Η ραγδαία αύξηση των δορυφόρων καθιστά την χαμηλή τροχιά της Γης ολοένα και πιο υπερφορτωμένη, αυξάνοντας τον κίνδυνο συγκρούσεων και ασκώντας πίεση στις υποδομές μετάδοσης δεδομένων καθώς το ραδιοφάσμα υπερφορτώνεται. Σε αυτό το πλαίσιο, η τεχνολογία επικοινωνίας με λέιζερ θεωρείται ως μια νέα κατεύθυνση συνδεσιμότητας για την επόμενη γενιά της εξερεύνησης του διαστήματος.
Τροχιά υπερφόρτωσης
Τα τελευταία χρόνια, ο αριθμός των δορυφόρων σε τροχιά γύρω από τη Γη έχει αυξηθεί με πολύ γρήγορους ρυθμούς. Με την εκτόξευση του συστήματος Starlink το 2019, η SpaceX διαθέτει πλέον πάνω από 10.200 λειτουργικούς δορυφόρους σε τροχιά. Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) προβλέπει ότι μέχρι το τέλος της επόμενης δεκαετίας, περίπου 100.000 δορυφόροι θα μπορούσαν να λειτουργούν ταυτόχρονα γύρω από τη Γη. Οι περισσότεροι τρέχοντες δορυφόροι χρησιμοποιούν ραδιοκύματα για τη μετάδοση δεδομένων στο έδαφος. Αυτή είναι επίσης η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για κινητά τηλέφωνα, Wi-Fi, Bluetooth και τηλεόραση.
Ωστόσο, τα ραδιοκύματα καταλαμβάνουν μόνο ένα μικρό κλάσμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (το εύρος των κυμάτων και των ακτινοβολιών που υπάρχουν στη φύση). Το τμήμα του φάσματος ραδιοσυχνοτήτων που μπορεί να αξιοποιηθεί για επικοινωνία είναι περιορισμένο και ως εκ τούτου πρέπει να διαχειρίζεται και να κατανέμεται από τη Διεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU).
Ο Barry Evans, καθηγητής δορυφορικών επικοινωνιών στο Πανεπιστήμιο του Surrey (Ηνωμένο Βασίλειο), δήλωσε ότι η υπερφόρτωση του φάσματος αρχίζει να εμφανίζεται όταν όλο και περισσότερα δορυφορικά συστήματα λειτουργούν στις ίδιες ζώνες συχνοτήτων.
Για παράδειγμα, η Starlink και η Eutelsat OneWeb χρησιμοποιούν και οι δύο την Ku-band (περίπου 11-14 Gigahertz) για τη μετάδοση δεδομένων στο έδαφος, αυξάνοντας τον κίνδυνο παρεμβολών και επικάλυψης σήματος. Οι εταιρείες πρέπει πλέον να συντονίζουν την κοινή χρήση φάσματος ή να προσαρμόζουν τους χρόνους μετάδοσης σήματος, αλλά οι ειδικοί πιστεύουν ότι αυτή είναι μόνο μια προσωρινή λύση.
Οι δορυφόροι που λειτουργούν σε διαφορετικά υψόμετρα μπορούν επίσης να προκαλέσουν παρεμβολές στο σήμα. Για παράδειγμα, όταν ένας επίγειος σταθμός λαμβάνει σήμα από την OneWeb σε υψόμετρο περίπου 1.200 χλμ., ένας δορυφόρος Starlink που πετάει χαμηλότερα, περίπου 500 χλμ., θα μπορούσε να προκαλέσει προσωρινές παρεμβολές εάν περάσει από την περιοχή κάλυψης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται In-Line Events. Στο πλαίσιο της ταχέως αυξανόμενης ροής δεδομένων από το διάστημα, τα ραδιοκύματα θεωρούνται απίθανο να καλύψουν επαρκώς τις μακροπρόθεσμες απαιτήσεις για μετάδοση βίντεο υψηλής ανάλυσης, δεδομένα αισθητήρων και παγκόσμιο δορυφορικό διαδίκτυο.
Τεχνική πρόκληση
Αντιμέτωπη με αυτή την πίεση, η διαστημική βιομηχανία στρέφεται στην αξιοποίηση των λέιζερ για τη μετάδοση δεδομένων. Σε αντίθεση με τα ραδιοκύματα, τα οποία διαδίδονται ευρέως στο διάστημα, τα λέιζερ ταξιδεύουν σε πολύ στενές δέσμες, καθιστώντας τα ουσιαστικά άτρωτα σε παρεμβολές από άλλα συστήματα, αυξάνοντας έτσι τις ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων και βελτιώνοντας την ασφάλεια.
