月球将很快拥有手机服务

如果美国宇航局的阿尔忒弥斯 (Artemis) 计划在 2024 年成功让人类重返月球，宇航员们或许可以选择在留下第一个脚印之前发推文。

上周，美国宇航局宣布与电信公司诺基亚签订了一份价值 1410 万美元的合同，在月球上建立一个 LTE 蜂窝网络，这是美国宇航局今年向私营公司颁发的 15 项拨款之一，旨在推动新太空技术的发展。诺基亚表示，该硬件将于 2022 年底着陆，无需人工部署或配置。该网络将为基站范围内的任何设备提供快速连接。

美国宇航局太空技术任务理事会副局长吉姆·路透在一封电子邮件中表示：“诺基亚提出的将现有 4G/LTE 技术应用于月球的建议可以支持月球着陆器、探测车、栖息地、宇航员以及月球表面其他物体之间的通信。这一未来能力可能是在月球及其周围实现强大、可持续存在的关键。”

诺基亚的月球网络应该离地球足够近，因此将其连接到地面互联网将相对简单，但随着最后的边界从地球向外扩展，无论是由机组人员还是机器人，人类通信的范围也必须随之扩大。例如，SpaceX 创始人埃隆·马斯克最近推测了在火星上建立 Starlink 网络的可能性。对于未来的探险者来说，幸运的是，连接太阳系遥远区域的技术——星际互联网——已经研发了几十年。但如果它真的实现了，太空互联网将以与今天的地面互联网截然不同的方式传输未来的模因。

从通信角度来看，太空的一个问题是它非常大。一条推文可以在不到五分之一秒的时间内从纽约传到东京，但以自然界最高速度传播的更快激光束需要一秒多的时间才能到达月球。别忘了与火星的 Zoom 会议。单向通讯需要三到二十分钟才能到达这颗红色星球。再加上航天器和行星往往以极快的速度飞驰，经常相互遮蔽或从太阳后面经过，将它们连接起来就成为一项艰巨的技术挑战。

包括现代互联网架构师、美国宇航局喷气推进实验室杰出客座科学家文特·瑟夫在内的技术专家早已认识到，光速等硬性物理限制将空间划分为独立的域。无论网络有多少 G，火星探险者都无法与地球进行实时通话。相反，火星和地球等地区将各自拥有自己的本地网络，星际互联网可以将它们编织成一个“区域互联网网络”。

但即便是建立这样一个拼凑起来的网络也不是一件容易的事。在地球上，设备根据一组称为传输控制协议和互联网协议（简称 TCP/IP）的程序交换数据。当东京的一部手机检索存储在纽约服务器上的一条推文时，TCP/IP（由瑟夫共同开发）要求设备找到它们之间的完整路由，在世界各地的服务器和其他设备之间跳跃，然后通过一系列数据包传输消息。如果链中的一个环节（“节点”）在传输过程中发生故障，路由就会中断，传输中的数据包就会消失。在相对规模较小且稳定的地面互联网中，节点很少出现不可用的情况，但对于一个在节点中包含快速移动的遥远航天器的网络来说，长时间的停电是很常见的。

太空互联网需要更适合太空的规则。十多个团队花费数年时间研究一种新的信息分发模式：延迟（有时也称中断）容忍网络 (DTN)。

核心思想是将责任委托给网络中的每个节点（设备），而不仅仅是端点。当链中的下一个链接断线时，DTN 中的中间节点不会丢弃数据包（并丢失全部或部分消息），而是会保存数据包，直到下一个连接恢复在线。只有在确认数据包已安全到达下一个目的地后，节点才能从内存中清除信息。没有协议可以让火星设备与地球设备实时通信，但 DTN 可以确保消息最终跨越星球之间的鸿沟。

这一概念的支持者，如行星际网络特别兴趣小组，希望有一天许多航天器能够搭载必要的硬件，并成为智能节点，将太阳系各个分离的区域连接在一起，形成太空互联网。

与此同时，NASA 已经多次试验 DTN 程序。它于 2008 年在名为“深度撞击”的航天器的一次延长任务中首次测试了该协议。研究人员将 300 幅图像传输到深空探测器，距离 1500 万英里，80 光秒，并传回地球。随后，宇航员 Sunita Williams 于 2012 年使用 DTN 在国际空间站 (ISS) 控制了一个乐高机器人。

2016 年，国际空间站通过全新实施 DTN 成为一个持久节点，这使其能够在 2017 年接收来自南极洲的自拍照。接下来，一颗旨在研究地球海洋的卫星将在 2022 年发射时使用 DTN 传输科学数据。

着陆器、探测车和诺基亚 LTE 网络上的其他设备将使用传统协议 TCP/IP 在月球表面本地进行通信。诺基亚代表表示，与地球的连接不属于 LTE 网络，将由诺基亚的合作伙伴 Intuitive Machines 负责，预计在初始部署中不需要复杂的 DTN 协议。

尽管如此，新的太空硬件意味着 DTN 支持者们有了新的实验场地，就像他们为距离地面仅 250 英里的国际空间站所做的那样。无论 NASA 和诺基亚如何实现这一目标，宇航员访问地面 Twitter （始于 2010 年）似乎仍将继续。