6 rzeczy, które musisz wiedzieć

NASADemonstracja przekaźnika komunikacji laserowej (LCRD) będzie wykorzystywać systemy komunikacji laserowej do przesyłania danych z kosmosu na Ziemię. Oto sześć rzeczy, które musisz wiedzieć o rewolucyjnej misji LCRD NASA.

1. Komunikacja laserowa zmieni sposób, w jaki NASA pozyskuje informacje w kosmosie i poza nim.

Od zarania eksploracji kosmosu NASA używa systemów częstotliwości radiowych do komunikacji z astronautami i statkami kosmicznymi. Jednak w miarę jak misje kosmiczne generują i zbierają więcej danych, wzrasta zapotrzebowanie na ulepszone możliwości komunikacyjne. LCRD wykorzystuje siłę kontakty laserowe, który wykorzystuje światło podczerwone zamiast fal radiowych do kodowania i przesyłania informacji do iz Ziemi.

Zarówno fale radiowe, jak i podczerwone fale świetlne lasera są formami promieniowania elektromagnetycznego o długości fali w różnych punktach widma. Misje kodują swoje dane naukowe na sygnałach elektromagnetycznych, aby wysłać je z powrotem na Ziemię.

Światło podczerwone używane w komunikacji laserowej różni się od fal radiowych tym, że występuje na znacznie wyższej częstotliwości, co pozwala inżynierom na umieszczenie większej ilości danych w każdej transmisji. Więcej danych to jednocześnie więcej informacji i odkryć dotyczących kosmosu.

Wykorzystując lasery na podczerwień, LCRD będzie wysyłać dane z powrotem na Ziemię z orbity geosynchronicznej z prędkością 1,2 gigabita na sekundę (Gbps). Przy tej prędkości i odległości możesz pobrać film w mniej niż minutę.

LCRD będzie latać jako ładunek umieszczony na statku kosmicznym Departamentu Obrony w ramach misji Space Test Program (STP-3). LCRD będzie kontynuować eksplorację przez NASA komunikacji laserowej, aby wspierać przyszłe misje na Księżyc i dalej. Źródło: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA

2. Komunikacja laserowa umożliwi statkowi kosmicznemu wysyłanie większej ilości danych z powrotem do domu za pomocą jednego łącza w dół.

Jeśli żyłeś pod koniec lat 80. i na początku lat 90., pamiętasz prędkości modemowe naziemnego internetu – boleśnie powolne. Dodanie komunikacji laserowej do statku kosmicznego jest jak korzystanie przez ludzkość z szybkiego Internetu z technologiami takimi jak sieci światłowodowe: rewolucja.

Fale radiowe a fale świetlne. źródło: NASA

W dzisiejszych czasach nasze domowe połączenia internetowe umożliwiają niemal natychmiastowe wyświetlanie filmów HD, programów i treści na naszych ekranach. Wynika to częściowo z połączeń światłowodowych, które wysyłają światło laserowe gęsto upakowane danymi przez plastikowe lub szklane kable, co zapewnia szybsze działanie użytkownika.

Ta sama koncepcja – z wyjątkiem kabli światłowodowych – jest stosowana w kosmicznej komunikacji laserowej, która umożliwia statkom kosmicznym przesyłanie obrazów i filmów o wysokiej rozdzielczości za pośrednictwem łączy laserowych.

Dzięki komunikacji laserowej statek kosmiczny może przesłać więcej danych jednocześnie za jednym pobraniem. NASA i przemysł lotniczy wykorzystują te nowe osiągnięcia i tworzą więcej misji, które wykorzystują lasery jako uzupełnienie satelitów o częstotliwości radiowej.

3. Ładunek zawiera dwie jednostki optyczne lub teleskopy, Aby odbierać i przesyłać sygnały laserowe.

LCRD to przekaźnik satelitarny z kilkoma bardzo czułymi komponentami, które zapewniają zwiększoną komunikację. Jako przekaźnik, LCRD eliminuje potrzebę, aby misje użytkownika miały bezpośrednią linię wzroku do anten na ziemi. LCRD zawiera dwie stacje optyczne – jedną odbierającą dane ze statku kosmicznego użytkownika, a drugą wysyłającą dane do stacji naziemnych na Ziemi.

Ładunek LCRD w cleanroomie w Goddard Space Flight Center. Źródło: NASA/Dave Ryan

Modemy LCRD przetwarzają dane cyfrowe na sygnały laserowe, które są następnie przesyłane za pomocą zakodowanych wiązek światła, niewidocznych dla ludzkiego oka, przez przekaźnikowe moduły optyczne. LCRD może wysyłać i odbierać dane, ustanawiając ciągłą ścieżkę przepływu danych misji do iz kosmosu. Razem te możliwości sprawiają, że LCRD NASA jest pierwszym dwukierunkowym przekaźnikiem optycznym typu end-to-end.

