Niedawno amerykańska sonda Spirit ukończyła test komunikacji laserowej w głębokiej przestrzeni z obiektami naziemnymi oddalonymi o 16 milionów kilometrów, ustanawiając nowy rekord odległości komunikacji optycznej w przestrzeni kosmicznej. Jakie są więc zaletykomunikacja laserowa? Na podstawie zasad technicznych i wymagań misji, jakie trudności musi pokonać? Jakie są perspektywy jego zastosowania w dziedzinie eksploracji głębokiego kosmosu w przyszłości?
Przełomy technologiczne, nie boimy się wyzwań
Eksploracja głębokiej przestrzeni jest niezwykle trudnym zadaniem w trakcie eksploracji wszechświata przez badaczy kosmosu. Sondy muszą przemierzać odległą przestrzeń międzygwiezdną, pokonywać ekstremalne środowiska i trudne warunki, pozyskiwać i przesyłać cenne dane, a technologia komunikacyjna odgrywa kluczową rolę.
Schematyczny diagramkomunikacja laserowa w głębokiej przestrzeni kosmicznejeksperyment pomiędzy sondą satelitarną Spirit a obserwatorium naziemnym
13 października sonda Spirit wystartowała, rozpoczynając podróż eksploracyjną, która potrwa co najmniej osiem lat. Na początku misji współpracowała z teleskopem Hale w Obserwatorium Palomar w Stanach Zjednoczonych, aby przetestować technologię komunikacji laserowej w głębokiej przestrzeni, wykorzystując kodowanie laserowe bliskiej podczerwieni do komunikacji danych z zespołami na Ziemi. W tym celu detektor i jego sprzęt do komunikacji laserowej muszą pokonać co najmniej cztery rodzaje trudności. Odpowiednio, odległość, tłumienie i zakłócenia sygnału, ograniczenie i opóźnienie pasma, ograniczenie energii i problemy z rozpraszaniem ciepła zasługują na uwagę. Naukowcy od dawna przewidywali i przygotowywali się na te trudności, przełamując szereg kluczowych technologii, kładąc dobry fundament dla sondy Spirit do przeprowadzania eksperymentów komunikacji laserowej w głębokiej przestrzeni.
Przede wszystkim detektor Spirit wykorzystuje technologię szybkiej transmisji danych, jako medium transmisyjne wybiera wiązkę laserową, wyposażony jest wlaser dużej mocynadajnik, wykorzystujący zaletytransmisja laserowaszybkość i wysoka stabilność, próby ustanowienia połączeń komunikacyjnych laserowych w środowisku głębokiego kosmosu.
Po drugie, w celu poprawy niezawodności i stabilności komunikacji, detektor Spirit przyjmuje wydajną technologię kodowania, która może osiągnąć wyższą prędkość transmisji danych w ramach ograniczonej szerokości pasma poprzez optymalizację kodowania danych. Jednocześnie może zmniejszyć współczynnik błędów bitowych i poprawić dokładność transmisji danych poprzez wykorzystanie technologii kodowania z korekcją błędów do przodu.
Po trzecie, dzięki inteligentnej technologii planowania i kontroli sonda realizuje optymalne wykorzystanie zasobów komunikacyjnych. Technologia może automatycznie dostosowywać protokoły komunikacyjne i szybkości transmisji zgodnie ze zmianami wymagań zadania i środowiska komunikacyjnego, zapewniając w ten sposób najlepsze wyniki komunikacji w warunkach ograniczonej energii.
Na koniec, aby zwiększyć zdolność odbioru sygnału, sonda Spirit wykorzystuje technologię odbioru wielowiązkowego. Technologia ta wykorzystuje wiele anten odbiorczych, aby utworzyć układ, który może zwiększyć czułość odbioru i stabilność sygnału, a następnie utrzymać stabilne połączenie komunikacyjne w złożonym środowisku głębokiej przestrzeni.
Zalety są oczywiste, ukryte w tajemnicy
Znalezienie świata zewnętrznego nie jest trudne,laserjest kluczowym elementem testu komunikacji głębokiego kosmosu sondy Spirit, więc jakie konkretne zalety ma laser, aby pomóc w znaczącym postępie komunikacji głębokiego kosmosu? Jaka jest tajemnica?
Z jednej strony rosnące zapotrzebowanie na ogromne dane, obrazy o wysokiej rozdzielczości i filmy wideo dla misji eksploracji głębokiego kosmosu z pewnością wymaga wyższych prędkości transmisji danych dla komunikacji w głębokim kosmosie. W obliczu odległości transmisji komunikacyjnej, która często „zaczyna się” od dziesiątek milionów kilometrów, fale radiowe stopniowo stają się „bezsilne”.
Podczas gdy komunikacja laserowa koduje informacje na fotonach, w porównaniu z falami radiowymi, fale światła bliskiej podczerwieni mają węższą długość fali i wyższą częstotliwość, co umożliwia zbudowanie „autostrady” danych przestrzennych z bardziej wydajną i płynniejszą transmisją informacji. Punkt ten został wstępnie zweryfikowany we wczesnych eksperymentach kosmicznych na niskiej orbicie okołoziemskiej. Po podjęciu odpowiednich środków adaptacyjnych i pokonaniu zakłóceń atmosferycznych, szybkość transmisji danych systemu komunikacji laserowej była kiedyś prawie 100 razy wyższa niż w przypadku poprzednich środków komunikacji.
Czas publikacji: 26-02-2024