Начинающаяся этим летом демонстрация лазерных коммуникационных реле (LCRD) НАСА продемонстрирует динамические возможности лазерных коммуникационных технологий. Благодаря постоянно растущему присутствию людей и роботов в космосе, миссии могут извлечь выгоду из нового способа «общения» с Землей.
С начала космических полетов в 1950-х годах в миссиях НАСА использовалась радиочастотная связь для отправки данных в космос и из космоса. Лазерная связь, также известная как оптическая, еще больше расширит возможности миссий с беспрецедентными возможностями передачи данных.
Источник: НАСА
Почему лазеры?
Поскольку научные инструменты развиваются для захвата данных высокой четкости, таких как видео 4K, миссиям потребуются ускоренные способы передачи информации на Землю. С помощью лазерной связи НАСА может значительно ускорить процесс передачи данных и расширить возможности для новых открытий.
Лазерная связь позволит передавать на Землю от 10 до 100 раз больше данных, чем современные радиочастотные системы. Чтобы передать полную карту Марса обратно на Землю с помощью современных радиочастотных систем, потребуется примерно девять недель. С лазерами на это уйдет около девяти дней.
Кроме того, лазерные системы связи идеально подходят для миссий, поскольку им требуются меньшие объем, вес и мощность. Меньшая масса означает больше места для научных инструментов, а меньшая мощность означает меньшую утечку энергосистем космического корабля. Все это критически важные соображения для НАСА при проектировании и разработке концепций миссий.
«LCRD продемонстрирует все преимущества использования лазерных систем и позволит нам узнать, как использовать их наиболее эффективно, – сказал главный исследователь Дэвид Исраэль из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. – Благодаря дальнейшему подтверждению этой возможности мы можем начать применять лазерную связь в большем количестве миссий, что делает ее стандартизированным способом отправки и получения данных».
Как это работает
И радиоволны, и инфракрасный свет представляют собой электромагнитное излучение с длинами волн в разных точках электромагнитного спектра. Как и радиоволны, инфракрасный свет невидим для человеческого глаза, но мы сталкиваемся с ним каждый день с такими вещами, как телевизионные пульты дистанционного управления и тепловые лампы.
Миссии преобразовывают свои данные в электромагнитные сигналы, чтобы преодолевать расстояния между космическими кораблями и наземными станциями на Земле.
Инфракрасный свет, используемый для лазерной связи, отличается от радиоволн, потому что инфракрасный свет упаковывает данные в значительно более плотные волны, что означает, что наземные станции могут получать больше данных одновременно. Хотя лазерная связь не обязательно должна быть быстрее, больше данных может быть передано по одной нисходящей линии связи.
Терминалы лазерной связи в космосе используют более узкую ширину луча, чем радиочастотные системы, обеспечивая меньшие «следы», которые могут минимизировать помехи или повысить безопасность за счет значительного сокращения географической зоны, где кто-то может перехватить линию связи. Однако лазерный телескоп связи, указывающий на наземную станцию, должен быть точным при вещании на тысячи или миллионы километров. Отклонение даже на долю градуса может привести к тому, что лазер полностью не попадет в цель. Инженеры НАСА по лазерной связи разработали замысловатые лазерные миссии, чтобы обеспечить такое соединение.
Демонстрация лазерной ретрансляции
Расположенный на геостационарной орбите, примерно в 22 000 миль над Землей, LCRD сможет поддерживать миссии в околоземном регионе. LCRD потратит свои первые два года на тестирование возможностей лазерной связи с многочисленными экспериментами по дальнейшему совершенствованию лазерных технологий, расширяя наши знания о потенциальных будущих приложениях.
На начальном этапе эксперимента LCRD будут задействованы наземные станции миссии в Калифорнии и на Гавайях, оптические наземные станции 1 и 2, как моделируемые пользователи. Это позволит НАСА оценивать атмосферные возмущения на лазерах и практиковаться в переключении поддержки от одного пользователя к другому. После фазы эксперимента LCRD перейдет к поддержке космических миссий, отправляя и получая данные со спутников через инфракрасные лазеры, чтобы продемонстрировать преимущества системы лазерной ретрансляции.
Первым космическим пользователем системы будет интегрированный LCRD низкоорбитальный пользовательский модем и усилителивающий терминал (ILLUMA-T), который готовится к запуску на Международную космическую станцию в 2022 году. Терминал будет получать данные экспериментов и приборов на борту космической станции, а затем передать эти данные в LCRD со скоростью 1,2 гигабит в секунду. Затем LCRD будет передавать его на наземные станции с той же скоростью.
Предшественники
LCRD и ILLUMA-T следят за новаторской демонстрацией Lunar Laser Communications Demonstration 2013 года , в ходе которой данные передавались по нисходящей линии по лазерному сигналу со скоростью 622 мегабит в секунду, доказывая возможности лазерных систем на Луне. У НАСА есть много других миссий по лазерной связи, которые в настоящее время находятся на разных стадиях разработки. Каждая из этих миссий расширит наши знания о преимуществах и проблемах лазерной связи и еще больше стандартизирует технологию.
LCRD планируется запустить в качестве полезной нагрузки на космическом корабле Министерства обороны США 23 июня 2021 года.
Читайте новости космоса
