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 космічного оптичного зв’язку. Отже, які перевагилазерний зв'язок? Виходячи з технічних принципів і вимог місії, які труднощі йому потрібно подолати? Яка перспектива його застосування в галузі дослідження далекого космосу в майбутньому?
Технологічний прорив, не боїться викликів
Дослідження глибокого космосу є надзвичайно складним завданням у дослідженні космічних дослідників Всесвіту. Зондам потрібно перетинати далекий міжзоряний простір, долати екстремальні умови та суворі умови, отримувати та передавати цінні дані, і комунікаційні технології відіграють життєво важливу роль.
Принципова схемалазерний зв'язок далекого космосуексперимент між супутниковим зондом Spirit і наземною обсерваторією
13 жовтня зонд Spirit стартував, розпочавши пошукову подорож, яка триватиме щонайменше вісім років. На початку місії він працював із телескопом Хейла в обсерваторії Паломар у Сполучених Штатах, щоб перевірити технологію лазерного зв’язку в глибокому космосі, використовуючи лазерне кодування ближнього інфрачервоного діапазону для передачі даних командам на Землі. Для цього детектор і його лазерне комунікаційне обладнання повинні подолати принаймні чотири типи труднощів. Відповідно, віддалена відстань, загасання сигналу та перешкоди, обмеження смуги пропускання та затримка, обмеження енергії та розсіювання тепла заслуговують на увагу. Дослідники давно передбачили ці труднощі та підготувалися до них, а також розробили низку ключових технологій, заклавши хорошу основу для зонда Spirit для проведення експериментів із лазерним зв’язком у глибокому космосі.
Перш за все, детектор Spirit використовує технологію високошвидкісної передачі даних, обраний лазерний промінь як середовище передачі, оснащенийлазер високої потужностіпередавача, використовуючи перевагилазерна передачашвидкість і висока стабільність, намагаючись встановити лазерні канали зв'язку в далекому космосі.
По-друге, щоб підвищити надійність і стабільність зв’язку, детектор Spirit використовує ефективну технологію кодування, яка дозволяє досягти вищої швидкості передачі даних в межах обмеженої смуги пропускання шляхом оптимізації кодування даних. У той же час він може зменшити частоту бітових помилок і підвищити точність передачі даних за допомогою технології кодування з прямим виправленням помилок.
По-третє, за допомогою технології інтелектуального планування та контролю зонд реалізує оптимальне використання комунікаційних ресурсів. Технологія може автоматично регулювати протоколи зв’язку та швидкість передачі відповідно до змін у вимогах завдання та комунікаційному середовищі, таким чином забезпечуючи найкращі результати зв’язку в умовах обмеженої енергії.
Нарешті, для покращення можливостей прийому сигналу зонд Spirit використовує багатопроменеву технологію прийому. Ця технологія використовує кілька приймальних антен для формування решітки, яка може підвищити чутливість прийому та стабільність сигналу, а потім підтримувати стабільний зв’язок у складному далекому космосі.
Переваги очевидні, приховані в секреті
Зовнішній світ не важко знайти, щолазерє ключовим елементом випробування дальнього космічного зв’язку зонда Spirit, тож які конкретні переваги має лазер, щоб допомогти значному прогресу далекого космічного зв’язку? У чому загадка?
З одного боку, зростаючий попит на масивні дані, зображення та відео з високою роздільною здатністю для місій дослідження глибокого космосу неминуче вимагатиме вищих швидкостей передачі даних для зв’язку в глибокому космосі. Перед дальністю передачі зв’язку, яка часто «починається» з десятків мільйонів кілометрів, радіохвилі поступово стають «безсилими».
У той час як лазерний зв’язок кодує інформацію на фотонах, порівняно з радіохвилями світлові хвилі ближнього інфрачервоного діапазону мають меншу довжину хвилі та вищу частоту, що дає змогу побудувати «шосе» просторових даних із більш ефективною та плавною передачею інформації. Цей пункт був попередньо підтверджений у ранніх космічних експериментах на низькій навколоземній орбіті. Після вжиття відповідних заходів адаптації 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