رکورد ارتباطات لیزری فضای عمیق، چقدر فضا برای تخیل؟ قسمت اول

اخیرا کاوشگر US Spirit یک آزمایش ارتباطی لیزری در اعماق فضا را با تاسیسات زمینی در فاصله 16 میلیون کیلومتری انجام داد و رکورد جدیدی از فاصله ارتباط نوری فضایی را ثبت کرد. پس چه مزایایی داردارتباط لیزری? بر اساس اصول فنی و الزامات مأموریت، چه مشکلاتی باید برطرف شود؟ چشم انداز کاربرد آن در زمینه اکتشافات اعماق فضا در آینده چیست؟

پیشرفت های فنی، نه ترس از چالش ها
کاوش در اعماق فضا یک کار بسیار چالش برانگیز در مسیر محققان فضایی است که در حال کاوش در جهان هستند. کاوشگرها باید از فضای دور بین ستاره ای عبور کنند، بر محیط های شدید و شرایط سخت غلبه کنند، داده های ارزشمندی را به دست آورند و انتقال دهند، و فناوری ارتباطی نقشی حیاتی ایفا می کند.

نمودار شماتیک ازارتباط لیزری فضای عمیقآزمایش بین کاوشگر ماهواره روح و رصدخانه زمینی

در 13 اکتبر، کاوشگر Spirit پرتاب شد و سفری اکتشافی را آغاز کرد که حداقل هشت سال طول خواهد کشید. در ابتدای مأموریت، با تلسکوپ هیل در رصدخانه پالومار در ایالات متحده برای آزمایش فناوری ارتباط لیزری در اعماق فضا، با استفاده از کدگذاری لیزری نزدیک به فروسرخ برای ارتباط داده ها با تیم های روی زمین، کار کرد. برای این منظور، آشکارساز و تجهیزات ارتباطی لیزری آن باید حداقل بر چهار نوع مشکل غلبه کنند. به ترتیب، مسافت دور، تضعیف سیگنال و تداخل، محدودیت و تاخیر پهنای باند، محدودیت انرژی و مشکلات اتلاف گرما شایسته توجه است. محققان مدت‌ها پیش این مشکلات را پیش‌بینی کرده‌اند و برای آن‌ها آماده شده‌اند، و با شکستن یک سری فناوری‌های کلیدی، پایه خوبی برای کاوشگر Spirit برای انجام آزمایش‌های ارتباطی لیزری در اعماق فضا ایجاد کرده‌اند.
اول از همه، آشکارساز روح از فناوری انتقال داده با سرعت بالا استفاده می کند، پرتو لیزر انتخاب شده به عنوان رسانه انتقال، مجهز به یکلیزر پرقدرتفرستنده، با استفاده از مزایایانتقال لیزریسرعت و پایداری بالا، تلاش برای ایجاد پیوندهای ارتباطی لیزری در محیط اعماق فضا.
ثانیاً، به منظور بهبود قابلیت اطمینان و پایداری ارتباطات، آشکارساز روح از فناوری کدگذاری کارآمد استفاده می‌کند که می‌تواند با بهینه‌سازی کدگذاری داده، نرخ انتقال داده بالاتری را در پهنای باند محدود به دست آورد. در عین حال با استفاده از فناوری کدگذاری تصحیح خطای فوروارد می تواند میزان خطای بیت را کاهش داده و دقت انتقال داده ها را بهبود بخشد.
ثالثاً، با کمک فناوری برنامه ریزی و کنترل هوشمند، کاوشگر به استفاده بهینه از منابع ارتباطی پی می برد. این فناوری می‌تواند به طور خودکار پروتکل‌های ارتباطی و نرخ‌های انتقال را با توجه به تغییرات در الزامات وظیفه و محیط ارتباطی تنظیم کند، بنابراین بهترین نتایج ارتباطی را در شرایط انرژی محدود تضمین می‌کند.
در نهایت، به منظور افزایش قابلیت دریافت سیگنال، کاوشگر Spirit از فناوری دریافت چند پرتو استفاده می کند. این فناوری از چندین آنتن گیرنده برای تشکیل یک آرایه استفاده می کند که می تواند حساسیت دریافت و پایداری سیگنال را افزایش دهد و سپس یک اتصال ارتباطی پایدار را در محیط پیچیده فضای عمیق حفظ کند.

مزایای آشکار است، در راز پنهان است
دنیای بیرون سخت نیست که بفهمیملیزرعنصر اصلی آزمایش ارتباط اعماق فضایی کاوشگر روح است، بنابراین لیزر چه مزایای خاصی برای کمک به پیشرفت چشمگیر ارتباطات اعماق فضا دارد؟ راز چیست؟
از یک سو، تقاضای فزاینده برای داده‌های عظیم، تصاویر و ویدئوهای با وضوح بالا برای مأموریت‌های اکتشاف در اعماق فضا، مستلزم نرخ‌های بالاتر انتقال داده برای ارتباطات اعماق فضا است. در مواجهه با فاصله انتقال ارتباطی که اغلب با ده ها میلیون کیلومتر "شروع" می شود، امواج رادیویی به تدریج "بی قدرت" می شوند.
در حالی که ارتباطات لیزری اطلاعات روی فوتون‌ها را در مقایسه با امواج رادیویی رمزگذاری می‌کند، امواج نور مادون قرمز نزدیک طول موج باریک‌تر و فرکانس بالاتری دارند، که ساختن یک «بزرگراه» داده‌های مکانی با انتقال اطلاعات کارآمدتر و روان‌تر را ممکن می‌سازد. این نقطه به طور مقدماتی در آزمایش‌های اولیه فضایی در مدار پایین زمین تأیید شده است. پس از انجام اقدامات تطبیقی ​​مربوطه و غلبه بر تداخل جوی، نرخ انتقال داده سیستم ارتباطی لیزری یک بار نزدیک به 100 برابر بیشتر از وسایل ارتباطی قبلی بود.