حين يأتي الوقت الذي يهبط فيه روادُ الفضاء على سطح المريخ، ربما بعد عقدين من الآن، سيحتاجون بالتأكيد إلى إيجاد طريقة للتواصل مع بعضهم البعض من جهة، ومع المعدات الموجودة على الكوكب الأحمر وما حوله من أقمار صناعية من جهة أخرى، ومع مركز التحكم الخاص بوكالة ناسا (Mission Control Center) على الأرض من جهة ثالثة. وعلى الرغم من أنهم سيعيشون بعيدًا عن وطنهم الأرض، إلا أنهم سيرغبون بلا شك في التواصل مع أصدقائهم وأهليهم عل سطح الأرض، أو حتى السماع إلى الأغاني والموسيقى التي يحبون، أو مشاهدة بعض حلقات مسلسلاتهم وأفلامهم المفضلة.

ومن المعلوم بالبداهة أنه من المستحيل أن يتواصل الرواد بالأرض عن طريق استخدام شبكات الـ Wi-Fi، فالأرض ببساطة بعيدة جدًا — من 55 مليون إلى 400 مليون كيلومتر، اعتمادًا على موقع الكوكبين في مداريهما — ومن المحال أن تصل شبكة Wi-Fi لتغطي هذه المسافة الساحقة، لذلك سيحتاج رواد الفضاء إلى العمل على إيجاد استراتيجية أخرى.

إنّ إنشاء بنية تحتية جيدة للاتصالات أمر ضروري للبعثات البشرية إلى المريخ، كما تقول «كلير بارفيت Claire Parfitt»، مهندسة الأنظمة في وكالة الفضاء الأوروبية (ESA): “في الوقت الحالي، نحن في المراحل الأولى من معرفة كيف يمكن أن تكون هذه البنية من الاتصالات، وكيف يمكن العمل على تطبيقها وإنشائها.”

كما يعمل الباحثون الآن على اختبار طرق لترقية أجهزة الشبكات الحالية، إلى جانب محاولاتهم للإتيان بأفكار وبدائل غير مألوفة. فعلى سبيل المثال، مهمة ناسا «سايكي Psyche»، التي انطلقت في أكتوبر 2023 بهدف استكشاف كويكب يقع بين المريخ والمشتري، ستختبر أيضًا إمكانية إجراء اتصالات بين الكواكب باستخدام تقنية الليزر؛ حيث يمكن أن يحمل الليزر بيانات أكثر بكثير من تلك التي تحملها الموجات الراديوية التي تم استخدامها منذ الأيام الأولى للسفر إلى الفضاء.

يجدر أيضًا التأكيد على أنه لا توجد أي أفكار أو تكنولوجيات معروفة يمكننا بها التخلص من مشكلة الفارق الزمني في الاتصالات بين الأرض والمريخ؛ حيث تستغرق الرسالة التي تتحرك بسرعة الضوء ما بين أربع إلى 24 دقيقة ذهابًا فقط. وهو ما يعني أن إجراء مكالمة سريعة من مركز التحكم في الأرض إلى رواد الفضاء في المريخ أمرٌ غير وارد على الإطلاق، ناهيك عن استحالة إجراء مكالمة بين رواد الفضاء وأهاليهم في المنزل عبر تطبيق WhatsApp.

هناك كذلك ظاهرة الاقتران الشمسي، كما تقول «كلير بارفيت Claire Parfitt»، تحدث تلك الظاهرة عندما تكون الشمس بين الأرض والمريخ، وهو ما يؤدي إلى قطع الاتصالات بين الكواكب تمامًا، حيث يحدث هذا لمدة أسبوعين كل عامين تقريبًا. وقد كان توقيت حدوث آخر اقتران شمسي هو شهر نوفمبر الماضي.

كل تلك المحاولات كانت تصب في اتجاه واحد فقط، وهو ربط المريخ بكوكب الأرض عن طريق شبكة اتصالات عمالقة عابرة للكواكب، لكن هناك فريق بحثي سأل سؤالًا لم يخطر على بال الكثيريين، لماذا – بدلًا من محاولة ربط المريخ بالأرض – لماذا لا نجعل للمريخ شبكة إنترنت واتصالات خاصة به كالتي نملكها على الأرض؟

كيف نُجري اتصالاتنا بالمريخ اليوم؟

لقد قامت العديد من وكالات الفضاء بإرسال مركبات سيارة، وأقمار صناعية إلى المريخ، والتي تتطلب اتصالًا دائمًا ومستمرًا مع الأرض لتتمكن هي من إرسال البيانات التي جمعتها، ونتمكن نحن من التحكم بها وتوجيهها.

