14 дек 2023 3 121

Лазер вместо радиоволн: космическая связь в ИК-диапазоне ускорила передачу данных

Технологический эксперимент NASA на Международной космической станции обеспечил первую лазерную связь с орбитальной лазерной ретрансляционной системой. Вместе они завершают работу над первой в НАСА двусторонней сквозной лазерной релейной системой.

LCRD (Laser Communications Relay Demonstration) и новая космическая станция ILLUMA-T (Integrated LCRD Low Orbit User Modem and Amplifier Terminal) впервые успешно обменялись данными. LCRD и ILLUMA-T демонстрируют, как пользовательская миссия, в данном случае космическая станция, может извлечь выгоду из лазерного ретранслятора связи, расположенного на геосинхронной орбите.

Оптическая связь в своей основе имеет инфракрасное световое излучение вместо традиционных радиоволн для передачи и приема сигналов. У инфракрасного света короче длина волны, это позволяет упаковывать больше данных в каждую передачу. Использование лазерной связи значительно повышает эффективность передачи данных и способствует более быстрому развитию научных открытий.

9 ноября на космическую станцию был доставлен груз и новые научные эксперименты в рамках коммерческого рейса космического агентства NASA от компании SpaceX. Среди этих экспериментов был и оптический модуль ILLUMA-T. После прибытия, груз был установлен на внешней области станции. Этот модуль, являющийся частью ILLUMA-T, включает в себя телескоп и двухосевой стабилизатор. Благодаря этим компонентам, возможно осуществление дальнейшей навигации и сопровождения LCRD, расположенного на геосинхронной орбите. Оптический модуль ILLUMA-T имеет размеры, сравнимые с микроволновой печью, а его полезная нагрузка соответствует стандартному холодильнику.

ILLUMA-T и LCRD являются частью программы NASA по космической связи и навигации (SCaN), которая стремится продемонстрировать, как технологии лазерной связи могут значительно улучшить научные и исследовательские миссии.

Первое соединение ILLUMA-T с LCRD, известное как первый свет, — это последнее доказательство того, что за лазерной связью будущее. Лазерная связь не только обеспечит передачу колоссальных массивов данных с научных миссий, но также послужит надежным средством коммуникации между астронавтами и Землей во время исследования Луны, Марса и дальних границ космоса

— доктор Джейсон Митчелл, директор дивизиона по передовым коммуникационным и навигационным технологиям SCaN.

Сразу после монтажа оборудования, инженеры приступили к проведению испытаний и контрольных проверок с целью убедиться в нормальной работе ILLUMA-T. В настоящее время они осуществляют обмен данными с LCRD, ретранслятором, запущенным в 2021 году, который провел более 300 экспериментов по совершенствованию технологий лазерной связи в рамках программы NASA. Лазерная связь может изменить всю парадигму исследований для ученых на Земле, занимающихся научными и технологическими исследованиями на борту космической станции.

Астронавты проводят исследования в различных областях, таких как биологические и физические науки, технологии, наблюдение Земли и многое другое, в орбитальной лаборатории во благо всего человечества. ILLUMA-T способен обеспечить высокую скорость передачи данных для этих экспериментов и отправить на Землю гораздо больше информации одновременно. Фактически, при скорости передачи 1,2 гигабит в секунду ILLUMA-T способен передать объем данных, сравнимый с продолжительностью среднего фильма, за считанные секунды.

Мы продемонстрировали, что можем преодолеть технические проблемы успешной космической связи с использованием лазерной связи. Сейчас мы проводим операционные демонстрации и эксперименты, чтобы оптимизировать внедрение известных технологий в миссии для максимального развития нашего исследования и науки

— Дэвид Израиль, архитектор по космической связи и навигации в NASA.

Эксперименты LCRD проводятся с участием представителей промышленности, научного сообщества и других государственных агентств. ILLUMA-T стал первым экспериментом в рамках программы LCRD. Среди других проводимых экспериментов также включено изучение влияния атмосферы на лазерные сигналы. Это необходимо для оценки эффективности передачи данных в различных условиях атмосферного влияния. Кроме того, проводятся тесты с целью подтверждения способности системы обеспечивать стабильное и надежное соединение для нескольких пользователей одновременно.

Также проводится исследование сетевых возможностей, используя задержки и сбои сети с помощью технологии устойчивой передачи данных (DTN) по лазерным линиям. Эксперименты также направлены на исследование новых навигационных возможностей, которые могут быть обеспечены с помощью лазерной связи. Эти исследования важны для оптимизации функциональности и использования лазерной связи в будущих космических миссиях.