سجل اتصالات ليزر في الفضاء ، ما مقدار المجال للخيال؟ الجزء الأول

في الآونة الأخيرة ، أكمل مسبار Spirit الأمريكي اختبار الاتصال بالليزر السحيق مع مرافق أرضية على بعد 16 مليون كيلومتر ، مما يحدد سجلًا جديدًا للمسافة البصرية للمسافة البصرية. إذن ما هي مزاياالتواصل بالليزر؟ بناءً على المبادئ التقنية ومتطلبات المهمة ، ما هي الصعوبات التي تحتاج إلى التغلب عليها؟ ما هو احتمال تطبيقه في مجال استكشاف الفضاء في المستقبل؟

الاختراقات التكنولوجية ، لا تخاف من التحديات
يعد استكشاف الفضاء العميق مهمة صعبة للغاية في سياق الباحثين في الفضاء الذين يستكشفون الكون. تحتاج المجسات إلى عبور المساحة البعيدة بين النجوم ، والتغلب على البيئات القاسية والظروف القاسية ، والحصول على بيانات قيمة ونقلها ، وتلعب تكنولوجيا الاتصالات دورًا حيويًا.

رسم تخطيطي لاتصال الليزر في الفضاء العميقتجربة بين مسبار القمر الصناعي الروح والمرصد الأرضي

في 13 أكتوبر ، تم إطلاق The Spirit Probe ، بدءًا من رحلة الاستكشاف التي ستستمر على الأقل ثماني سنوات. في بداية المهمة ، عملت مع تلسكوب هيل في مرصد بالومار في الولايات المتحدة لاختبار تقنية اتصال الليزر في الفضاء العميق ، باستخدام ترميز ليزر شبه الأشعة تحت الحمراء لتوصيل البيانات مع فرق على الأرض. تحقيقًا لهذه الغاية ، يحتاج الكاشف ومعدات الاتصال بالليزر إلى التغلب على أربعة أنواع على الأقل من الصعوبات. على التوالي ، تستحق المسافة البعيدة ، توهين الإشارة والتداخل ، حدود عرض النطاق الترددي وتأخيرها ، حدود الطاقة ، مشاكل تبديد الحرارة الانتباه. لقد توقع الباحثون منذ فترة طويلة هذه الصعوبات ، وقد اخترقوا سلسلة من التقنيات الرئيسية ، ووضع أساسًا جيدًا لمسبق الروح لإجراء تجارب اتصال بالليزر في الفضاء العميق.
بادئ ذي بدء ، يستخدم كاشف الروح تقنية نقل البيانات عالية السرعة ، حزمة ليزر محددة كوسيلة للإرسال ، مزودة بـالليزر عالي الطاقةجهاز إرسال ، باستخدام مزاياانتقال الليزرمعدل وارتفاع الاستقرار ، في محاولة لإنشاء روابط اتصال بالليزر في بيئة الفضاء العميقة.
ثانياً ، من أجل تحسين موثوقية واستقرار الاتصالات ، يعتمد كاشف الروح تقنية ترميز فعالة ، والتي يمكن أن تحقق معدل نقل بيانات أعلى داخل النطاق الترددي المحدود عن طريق تحسين ترميز البيانات. في الوقت نفسه ، يمكن أن يقلل من معدل خطأ البت ويحسن دقة نقل البيانات باستخدام تقنية ترميز تصحيح الأخطاء الأمامية.
ثالثًا ، بمساعدة تقنية الجدولة والتحكم الذكية ، يدرك المسبار الاستخدام الأمثل لموارد الاتصال. يمكن للتكنولوجيا تلقائيًا ضبط بروتوكولات الاتصال ومعدلات الإرسال وفقًا للتغيرات في متطلبات المهمة وبيئة الاتصال ، وبالتالي ضمان أفضل نتائج الاتصال في ظل ظروف الطاقة المحدودة.
أخيرًا ، من أجل تعزيز قدرة استقبال الإشارة ، يستخدم مسبار الروح تقنية استقبال متعددة الحزم. تستخدم هذه التكنولوجيا هوائيات استلام متعددة لتشكيل صفيف ، والتي يمكن أن تعزز حساسية الاستلام واستقرار الإشارة ، ثم الحفاظ على اتصال اتصال مستقر في بيئة الفضاء العميقة المعقدة.

المزايا واضحة ، مخفية في السر
ليس من الصعب العثور على العالم الخارجي أنالليزرهل العنصر الأساسي لاختبار التواصل في الفضاء العميق لمسبق الروح ، فما هي المزايا المحددة التي يتعين على الليزر المساعدة في التقدم الكبير في التواصل في الفضاء العميق؟ ما هو الغموض؟
من ناحية ، لا بد أن يتطلب الطلب المتزايد على البيانات الضخمة والصور عالية الدقة ومقاطع الفيديو لمهام استكشاف الفضاء العميق معدلات نقل بيانات أعلى للاتصالات العميقة. في مواجهة مسافة انتقال الاتصالات التي غالبًا ما تكون "تبدأ" بعشرات ملايين الكيلومترات ، تكون موجات الراديو "عاجزة" تدريجياً.
في حين أن اتصال الليزر يشرب معلومات عن الفوتونات ، مقارنةً بأمواج الراديو ، فإن موجات الضوء القريبة من الأشعة تحت الحمراء لها طول موجي أضيق وتردد أعلى ، مما يجعل من الممكن بناء بيانات مكانية "طريق سريع" مع ناقل حركة معلومات أكثر كفاءة وسلسة. تم التحقق من هذه النقطة بشكل أساسي في تجارب مساحة المدار المنخفضة الأرض المبكرة. بعد اتخاذ التدابير التكيفية ذات الصلة والتغلب على التداخل في الغلاف الجوي ، كان معدل نقل البيانات لنظام الاتصال بالليزر أعلى حوالي 100 مرة من وسائل الاتصال السابقة.