لنأخذ على سبيل المثال المركبة الجوالة «بيرسيفيرانس Perseverance» التابعة لوكالة الفضاء الأمريكية ناسا، والتي ترسل وتستقبل نوعين مختلفين من المعلومات. النوع الأول من المعلومات هي الأكواد والأوامر الخاصة بقيادة وتشغيل والمركبة عن بعد، حيث يرسل المشغلون لها على الأرض التعليمات بعد أن يتخذوا القرارات بشأن ما يجب على المركبة القيام به كل يوم. عادةً تتلقى مركبة «بيرسيفيرانس» أكثر من 1000 أمر من الأرض يوميًا. أما النوع الثاني فهو المعلومات والبيانات العلمية، كصور لصخور وتربة وسطح كوكب المريخ التي تجمعها المركبة. كما تعمل المركبة كذلك كمحطة وصل بين الطائرة المروحية «إنجنويتي Ingenuity» التي حلقت في سماء الكوكب الأرض لتلتقط صورًا وبيانات عنه، لترسل تلك المروحيةُ البياناتِ إلى المركبة «بيرسيفيرانس» ومِن ثمَّ ترسلُ المركبةُ تلك البيانات إلى الأرض. تقوم كذلك بعض الأقمار الصناعية والأجهزة المدراية التي تدور حول المريخ بأخذ وإرسال بيانات علمية إلى الأرض كذلك.

يتم توجيه الكثير من الاتصالات مع المريخ عبر شبكة Mars Relay Network والتي تصفها وكالة ناسا بأنها “شبكة من الأجهزة ترقص معًا في تناغم تام”. تقوم هذه الشبكة والتي تتكون من خمس مركبات مدارية حول المريخ هم – MRO، وTGO، وMAVEN، وMars Odyssey، وMars Express – بنقل المعلومات عبر هوائيات موجهة نحو الأرض.

حين تريد أي مركبة متجولة على سطح المريخ إرسال البيانات والصور التي جمعتها إلى الأرض، فإنها أولًا لا بد أن ترسل تلك المعلومات إلى أحد الأقمار الصناعية التي تدور حول المريخ عبر موجات رادوية فائقة التردد (UHF)، ثم تنتقل تلك المعلومات من تلك الأقمار الصناعية إلى المراصد الموجودة على الأرض، هذا إذا لم يكن هناك حاجز بين الأرض والمريخ، فإن كان هناك عائق بينهما، فإن الأقمار المدارية تحتفظ بالمعلومات لديها حتى تتمكن من التواصل مع الأرض بشكل مباشر، وحينها ترسل المعلومات إلى المراصد الأرضية.

حين يهبط البشر على سطح المريخ، فلا يبدو أن هذا النظام سيكون فعالًا أبدًا. لكن «فنسنت تشان Vincent Chan» الباحث بجامعة MIT بالولايات المتحدة يقول أن هذا النظام سيكون كافيًا وفعالًا كي يتواصل رواد الفضاء على سطح المريخ فيما بينهم، حيث يمكن لرواد الفضاء باستخدام جهازين اثنين فقط أن يتواصلوا على سطح المريخ بكل سهولة إن كانوا قريبين من بعضهم البعض. أما إن كانوا في أماكن بعيدة، فيمكن لهم التواصل عن طريق الأقمار التي تدور حول المريخ، وهو ما نفعله نحن على سطح الأرض في كثير من الحالات، ذلك أن الطريقة التي يتواصل بها إنسان في مكان بعيد على كوكبنا تكون عن طريق إرسال إشارة إلى الأقمار الصناعية، وهي بدورها تعيدها إلى أجهزة الاتصالات على الأرض في أماكن أخرى. فلا يبدو أن هناك مشكلة أبدًا أن يتواصل الرواد على سطح المريخ فيما بينهم، سواء كانوا قريبين أم بعيدين، فالنظام الحالي كافٍ للقيام بتلك المهمة بالإضافة إلى كونه رخيص نسبيًا.

