Onlangs voltooide de Amerikaanse Spirit-sonde een lasercommunicatietest in de ruimte met grondfaciliteiten op 16 miljoen kilometer afstand, waarmee een nieuw afstandsrecord voor optische communicatie in de ruimte werd gevestigd.Dus wat zijn de voordelen vanlasercommunicatie?Welke moeilijkheden moet het, op basis van technische principes en missievereisten, overwinnen?Wat is het vooruitzicht van de toepassing ervan op het gebied van diepe ruimteverkenning in de toekomst?
Technologische doorbraken, niet bang voor uitdagingen
Diepe ruimteverkenning is een uiterst 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 een cruciale rol.
Schematisch diagram vanlasercommunicatie in de diepe ruimteexperiment tussen de Spirit-satellietsonde en het grondobservatorium
Op 13 oktober werd de Spirit-sonde gelanceerd, waarmee een ontdekkingsreis begon die minstens acht jaar zal duren.Aan het begin van de missie werkte het samen met de Hale-telescoop van het Palomar Observatorium in de Verenigde Staten om lasercommunicatietechnologie in de ruimte te testen, waarbij gebruik werd gemaakt van nabij-infrarood lasercodering om gegevens te communiceren met teams op aarde.Daartoe moeten de detector en zijn lasercommunicatieapparatuur ten minste vier soorten moeilijkheden overwinnen.Respectievelijk verdienen de afstandsafstand, signaalverzwakking en -interferentie, bandbreedtebeperking en -vertraging, energiebeperking en warmtedissipatieproblemen aandacht.Onderzoekers hebben lang geanticipeerd op en voorbereid op deze moeilijkheden, en hebben een reeks sleuteltechnologieën doorbroken, waardoor een goede basis is gelegd voor de Spirit-sonde om experimenten met lasercommunicatie in de ruimte uit te voeren.
Allereerst maakt de Spirit-detector gebruik van snelle datatransmissietechnologie, een geselecteerde laserstraal als transmissiemedium, uitgerust met eenlaser met hoog vermogenzender, gebruikmakend van de voordelen vanlaser transmissiesnelheid en hoge stabiliteit, in een poging lasercommunicatieverbindingen tot stand te brengen in de diepe ruimteomgeving.
Ten tweede maakt de Spirit-detector, om de betrouwbaarheid en stabiliteit van de communicatie te verbeteren, gebruik van efficiënte coderingstechnologie, die een hogere datatransmissiesnelheid kan bereiken binnen de beperkte bandbreedte door de datacodering te optimaliseren.Tegelijkertijd kan het de bitfoutenkans verminderen en de nauwkeurigheid van de gegevensoverdracht verbeteren door gebruik te maken van de technologie van voorwaartse foutcorrectiecodering.
Ten derde realiseert de sonde met behulp van intelligente plannings- en besturingstechnologie een optimaal gebruik van communicatiemiddelen.De technologie kan communicatieprotocollen en transmissiesnelheden automatisch aanpassen aan veranderingen in taakvereisten en communicatieomgeving, waardoor de beste communicatieresultaten worden gegarandeerd onder beperkte energieomstandigheden.
Om de signaalontvangstcapaciteit te verbeteren, maakt de Spirit-sonde ten slotte gebruik van multi-beam-ontvangsttechnologie.Deze technologie maakt gebruik van meerdere ontvangstantennes om een array te vormen, die de ontvangstgevoeligheid en stabiliteit van het signaal kan verbeteren en vervolgens een stabiele communicatieverbinding in de complexe diepe ruimteomgeving kan handhaven.
De voordelen liggen voor de hand, verborgen in het geheim
De buitenwereld is niet moeilijk te vinden dat delaseris het kernelement van de deep space-communicatietest van de Spirit-sonde, dus welke specifieke voordelen heeft de laser om de aanzienlijke vooruitgang van deep space-communicatie te helpen?Wat is het mysterie?
Aan de ene kant zal de groeiende vraag naar enorme hoeveelheden data, afbeeldingen en video's met hoge resolutie voor verkenningsmissies in de ruimte ongetwijfeld hogere datatransmissiesnelheden vereisen voor communicatie in de ruimte.Geconfronteerd met de communicatietransmissieafstand die vaak ‘begint’ met tientallen miljoenen kilometers, zijn radiogolven geleidelijk ‘machteloos’.
Terwijl lasercommunicatie informatie over fotonen codeert, hebben nabij-infrarode lichtgolven, vergeleken met radiogolven, een smallere golflengte en een hogere frequentie, waardoor het mogelijk wordt een ruimtelijke gegevenssnelweg aan te leggen met een efficiëntere en soepelere informatieoverdracht.Dit punt is voorlopig geverifieerd in de vroege 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 vorige communicatiemiddelen.
Posttijd: 26 februari 2024