Pred kratkim je ameriška sonda Spirit zaključila preizkus laserske komunikacije v globokem vesolju z zemeljskimi objekti, oddaljenimi 16 milijonov kilometrov, in postavila nov rekord v razdalji vesoljske optične komunikacije. Kakšne so torej prednostilasersko komunikacijo? Katere težave mora premagati na podlagi tehničnih načel in zahtev misije? Kakšni so obeti njegove uporabe na področju raziskovanja globokega vesolja v prihodnosti?
Tehnološki preboj, brez strahu pred izzivi
Raziskovanje globokega vesolja je izjemno zahtevna naloga vesoljskih raziskovalcev, ki raziskujejo vesolje. Sonde morajo prečkati oddaljeni medzvezdni prostor, premagati ekstremna okolja in težke pogoje, pridobiti in posredovati dragocene podatke, komunikacijska tehnologija pa igra ključno vlogo.
Shematski diagramlasersko komunikacijo v globokem vesoljueksperiment med satelitsko sondo Spirit in zemeljskim observatorijem
13. oktobra je izstrelila sonda Spirit, s čimer se je začela raziskovalna pot, ki bo trajala najmanj osem let. Na začetku misije je sodeloval s teleskopom Hale na observatoriju Palomar v Združenih državah Amerike, da bi preizkusil lasersko komunikacijsko tehnologijo globokega vesolja z uporabo laserskega kodiranja blizu infrardečega spektra za sporočanje podatkov z ekipami na Zemlji. V ta namen morata detektor in njegova laserska komunikacijska oprema premagati vsaj štiri vrste težav. Težave z oddaljenostjo, oslabljenjem signala in motnjami, omejitvijo in zakasnitvijo pasovne širine, omejitvijo energije in odvajanjem toplote si zaslužijo pozornost. Raziskovalci so že dolgo pričakovali te težave in se nanje pripravljali ter prebili skozi vrsto ključnih tehnologij, s čimer so postavili dobre temelje za sondo Spirit za izvajanje poskusov laserske komunikacije v globokem vesolju.
Prvič, detektor Spirit uporablja tehnologijo hitrega prenosa podatkov, izbran laserski žarek kot prenosni medij, opremljen zlaser visoke močioddajnik, ki uporablja prednostilaserski prenoshitrostjo in visoko stabilnostjo, poskuša vzpostaviti laserske komunikacijske povezave v okolju globokega vesolja.
Drugič, za izboljšanje zanesljivosti in stabilnosti komunikacije detektor Spirit uporablja učinkovito tehnologijo kodiranja, ki lahko z optimizacijo kodiranja podatkov doseže višjo hitrost prenosa podatkov znotraj omejene pasovne širine. Hkrati lahko zmanjša stopnjo bitnih napak in izboljša natančnost prenosa podatkov z uporabo tehnologije kodiranja za odpravljanje napak naprej.
Tretjič, s pomočjo tehnologije inteligentnega razporejanja in nadzora sonda dosega optimalno izrabo komunikacijskih virov. Tehnologija lahko samodejno prilagaja komunikacijske protokole in hitrosti prenosa glede na spremembe v zahtevah nalog in komunikacijskem okolju ter tako zagotavlja najboljše rezultate komunikacije v omejenih energetskih pogojih.
Nazadnje, za izboljšanje zmogljivosti sprejema signala sonda Spirit uporablja tehnologijo sprejema z več žarki. Ta tehnologija uporablja več sprejemnih anten za oblikovanje niza, ki lahko poveča sprejemno občutljivost in stabilnost signala ter nato vzdržuje stabilno komunikacijsko povezavo v kompleksnem okolju globokega vesolja.
Prednosti so očitne, skrite v skrivnosti
Zunanjem svetu ni težko najti, da selaserje osrednji element testa komunikacije v globokem vesolju sonde Spirit, torej katere posebne prednosti ima laser, da pomaga pri pomembnem napredku komunikacije v globokem vesolju? Kaj je skrivnost?
Po eni strani bo naraščajoče povpraševanje po množičnih podatkih, slikah visoke ločljivosti in videoposnetkih za misije raziskovanja globokega vesolja zagotovo zahtevalo višje hitrosti prenosa podatkov za komunikacije v globokem vesolju. Spričo komunikacijske prenosne razdalje, ki se pogosto »začne« z desetinami milijonov kilometrov, so radijski valovi postopoma »nemočni«.
Medtem ko laserska komunikacija kodira informacije na fotonih, imajo v primerjavi z radijskimi valovi valovi bližnje infrardeče svetlobe ožjo valovno dolžino in višjo frekvenco, kar omogoča izgradnjo »avtoceste« prostorskih podatkov z učinkovitejšim in gladkim prenosom informacij. Ta točka je bila predhodno preverjena v zgodnjih vesoljskih eksperimentih v nizki zemeljski orbiti. Po sprejetju ustreznih prilagoditvenih ukrepov in premagovanju atmosferskih motenj je bila hitrost prenosa podatkov laserskega komunikacijskega sistema nekoč skoraj 100-krat večja kot pri prejšnjih komunikacijskih sredstvih.
Čas objave: 26. februarja 2024