Недавно американский зонд Spirit завершил испытание лазерной связи в дальнем космосе с наземными средствами, находящимися на расстоянии 16 миллионов километров, установив новый рекорд дальности оптической связи в космосе. Так в чем же преимущества?лазерная связьКакие трудности необходимо преодолеть, исходя из технических принципов и требований миссии? Каковы перспективы его применения в области исследования дальнего космоса в будущем?
Технологические прорывы, не боятся трудностей
Исследование дальнего космоса — чрезвычайно сложная задача в процессе изучения Вселенной космическими исследователями. Зондам необходимо пересекать дальние межзвездные пространства, преодолевать экстремальные условия и суровые среды, собирать и передавать ценные данные, и коммуникационные технологии играют в этом жизненно важную роль.
Схематическая диаграммалазерная связь в дальнем космосеэксперимент между зондом спутника Spirit и наземной обсерваторией
13 октября состоялся запуск зонда Spirit, начавшего исследовательское путешествие, которое продлится не менее восьми лет. В начале миссии он работал с телескопом Хейла в Паломарской обсерватории в США, тестируя технологию лазерной связи в дальнем космосе, используя кодирование лазерных сигналов в ближнем инфракрасном диапазоне для передачи данных группам на Земле. Для этого детектору и его оборудованию лазерной связи необходимо преодолеть как минимум четыре типа трудностей. Соответственно, следует обратить внимание на проблемы, связанные с большой дальностью, затуханием сигнала и помехами, ограничением полосы пропускания и задержкой, ограничением энергии и теплоотводом. Исследователи давно предвидели и подготовились к этим трудностям, и проделали ряд ключевых технологических прорывов, заложив прочную основу для проведения зондом Spirit экспериментов по лазерной связи в дальнем космосе.
Прежде всего, детектор Spirit использует технологию высокоскоростной передачи данных, в качестве среды передачи выбран лазерный луч, и оснащенмощный лазерпередатчик, используя преимуществалазерная передачавысокая скорость и стабильность, попытка установить лазерные каналы связи в условиях дальнего космоса.
Во-вторых, для повышения надежности и стабильности связи в детекторе Spirit используется эффективная технология кодирования, которая позволяет достичь более высокой скорости передачи данных в условиях ограниченной полосы пропускания за счет оптимизации кодирования данных. Одновременно с этим, благодаря технологии прямого кодирования с коррекцией ошибок, снижается частота битовых ошибок и повышается точность передачи данных.
В-третьих, благодаря интеллектуальной технологии планирования и управления, зонд обеспечивает оптимальное использование коммуникационных ресурсов. Технология позволяет автоматически корректировать протоколы связи и скорости передачи данных в соответствии с изменениями требований к задаче и условиями связи, обеспечивая тем самым наилучшие результаты связи в условиях ограниченного энергопотребления.
Наконец, для повышения возможностей приема сигнала зонд Spirit использует технологию многолучевого приема. Эта технология использует несколько приемных антенн для формирования массива, что позволяет повысить чувствительность и стабильность приема сигнала, а следовательно, поддерживать стабильную связь в сложной среде дальнего космоса.
Преимущества очевидны, но скрыты в секрете.
Во внешнем мире несложно обнаружить, чтолазерЛазер является ключевым элементом испытаний системы дальней космической связи зонда Spirit, поэтому какие конкретные преимущества он может предложить для значительного прогресса в области дальней космической связи? В чем же загадка?
С одной стороны, растущий спрос на большие объемы данных, изображения и видео высокого разрешения для миссий по исследованию дальнего космоса неизбежно потребует более высоких скоростей передачи данных для связи в дальнем космосе. В условиях, когда дальность передачи данных часто «начинается» с десятков миллионов километров, радиоволны постепенно «теряют свою силу».
В то время как лазерная связь кодирует информацию в фотонах, по сравнению с радиоволнами, ближние инфракрасные световые волны имеют более узкую длину волны и более высокую частоту, что позволяет создать пространственную «магистраль» данных с более эффективной и плавной передачей информации. Этот момент был предварительно подтвержден в первых космических экспериментах на низкой околоземной орбите. После принятия соответствующих адаптивных мер и преодоления атмосферных помех скорость передачи данных в системе лазерной связи почти в 100 раз превысила скорость передачи данных в предыдущих средствах связи.
Дата публикации: 26 февраля 2024 г.