接通星際因特網

人類如果想繼續探索更遠的行星，必須能夠在動輒相距數十萬千米的兩個行星間隨時保持通信。大量的數據傳輸需要我們建立超大型的網絡。以目前的標準，至少要能在火星上隨時收發郵件。再厲害點，從火星向地球搞個視頻直播都不是問題。

去火星屬于長途奔襲，而且一旦到了，一年半載也回不來?！耙归L”，其間忍受無聊寂寞的“夢”自然多。為了避免宇航員出現心理問題，美國宇航局曾經想過建一個虛擬社區，讓去火星的宇航員習慣通過網絡與親友進行虛擬溝通。其實如果網絡足夠暢通，何必還要虛擬的溝通，直接視頻聊天不就行了，甚至裝幾個網游，到時候娛樂只怕太多。但現實的情況是，星球之間過于遙遠的距離讓事情并沒有想象中簡單。要實現與地球上的因特網相似的網絡通信，需要特別打造一套行星際網絡(InterPlanetary Network，IPN)。

嘗試在外星互聯

盡管從20 世紀50 年代開始，精彩紛呈的太空計劃就不斷地創造出奇跡。擁有火星探測能力的歐洲和美國，多年以來各自發射了很多探測器，但是歷次任務的通信結構都是以任務專用的方式獨立構建的，始終沒有成功地進行過通信系統的互聯互通。直到4 年以前，雙方借助“勇氣號”火星車和“火星快車”軌道探測器進行了一次簡單的嘗試。

2004 年2 月6 日，著陸不久的“勇氣號” 開始不緊不慢地在火星表面尋找水的痕跡。此時，先一步抵達火星的軌道探測器“火星快車”已經飛了一些日子，這天恰好要經過“勇氣號”的上空。通常情況下，無論是飛船還是衛星，與地面控制中心的通信都是“單線聯系”——地面給出指令，外太空執行，然后返回探測數據。但是既然歐航局和美國的探測器有這樣一次難得的際會，雙方就想借機試驗一下，美國人的指令由歐洲人來發，返回的數據也要拐個彎。這么遠的距離，通過太空建立的國際聯系成不成，數據能否完整傳輸，都是未知數。

此次數據傳輸非常成功，沒有丟失一個字節的數據，也沒有出現冗余數據?！坝職馓枴钡捻椖恐鞴苷材岱?8226; 特羅斯佩爾（Jennifer Trosper）甚至認為：“我們已經在火星建立了一個行星際國際通信網絡。”不過也許因為整個過程頗顯乏味，似乎也不能看出任何網絡的意思，“勇氣號”與“火星快車”之間的歷史性問候被大多數媒體忽略了。

行星際網絡開始受到媒體的關注，多半是因為有像溫頓#8226; 瑟夫（Vinton Cerf）這樣人物的參與。這位至今仍然在谷歌就職，年逾六十的掌門級人物被尊稱為因特網之父。1999 年，正值網絡泡沫愈演愈烈的當口，有媒體注意到瑟夫加入了美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）下屬的一個工程師團隊。“我在想因特網已經成形了，接下來我們需要什么？結果發現答案是星際骨干網絡。”在和《連線》雜志談到自己的想法時他如是說。

其實早在構想因特網的架構時，星際網絡的概念就已經在瑟夫等人的頭腦中略具雛形，只是時機還不成熟。1998 年，瑟夫把自己關于星際網絡的構想告訴了噴氣推進實驗室的艾德里安#8226; 虎克（Adrian Hooke）。從20 世紀90 年代初開始，虎克就一直在為新的太空任務努力設計一種成本更低、更有效率的網絡協議。于是兩個人開始了最初的合作。沒過多久，瑟夫的老東家，國防部高級研究計劃署（DARPA）也認識到這個項目所具有的前瞻性，于是決定為該項目投資50 萬美元，作為啟動資金。從而以噴氣推進實驗室為核心的IPN 研究才算是正式開始。

組建超大型星際網絡

“勇氣號”所實現的互聯，充其量只能算是IPN部分功能的雛形。就在“勇氣號”抵達火星前不久，當時的美國總統布什宣布了一個新的空間探測設想。美國準備從2020 年人類重返月球開始，逐漸實現一個持續的和經濟可承受的將人類的存在擴展到整個太陽系的計劃。這實際上為IPN 的發展規劃了一個更為具體的目標。瑟夫認為，那意味著在整個太陽系實現不間斷、高帶寬、低成本的通信。

瑟夫所設想的IPN 最終將接入我們現有的因特網。屆時地球上的學者能夠隨時連線正在火星巡視的探測器，查找有關火星地貌的最新資料。而宇航員能夠在外太空發送和接收電子郵件，以及下載音樂甚至電影。“至于能否玩游戲我不太肯定”，瑟夫補充說，“每一次火星任務都會歷時3 年，其間有太多溝通的需要了。電子郵件功能，我想這是主要的。”

