Dziļas kosmosa lāzera sakaru ieraksts, cik daudz iztēles vietas? Pirmā daļa

Nesen ASV gara zonde pabeidza dziļas kosmosa lāzera komunikācijas testu ar zemes iekārtām 16 miljonu kilometru attālumā, uzstādot jaunu kosmosa optisko sakaru attāluma rekordu. Tātad, kādas ir priekšrocībaslāzera komunikācija? Balstoties uz tehniskajiem principiem un misijas prasībām, kādas grūtības tai jāpārvar? Kāda ir tā piemērošanas izredzes nākotnē dziļas kosmosa izpētes jomā?

Tehnoloģiskie sasniegumi, nebaidoties no izaicinājumiem
Dziļā kosmosa izpēte ir ārkārtīgi izaicinošs uzdevums kosmosa pētnieku laikā, kas pēta Visumu. Zonīm ir jāšķērso tālu starpzvaigžņu telpa, jāpārvar ekstrēmā vide un skarbi apstākļi, jāapgūst un pārsūtīt vērtīgus datus, un komunikācijas tehnoloģijai ir būtiska loma.

Shematiska diagrammadziļas kosmosa lāzera komunikācijaEksperiments starp gara satelīta zondi un zemes observatoriju

13. oktobrī Spirit Probe tika uzsākta, sākot izpētes ceļojumu, kas ilgs vismaz astoņus gadus. Misijas sākumā tas sadarbojās ar Hale teleskopu Palomāra observatorijā Amerikas Savienotajās Valstīs, lai pārbaudītu dziļas telpas lāzera sakaru tehnoloģiju, izmantojot gandrīz infrasarkano lāzera kodēšanu, lai paziņotu datus ar komandām uz Zemes. Šajā nolūkā detektoram un tā lāzera sakaru aprīkojumam ir jāpārvar vismaz četru veidu grūtības. Attiecīgi uzmanība ir jāpievērš tālajam attālumam, signālu vājināšanai un traucējumiem, joslas platuma ierobežošanai un kavējumam, enerģijas ierobežošanai un karstuma izkliedes problēmām. Pētnieki jau sen ir paredzējuši un sagatavojušies šīm grūtībām, kā arī ir izlauzušies caur virkni galveno tehnoloģiju, uzliekot labu pamatu gara zondei, lai veiktu dziļas kosmosa lāzera komunikācijas eksperimentus.
Pirmkārt, gara detektors izmanto ātrgaitas datu pārraides tehnoloģiju, izvēlēto lāzera staru kā pārraides vidi, kas aprīkota ar alieljaudas lāzersraidītājs, izmantojot priekšrocībaslāzera pārraidelikme un augsta stabilitāte, mēģinot izveidot lāzera sakaru saites dziļā kosmosa vidē.
Otrkārt, lai uzlabotu komunikācijas uzticamību un stabilitāti, garu detektors izmanto efektīvu kodēšanas tehnoloģiju, kas ierobežotā joslas platumā var sasniegt augstāku datu pārraides ātrumu, optimizējot datu kodēšanu. Tajā pašā laikā tas var samazināt bitu kļūdu līmeni un uzlabot datu pārraides precizitāti, izmantojot uz priekšu kļūdu korekcijas kodēšanas tehnoloģiju.
Treškārt, ar inteliģentas plānošanas un kontroles tehnoloģijas palīdzību zonde realizē komunikācijas resursu optimālu izmantošanu. Tehnoloģija var automātiski pielāgot sakaru protokolus un pārraides ātrumu atbilstoši uzdevumu prasību un sakaru vides izmaiņām, tādējādi nodrošinot labākos sakaru rezultātus ierobežotos enerģijas apstākļos.
Visbeidzot, lai uzlabotu signāla uztveršanas iespējas, gara zonde izmanto vairāku staru uztveršanas tehnoloģiju. Šī tehnoloģija izmanto vairākas saņemšanas antenas, lai izveidotu masīvu, kas var uzlabot signāla jutīgumu un stabilitāti un pēc tam uzturēt stabilu sakaru savienojumu sarežģītajā dziļās kosmosa vidē.

Priekšrocības ir acīmredzamas, paslēptas noslēpumā
Ārpasauli nav grūti atrast, kalāzersVai gara zondes dziļās kosmosa komunikācijas testa pamatelements ir, tāpēc kādas īpašas priekšrocības ir jāveic lāzeram, lai palīdzētu ievērojamam dziļas kosmosa komunikācijas progresam? Kāds ir noslēpums?
No vienas puses, pieaugošais pieprasījums pēc masveida datiem, augstas izšķirtspējas attēliem un videoklipiem dziļas kosmosa izpētes misijās noteikti ir nepieciešami augstāki datu pārraides līmeņi dziļas kosmosa sakariem. Saskaroties ar komunikācijas pārraides attālumu, kas bieži “sāk” ar desmitiem miljonu kilometru, radio viļņi ir pakāpeniski “bezspēcīgi”.
Kamēr lāzera komunikācija kodē informāciju par fotoniem, salīdzinot ar radio viļņiem, tuvu infrasarkano gaismas viļņiem ir šaurāks viļņa garums un augstāka frekvence, ļaujot izveidot telpisko datu “lielceļu” ar efektīvāku un vienmērīgu informācijas pārraidi. Šis punkts ir provizoriski pārbaudīts agrīnajos zemās zemes orbītas kosmosa eksperimentos. Pēc atbilstošu adaptīvo pasākumu veikšanas un atmosfēras traucējumu pārvarēšanas lāzera sakaru sistēmas datu pārraides ātrums kādreiz bija gandrīz 100 reizes lielāks nekā iepriekšējiem komunikācijas līdzekļiem.