Niedawno sonda US Spirit zakończyła test komunikacji laserowej w przestrzeni kosmicznej z obiektami naziemnymi oddalonymi o 16 milionów kilometrów, ustanawiając nowy rekord odległości komunikacji optycznej w przestrzeni kosmicznej.Jakie więc są zaletykomunikacja laserowa?Jakie trudności musi pokonać, biorąc pod uwagę zasady techniczne i wymagania misji?Jakie są perspektywy jego zastosowania w eksploracji głębokiego kosmosu w przyszłości?
Przełomy technologiczne, nie bojący się wyzwań
Eksploracja głębokiego kosmosu jest niezwykle wymagającym zadaniem w trakcie eksploracji wszechświata przez badaczy kosmosu.Sondy muszą przemierzać odległą przestrzeń międzygwiazdową, pokonywać ekstremalne środowiska i trudne warunki, pozyskiwać i przesyłać cenne dane, a technologia komunikacyjna odgrywa kluczową rolę.
Schemat ideowykomunikacja laserowa w przestrzeni kosmicznejeksperyment pomiędzy sondą satelitarną Spirit a obserwatorium naziemnym
13 października wystartowała sonda Spirit, rozpoczynając podróż badawczą, która potrwa co najmniej osiem lat.Na początku misji współpracował z teleskopem Hale'a w Obserwatorium Palomar w Stanach Zjednoczonych, aby przetestować technologię komunikacji laserowej w głębokim kosmosie, wykorzystującą kodowanie laserowe w bliskiej podczerwieni do przekazywania danych zespołom na Ziemi.W tym celu detektor i jego laserowy sprzęt komunikacyjny muszą pokonać co najmniej cztery rodzaje trudności.Odpowiednio na uwagę zasługują odległe odległości, tłumienie i zakłócenia sygnału, ograniczenia i opóźnienia pasma, ograniczenia energii i problemy z rozpraszaniem ciepła.Naukowcy od dawna przewidywali te trudności i przygotowywali się na nie, a także przełamali szereg kluczowych technologii, kładąc dobre podstawy pod sondę Spirit do przeprowadzania eksperymentów w zakresie komunikacji laserowej w przestrzeni kosmicznej.
Przede wszystkim w detektorze Spirit zastosowano technologię szybkiej transmisji danych, jako medium transmisyjne wybrano wiązkę laserową, wyposażoną w m.inlasera dużej mocynadajnika, wykorzystując zaletytransmisja laserowaszybkość i wysoką stabilność, próbując ustanowić łącza komunikacji laserowej w środowisku głębokiego kosmosu.
Po drugie, w celu poprawy niezawodności i stabilności komunikacji, detektor Spirit wykorzystuje wydajną technologię kodowania, która może osiągnąć wyższą prędkość transmisji danych w ograniczonej przepustowości poprzez optymalizację kodowania danych.Jednocześnie może zmniejszyć bitową stopę błędów i poprawić dokładność transmisji danych dzięki zastosowaniu technologii kodowania korekcji błędów w przód.
Po trzecie, za pomocą inteligentnej technologii planowania i kontroli, sonda realizuje optymalne wykorzystanie zasobów komunikacyjnych.Technologia ta może automatycznie dostosowywać protokoły komunikacyjne i szybkości transmisji do zmian w wymaganiach zadania i środowisku komunikacyjnym, zapewniając w ten sposób najlepsze wyniki komunikacji w warunkach ograniczonego zużycia energii.
Wreszcie, w celu zwiększenia możliwości odbioru sygnału, sonda Spirit wykorzystuje technologię odbioru wielowiązkowego.Technologia ta wykorzystuje wiele anten odbiorczych w celu utworzenia układu, który może zwiększyć czułość odbioru i stabilność sygnału, a następnie utrzymać stabilne połączenie komunikacyjne w złożonym środowisku głębokiego kosmosu.
Zalety są oczywiste, ukryte w tajemnicy
W świecie zewnętrznym nie jest trudno stwierdzić, żelaserjest głównym elementem testu komunikacji kosmicznej sondy Spirit, jakie więc konkretne zalety ma laser, aby pomóc w znaczącym postępie komunikacji kosmicznej?Jaka jest tajemnica?
Z jednej strony rosnące zapotrzebowanie na ogromne dane, obrazy i filmy o wysokiej rozdzielczości na potrzeby misji eksploracji kosmosu z pewnością będzie wymagać wyższych szybkości transmisji danych w komunikacji w przestrzeni kosmicznej.W obliczu odległości transmisji komunikacyjnej, która często „zaczyna się” od dziesiątek milionów kilometrów, fale radiowe stają się stopniowo „bezsilne”.
Podczas gdy komunikacja laserowa koduje informacje za pomocą fotonów, w porównaniu z falami radiowymi, fale świetlne bliskiej podczerwieni mają węższą długość fali i wyższą częstotliwość, dzięki czemu możliwe jest zbudowanie „autostrady” danych przestrzennych z wydajniejszą i płynniejszą transmisją informacji.Punkt ten został wstępnie zweryfikowany we wczesnych eksperymentach kosmicznych na niskiej orbicie okołoziemskiej.Po podjęciu odpowiednich działań adaptacyjnych i przezwyciężeniu zakłóceń atmosferycznych, szybkość transmisji danych w laserowym systemie komunikacji była niegdyś prawie 100 razy większa niż w przypadku dotychczasowych środków komunikacji.
Czas publikacji: 26 lutego 2024 r