إن أول ما سيفعله رواد الفضاء حين يهبطون على سطح المريخ، هو إنشاء جهاز اتصالات كبير يتم توجيهه إلى الأرض، ومن هنا ستبدأ الصعوبات والمشكلات، حيث يجب أن يكون هذا الجهاز دائم التوجه إلى الأرض بلا عوائق، وهو ما لن يحدث، لذلك سيلجأون – في حالة وجود عوائق – إلى استخدام الأقمار التي تدور حول المريخ في التواصل مع الأرض، لكن هذه الأقمار لا بد أن تكون متاحة لهم في الأفق لمدة ٢٤ ساعة، ولا بد أن يكون لديها القدرة على نقل بيانات كبيرة جدًا وبسرعة عالية إلى الأرض، وهو ما لا نملكه حاليًا.

تتطلع وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) الآن إلى جعل شبكة الاتصالات تلك أكثر قوة وكفاءة، وهي في مراحها الأولى لتطوير مفهوم الاتصالات المريخية والبنية التحتية الخاصة بها. وإذا ما أخذ هذا المشروع في الاستمرار والنجاح، فإنه سيرسل أجهزة اتصالات عالية الكفاءة مع الصواريخ الفضائية التي سوف ترسل إلى المريخ.

حين تُرسل تلك الأجهزة إلى مداراتها حول المريخ، ستعمل على تعزيز الاتصالات بينها وبين المركبات المريخية من جهة، وبينها وبيننا على الأرض من جهة أخرى. كما يمكن أن تبقى تلك الأجهزة لنستخدمها كوسيلة اتصالات في مهماتنا القادمة إلى الكوكب الأحمر، خاصةً وأننا يمكن أن نرسلها بشكل متدرج كي نتجنب التكلفة العالية من إرسال أحمال ثقيلة ومعدات كثيرة في رحلة فضائية واحدة.

على الرغم من أن الترددات الراديوية التقليدية ستكون كافية لمعدلات البيانات المنخفضة، إلا أن استخدام تقنية الليزر يمكن أن يحمل ما بين 10 إلى 100 ضعف كمية البيانات في نفس المدة الزمنية. ونظرًا للترددات العالية للموجات الضوئية الليزرية، التي تفوق ترددات الموجات الراديوية بمئات الآلاف من المرات، يمكن تخزين المزيد من المعلومات والبيانات. وبالتالي، فإن هذا النوع من الموجات الضوئية هو الطريق الذي يمكن أن تتجه إليه الاتصالات الفضائية.

الاتصالات بالليزر في الفضاء

كما ذكرنا في الأسطر السابقة أن المركبة الفضائية «سايكي Psyche»، التي تم إطلاقها في أكتوبر الماضي، سوف تختبر مدى فعالية الاتصالات بالليزر لمسافات طويلة أثناء توجهها نحو إلى كويكب Psyche الذي سُميت على اسمه، ذاك الكويكب الغني بالمعادن الذي ستستكشفه. تحمل تلك المركبة الفضائية تقنيةَ الاتصالات الضوئية في الفضاء السحيق (DSOC) التابعة لوكالة الفضاء الأمريكية ناسا.

يجدر بنا كذلك أن نذكر أن استخدام الليزر للاتصالات الفضائية ليس بالأمر الجديد، ولكن لم يتم اختباره مطلقًا من مسافات أبعد من القمر. في منتصف شهر نوفمبر الماضي، أرسلت «سايكي» بيانات إلى الأرض من مسافة 16 مليون كيلومتر، أي 40 مرة أبعد من القمر. وفي ديسمبر الماضي، أرسلت مقطع فيديو لقط اسمه “تاترز” من مسافة 31 مليون كيلومتر، قد تم تصوير هذا الفيديو من الأرض على أجهزة المركبة، ثم أرسلته إلينا مرة أخرى.

