el ancho de banda y, en segundo lugar, los transmisores ópticos y los receptores son más compactos y requieren menos potencia, fuentes de gran importancia en cualquier satélite de retransmisión.
  3. Disposiciones satelitales capaces de retransmitir señal alrededor del Sol, incluso aunque la Tierra y Marte (u otros planetas de la red del espacio) estén en el lado opuesto a la estrella.

El futuro está más cerca de lo que parece

Como has podido comprobar, las redes sociales o incluso las conferencias de vídeo con residentes de Marte o la Luna no son tan fantásticas como parecían. Evidentemente, la humanidad tiene todavía mucho camino para llevar Internet al espacio profundo, pero ya se han dado los primeros pasos.