Onlangs voltooide de Amerikaanse Spirit-sonde een test voor lasercommunicatie in de diepe ruimte met grondstations op 16 miljoen kilometer afstand, waarmee een nieuw record werd gevestigd voor de afstand van optische communicatie in de ruimte. Wat zijn de voordelen hiervan?lasercommunicatieWelke moeilijkheden moet het systeem, gebaseerd op technische principes en missievereisten, overwinnen? Wat zijn de vooruitzichten voor de toepassing ervan in de toekomst op het gebied van diepgaande ruimteverkenning?
Technologische doorbraken, niet bang voor uitdagingen
Diepruimteonderzoek is een extreem uitdagende taak voor ruimteonderzoekers die het universum verkennen. Sondes moeten de verre interstellaire ruimte doorkruisen, extreme omgevingen en barre omstandigheden overwinnen, waardevolle gegevens verzamelen en verzenden, en communicatietechnologie speelt hierbij een cruciale rol.
Schematisch diagram vanLasercommunicatie in de diepe ruimteexperiment tussen de Spirit-satelliet en het observatorium op de grond
Op 13 oktober werd de Spirit-sonde gelanceerd, waarmee een verkenningsreis begon die minstens acht jaar zal duren. Aan het begin van de missie werkte de sonde samen met de Hale-telescoop van het Palomar-observatorium in de Verenigde Staten om lasercommunicatietechnologie in de diepe ruimte te testen. Hierbij werd gebruikgemaakt van nabij-infrarood lasercodering om gegevens te communiceren met teams op aarde. Hiervoor moesten de detector en de bijbehorende lasercommunicatieapparatuur minstens vier soorten problemen overwinnen: de grote afstand, signaalverzwakking en interferentie, bandbreedtebeperking en vertraging, energiebeperking en warmteafvoer. Onderzoekers hadden al lang geleden op deze problemen geanticipeerd en zich erop voorbereid, en hebben een aantal belangrijke technologische doorbraken bereikt, waarmee een goede basis is gelegd voor de Spirit-sonde om lasercommunicatie-experimenten in de diepe ruimte uit te voeren.
Allereerst maakt de Spirit-detector gebruik van snelle gegevensoverdrachtstechnologie, waarbij een laserstraal als transmissiemedium is gekozen, en is uitgerust met eenkrachtige laserzender, gebruikmakend van de voordelen vanlasertransmissieSnelheid en hoge stabiliteit, in een poging om lasercommunicatieverbindingen tot stand te brengen in de diepe ruimte.
Ten tweede maakt de Spirit-detector, om de betrouwbaarheid en stabiliteit van de communicatie te verbeteren, gebruik van efficiënte coderingstechnologie. Hierdoor kan een hogere gegevensoverdrachtssnelheid binnen de beperkte bandbreedte worden bereikt door de gegevenscodering te optimaliseren. Tegelijkertijd kan de bitfoutfrequentie worden verlaagd en de nauwkeurigheid van de gegevensoverdracht worden verbeterd door gebruik te maken van voorwaartse foutcorrectiecodering.
Ten derde zorgt de sonde, met behulp van intelligente plannings- en besturingstechnologie, voor een optimaal gebruik van de communicatiemiddelen. De technologie kan automatisch communicatieprotocollen en transmissiesnelheden aanpassen aan veranderingen in taakvereisten en de communicatieomgeving, waardoor de beste communicatieresultaten worden gegarandeerd, zelfs onder beperkte energieomstandigheden.
Om de signaalontvangst te verbeteren, maakt de Spirit-sonde ten slotte gebruik van multi-beam-ontvangsttechnologie. Deze technologie gebruikt meerdere ontvangstantennes die een array vormen, waardoor de ontvangstgevoeligheid en stabiliteit van het signaal worden verbeterd en een stabiele communicatieverbinding in de complexe omgeving van de diepe ruimte kan worden gehandhaafd.
De voordelen zijn overduidelijk, verborgen in het geheim.
In de buitenwereld is het niet moeilijk te ontdekken dat delaserDe laser vormt het kernelement van de test voor communicatie in de diepe ruimte met de Spirit-sonde. Welke specifieke voordelen biedt de laser dan om de aanzienlijke vooruitgang in communicatie in de diepe ruimte te bevorderen? Wat is het geheim?
Enerzijds vereist de groeiende vraag naar enorme hoeveelheden data, hogeresolutiebeelden en -video's voor missies in de diepe ruimte onvermijdelijk hogere gegevensoverdrachtssnelheden voor communicatie in de diepe ruimte. Gezien de communicatieafstanden die vaak beginnen bij tientallen miljoenen kilometers, schieten radiogolven geleidelijk tekort.
Hoewel lasercommunicatie informatie codeert in fotonen, hebben nabij-infraroodlichtgolven, in vergelijking met radiogolven, een smallere golflengte en een hogere frequentie. Dit maakt het mogelijk om een ruimtelijke data-"snelweg" te creëren met een efficiëntere en soepelere informatieoverdracht. Dit is al eerder bevestigd in experimenten in een lage baan om de aarde. Na het nemen van de nodige aanpassingen en het overwinnen van atmosferische interferentie, was de gegevensoverdrachtssnelheid van het lasercommunicatiesysteem bijna honderd keer hoger dan die van de voorgaande communicatiemiddelen.
Geplaatst op: 26 februari 2024