اخیراً، کاوشگر US Spirit یک آزمایش ارتباط لیزری در اعماق فضا را با تأسیسات زمینی در فاصله ۱۶ میلیون کیلومتری به پایان رساند و رکورد جدیدی در مسافت ارتباط نوری فضایی ثبت کرد. مزایای این ...ارتباط لیزریبر اساس اصول فنی و الزامات ماموریت، این پروژه باید بر چه مشکلاتی غلبه کند؟ چشم‌انداز کاربرد آن در زمینه اکتشافات اعماق فضا در آینده چیست؟
پیشرفت‌های تکنولوژیکی، نترسیدن از چالش‌ها
کاوش در اعماق فضا، وظیفه‌ای بسیار چالش‌برانگیز در مسیر کاوش کیهان توسط محققان فضایی است. کاوشگرها باید از فضای بین ستاره‌ای دوردست عبور کنند، بر محیط‌های بسیار سخت و شرایط سخت غلبه کنند، داده‌های ارزشمندی را جمع‌آوری و ارسال کنند و فناوری ارتباطات نقشی حیاتی در این امر ایفا می‌کند.
نمودار شماتیک ازارتباط لیزری در اعماق فضاآزمایش بین کاوشگر ماهواره‌ای روح و رصدخانه زمینی
در ۱۳ اکتبر، کاوشگر اسپیریت پرتاب شد و سفری اکتشافی را آغاز کرد که حداقل هشت سال طول خواهد کشید. در آغاز ماموریت، این کاوشگر با تلسکوپ هیل در رصدخانه پالومار در ایالات متحده برای آزمایش فناوری ارتباطات لیزری در اعماق فضا همکاری کرد و با استفاده از کدگذاری لیزری نزدیک به مادون قرمز، داده‌ها را با تیم‌های روی زمین مخابره کرد. برای این منظور، آشکارساز و تجهیزات ارتباط لیزری آن باید حداقل بر چهار نوع مشکل غلبه کنند. به ترتیب، فاصله زیاد، تضعیف و تداخل سیگنال، محدودیت و تأخیر پهنای باند، محدودیت انرژی و مشکلات اتلاف گرما شایسته توجه هستند. محققان مدت‌هاست که این مشکلات را پیش‌بینی و برای آنها آماده شده‌اند و مجموعه‌ای از فناوری‌های کلیدی را پشت سر گذاشته‌اند و پایه و اساس خوبی را برای کاوشگر اسپیریت برای انجام آزمایش‌های ارتباط لیزری در اعماق فضا بنا نهاده‌اند.
اول از همه، آشکارساز Spirit از فناوری انتقال داده با سرعت بالا استفاده می‌کند، پرتو لیزر را به عنوان واسطه انتقال انتخاب کرده و مجهز به ...لیزر پرقدرتفرستنده، با استفاده از مزایایانتقال لیزربا سرعت و پایداری بالا، تلاش می‌کند تا پیوندهای ارتباطی لیزری را در محیط اعماق فضا برقرار کند.
ثانیاً، به منظور بهبود قابلیت اطمینان و پایداری ارتباط، آشکارساز Spirit از فناوری کدگذاری کارآمدی بهره می‌برد که می‌تواند با بهینه‌سازی کدگذاری داده‌ها، به نرخ انتقال داده بالاتری در پهنای باند محدود دست یابد. در عین حال، می‌تواند با استفاده از فناوری کدگذاری تصحیح خطای رو به جلو، نرخ خطای بیت را کاهش داده و دقت انتقال داده‌ها را بهبود بخشد.
سوم، با کمک فناوری برنامه‌ریزی و کنترل هوشمند، کاوشگر به بهره‌برداری بهینه از منابع ارتباطی دست می‌یابد. این فناوری می‌تواند به طور خودکار پروتکل‌های ارتباطی و نرخ انتقال را با توجه به تغییرات در الزامات کار و محیط ارتباطی تنظیم کند و در نتیجه بهترین نتایج ارتباطی را در شرایط انرژی محدود تضمین کند.
در نهایت، به منظور افزایش قابلیت دریافت سیگنال، کاوشگر اسپیریت از فناوری دریافت چند پرتویی استفاده می‌کند. این فناوری از چندین آنتن گیرنده برای تشکیل یک آرایه استفاده می‌کند که می‌تواند حساسیت دریافت و پایداری سیگنال را افزایش دهد و سپس یک اتصال ارتباطی پایدار را در محیط پیچیده اعماق فضا حفظ کند.
مزایا آشکار است، در راز پنهان است
پیدا کردن این موضوع در دنیای بیرون کار سختی نیستلیزرعنصر اصلی آزمایش ارتباطات فضایی عمیق کاوشگر روح است، بنابراین لیزر چه مزایای خاصی برای کمک به پیشرفت قابل توجه ارتباطات فضایی عمیق دارد؟ راز چیست؟
از یک سو، تقاضای روزافزون برای داده‌های عظیم، تصاویر و ویدیوهای با وضوح بالا برای ماموریت‌های اکتشاف اعماق فضا، مستلزم نرخ انتقال داده بالاتر برای ارتباطات فضایی عمیق است. در مواجهه با فاصله انتقال ارتباطات که اغلب با ده‌ها میلیون کیلومتر "شروع" می‌شود، امواج رادیویی به تدریج "بی‌قدرت" می‌شوند.
در حالی که ارتباطات لیزری اطلاعات را روی فوتون‌ها رمزگذاری می‌کند، در مقایسه با امواج رادیویی، امواج نوری نزدیک به مادون قرمز طول موج باریک‌تر و فرکانس بالاتری دارند و این امر امکان ساخت یک «بزرگراه» داده‌های مکانی با انتقال اطلاعات کارآمدتر و روان‌تر را فراهم می‌کند. این نکته در آزمایش‌های اولیه فضایی مدار پایین زمین به طور مقدماتی تأیید شده است. پس از انجام اقدامات تطبیقی مربوطه و غلبه بر تداخل جوی، سرعت انتقال داده سیستم ارتباطات لیزری زمانی تقریباً ۱۰۰ برابر بیشتر از وسایل ارتباطی قبلی بود.
زمان ارسال: ۲۶ فوریه ۲۰۲۴