Πρόσφατα, το αμερικανικό διαστημόπλοιο Spirit ολοκλήρωσε μια δοκιμή επικοινωνίας με λέιζερ στο βαθύ διάστημα με επίγειες εγκαταστάσεις σε απόσταση 16 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, σημειώνοντας νέο ρεκόρ απόστασης οπτικής επικοινωνίας στο διάστημα. Ποια είναι λοιπόν τα πλεονεκτήματα του...επικοινωνία με λέιζερΜε βάση τις τεχνικές αρχές και τις απαιτήσεις της αποστολής, ποιες δυσκολίες πρέπει να ξεπεράσει; Ποιες είναι οι προοπτικές εφαρμογής του στον τομέα της εξερεύνησης του βαθέος διαστήματος στο μέλλον;
Τεχνολογικές ανακαλύψεις, χωρίς φόβο για προκλήσεις
Η εξερεύνηση του βαθέος διαστήματος είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο έργο στην πορεία των διαστημικών ερευνητών που εξερευνούν το σύμπαν. Τα διαστημόπλοια πρέπει να διασχίσουν μακρινό διαστρικό χώρο, να ξεπεράσουν ακραία περιβάλλοντα και σκληρές συνθήκες, να αποκτήσουν και να μεταδώσουν πολύτιμα δεδομένα, και η τεχνολογία επικοινωνιών παίζει ζωτικό ρόλο.
Σχηματικό διάγραμμα τουεπικοινωνία με λέιζερ στο βαθύ διάστημαπείραμα μεταξύ του δορυφόρου Spirit και του επίγειου παρατηρητηρίου
Στις 13 Οκτωβρίου, ο ανιχνευτής Spirit εκτοξεύτηκε, ξεκινώντας ένα ταξίδι εξερεύνησης που θα διαρκέσει τουλάχιστον οκτώ χρόνια. Στην αρχή της αποστολής, συνεργάστηκε με το τηλεσκόπιο Hale στο Αστεροσκοπείο Palomar στις Ηνωμένες Πολιτείες για να δοκιμάσει την τεχνολογία επικοινωνίας λέιζερ στο βαθύ διάστημα, χρησιμοποιώντας κωδικοποίηση λέιζερ εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας για την επικοινωνία δεδομένων με ομάδες στη Γη. Για το σκοπό αυτό, ο ανιχνευτής και ο εξοπλισμός επικοινωνίας λέιζερ που διαθέτει πρέπει να ξεπεράσουν τουλάχιστον τέσσερις τύπους δυσκολιών. Αντίστοιχα, τα προβλήματα μακρινής απόστασης, εξασθένησης και παρεμβολής σήματος, περιορισμού και καθυστέρησης εύρους ζώνης, περιορισμού ενέργειας και απαγωγής θερμότητας αξίζουν προσοχής. Οι ερευνητές έχουν προβλέψει και προετοιμαστεί εδώ και καιρό για αυτές τις δυσκολίες και έχουν διερευνήσει μια σειρά από βασικές τεχνολογίες, θέτοντας μια καλή βάση για τον ανιχνευτή Spirit ώστε να πραγματοποιήσει πειράματα επικοινωνίας λέιζερ στο βαθύ διάστημα.
Πρώτα απ 'όλα, ο ανιχνευτής Spirit χρησιμοποιεί τεχνολογία μετάδοσης δεδομένων υψηλής ταχύτητας, επιλεγμένη δέσμη λέιζερ ως μέσο μετάδοσης, εξοπλισμένη με έναλέιζερ υψηλής ισχύοςο πομπός, χρησιμοποιώντας τα πλεονεκτήματα τουμετάδοση λέιζερρυθμό και υψηλή σταθερότητα, προσπαθώντας να δημιουργήσουν συνδέσεις επικοινωνίας λέιζερ στο βαθύ διαστημικό περιβάλλον.
