For nylig gennemførte den amerikanske Spirit-sonde en laserkommunikationstest i dybt rum med jordbaserede faciliteter 16 millioner kilometer væk, hvilket satte en ny rekord for optisk kommunikationsafstand i rummet. Så hvad er fordelene vedlaserkommunikationBaseret på tekniske principper og missionskrav, hvilke vanskeligheder skal den overvindes? Hvad er udsigterne for dens anvendelse inden for udforskning af det dybe rum i fremtiden?
Teknologiske gennembrud, ikke bange for udfordringer
Udforskning af det dybe rum er en ekstremt udfordrende opgave for rumforskere, der udforsker universet. Sonder skal krydse fjernt interstellart rum, overvinde ekstreme miljøer og barske forhold, indsamle og overføre værdifulde data, og kommunikationsteknologi spiller en afgørende rolle.
Skematisk diagram aflaserkommunikation i det dybe rumeksperiment mellem Spirit-satellitsonden og jordobservatoriet
Den 13. oktober blev Spirit-sonden opsendt, hvilket indledte en udforskningsrejse, der vil vare mindst otte år. I begyndelsen af missionen arbejdede den sammen med Hale-teleskopet på Palomar-observatoriet i USA for at teste laserkommunikationsteknologi i det dybe rum ved hjælp af nær-infrarød laserkodning til at kommunikere data med hold på Jorden. Med dette for øje skal detektoren og dens laserkommunikationsudstyr overvinde mindst fire typer vanskeligheder. Henholdsvis fortjener fjern afstand, signaldæmpning og interferens, båndbreddebegrænsning og -forsinkelse, energibegrænsning og varmeafledningsproblemer opmærksomhed. Forskere har længe forudset og forberedt sig på disse vanskeligheder og har gennembrudt en række nøgleteknologier, hvilket har lagt et godt fundament for Spirit-sondens udførelse af laserkommunikationseksperimenter i det dybe rum.
Først og fremmest bruger Spirit-detektoren højhastighedsdatatransmissionsteknologi, valgt laserstråle som transmissionsmedium, udstyret med enhøjtydende lasersenderen, ved hjælp af fordelene vedlasertransmissionhastighed og høj stabilitet, i et forsøg på at etablere laserkommunikationsforbindelser i det dybe rum.
For det andet, for at forbedre kommunikationens pålidelighed og stabilitet, anvender Spirit-detektoren effektiv kodningsteknologi, som kan opnå en højere datatransmissionshastighed inden for den begrænsede båndbredde ved at optimere datakodningen. Samtidig kan den reducere bitfejlraten og forbedre nøjagtigheden af datatransmissionen ved at bruge teknologien til forward error correction coding.
For det tredje opnår sonden optimal udnyttelse af kommunikationsressourcer ved hjælp af intelligent planlægnings- og styringsteknologi. Teknologien kan automatisk justere kommunikationsprotokoller og transmissionshastigheder i henhold til ændringer i opgavekrav og kommunikationsmiljø og dermed sikre de bedste kommunikationsresultater under begrænsede energiforhold.
Endelig bruger Spirit-sonden multistrålemodtagelsesteknologi for at forbedre signalmodtagelseskapaciteten. Denne teknologi bruger flere modtageantenner til at danne et array, der kan forbedre signalets modtagefølsomhed og stabilitet og derefter opretholde en stabil kommunikationsforbindelse i det komplekse dybe rummiljø.
Fordelene er åbenlyse, skjult i hemmeligheden
Omverdenen er ikke svær at finde ud af, atlaserer kerneelementet i Spirit-sondens kommunikationstest i det dybe rum, så hvilke specifikke fordele har laseren for at bidrage til de betydelige fremskridt inden for kommunikation i det dybe rum? Hvad er mysteriet?
På den ene side vil den stigende efterspørgsel efter massive data, billeder og videoer i høj opløsning til udforskning af rummet nødvendigvis kræve højere dataoverførselshastigheder for kommunikation i rummet. I lyset af kommunikationsafstanden, der ofte "starter" med titusinder af millioner kilometer, bliver radiobølger gradvist "strømløse".
Mens laserkommunikation koder information om fotoner, har nær-infrarøde lysbølger en smallere bølgelængde og højere frekvens sammenlignet med radiobølger, hvilket gør det muligt at bygge en rumlig data-"motorvej" med mere effektiv og jævn informationstransmission. Dette punkt er blevet foreløbigt verificeret i tidlige rumeksperimenter i lav jordbane. Efter at have taget relevante tilpasningsforanstaltninger og overvundet atmosfærisk interferens var datatransmissionshastigheden for laserkommunikationssystemet engang næsten 100 gange højere end den for de tidligere kommunikationsmidler.
Opslagstidspunkt: 26. feb. 2024