瑟夫所給出這些的功能需要進行大量的信息交換，必然要由一個超大型的網絡來實現。

在這個體系中，深空網絡將是從地球通往星際網絡的門戶。它由數個碩大的天線組成。在美國的加利福尼亞、澳大利亞和西班牙，分別建有數個直徑在數十米的大型天線。它們每天必須有超過12 個小時以上的時間指向火星，與圍繞火星運轉的人造衛星、探測器和太空站保持全天候的聯接，進行不間斷的無線電通信。地球上的因特網將通過這個門戶接入整個IPN。

體系中的另一個元素將是由圍繞星球的衛星群、太空站以及在行星表面上工作的探測器等等組成的行星外部網絡和行星網絡。以火星網絡為例，未來將有圍繞火星的6 顆小衛星以及一個在低層軌道上運轉的大型通信衛星，它們負責為火星表面和附近的航天器提供通信中繼服務，收集所有的數據，然后把包括圖像和視頻在內的信息傳送回地球。

當然，除了這些硬件之外，對星際網絡來說最重要的將是一種能夠克服長時間延時和中斷問題的新網絡協議。這也是瑟夫與虎克的團隊的主要任務。地球上的因特網仍然在使用的是TCP/IP 協議，它會把所有在網絡上傳輸的信息拆分成多個很小的數據包，然后再送達目的地。問題是它對延時和中斷的忍受程度較低。這對地球上數千千米距離的通信來說不是大問題，但星球之間動輒就有幾十萬千米，信息從一點到另一點所需的時間會延長許多。比如火星與地球之間的信息來回，大致需要20 到50 分鐘。假使宇航員突然想下載一首MP3， 用TCP/IP 協議， 也許等一輩子也下不完。瑟夫等人在開發的星際網絡的協議與TCP/IP 協議相似，但能夠確保即使部分數據包丟失，整個網絡仍然能正常工作?；⒖私榻B說，當有數據包丟失的時候，新的協議不會通過反復地發送數據而堵塞網絡，而是更加智能地及時發現被丟失的數據。新的數據包也比地球上的更精簡。專用的網關會在地球和外星之間翻譯這些數據。瑟夫則補充認為，今后所有新發射的航天器都應該帶有一個IPN地址，一個“.mars”的域名，分別作為IPN 中的一個節點組成與地球上的因特網類似的分組交換網絡。2008 年11 月，JPL 已經利用這種容斷網絡(DTN，Disruption-Tolerant Networking) 在地球和3200 萬千米以外的一個航天器之間相互傳輸了一批空間圖像。

一次商業遠征

這是一個理想的架構。雖然星際網絡仿照地球上的因特網構建，但是它要面對一些特殊的工程學難題?！耙蛱鼐W要同時應付數量龐大的訪問，但這不是星際網絡主要的困難?！?虎克對此解釋說，星際網絡將面對的是嘈雜而遼闊的太空，信號會因此變得微弱，這直接影響到網絡帶寬。舉例來說，以目前的技術和傳輸功率，火星軌道衛星向地球傳送數據的速率大致是250 Kbps，而在火星表面工作的火星車，因為有著火星大氣的阻隔，速率則只有10 Kbps，還比不上過去所使用的撥號上網。這需要今后的衛星和探測器擁有更強大的發射功率?；⒖斯烙嫷?010 年以前，火星車能夠追上衛星的速率，而衛星能夠實現1 Mbps。瑟夫更加樂觀，他相信2020 年以前光通信將會替代無線電通信成為主流，而這會極大地提高星際網絡的速度。

在高談闊論星際網絡的未來時，不禁有一個問題要問：因特網從構想到普及用了20 年時間，這是因為網景公司推出的萬維網服務讓因特網最終實現了可商用。星際網絡呢？不要忘了溫頓#8226; 瑟夫是谷歌的一分子，而谷歌早就推出了太空望遠鏡服務，讓普通人在家也能夠欣賞壯觀的宇宙照片。此外谷歌還拿出了兩千萬美元推動谷歌登月大賽。如火如荼的2.0 版本的太空探索恰好需要尖端的通信服務作為保障。因此未來星際網絡的商用化并不是問題。事實上，它將成為推動星際網絡實現的原動力之一。至少從目前來看，積極參與其中的企業有可能在虛擬太空游領域占得更多先機。

瑟夫本人認為星際網絡研究的不確定和風險性是確實存在的，但它就像19 世紀初美國著名的路易斯與克拉克遠征，是不得不發。有意思的是，那正是一次不折不扣的商業探險，促使美國人從法國手里買來了路易斯安那，國土擴張了一倍。在出發之前，當時的杰斐遜總統曾叮囑路易斯，他的任務是探索可作為商業用途的交通水路，而且“必須利用各種方法與我們保持聯系?！?/p>