Δεύτερον, προκειμένου να βελτιωθεί η αξιοπιστία και η σταθερότητα της επικοινωνίας, ο ανιχνευτής Spirit υιοθετεί αποτελεσματική τεχνολογία κωδικοποίησης, η οποία μπορεί να επιτύχει υψηλότερο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων εντός του περιορισμένου εύρους ζώνης βελτιστοποιώντας την κωδικοποίηση δεδομένων. Ταυτόχρονα, μπορεί να μειώσει τον ρυθμό σφάλματος bit και να βελτιώσει την ακρίβεια της μετάδοσης δεδομένων χρησιμοποιώντας την τεχνολογία κωδικοποίησης διόρθωσης σφάλματος προς τα εμπρός.
Τρίτον, με τη βοήθεια έξυπνης τεχνολογίας προγραμματισμού και ελέγχου, ο αισθητήρας επιτυγχάνει τη βέλτιστη αξιοποίηση των πόρων επικοινωνίας. Η τεχνολογία μπορεί να προσαρμόζει αυτόματα τα πρωτόκολλα επικοινωνίας και τους ρυθμούς μετάδοσης ανάλογα με τις αλλαγές στις απαιτήσεις της εργασίας και στο περιβάλλον επικοινωνίας, εξασφαλίζοντας έτσι τα καλύτερα αποτελέσματα επικοινωνίας υπό περιορισμένες ενεργειακές συνθήκες.
Τέλος, για την ενίσχυση της δυνατότητας λήψης σήματος, ο ανιχνευτής Spirit χρησιμοποιεί τεχνολογία λήψης πολλαπλών δεσμών. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί πολλαπλές κεραίες λήψης για να σχηματίσει μια συστοιχία, η οποία μπορεί να ενισχύσει την ευαισθησία λήψης και τη σταθερότητα του σήματος και στη συνέχεια να διατηρήσει μια σταθερή σύνδεση επικοινωνίας στο πολύπλοκο περιβάλλον του βαθέος διαστήματος.
Τα πλεονεκτήματα είναι προφανή, κρυμμένα στο μυστικό
Ο έξω κόσμος δεν είναι δύσκολο να διαπιστώσει ότι τολέιζερείναι το βασικό στοιχείο της δοκιμής επικοινωνίας στο βαθύ διάστημα του διαστημοπλοίου Spirit, επομένως ποια συγκεκριμένα πλεονεκτήματα έχει το λέιζερ για να βοηθήσει στη σημαντική πρόοδο της επικοινωνίας στο βαθύ διάστημα; Ποιο είναι το μυστήριο;
Αφενός, η αυξανόμενη ζήτηση για τεράστια δεδομένα, εικόνες υψηλής ανάλυσης και βίντεο για αποστολές εξερεύνησης του βαθέος διαστήματος είναι αναπόφευκτο να απαιτήσει υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων για τις επικοινωνίες στο βαθύ διάστημα. Ενόψει της απόστασης μετάδοσης της επικοινωνίας που συχνά «ξεκινά» με δεκάδες εκατομμύρια χιλιόμετρα, τα ραδιοκύματα σταδιακά «αδυνατεύουν».
Ενώ η επικοινωνία με λέιζερ κωδικοποιεί πληροφορίες σχετικά με φωτόνια, σε σύγκριση με τα ραδιοκύματα, τα κύματα φωτός εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας έχουν στενότερο μήκος κύματος και υψηλότερη συχνότητα, καθιστώντας δυνατή την κατασκευή μιας «λεωφόρου» χωρικών δεδομένων με πιο αποτελεσματική και ομαλή μετάδοση πληροφοριών. Αυτό το σημείο έχει επαληθευτεί προκαταρκτικά στα πρώτα πειράματα διαστημικής χαμηλής τροχιάς της Γης. Μετά τη λήψη σχετικών προσαρμοστικών μέτρων και την υπέρβαση των ατμοσφαιρικών παρεμβολών, ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων του συστήματος επικοινωνίας με λέιζερ ήταν κάποτε σχεδόν 100 φορές υψηλότερος από αυτόν των προηγούμενων μέσων επικοινωνίας.
Ώρα δημοσίευσης: 26 Φεβρουαρίου 2024