Недавно американский зонд Spirit завершил испытание лазерной связи в дальнем космосе с наземными объектами на расстоянии 16 миллионов километров, установив новый рекорд дальности космической оптической связи.Так в чем же преимуществалазерная связь?Какие трудности необходимо преодолеть с учетом технических принципов и требований миссии?Какова перспектива его применения в области освоения дальнего космоса в будущем?
Технологические прорывы, не боящиеся вызовов
Исследование дальнего космоса — чрезвычайно сложная задача для исследователей космоса, исследующих Вселенную.Зондам необходимо пересекать отдаленное межзвездное пространство, преодолевать экстремальные условия и суровые условия, собирать и передавать ценные данные, а коммуникационные технологии играют жизненно важную роль.
Принципиальная схемалазерная связь в дальнем космосеэксперимент между спутниковым зондом Spirit и наземной обсерваторией
13 октября стартовал зонд «Спирит», положив начало исследованию, 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 ближнего инфракрасного диапазона для передачи данных командам на Земле.Для этого детектору и его оборудованию лазерной связи необходимо преодолеть как минимум четыре типа трудностей.Соответственно, внимания заслуживают дальнее расстояние, затухание сигнала и помехи, ограничение и задержка полосы пропускания, ограничение энергии и проблемы рассеивания тепла.Исследователи давно предвидели и подготовились к этим трудностям, а также разработали ряд ключевых технологий, заложив хорошую основу для зонда Spirit для проведения экспериментов по лазерной связи в дальнем космосе.
Прежде всего, детектор Spirit использует технологию высокоскоростной передачи данных, в качестве среды передачи выбран лазерный луч, оснащенныймощный лазерпередатчик, используя преимуществалазерная передачаскорость и высокая стабильность, пытаясь установить лазерную связь в условиях дальнего космоса.
Во-вторых, чтобы повысить надежность и стабильность связи, детектор Spirit использует эффективную технологию кодирования, которая позволяет достичь более высокой скорости передачи данных в ограниченной полосе пропускания за счет оптимизации кодирования данных.В то же время это позволяет снизить частоту ошибок по битам и повысить точность передачи данных за счет использования технологии кодирования с прямым исправлением ошибок.
В-третьих, с помощью интеллектуальной технологии планирования и контроля зонд реализует оптимальное использование ресурсов связи.Технология может автоматически корректировать протоколы связи и скорость передачи в соответствии с изменениями требований задачи и среды связи, обеспечивая тем самым наилучшие результаты связи в условиях ограниченного энергопотребления.
Наконец, чтобы улучшить возможности приема сигнала, зонд Spirit использует технологию многолучевого приема.Эта технология использует несколько приемных антенн для формирования массива, который может повысить чувствительность приема и стабильность сигнала, а затем поддерживать стабильное соединение связи в сложной среде глубокого космоса.
Преимущества очевидны, спрятаны в секрете
Во внешнем мире нетрудно обнаружить, чтолазерявляется основным элементом испытания связи в дальнем космосе зонда Spirit, так какие же конкретные преимущества имеет лазер, чтобы помочь значительному прогрессу в области связи в дальнем космосе?В чем тайна?
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.Перед лицом дальности передачи связи, которая зачастую «начинается» с десятков миллионов километров, радиоволны постепенно «бессильны».
В то время как лазерная связь кодирует информацию на 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 положение было предварительно проверено в ходе первых космических экспериментов 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 февраля 2024 г.