Ameriška sonda Spirit je nedavno opravila preizkus laserske komunikacije v globokem vesolju z zemeljskimi objekti, oddaljenimi 16 milijonov kilometrov, in postavila nov rekord v razdalji optične komunikacije v vesolju. Kakšne so torej prednosti ...laserska komunikacijaNa podlagi tehničnih načel in zahtev misije, katere težave mora premagati? Kakšne so možnosti njegove uporabe na področju raziskovanja globokega vesolja v prihodnosti?
Tehnološki preboji, brez strahu pred izzivi
Raziskovanje globokega vesolja je izjemno zahtevna naloga za vesoljske raziskovalce. Sonde morajo prečkati oddaljeni medzvezdni prostor, premagati ekstremna okolja in težke razmere, pridobiti in prenašati dragocene podatke, komunikacijska tehnologija pa ima pri tem ključno vlogo.
Shematski diagramlaserska komunikacija v globokem vesoljueksperiment med satelitsko sondo Spirit in zemeljskim observatorijem
Sonda Spirit je bila izstreljena 13. oktobra in s tem začela raziskovalno pot, ki bo trajala vsaj osem let. Na začetku misije je sodelovala s teleskopom Hale v observatoriju Palomar v Združenih državah Amerike, da bi preizkusila tehnologijo laserske komunikacije v globokem vesolju, pri čemer je za posredovanje podatkov ekipam na Zemlji uporabljala lasersko kodiranje v bližnjem infrardečem območju. V ta namen morata detektor in njegova laserska komunikacijska oprema premagati vsaj štiri vrste težav. Pozornost si zaslužijo težave z oddaljenostjo, slabljenjem in motnjami signala, omejitvijo in zakasnitvijo pasovne širine, omejitvijo energije in odvajanjem toplote. Raziskovalci so te težave že dolgo pričakovali in se nanje pripravljali ter so prebili vrsto ključnih tehnologij, s čimer so postavili dobre temelje za izvajanje poskusov laserske komunikacije v globokem vesolju s strani sonde Spirit.
Najprej detektor Spirit uporablja tehnologijo hitrega prenosa podatkov, izbran laserski žarek kot prenosni medij, opremljen zvisokozmogljiv laseroddajnik, z uporabo prednostilaserski prenoshitrostjo in visoko stabilnostjo, poskuša vzpostaviti laserske komunikacijske povezave v globokem vesoljskem okolju.
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 z uporabo tehnologije kodiranja s popravljanjem napak naprej zmanjša stopnjo bitnih napak in izboljša natančnost prenosa podatkov.
Tretjič, s pomočjo inteligentne tehnologije razporejanja in krmiljenja sonda doseže optimalno izrabo komunikacijskih virov. Tehnologija lahko samodejno prilagodi komunikacijske protokole in hitrosti prenosa glede na spremembe zahtev naloge in komunikacijskega okolja, s čimer zagotavlja najboljše komunikacijske rezultate v pogojih omejene porabe energije.
Končno, za izboljšanje zmogljivosti sprejema signala, sonda Spirit uporablja tehnologijo večžarkovnega sprejema. Ta tehnologija uporablja več sprejemnih anten za oblikovanje matrike, kar lahko izboljša občutljivost sprejema in stabilnost signala ter nato ohrani stabilno komunikacijsko povezavo v kompleksnem okolju globokega vesolja.
Prednosti so očitne, skrite v skrivnosti
Zunanji svet ni težko ugotoviti, dalaserje osrednji element testa komunikacije v globokem vesolju, ki ga je izvedla sonda Spirit, torej kakšne posebne prednosti ima laser, ki bi pripomogel k pomembnemu napredku komunikacije v globokem vesolju? Kaj je skrivnost?
Po eni strani naraščajoče povpraševanje po ogromnih količinah podatkov, slikah in videoposnetkih visoke ločljivosti za misije raziskovanja globokega vesolja neizogibno zahteva višje hitrosti prenosa podatkov za komunikacijo v globokem vesolju. Zaradi razdalje prenosa komunikacije, ki se pogosto »začne« z več deset milijoni kilometrov, radijski valovi postopoma postajajo »nemočni«.
Medtem ko laserska komunikacija kodira informacije na fotonih, imajo v primerjavi z radijskimi valovi svetlobni valovi bližnje infrardeče svetlobe ožjo valovno dolžino in višjo frekvenco, kar omogoča izgradnjo prostorske podatkovne »avtoceste« z učinkovitejšim in bolj gladkim prenosom informacij. Ta točka je bila predhodno potrjena v zgodnjih vesoljskih poskusih v nizki Zemljini orbiti. Po sprejetju ustreznih prilagoditvenih ukrepov in premagovanju atmosferskih motenj je bila hitrost prenosa podatkov laserskega komunikacijskega sistema nekoč skoraj 100-krat višja kot pri prejšnjih komunikacijskih sredstvih.
Čas objave: 26. februar 2024