Ο Dalius Petrolionis, συνιδρυτής και CTO της Astrolight (Λιθουανία), δήλωσε ότι πολλοί δορυφόροι επόμενης γενιάς ενσωματώνουν πλέον ζεύξεις λέιζερ. Στο δίκτυο Starlink, τα δεδομένα μεταξύ δορυφόρων μεταδίδονται ήδη μέσω λέιζερ σε ορισμένες διαστημικές συνδέσεις. Ωστόσο, η επικοινωνία λέιζερ από τους δορυφόρους στο έδαφος παραμένει μια σημαντική τεχνική πρόκληση, επειδή τα λέιζερ είναι πολύ ευαίσθητα στις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Τα σύννεφα, η ομίχλη, οι υδρατμοί ή οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στον αέρα μπορούν να παραμορφώσουν το σήμα.
Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, οι εταιρείες αναπτύσσουν συστήματα αντιστάθμισης οπτικών παρεμβολών (AO), τα οποία επιτρέπουν στη δέσμη λέιζερ να αυτορυθμίζεται στις ατμοσφαιρικές διακυμάνσεις σε πραγματικό χρόνο. Αυτά τα συστήματα συνήθως περιλαμβάνουν αισθητήρες μετώπου κύματος για τη μέτρηση της παραμόρφωσης του σήματος, καθρέφτες παραμόρφωσης για τη διόρθωση της δέσμης λέιζερ και έναν υπολογιστή ελέγχου υψηλής ταχύτητας.
Σύμφωνα με τη NASA, ορισμένα συστήματα χρησιμοποιούν ακόμη και δύο τύπους κατόπτρων παραμόρφωσης που λειτουργούν παράλληλα, όπου ο ένας καθρέφτης χειρίζεται μεγάλες, αργές παραμορφώσεις και ο άλλος μικρές, γρήγορες ταλαντώσεις. Οι ελεγκτές πρέπει να κάνουν περίπου 100-1.000 ρυθμίσεις ανά δευτερόλεπτο.
Σε μια δοκιμή μετάδοσης δεδομένων λέιζερ 5Gbps, το σύστημα AO, που περιλαμβάνει 137 στοιχεία ελέγχου, μείωσε το ποσοστό σφάλματος δεδομένων κάτω από 10⁻⁶, που ισοδυναμεί με λιγότερο από 1 σφάλμα ανά εκατομμύριο bit δεδομένων, εξαλείφοντας ουσιαστικά τυχόν σημαντικές αποκλίσεις.
Εκτός από την παραμόρφωση του σήματος, τα συστήματα μετάδοσης λέιζερ πρέπει επίσης να διαχειρίζονται την κυμαινόμενη ένταση του φωτός λόγω της ατμοσφαιρικής αναταραχής. Ορισμένα δίκτυα μετάδοσης λέιζερ χρησιμοποιούν τεχνητά αστέρια λέιζερ για να δημιουργήσουν σημεία αναφοράς, βοηθώντας στην ακριβή μέτρηση του επιπέδου της ατμοσφαιρικής αναταραχής. Εκτός από το οπτικό υλικό, οι εταιρείες εφαρμόζουν επίσης αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης και μηχανικής μάθησης για να μειώσουν το κόστος και να επιταχύνουν την επεξεργασία σήματος.
Η NASA δοκίμασε πρόσφατα με επιτυχία ένα σύστημα επικοινωνίας λέιζερ στο διαστημόπλοιο Orion, μέρος του προγράμματος Artemis II, το οποίο μεταδίδει πάνω από 100 GB δεδομένων από κοντά στη Σελήνη πίσω στη Γη. Εν τω μεταξύ, η Astrolight, μια λιθουανική εταιρεία διαστημικής τεχνολογίας, κατασκευάζει τον πρώτο της οπτικό επίγειο σταθμό στη Γροιλανδία με την υποστήριξη της ESA και έχει εκτοξεύσει τρεις πειραματικούς πομπούς λέιζερ σε τροχιά.
Η οπτική επικοινωνία, γνωστή και ως επικοινωνία λέιζερ, χρησιμοποιεί υπέρυθρες ακτίνες αντί για τα παραδοσιακά ραδιοκύματα για την αποστολή δεδομένων μεταξύ δορυφόρων ή από δορυφόρους στο έδαφος. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει υψηλότερες ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και ουσιαστικά καθόλου παρεμβολές σήματος.
Πηγή: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Σχόλιο (0)