Революционная программа NASA: что нужно знать о первом в мире космическом лазере

Что нужно знать о первом в мире космическом лазерном ретрансляторе  революционной миссии NASA

NASA будет использовать лазерные системы связи для передачи данных из космоса на Землю. Лазерный ретранслятор связи (LCRD) будет доставлен в космос на ракете Atlas V компании United Launch Alliance в рамках программы испытаний спутника-6 (STPSat-6). Запуск спутника многократно откладывали с момента первой попытки в 2019 году. Рассказываем, что вам нужно знать о революционной миссии Национального управления Америки по аэронавтике и исследованию космоса.

Лазерная связь полностью изменит прием и передачу информации между Землей и космосом

С начала освоение космоса агентство NASA использовало радиочастотные системы для связи с космическими кораблями и космонавтами. Однако по мере того, как космические миссии генерируют и собирают всё больше данных, потребность в расширенных возможностях связи растет. Так, преимуществом LCRD станет мощность лазерной связи, которая для кодирования передачи информации на Землю и в космос использует инфракрасный свет вместо радиоволн.

Как и радиоволны, лазерные инфракрасные световые волны представляют собой формы электромагнитного излучения с длиной волн в разных точках спектра. Миссии кодируют свои научные данные в электромагнитные сигналы для отправки информации из космоса на Землю.

Инфракрасный свет, используемый в лазерной связи имеет гораздо более высокую частоту, чем радиоволны и это позволяет инженерам «упаковывать» гораздо больше данных в каждой передаче. Соответственно, чем больше данных можно получить и обработать, тем больше знаний о космосе получит человечество и тем больше открытий сделает.

LCRD будет отправлять данные на Землю с геостационарной орбиты со скоростью 1,2 гигабит в секунду. На такой скорости можно загрузить фильм в самом высоком качестве за минуту.

Спутник оснащен двумя телескопами для приема и передачи лазерных данных. LCRD — это спутник-ретранслятор со множеством высокочувствительных компонентов, улучшающих качество связи. Как ретранслятор, спутник устраняет необходимость для пользовательских миссий иметь прямую видимость антенн на Земле. Один из двух оптических терминалов принимает данные с космического корабля пользователя, второй передает их на наземные станции.

Модемы спутника преобразуют цифровые данные в лазерные сигналы, которые затем передаются с помощью закодированных лучей света, невидимых для человеческого глаза, оптическими модулями с реле. LCRD может как получать, так и отправлять данные, создавая непрерывный путь для передачи данных миссии в космос и обратно. Эти возможности делают спутник первым двухсторонним сквозным оптическим ретранслятором. И это лишь некоторые из компонентов, которые составляют полезную нагрузку спутника, в совокупности имеющую размер большого матраса.

LCRD зависит от двух наземных станций в Калифорнии и на Гавайях

Как только спутник получает информацию и кодирует её, полезная нагрузка отправляет данные на наземные станции на Земле, каждая из которых оснащена телескопами для приема света и модемами для преобразования  закодированного света обратно в цифровые данные.

Наземные станции LCRD, известные как наземные оптические станции OGS-1 и OGS-2, расположены на столовой горе в Южной Калифорнии на вулкане Халеакала на острове Мауи, Гавайи.

И хотя лазерная связь может повысить скорость передачи данных, атмосферные возмущения, такие как облака и турбулентность, могут мешать лазерным сигналам, когда они проходят через атмосферу Земли. Именно поэтому места для наземных оптических станций были выбраны из-за их расположения на высоте и ясных погодных условий. Большинство погодных процессов происходит ниже вершин этих гор, так что относительно чистое небо идеально подходит для лазерной связи.

LCRD позволяет правительству, академическому обществу и коммерческим партнерам тестировать возможности лазеров с геостационарной орбиты.

Работа спутника докажет жизнеспособность лазерных систем связи с геостационарной орбиты примерно в 35450 километрах над поверхностью Земли.

NASA предоставит возможности для расширения базы знаний о лазерной связи. Прежде чем поддержать другие миссии, программа LCRD в течение двух лет будет включать проведение испытаний и экспериментов. В это время OGS-1 и OGS-2 будут действовать как миссии, передавая данные через спутник.

Функциональность лазера будет проверена в ходе экспериментов NASA, различных государственных учреждений, научных кругов и коммерческих компаний. Некоторые из этих экспериментов включают изучение атмосферных возмущений на лазерных сигналах и демонстрацию надежных операций ретрансляции. Эти тесты позволят аэрокосмическому сообществу поучиться на базе LCRD и усовершенствовать разрабатываемые технологии по внедрению в космос.

После экспериментальной фазы LCRD будет поддерживать другие космические миссии, включая работу оптического терминала (телескопа), установленного на Международной космической станции, который будет собирать данные о научных экспериментах.

LCRD — одна из многих лазерных миссий, которые NASA собирается запускать в будущем.

На данный момент помимо LCRD в разработке находятся и другие тождественные миссии, которые продемонстрируют и протестируют дополнительные возможности лазерной связи. Так, полезная нагрузка CubeSat с терабайтной инфракрасной доставкой (TBIRD) будет работать с лазерными нисходящими линиями связи со скоростью в 200 Гбит/c, что станет новым рекордом скорости лазерной передачи данных. Еще одна предстоящая миссия — терминал системы оптической связи Orion Artemis II (O20) позволит передавать видеосигнал сверхвысокой точности через инфракрасный свет между землей и астронавтами первой пилотируемой миссии космического корабля Орион.

По материалам Science Tech Daily

Читайте также:

NASA показало впечатляющий снимок отражательной туманности

В Южной Корее запустили самый мощный в мире лазер