To tylko niektóre elementy, które składają się na ładowność LCRD, która łącznie reprezentuje duży rozmiar materaca.

4. LCRD opiera się na dwóch stacjach naziemnych w Kalifornii i na Hawajach.

Gdy LCRD odbierze i zakoduje informacje, ładunek wysyła dane do stacji naziemnych na Ziemi, z których każda jest wyposażona w teleskopy do odbioru światła i modemy do przekształcenia zakodowanego światła z powrotem na dane cyfrowe.

LCRD stacje naziemne Znane jako optyczne stacje naziemne (OGS)-1 i -2, znajdują się w Góra Stołowa w Południowej Kaliforniii dalej Wulkan Haleakala na Maui na Hawajach.

Podczas gdy komunikacja laserowa może zapewnić szybsze przesyłanie danych, turbulencje atmosferyczne — takie jak chmury i turbulencje — mogą zakłócać sygnały laserowe podczas podróży przez ziemską atmosferę.

Miejsca OGS-1 i OSG-2 zostały wybrane ze względu na bezchmurne warunki pogodowe, miejsca oddalone i położone na dużej wysokości. Większość warunków pogodowych w tych regionach występuje poniżej szczytów gór, pozostawiając stosunkowo czyste niebo, idealne do komunikacji laserowej.

5. LCRD umożliwia partnerom rządowym, akademickim i komercyjnym testowanie możliwości lasera z orbity geosynchronicznej.

LCRD zademonstruje wykonalność systemów komunikacji laserowej z orbity geosynchronicznej – około 22 000 mil nad powierzchnią Ziemi.

Przed wsparciem innych misji LCRD spędzi dwa lata na przeprowadzaniu testów i eksperymenty. W tym czasie OGS-1 i OGS-2 będą działać jako „zadania”, przesyłając dane z jednej stacji do LCRD, a następnie do drugiej.

LCRD przesyła dane ze stacji kosmicznej na Ziemię. Źródło: NASA/Dave Ryan

LCRD przetestuje funkcjonalność lasera za pomocą eksperymentów z NASA, innych agencji rządowych, środowisk akademickich i firm komercyjnych. Niektóre z tych eksperymentów obejmują badanie turbulencji atmosferycznych na sygnałach laserowych i demonstrowanie niezawodnych operacji serwisowych przekaźników.

Testy te pozwolą społeczności kosmicznej uczyć się z LCRD i dalej ulepszać technologię do przyszłego wdrożenia. NASA zapewnia te możliwości, aby poszerzyć wiedzę o komunikacji laserowej i poprawić jej wykorzystanie operacyjne.

Po fazie eksperymentalnej LCRD będzie wspierać misje w kosmosie, w tym stację fotowoltaiczną, która zostanie zainstalowana na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Stacja ta będzie zbierać dane z eksperymentów naukowych na pokładzie, a następnie przesyłać informacje do LCRD, które zostaną przesłane z powrotem na Ziemię.

6. LCRD to jedna z wielu ekscytujących i nadchodzących misji laserowych.

LCRD to pierwszy laserowy system przekaźników komunikacyjnych NASA. Jednak jest Wiele misji W fazie rozwoju miałby zademonstrować i przetestować dodatkowe możliwości komunikacji laserowej.

Misje łączności laserowej NASA. Źródło: NASA/Dave Ryan

• ten Optyczny system komunikacyjny Orion Artemis II (O2O) Stacja (O2O) umożliwi transmisję wideo w wysokiej rozdzielczości za pomocą światła podczerwonego między astronautami Ziemi i Artemis II podróżującymi wokół Księżyca.
• W 2026 r duch Misja dotrze do celu – asteroidy oddalonej o ponad 150 milionów mil od Ziemi. będzie nosić psychikę komunikacja w przestrzeni kosmicznej (DSOC), aby przetestować komunikację laserową pod kątem różnych wyzwań związanych z eksploracją kosmosu.

Wszystkie te misje pomogą społeczności lotniczej w standaryzacji komunikacji laserowej w przyszłych misjach. Dzięki oświetleniu laserowemu NASA może zebrać więcej informacji z kosmosu niż kiedykolwiek wcześniej.

LCRD to ładunek NASA znajdujący się na pokładzie satelity Departamentu Obrony Space Test Program 6 (STPSat-6). STPSat-6, część misji Space Test Program 3 (STP-3), wystartuje na rakiecie United Launch Alliance Atlas V 551 ze stacji kosmicznej Cape Canaveral na Florydzie. STP jest obsługiwany przez Dowództwo Systemów Kosmicznych USA.

Goddard kieruje LCRD i we współpracy z NASA Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii i Z Laboratorium Lincolna. LCRD jest finansowany przez NASA Technology Demonstration Missions Program, który jest częścią Space Technology Mission Directorate, oraz program Communications and Astronautics (SCaN) w siedzibie NASA.