Недавно американский зонд Spirit завершил испытание лазерной связи в глубоком космосе с наземными объектами на расстоянии 16 миллионов километров, установив новый рекорд дальности оптической связи в космосе. Так в чем же преимуществалазерная связь? Исходя из технических принципов и требований миссии, какие трудности ему необходимо преодолеть? Каковы перспективы его применения в области исследования дальнего космоса в будущем?
Технологические прорывы, не боящиеся трудностей
Исследование дальнего космоса является чрезвычайно сложной задачей в ходе исследования вселенной исследователями космоса. Зондам необходимо пересекать далекое межзвездное пространство, преодолевать экстремальные среды и суровые условия, получать и передавать ценные данные, и коммуникационные технологии играют жизненно важную роль.
Принципиальная схемалазерная связь в дальнем космосеэксперимент между спутниковым зондом Spirit и наземной обсерваторией
13 октября зонд Spirit был запущен, начав исследовательское путешествие, которое продлится не менее восьми лет. В начале миссии он работал с телескопом Хейла в Паломарской обсерватории в США, чтобы протестировать технологию лазерной связи в дальнем космосе, используя лазерное кодирование в ближнем инфракрасном диапазоне для передачи данных командам на Земле. Для этого детектору и его оборудованию лазерной связи необходимо преодолеть как минимум четыре типа трудностей. Соответственно, заслуживают внимания проблемы с большим расстоянием, затуханием сигнала и помехами, ограничением и задержкой полосы пропускания, ограничением энергии и рассеиванием тепла. Исследователи давно предвидели эти трудности и подготовились к ним, и прорвались через ряд ключевых технологий, заложив хорошую основу для проведения зондом Spirit экспериментов по лазерной связи в дальнем космосе.
Прежде всего, детектор Spirit использует высокоскоростную технологию передачи данных, выбрав лазерный луч в качестве среды передачи, оснащенмощный лазерпередатчик, используя преимуществалазерная передачаскорость и высокая стабильность, попытка установить лазерные линии связи в условиях дальнего космоса.
Во-вторых, для повышения надежности и стабильности связи детектор Spirit использует эффективную технологию кодирования, которая позволяет достичь более высокой скорости передачи данных в пределах ограниченной полосы пропускания за счет оптимизации кодирования данных. В то же время, он может снизить частоту ошибок по битам и повысить точность передачи данных за счет использования технологии кодирования с прямой коррекцией ошибок.
В-третьих, с помощью технологии интеллектуального планирования и управления зонд реализует оптимальное использование ресурсов связи. Технология может автоматически корректировать протоколы связи и скорости передачи в соответствии с изменениями в требованиях к задачам и среде связи, тем самым обеспечивая наилучшие результаты связи в условиях ограниченного энергопотребления.
Наконец, для улучшения возможности приема сигнала зонд Spirit использует технологию многолучевого приема. Эта технология использует несколько приемных антенн для формирования массива, что может повысить чувствительность приема и стабильность сигнала, а затем поддерживать стабильное соединение связи в сложной среде глубокого космоса.
Преимущества очевидны, скрыты в секрете
Во внешнем мире нетрудно обнаружить, чтолазерявляется основным элементом испытания дальней космической связи зонда Spirit, так какие же конкретные преимущества имеет лазер, чтобы помочь значительному прогрессу дальней космической связи? В чем загадка?
С одной стороны, растущий спрос на массивные данные, изображения и видео высокого разрешения для миссий по исследованию дальнего космоса неизбежно потребует более высоких скоростей передачи данных для дальней космической связи. Перед лицом расстояния передачи связи, которое часто «начинается» с десятков миллионов километров, радиоволны постепенно становятся «бессильными».
В то время как лазерная связь кодирует информацию на фотонах, по сравнению с радиоволнами, волны ближнего инфракрасного света имеют более узкую длину волны и более высокую частоту, что позволяет построить пространственную «магистраль» данных с более эффективной и плавной передачей информации. Этот момент был предварительно проверен в ранних космических экспериментах на низкой околоземной орбите. После принятия соответствующих адаптивных мер и преодоления атмосферных помех скорость передачи данных лазерной системы связи когда-то была почти в 100 раз выше, чем у предыдущих средств связи.
Время публикации: 26 февр. 2024 г.