Nedávno americká sonda Spirit dokončila test laserovej komunikácie v hlbokom vesmíre s pozemnými zariadeniami vzdialenými 16 miliónov kilometrov, čím vytvorila nový rekord vzdialenosti vesmírnej optickej komunikácie. Aké sú teda výhodylaserová komunikácia? Na základe technických princípov a požiadaviek misie, aké ťažkosti musí prekonať? Aká je perspektíva jej uplatnenia v oblasti prieskumu hlbokého vesmíru v budúcnosti?
Technologické objavy, neboja sa výziev
Prieskum hlbokého vesmíru je mimoriadne náročná úloha v priebehu vesmírnych výskumníkov, ktorí skúmajú vesmír. Sondy potrebujú prekonať vzdialený medzihviezdny priestor, prekonať extrémne prostredie a drsné podmienky, získať a preniesť cenné dáta a komunikačná technológia zohráva dôležitú úlohu.
Schematický diagramlaserová komunikácia hlbokého vesmíruexperiment medzi satelitnou sondou Spirit a pozemným observatóriom
13. októbra bola spustená sonda Spirit, ktorá začala cestu prieskumu, ktorá bude trvať najmenej osem rokov. Na začiatku misie spolupracovala s Haleovým teleskopom na observatóriu Palomar v Spojených štátoch na testovaní technológie laserovej komunikácie v hlbokom vesmíre, pričom na komunikáciu údajov s tímami na Zemi využíva blízko infračervené laserové kódovanie. Na tento účel musí detektor a jeho laserové komunikačné zariadenie prekonať najmenej štyri druhy ťažkostí. Pozornosť si zaslúži vzdialená vzdialenosť, útlm a rušenie signálu, obmedzenie šírky pásma a oneskorenie, obmedzenie energie a problémy s rozptylom tepla. Výskumníci dlho očakávali a pripravovali sa na tieto ťažkosti a prelomili sériu kľúčových technológií, čím položili dobrý základ pre sondu Spirit na vykonávanie experimentov s laserovou komunikáciou v hlbokom vesmíre.
V prvom rade detektor Spirit využíva technológiu vysokorýchlostného prenosu dát, zvolený laserový lúč ako prenosové médium, vybavený avysokovýkonný laservysielač, využívajúci výhodylaserový prenosrýchlosť a vysokú stabilitu, snažiac sa vytvoriť laserové komunikačné spojenia v prostredí hlbokého vesmíru.
Po druhé, aby sa zlepšila spoľahlivosť a stabilita komunikácie, detektor Spirit využíva efektívnu kódovaciu technológiu, ktorá môže dosiahnuť vyššiu rýchlosť prenosu dát v rámci obmedzenej šírky pásma optimalizáciou kódovania dát. Zároveň dokáže znížiť bitovú chybovosť a zlepšiť presnosť prenosu dát pomocou technológie dopredného kódovania korekcie chýb.
Po tretie, pomocou inteligentnej technológie plánovania a riadenia sonda realizuje optimálne využitie komunikačných zdrojov. Technológia dokáže automaticky prispôsobovať komunikačné protokoly a prenosové rýchlosti podľa zmien požiadaviek úloh a komunikačného prostredia, čím zabezpečuje najlepšie výsledky komunikácie pri obmedzených energetických podmienkach.
Nakoniec, aby sa zlepšila schopnosť príjmu signálu, sonda Spirit využíva technológiu viaclúčového príjmu. Táto technológia využíva viacero prijímacích antén na vytvorenie poľa, ktoré môže zvýšiť citlivosť príjmu a stabilitu signálu a potom udržiavať stabilné komunikačné spojenie v zložitom prostredí hlbokého vesmíru.
Výhody sú zrejmé, skryté v tajomstve
Vonkajší svet nie je ťažké zistiť, želaserje základným prvkom testu komunikácie v hlbokom vesmíre sondy Spirit, takže aké konkrétne výhody má laser, aby pomohol významnému pokroku v komunikácii v hlbokom vesmíre? V čom spočíva záhada?
Na jednej strane rastúci dopyt po masívnych údajoch, obrázkoch s vysokým rozlíšením a videách pre misie na prieskum hlbokého vesmíru si nevyhnutne vyžaduje vyššie rýchlosti prenosu údajov pre komunikáciu v hlbokom vesmíre. Zoči-voči komunikačnej prenosovej vzdialenosti, ktorá často „začína“ desiatkami miliónov kilometrov, sú rádiové vlny postupne „bezmocné“.
Zatiaľ čo laserová komunikácia kóduje informácie na fotónoch, v porovnaní s rádiovými vlnami majú vlny blízkeho infračerveného svetla užšiu vlnovú dĺžku a vyššiu frekvenciu, čo umožňuje vybudovať „diaľnicu“ priestorových údajov s efektívnejším a plynulejším prenosom informácií. Tento bod bol predbežne overený v prvých vesmírnych experimentoch na nízkej obežnej dráhe Zeme. Po prijatí príslušných adaptačných opatrení a prekonaní atmosférického rušenia bola rýchlosť prenosu dát laserového komunikačného systému raz takmer 100-krát vyššia ako u predchádzajúcich komunikačných prostriedkov.
Čas odoslania: 26. februára 2024