Deep space laser kommunikasjon rekord, hvor mye rom for fantasi? Del én

Nylig fullførte US Spirit-sonden en laserkommunikasjonstest i dype rom med bakkeanlegg 16 millioner kilometer unna, og satte en ny avstandsrekord for optisk romkommunikasjon. Så hva er fordelene medlaserkommunikasjon? Basert på tekniske prinsipper og oppdragskrav, hvilke vanskeligheter må den overvinne? Hva er utsiktene for dens anvendelse innen dypromsutforskning i fremtiden?

Teknologiske gjennombrudd, ikke redd for utfordringer
Utforskning av dypt rom er en ekstremt utfordrende oppgave i løpet av romforskere som utforsker universet. Sonder må krysse fjerntliggende interstellare rom, overvinne ekstreme miljøer og tøffe forhold, skaffe og overføre verdifulle data, og kommunikasjonsteknologi spiller en viktig rolle.

Skjematisk diagram avdeep space laser kommunikasjoneksperiment mellom Spirit-satellittsonden og bakkeobservatoriet

Den 13. oktober lanserte Spirit-sonden, og startet en utforskningsreise som vil vare i minst åtte år. I begynnelsen av oppdraget jobbet det med Hale-teleskopet ved Palomar-observatoriet i USA for å teste laserkommunikasjonsteknologi i dype rom, ved å bruke nær-infrarød laserkoding for å kommunisere data med team på jorden. For dette formål må detektoren og laserkommunikasjonsutstyret overvinne minst fire typer vanskeligheter. Henholdsvis fjernavstanden, signaldemping og interferens, båndbreddebegrensning og forsinkelse, energibegrensning og varmespredningsproblemer fortjener oppmerksomhet. Forskere har lenge forutsett og forberedt seg på disse vanskelighetene, og har brutt gjennom en rekke nøkkelteknologier, og har lagt et godt grunnlag for Spirit-sonden for å utføre eksperimenter med laserkommunikasjon i dype rom.
Først av alt bruker Spirit-detektoren høyhastighets dataoverføringsteknologi, valgt laserstråle som overføringsmedium, utstyrt med enhøyeffekt lasersender, ved hjelp av fordelene vedlaseroverføringhastighet og høy stabilitet, prøver å etablere laserkommunikasjonsforbindelser i det dype rommiljøet.
For det andre, for å forbedre påliteligheten og stabiliteten til kommunikasjonen, tar Spirit-detektoren i bruk effektiv kodingsteknologi, som kan oppnå høyere dataoverføringshastighet innenfor begrenset båndbredde ved å optimalisere datakodingen. Samtidig kan det redusere bitfeilfrekvensen og forbedre nøyaktigheten av dataoverføring ved å bruke teknologien for fremadrettet feilkorrigering.
For det tredje, ved hjelp av intelligent planleggings- og kontrollteknologi, realiserer sonden optimal utnyttelse av kommunikasjonsressurser. Teknologien kan automatisk justere kommunikasjonsprotokoller og overføringshastigheter i henhold til endringer i oppgavekrav og kommunikasjonsmiljø, og dermed sikre de beste kommunikasjonsresultatene under begrensede energiforhold.
Til slutt, for å forbedre signalmottaksevnen, bruker Spirit-sonden multistrålemottaksteknologi. Denne teknologien bruker flere mottaksantenner for å danne en matrise, som kan forbedre mottaksfølsomheten og stabiliteten til signalet, og deretter opprettholde en stabil kommunikasjonsforbindelse i det komplekse rommiljøet.

Fordelene er åpenbare, skjult i hemmeligheten
Omverdenen er ikke vanskelig å finne atlaserer kjerneelementet i testen for kommunikasjon i dypt rom til Spirit-sonden, så hvilke spesifikke fordeler har laseren for å hjelpe den betydelige utviklingen av kommunikasjon i dypt rom? Hva er mysteriet?
På den ene siden vil den økende etterspørselen etter massive data, høyoppløselige bilder og videoer for utforskningsoppdrag i dypt rom nødvendigvis kreve høyere dataoverføringshastigheter for kommunikasjon i dypt rom. I møte med kommunikasjonsoverføringsavstanden som ofte «begynner» med titalls millioner kilometer, blir radiobølger gradvis «kraftløse».
Mens laserkommunikasjon koder for informasjon om fotoner, sammenlignet med radiobølger, har nær-infrarøde lysbølger en smalere bølgelengde og høyere frekvens, noe som gjør det mulig å bygge en romlig data "motorvei" med mer effektiv og jevn informasjonsoverføring. Dette punktet har blitt foreløpig bekreftet i de tidlige romeksperimentene med lav bane rundt jorden. Etter å ha tatt relevante adaptive tiltak og overvunnet atmosfærisk interferens, var dataoverføringshastigheten til laserkommunikasjonssystemet en gang nesten 100 ganger høyere enn for de tidligere kommunikasjonsmidlene.