Нещодавно американський зонд Spirit завершив випробування лазерного зв'язку в глибокому космосі з наземними об'єктами на відстані 16 мільйонів кілометрів, встановивши новий рекорд дальності оптичного зв'язку в космосі. Тож які переваги...лазерний зв'язокВиходячи з технічних принципів та вимог місії, які труднощі йому потрібно подолати? Яка перспектива його застосування в галузі дослідження глибокого космосу в майбутньому?
Технологічні прориви, не боячись викликів
Дослідження глибокого космосу є надзвичайно складним завданням для космічних дослідників, які досліджують Всесвіт. Зонди повинні перетинати далекий міжзоряний простір, долати екстремальні середовища та суворі умови, збирати та передавати цінні дані, і комунікаційні технології відіграють життєво важливу роль.
Принципова схемалазерний зв'язок у глибокому космосіексперимент між супутниковим зондом Spirit та наземною обсерваторією
13 жовтня зонд Spirit запустився, розпочавши дослідницьку подорож, яка триватиме щонайменше вісім років. На початку місії він працював із телескопом Hale в обсерваторії Паломар у Сполучених Штатах для тестування технології лазерного зв'язку в глибокому космосі, використовуючи лазерне кодування ближнього інфрачервоного діапазону для передачі даних командам на Землі. Для цього детектору та його обладнанню лазерного зв'язку необхідно подолати щонайменше чотири типи труднощів. Відповідно, заслуговують на увагу проблеми з великою відстанню, ослабленням сигналу та перешкодами, обмеженням та затримкою пропускної здатності, обмеженням енергії та тепловіддачею. Дослідники давно передбачали та готувалися до цих труднощів, а також розробили низку ключових технологій, заклавши міцну основу для проведення зондом Spirit експериментів з лазерного зв'язку в глибокому космосі.
Перш за все, детектор Spirit використовує технологію високошвидкісної передачі даних, обраний лазерний промінь як середовище передачі, оснащенийпотужний лазерпередавач, використовуючи перевагилазерна передачашвидкість та висока стабільність, намагаючись встановити лазерні канали зв'язку в умовах глибокого космосу.
По-друге, для підвищення надійності та стабільності зв'язку, детектор Spirit використовує ефективну технологію кодування, яка дозволяє досягти вищої швидкості передачі даних в межах обмеженої пропускної здатності шляхом оптимізації кодування даних. Водночас, завдяки використанню технології кодування з прямою корекцією помилок, він може зменшити коефіцієнт бітових помилок та підвищити точність передачі даних.
По-третє, за допомогою інтелектуальної технології планування та керування зонд реалізує оптимальне використання комунікаційних ресурсів. Технологія може автоматично налаштовувати протоколи зв'язку та швидкість передачі даних відповідно до змін вимог завдання та комунікаційного середовища, забезпечуючи таким чином найкращі результати зв'язку за умов обмеженого енергоспоживання.
Зрештою, для покращення можливостей прийому сигналу зонд Spirit використовує технологію багатопроменевого прийому. Ця технологія використовує кілька приймальних антен для формування решітки, що може підвищити чутливість прийому та стабільність сигналу, а також підтримувати стабільний зв'язок у складних умовах глибокого космосу.
Переваги очевидні, приховані в секреті
У зовнішньому світі неважко виявити, щолазерє основним елементом випробування зонда Spirit для зв'язку в глибокому космосі, тож які конкретні переваги має лазер, щоб допомогти значному прогресу в зв'язку в глибокому космосі? У чому ж таємниця?
З одного боку, зростаючий попит на масивні дані, зображення та відео високої роздільної здатності для місій дослідження глибокого космосу неминуче вимагатиме вищих швидкостей передачі даних для зв'язку в глибокому космосі. З огляду на відстань передачі зв'язку, яка часто «починається» з десятків мільйонів кілометрів, радіохвилі поступово «втрачають силу».
Хоча лазерний зв'язок кодує інформацію на фотонах, порівняно з радіохвилями, ближні інфрачервоні світлові хвилі мають вужчу довжину хвилі та вищу частоту, що дозволяє побудувати просторову «магістраль» даних з ефективнішою та плавнішою передачею інформації. Цей момент був попередньо підтверджений у ранніх космічних експериментах на низькій навколоземній орбіті. Після вжиття відповідних адаптивних заходів та подолання атмосферних перешкод швидкість передачі даних лазерної системи зв'язку колись була майже в 100 разів вищою, ніж у попередніх засобів зв'язку.
Час публікації: 26 лютого 2024 р.