تعمل وكالة الفضاء الأوروبية أيضًا على أبحاث لتطوير الاتصالات الضوئية على مسافات بعيدة جدًا. أحد أهم برامجها التطويرية يسمى ScyLight. لكنه، وعلى الرغم من الفوائد الجمة لهذه التقنية، إلا أن طريقة الاتصال الضوئي تتطلب دقةً فائقة في توجيه الإشارة لإرسالها واستقبالها. وهي على عكس تمامًا من الاتصالات الراديوية التي لا تتطلب تلك الدقة العالية في توجيه أجهزة الإرسال إلى بعضها البعض؛ فكي يتم إرسال واستقبال البيانات عن طريق الإشارات الضوئية يجب أن يتم إرسالها في شعاع ضيق محدود ولا بد أن يشير تمامًا إلى جهاز الاستقبال بحيث تصل الإشارة مباشرة وبدقة إلى كليهما. لا تقف المشكلة في جعل جهازين تفصل بينهما ملايين الكيلو مترات أمام بعضهما البعض تمامًا، لكن حتى لو تم ذلك، فإن الغطاء السحابي والتأثيرات الجوية تتداخل أيضًا مع أشعة الليزر تلك مما يضعها.

إن أي تحول نحو تحسين تقنية الاتصالات الضوئية يعني في المقابل إجراء تحسينات على أجهزة الاستقبال الموجودة لدينا على الأرض، والتي تختص مهمتها في الاستماع إلى أي رسائل من الفضاء السحيق.

على الرغم من أنه أقرب بكثير جدًا من المريخ، إلا أن القمر يوفر فرصةً ثمينة لنا للتجريب والتعليم وصناعة أجهزة أفضل للاتصالات في الفضاء. ففي إطار برنامج «أرتميس Artemis» الذي يهدف إلى إعادة البشر إلى القمر، تعاقدت وكالة ناسا مع شركات خاصة لإنشاء شبكة 4G للاتصالات على سطح القمر. ستعتمد تلك الشبكة على الموجات الراديوية وستتضمن تركيب أجهزة ومحطات يمكنها التغلب على طبيعة تضاريس القمر القاسية.

تدعو وكالة الفضاء الأوروبية شركات الفضاء الخاصة عبر برنامجها المُسمى «Moonlight» إلى إنشاء كوكبة من أقمار الاتصالات حول القمر، بما في ذلك الجانب المظلم من القمر الذي لا يمكن رؤيته مباشرةً من الأرض. تتضمن المرحلة الأولى من البرنامج إطلاق المركبة الفضائية Lunar Pathfinder، والتي من المخطط أن يتم إطلاقها عام 2026.

يقول «توماس نافارو Tomas Navarro»، وهو مهندس مشاريع مستقبلية في وكالة الفضاء الأوروبية: “كل ما يتم إنجازه من أجل القمر يهدف إلى نقل البشر والبعثات إلى المريخ”.

إنترنت على سطح المريخ

لا شك أن هؤلاء الذين يزورون المريخ، ناهيك عن سكانه المستقبليين، سيرغبون في القيام بأكثر من مجرد إرسال الرسائل واستقبالها. سوف يريدون شكلًا مشابهًا للإنترنت الذي نستخدمه على الأرض، والذي نقوم عن طريقه بكل شيء، بدءًا من مشاركة الصور والفيديوهات، بل وحفظ البيانات الضخمة لنعود إليها حين نريد استرجاعها. في يونيو 2023، اقترح «توبياس بفاندزلتر Tobias Pfandzelter» و«ديفيد بيرمباتش David Bermbach» من الجامعة التقنية في برلين أن صناعة أسطول من الأقمار الصناعية وجعلها تدور حول المريخ يمكن أن يزود الكوكب الأحمر بشبكة إنترنت خاصة به كما لدينا على الأرض شبكة إنترنت خاصة بنا.

يصل معظمنا هنا على الأرض إلى الإنترنت من خلال هواتفنا باستخدام الترددات الراديوية على شبكات 4G أو 5G اللاسلكية أو من خلال أجهزة الـ Wi-Fi. وترتبط هذه الاتصالات عبر كابلات الألياف الضوئية حول العالم. وبدلاً من ذلك، ستكون شبكة المريخ المقترحة مشابهة لشبكة «ستارلينك Starlink»، وهي كوكبة من الأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض تديرها شركة «سبيس إكس SpaceX». تعد تغطية الإنترنت واسع النطاق والهواتف المحمولة عبر الأقمار الصناعية باهظة الثمن، ولكن على المريخ، قد يكون مثل هذا النظام أرخص وأسهل في البناء من شبكة موسعة وقوية على الأرض.

