Недавно американский зонд Spirit завершил испытания лазерной связи в дальнем космосе с наземными объектами на расстоянии 16 миллионов километров, установив новый рекорд дальности оптической связи в космосе. Каковы же преимуществалазерная 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 боящиеся трудностей
Исследование дальнего космоса — чрезвычайно сложная задача для исследователей Вселенной. Зондам приходится пересекать далёкое межзвёздное пространство, преодолевать экстремальные условия и суровые условия, собирать и передавать ценные данные, и коммуникационные технологии играют в этом важнейшую роль.
Принципиальная схемалазерная связь в глубоком космосеэксперимент между спутниковым зондом Spirit и наземной обсерваторией
13 октября был запущен зонд Spirit, положив начало исследовательскому путешествию, которое продлится не менее восьми лет. В начале миссии он работал с телескопом Хейла в Паломарской обсерватории в США для тестирования технологии лазерной связи в дальнем космосе, используя лазерное кодирование в ближнем инфракрасном диапазоне для передачи данных на Землю. Для этого детектору и его оборудованию лазерной связи необходимо преодолеть как минимум четыре типа трудностей. Соответственно, заслуживают внимания проблемы, связанные с большим расстоянием, затуханием сигнала и помехами, ограничением полосы пропускания и задержкой, ограничением энергии и рассеиванием тепла. Исследователи давно предвидели эти трудности и подготовились к ним, осуществив ряд ключевых технологических прорывов, заложив хорошую основу для проведения зондом Spirit экспериментов по лазерной связи в дальнем космосе.
Прежде всего, детектор Spirit использует высокоскоростную технологию передачи данных, выбрав в качестве среды передачи лазерный луч, 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 рамках ограниченной полосы пропускания за счёт оптимизации кодирования. Кроме того, он снижает частоту битовых ошибок и повышает точность передачи данных благодаря использованию технологии прямого кодирования с исправлением ошибок.
В-третьих, благодаря технологии интеллектуального планирования и управления зонд обеспечивает оптимальное использование коммуникационных ресурсов. Технология позволяет автоматически корректировать протоколы связи и скорости передачи данных в соответствии с изменениями требований задачи и коммуникационной среды, обеспечивая наилучшие результаты связи в условиях ограниченного энергопотребления.
Наконец, для улучшения приёма сигнала зонд Spirit использует технологию многолучевого приёма. Эта технология использует несколько приёмных антенн, образующих решётку, что позволяет повысить чувствительность приёма и стабильность сигнала, а также поддерживать стабильную связь в сложных условиях дальнего космоса.
Преимущества очевидны, скрыты в секрете.
Во внешнем мире нетрудно обнаружить, чтолазерЯвляется ли лазер ключевым элементом испытания дальней космической связи зонда Spirit, так какие же конкретные преимущества он может дать, способствуя значительному прогрессу в области дальней космической связи? В чём же загадка?
С одной стороны, растущий спрос на большие объёмы данных, изображения и видео высокого разрешения для миссий по исследованию дальнего космоса неизбежно потребует более высоких скоростей передачи данных для дальней космической связи. Учитывая дальность связи, которая зачастую «начинается» с десятков миллионов километров, радиоволны постепенно становятся «бессильными».
В то время как лазерная связь кодирует информацию в фотонах, по сравнению с радиоволнами, световые волны ближнего инфракрасного диапазона имеют более узкую длину волны и более высокую частоту, что позволяет построить пространственную «магистраль» данных с более эффективной и плавной передачей информации. Это было предварительно подтверждено в ходе первых экспериментов на низкой околоземной орбите. После принятия соответствующих адаптивных мер и преодоления атмосферных помех скорость передачи данных лазерной системы связи была почти в 100 раз выше, чем у предыдущих средств связи.
Время публикации: 26 февраля 2024 г.