Nylig fullførte den amerikanske Spirit-sonden en laserkommunikasjonstest i dyp rom med bakkeanlegg 16 millioner kilometer unna, og satte dermed en ny rekord for optisk kommunikasjonsavstand i rommet. Så hva er fordelene medlaserkommunikasjonBasert på tekniske prinsipper og oppdragskrav, hvilke vanskeligheter må den overvinne? Hva er utsiktene for at den kan brukes innen romutforskning i fremtiden?
Teknologiske gjennombrudd, ikke redd for utfordringer
Utforskning av dypt rom er en ekstremt utfordrende oppgave for romforskere som utforsker universet. Sonder må krysse fjernt interstellart rom, overvinne ekstreme miljøer og tøffe forhold, innhente og overføre verdifulle data, og kommunikasjonsteknologi spiller en viktig rolle.
Skjematisk diagram avlaserkommunikasjon i verdensrommeteksperiment mellom Spirit-satellittsonden og bakkeobservatoriet
13. oktober ble Spirit-sonden skutt opp, og dermed startet en utforskningsreise som vil vare i minst åtte år. I begynnelsen av oppdraget samarbeidet det med Hale-teleskopet ved Palomar-observatoriet i USA for å teste laserkommunikasjonsteknologi i dyprommet, ved hjelp av nær-infrarød laserkoding for å kommunisere data med team på jorden. For å oppnå dette må detektoren og dens laserkommunikasjonsutstyr overvinne minst fire typer vanskeligheter. Henholdsvis fortjener fjern avstand, signaldemping og interferens, båndbreddebegrensning og -forsinkelse, energibegrensning og varmespredningsproblemer oppmerksomhet. Forskere har lenge forutsett og forberedt seg på disse vanskelighetene, og har brutt gjennom en rekke nøkkelteknologier, noe som legger et godt grunnlag for at Spirit-sonden skal kunne utføre laserkommunikasjonseksperimenter i dyprommet.
Først og fremst bruker Spirit-detektoren høyhastighets dataoverføringsteknologi, valgt laserstråle som overføringsmedium, utstyrt med enhøyeffektslasersenderen, ved å bruke fordelene medlaseroverføringhastighet og høy stabilitet, og prøver å etablere laserkommunikasjonsforbindelser i det dype rommiljøet.
For det andre, for å forbedre påliteligheten og stabiliteten til kommunikasjonen, bruker Spirit-detektoren effektiv kodingsteknologi, som kan oppnå høyere dataoverføringshastighet innenfor den begrensede båndbredden ved å optimalisere datakodingen. Samtidig kan den redusere bitfeilraten og forbedre nøyaktigheten til dataoverføringen ved å bruke teknologi for forward error correction coding.
For det tredje, ved hjelp av intelligent planleggings- og kontrollteknologi, oppnår 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 signalmottakskapasiteten, bruker Spirit-sonden flerstrålemottaksteknologi. Denne teknologien bruker flere mottakerantenner for å danne en matrise, som kan forbedre mottaksfølsomheten og stabiliteten til signalet, og deretter opprettholde en stabil kommunikasjonsforbindelse i det komplekse dype rommiljøet.
Fordelene er åpenbare, skjult i hemmeligheten
Omverdenen er ikke vanskelig å oppdage atlaserer kjerneelementet i Spirit-sondens kommunikasjonstest i verdensrommet, så hvilke spesifikke fordeler har laseren for å bidra til den betydelige fremgangen innen kommunikasjon i verdensrommet? Hva er mysteriet?
På den ene siden vil den økende etterspørselen etter massive datamengder, bilder og videoer med høy oppløsning for utforskning av verdensrommet nødvendigvis kreve høyere dataoverføringshastigheter for kommunikasjon i verdensrommet. Med tanke på kommunikasjonsavstanden som ofte «starter» med titalls millioner kilometer, blir radiobølger gradvis «strømløse».
Mens laserkommunikasjon koder informasjon om fotoner, har nær-infrarøde lysbølger en smalere bølgelengde og høyere frekvens sammenlignet med radiobølger, noe som gjør det mulig å bygge en romlig data-"motorvei" med mer effektiv og jevn informasjonsoverføring. Dette poenget har blitt foreløpig bekreftet i tidlige romeksperimenter i lav jordbane. Etter å ha tatt relevante tilpasningstiltak og overvunnet atmosfærisk interferens, var dataoverføringshastigheten til laserkommunikasjonssystemet en gang nesten 100 ganger høyere enn for de tidligere kommunikasjonsmidlene.
Publisert: 26. feb. 2024