يعد كل من «بفاندزلترPfandzelter» و«بيرمباتشBermbach» خبيرين في الحوسبة السحابية. وبالنسبة للإنترنت المريخي المقترح، قاموا بدراسة مفاهيم من تقنية «حوسبة الحافة Edge computing»، ويمكن لنا أن نشرح ما معنى حوسبة الحافة تلك باستخدام مثال بسيط، افترض معي مطعم بيتزا شهير، ذلك المطعم قرر أن يفتح فروعًا أصغر في المزيد من الأحياء البعيدة، نظرًا لأن الفطيرة المخبوزة في الموقع الرئيسي كي يتم نقلها إلى بيوت العملاء ستكون قد بردت وهي في طريقها إلى العملاء البعيدين. تعتمد فكرة حوسبة الحافة على هذه الفكرة تمامًا، فبدلًا من نقل المعلومات من مصدرها الأم، يتم إنشاء محطات في أماكن كثيرة قريبة من جميع العملاء. لكن ربما نستعيض عن تلك الفكرة المستخدمة على الأرض بفكرة الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض كبديل لها.

وخلص بفاندزلتر وبرمباخ إلى أن وجود كوكبة مكونة من 81 قمرًا صناعيًا منخفض المدار حول المريخ سيكون جيدًا بما يكفي لتغطية الكوكب بأكمله بالإنترنت. ستوفر تلك الأقمار نظام اتصالات خاصًا بكوكب المريخ ليكون مشابه للنظام الذي يعمل لدينا على الأرض.

تخيل معي أن رائد فضاء على سطح المريخ أراد أن يشاهد أحد الأفلام المعروضة على منصة Netflix. يقول بفاندزلتر: “إذا كنت تريد بثه من الأرض، فسيتعين عليك أولاً الانتظار لمدة 10 أو 15 أو حتى 40 دقيقة، وهذا فقط من أجل أن يبدأ الاتصال”. ناهيك عن مدة التوقف والانتظار أثناء المشاهدة والتي قد تصل إلى ساعات. وإذا أراد رائد فضاء آخر على المريخ مشاهدة نفس الفيلم، فعليه أن يمر بنفس العملية مرة أخرى وينتظر نفس الوقت مرة أخرى.

وبدلاً من ذلك، يمكن لنظام تخزين البيانات السحابي على المريخ أن يسهل الوصول إلى الأفلام. ويقول: “يمكنك أن تحصل على نفس التجربة من التمتع بالإنترنت كالتي لديك على الأرض، لأن جميع بياناتك يتم نسخها محليًا على المريخ نفسه دون الحاجة إلى الاتصال إلى الأرض في كل مرة”. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تستمر عمليات التحميل والتواصل مع الإنترنت الأرضي أثناء استمتاعك بالإنترنت المريخي.

سيكون وضع أقمار الإنترنت الصناعية في مدار حول المريخ أمرًا اقتصاديًا أيضًا لأنه لن يتطلب منا التحضير لعملية الهبوط على سطح المريخ؛ حيث تشكل معدات الهبوط جزءًا كبيرًا من ميزانية المهمة. يقول بفاندزلتر: “سيكون من الأرخص بكثير إرسال مجموعة من الأقمار الصناعية المدارية إلى المريخ، وإبقائها في مدارها فحسب دون أن يتم إنزالها على سطح المريخ”.

تقول «كلير بارفيت Claire Parfitt» إنه حتى لو كان الوصول إلى المريخ بعد عقود من الزمن، فليس من السابق لأوانه البدء في التخطيط من الآن. إن المكالمات المرئية المباشرة بين البشر عبر الكواكب لهي أمر خارج نطاق حدودنا وقدراتنا العلمية، وما لم يكن هناك ثورة كبيرة في قوانين الفيزياء، فلن تتمكن الرسائل من الانتقال بسرعة أكبر من سرعة الضوء. إنها ليست مشكلة يمكن حلها، إنها مشكلة تفرضها علينا حدود العلم والقوانين الفيزيائية.

.