Rychlý nárůst počtu satelitů způsobuje stále větší zahlcení nízké oběžné dráhy Země, zvyšuje riziko srážek a vyvíjí tlak na infrastrukturu pro přenos dat, protože rádiové spektrum je přetížené. V této souvislosti je laserová komunikační technologie vnímána jako nový směr konektivity pro příští generaci průzkumu vesmíru.
Trajektorie přetížení
V posledních letech se počet satelitů obíhajících kolem Země velmi rychle zvyšoval. Po vypuštění systému Starlink v roce 2019 má SpaceX nyní na oběžné dráze přes 10 200 operačních satelitů. Evropská kosmická agentura (ESA) předpovídá, že do konce příštího desetiletí by kolem Země mohlo současně obíhat přibližně 100 000 satelitů. Většina současných satelitů využívá k přenosu dat na Zemi rádiové vlny. Tato technologie se používá také v mobilních telefonech, Wi-Fi, Bluetooth a televizi.
Rádiové vlny však zabírají pouze malou část elektromagnetického spektra (rozsah vln a záření, které existují v přírodě). Část rádiového frekvenčního spektra, kterou lze využít pro komunikaci, je omezená, a proto ji musí spravovat a přidělovat Mezinárodní telekomunikační unie (ITU).
Barry Evans, profesor satelitní komunikace na Univerzitě v Surrey (Spojené království), uvedl, že k přetížení spektra dochází, když stále více satelitních systémů pracuje na stejných frekvenčních pásmech.
Například Starlink a Eutelsat OneWeb oba používají k přenosu dat na Zemi pásmo Ku (přibližně 11–14 gigahertzů), což zvyšuje riziko rušení a překrývání signálu. Společnosti nyní musí koordinovat sdílení spektra nebo upravovat časy přenosu signálu, ale odborníci se domnívají, že se jedná pouze o dočasné řešení.
Satelity provozované v různých nadmořských výškách mohou také způsobovat rušení signálu. Například když pozemní stanice přijímá signál z OneWebu ve výšce přibližně 1 200 km, satelit Starlink letící níže, kolem 500 km, by mohl způsobit dočasné rušení, pokud proletí oblastí pokrytí. Tento jev se nazývá In-Line Events (událost v řadě). V kontextu rychle rostoucího množství dat z vesmíru se považuje za nepravděpodobné, že by rádiové vlny dostatečně uspokojily dlouhodobé požadavky na přenos videa ve vysokém rozlišení, data ze senzorů a globální satelitní internet.
Technická výzva
Tváří v tvář tomuto tlaku se kosmický průmysl přesouvá k využití laserů pro přenos dat. Na rozdíl od rádiových vln, které se ve vesmíru široce šíří, lasery se pohybují ve velmi úzkých paprscích, díky čemuž jsou prakticky imunní vůči rušení od jiných systémů, čímž se zvyšuje rychlost přenosu dat a zlepšuje bezpečnost.
Dalius Petrolionis, spoluzakladatel a technický ředitel společnosti Astrolight (Litva), uvedl, že mnoho satelitů nové generace nyní integruje laserové spojení. V síti Starlink se data mezi satelity již přenášejí pomocí laseru v některých vesmírných spojeních. Laserová komunikace ze satelitů na Zemi však zůstává velkou technickou výzvou, protože lasery jsou velmi citlivé na atmosférické podmínky. Mraky, mlha, vodní pára nebo kolísání teploty ve vzduchu mohou signál zkreslit.
Aby se toto omezení překonalo, firmy vyvíjejí systémy pro kompenzaci optické interference (AO), které umožňují laserovému paprsku samočinně se přizpůsobovat atmosférickým výkyvům v reálném čase. Tyto systémy obvykle zahrnují senzory vlnoplochy pro měření zkreslení signálu, zkreslovací zrcadla pro korekci laserového paprsku a vysokorychlostní řídicí počítač.
Podle NASA některé systémy dokonce používají dva typy deformačních zrcadel pracujících paralelně, kde jedno zrcadlo zpracovává velké, pomalé deformace a druhé malé, rychlé oscilace. Řídicí jednotky musí provádět přibližně 100–1 000 úprav za sekundu.
V testu laserového přenosu dat s rychlostí 5 Gb/s snížil systém AO, který se skládá ze 137 řídicích prvků, míru chybovosti dat pod 10⁻⁶, což odpovídá méně než 1 chybě na milion bitů dat, a prakticky tak eliminoval jakékoli významné nesrovnalosti.
Kromě zkreslení signálu musí laserové přenosové systémy zvládat také kolísavou intenzitu světla v důsledku atmosférických turbulencí. Některé laserové přenosové sítě používají umělé laserové hvězdy k vytváření referenčních bodů, což pomáhá přesně měřit úroveň atmosférických turbulencí. Kromě optického hardwaru společnosti také používají algoritmy umělé inteligence a strojového učení ke snížení nákladů a urychlení zpracování signálu.
NASA nedávno úspěšně otestovala laserový komunikační systém na kosmické lodi Orion, která je součástí programu Artemis II, a přenesla přes 100 GB dat z okolí Měsíce zpět na Zemi. Litevská společnost Astrolight, která se zabývá vesmírnými technologiemi, mezitím s podporou ESA staví svou první optickou pozemní stanici v Grónsku a na oběžnou dráhu vypustila tři experimentální laserové vysílače.
Optická komunikace, známá také jako laserová komunikace, využívá infračervené paprsky místo tradičních rádiových vln k odesílání dat mezi satelity nebo ze satelitů na Zemi. Tato technologie umožňuje vyšší rychlosti přenosu dat, nižší spotřebu energie a prakticky žádné rušení signálu.
Zdroj: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Komentář (0)