Baru-baru ini, pesawat US Spirit telah menyelesaikan ujian komunikasi laser angkasa lepas dengan kemudahan darat sejauh 16 juta kilometer, sekali gus mencatatkan rekod jarak komunikasi optik angkasa lepas yang baharu. Jadi, apakah kelebihannya?komunikasi laserBerdasarkan prinsip teknikal dan keperluan misi, apakah kesukaran yang perlu diatasi? Apakah prospek aplikasinya dalam bidang penerokaan angkasa lepas yang dalam pada masa hadapan?
Kejayaan teknologi, tidak takut akan cabaran
Penerokaan angkasa lepas yang mendalam merupakan tugas yang sangat mencabar dalam perjalanan penyelidik angkasa lepas meneroka alam semesta. Prob perlu merentasi ruang antara bintang yang jauh, mengatasi persekitaran yang ekstrem dan keadaan yang keras, memperoleh dan menghantar data yang berharga, dan teknologi komunikasi memainkan peranan penting.
Gambarajah skematik bagikomunikasi laser angkasa lepaseksperimen antara prob satelit Spirit dan balai cerap darat
Pada 13 Oktober, probe Spirit dilancarkan, memulakan perjalanan penerokaan yang akan berlangsung sekurang-kurangnya lapan tahun. Pada permulaan misi, ia telah bekerjasama dengan teleskop Hale di Balai Cerap Palomar di Amerika Syarikat untuk menguji teknologi komunikasi laser angkasa lepas, menggunakan pengekodan laser inframerah dekat untuk menyampaikan data dengan pasukan di Bumi. Untuk tujuan ini, pengesan dan peralatan komunikasi lasernya perlu mengatasi sekurang-kurangnya empat jenis kesukaran. Masing-masing, jarak jauh, pelemahan dan gangguan isyarat, had dan kelewatan lebar jalur, had tenaga dan masalah pelesapan haba wajar diberi perhatian. Penyelidik telah lama menjangka dan bersedia untuk kesukaran ini, dan telah menembusi beberapa siri teknologi utama, meletakkan asas yang baik untuk probe Spirit menjalankan eksperimen komunikasi laser angkasa lepas.
Pertama sekali, pengesan Spirit menggunakan teknologi penghantaran data berkelajuan tinggi, pancaran laser terpilih sebagai medium penghantaran, dilengkapi denganlaser berkuasa tinggipemancar, menggunakan kelebihanpenghantaran laserkadar dan kestabilan yang tinggi, cuba mewujudkan hubungan komunikasi laser dalam persekitaran angkasa lepas yang dalam.
Kedua, untuk meningkatkan kebolehpercayaan dan kestabilan komunikasi, pengesan Spirit menggunakan teknologi pengekodan yang cekap, yang boleh mencapai kadar penghantaran data yang lebih tinggi dalam lebar jalur terhad dengan mengoptimumkan pengekodan data. Pada masa yang sama, ia boleh mengurangkan kadar ralat bit dan meningkatkan ketepatan penghantaran data dengan menggunakan teknologi pengekodan pembetulan ralat ke hadapan.
Ketiga, dengan bantuan teknologi penjadualan dan kawalan pintar, prob ini merealisasikan penggunaan sumber komunikasi yang optimum. Teknologi ini boleh melaraskan protokol komunikasi dan kadar penghantaran secara automatik mengikut perubahan dalam keperluan tugas dan persekitaran komunikasi, sekali gus memastikan hasil komunikasi terbaik di bawah keadaan tenaga yang terhad.
Akhir sekali, untuk meningkatkan keupayaan penerimaan isyarat, prob Spirit menggunakan teknologi penerimaan berbilang pancaran. Teknologi ini menggunakan berbilang antena penerima untuk membentuk satu tatasusunan, yang boleh meningkatkan kepekaan penerimaan dan kestabilan isyarat, dan kemudian mengekalkan sambungan komunikasi yang stabil dalam persekitaran angkasa lepas yang kompleks.
Kelebihannya jelas, tersembunyi di sebalik rahsia
Dunia luar tidak sukar untuk ditemui bahawalasermerupakan elemen teras ujian komunikasi angkasa lepas bagi prob Spirit, jadi apakah kelebihan khusus yang dimiliki oleh laser ini untuk membantu kemajuan ketara komunikasi angkasa lepas? Apakah misterinya?
Di satu pihak, permintaan yang semakin meningkat untuk data besar-besaran, imej beresolusi tinggi dan video untuk misi penerokaan angkasa lepas dalam pasti memerlukan kadar penghantaran data yang lebih tinggi untuk komunikasi angkasa lepas dalam. Dalam menghadapi jarak penghantaran komunikasi yang sering "bermula" dengan puluhan juta kilometer, gelombang radio secara beransur-ansur "tidak berdaya".
Walaupun komunikasi laser mengekod maklumat pada foton, berbanding dengan gelombang radio, gelombang cahaya inframerah dekat mempunyai panjang gelombang yang lebih sempit dan frekuensi yang lebih tinggi, membolehkan pembinaan "lebuh raya" data spatial dengan penghantaran maklumat yang lebih cekap dan lancar. Titik ini telah disahkan terlebih dahulu dalam eksperimen angkasa lepas orbit rendah Bumi awal. Selepas mengambil langkah penyesuaian yang berkaitan dan mengatasi gangguan atmosfera, kadar penghantaran data sistem komunikasi laser pernah hampir 100 kali lebih tinggi daripada cara komunikasi sebelumnya.
Masa siaran: 26 Feb-2024