Onlangs voltooide de Amerikaanse Spirit-sonde een test met lasercommunicatie in de diepe ruimte met grondfaciliteiten op 16 miljoen kilometer afstand, waarmee een nieuw record werd gevestigd voor optische communicatie in de ruimte. Wat zijn de voordelen vanlasercommunicatieWelke moeilijkheden moet het, op basis van technische principes en missie-eisen, overwinnen? Wat zijn de vooruitzichten voor de toepassing ervan in de toekomst in de diepe ruimtevaart?
Technologische doorbraken, niet bang voor uitdagingen
Verkenning van de diepe ruimte is een uiterst uitdagende taak voor ruimteonderzoekers die het heelal verkennen. Ruimtesondes moeten de verre interstellaire ruimte doorkruisen, extreme omgevingen en barre omstandigheden trotseren, waardevolle gegevens verzamelen en verzenden, en communicatietechnologie speelt daarbij een cruciale rol.
Schematisch diagram vandiepe ruimte lasercommunicatieexperiment tussen de Spirit-satellietsonde en het grondobservatorium
Op 13 oktober werd de Spirit-sonde gelanceerd, waarmee een ontdekkingsreis van minstens acht jaar begon. 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, waarbij nabij-infrarood lasercodering werd gebruikt om gegevens te communiceren met teams op aarde. Om dit te bereiken, moeten de detector en de bijbehorende lasercommunicatieapparatuur ten minste vier soorten problemen overwinnen. Respectievelijk de grote afstand, signaalverzwakking en -interferentie, bandbreedtebeperking en -vertraging, energiebeperking en warmteafvoerproblemen verdienen aandacht. Onderzoekers hebben deze problemen al lang voorzien en zich erop voorbereid, en hebben een reeks belangrijke technologieën ontwikkeld, waarmee een goede basis is gelegd voor de Spirit-sonde om experimenten met lasercommunicatie in de diepe ruimte uit te voeren.
In de eerste plaats maakt de Spirit-detector gebruik van een technologie voor snelle gegevensoverdracht, een geselecteerde laserstraal als transmissiemedium, uitgerust met eenkrachtige laserzender, gebruikmakend van de voordelen vanlasertransmissiesnelheid en hoge stabiliteit, met als doel lasercommunicatieverbindingen tot stand te brengen in de diepe ruimte.
Ten tweede, om de betrouwbaarheid en stabiliteit van de communicatie te verbeteren, maakt de Spirit-detector gebruik van efficiënte coderingstechnologie. Deze technologie kan een hogere gegevensoverdrachtsnelheid binnen de beperkte bandbreedte bereiken door de datacodering te optimaliseren. Tegelijkertijd kan de bitfoutfrequentie worden verlaagd en de nauwkeurigheid van de gegevensoverdracht worden verbeterd door gebruik te maken van de technologie van voorwaartse foutcorrectiecodering.
Ten derde realiseert de sonde met behulp van intelligente plannings- en besturingstechnologie een optimale benutting van communicatiebronnen. De technologie kan communicatieprotocollen en transmissiesnelheden automatisch aanpassen aan veranderingen in de taakvereisten en de communicatieomgeving, waardoor optimale communicatieresultaten worden gegarandeerd onder beperkte energieomstandigheden.
Om de signaalontvangst te verbeteren, maakt de Spirit-sonde ten slotte gebruik van multi-beam-ontvangsttechnologie. Deze technologie gebruikt meerdere ontvangstantennes om een array te vormen, wat de ontvangstgevoeligheid en -stabiliteit van het signaal kan verbeteren en vervolgens een stabiele communicatieverbinding in de complexe diepe ruimte kan handhaven.
De voordelen zijn duidelijk, verborgen in het geheim
De buitenwereld is niet moeilijk te vinden dat delaseris het kernelement van de communicatietest in de diepe ruimte van de Spirit-sonde. Welke specifieke voordelen heeft de laser om de communicatie in de diepe ruimte aanzienlijk te bevorderen? Wat is het mysterie?
Enerzijds zal de groeiende vraag naar enorme hoeveelheden data, hoge-resolutiebeelden en video's voor verkenningsmissies in de diepe ruimte ongetwijfeld hogere datatransmissiesnelheden vereisen voor communicatie in de diepe ruimte. Gezien de communicatieafstand die vaak "begint" op tientallen miljoenen kilometers, raken radiogolven geleidelijk "machteloos".
Lasercommunicatie codeert informatie op fotonen, maar vergeleken met radiogolven hebben nabij-infrarode lichtgolven een smallere golflengte en hogere frequentie, waardoor het mogelijk is om een ruimtelijke datasnelweg te bouwen met een efficiëntere en soepelere informatieoverdracht. Dit punt is voorlopig geverifieerd in de eerste ruimte-experimenten in een lage baan om de aarde. Na het nemen van relevante adaptieve maatregelen en het overwinnen van atmosferische interferentie, was de datatransmissiesnelheid van het lasercommunicatiesysteem ooit bijna 100 keer hoger dan die van de voorgaande communicatiemiddelen.
Plaatsingstijd: 26-02-2024