הגידול המהיר במספר הלוויינים גורם לצפוף יותר ויותר במסלול נמוך סביב כדור הארץ, מה שמגדיל את הסיכון להתנגשויות ומפעיל לחץ על תשתית העברת הנתונים ככל שספקטרום הרדיו הופך עמוס יתר על המידה. בהקשר זה, טכנולוגיית תקשורת לייזר נתפסת ככיוון קישוריות חדש עבור הדור הבא של חקר החלל.
מסלול עומס יתר
בשנים האחרונות, מספר הלוויינים המקיפים את כדור הארץ גדל בקצב מהיר מאוד. עם שיגור מערכת Starlink בשנת 2019, ל-SpaceX יש כעת מעל 10,200 לוויינים פעילים במסלול. סוכנות החלל האירופית (ESA) צופה שעד סוף העשור הבא, כ-100,000 לוויינים יוכלו לפעול בו זמנית סביב כדור הארץ. רוב הלוויינים הנוכחיים משתמשים בגלי רדיו כדי להעביר נתונים לקרקע. זוהי גם הטכנולוגיה המשמשת עבור טלפונים ניידים, Wi-Fi, Bluetooth וטלוויזיה.
עם זאת, גלי רדיו תופסים רק חלק קטן מהספקטרום האלקטרומגנטי (טווח הגלים והקרינה הקיימים בטבע). החלק מספקטרום תדרי הרדיו שניתן לנצל לתקשורת מוגבל ולכן חייב להיות מנוהל ולהוקץ על ידי איגוד התקשורת הבינלאומי (ITU).
בארי אוונס, פרופסור לתקשורת לוויינית באוניברסיטת סארי (בריטניה), אמר כי עומס יתר על הספקטרום מתחיל להתרחש כאשר יותר ויותר מערכות לווייניות פועלות באותם תחומי תדרים.
לדוגמה, Starlink ו-Eutelsat OneWeb משתמשות שתיהן בתדר Ku (כ-11-14 ג'יגה-הרץ) כדי להעביר נתונים לקרקע, מה שמגדיל את הסיכון להפרעות וחפיפה של אותות. חברות צריכות כעת לתאם שיתוף ספקטרום או להתאים את זמני שידור האות, אך מומחים מאמינים שזהו רק פתרון זמני.
לוויינים הפועלים בגבהים שונים עלולים גם הם לגרום להפרעות לאות. לדוגמה, כאשר תחנת קרקע מקבלת אות מ-OneWeb בגובה של כ-1,200 ק"מ, לוויין Starlink הטס נמוך יותר, כ-500 ק"מ, עלול לגרום להפרעות זמניות אם יעבור דרך אזור הכיסוי. תופעה זו נקראת In-Line Events. בהקשר של גידול מהיר בנתונים מהחלל, גלי רדיו נחשבים כלא סבירים לענות כראוי על הדרישות ארוכות הטווח לשידור וידאו ברזולוציה גבוהה, נתוני חיישנים ואינטרנט לווייני עולמי.
אתגר טכני
לנוכח לחץ זה, תעשיית החלל עוברת לרתום לייזרים להעברת נתונים. בניגוד לגלי רדיו, המתפשטים באופן נרחב בחלל, לייזרים נעים באלומות צרות מאוד, מה שהופך אותם לחסינים כמעט לחלוטין מפני הפרעות ממערכות אחרות, ובכך מגדילים את מהירויות העברת הנתונים ומשפרים את האבטחה.
דאליוס פטריוניס, מייסד שותף ומנהל טכנולוגיות ראשי של Astrolight (ליטא), אמר כי לוויינים רבים מהדור הבא משלבים כיום קישורי לייזר. ברשת Starlink, נתונים בין לוויינים כבר מועברים באמצעות לייזר בכמה חיבורים מבוססי חלל. עם זאת, תקשורת לייזר מלוויינים לקרקע נותרה אתגר טכני מרכזי מכיוון שלייזרים רגישים מאוד לתנאים אטמוספריים. עננים, ערפל, אדי מים או תנודות טמפרטורה באוויר - כולם יכולים לעוות את האות.
כדי להתגבר על מגבלה זו, חברות מפתחות מערכות פיצוי הפרעות אופטיות (AO), המאפשרות לקרן הלייזר להתאים את עצמה לתנודות אטמוספריות בזמן אמת. מערכות אלו כוללות בדרך כלל חיישני חזית גל למדידת עיוות אות, מראות עיוות לתיקון קרן הלייזר ומחשב בקרה במהירות גבוהה.
לפי נאס"א, חלק מהמערכות אף משתמשות בשני סוגים של מראות מאמץ הפועלות במקביל, כאשר מראה אחת מטפלת בעיוותים גדולים ואיטיים, והשנייה מטפלת בתנודות קטנות ומהירות. הבקרים חייבים לבצע כ-100-1,000 התאמות בשנייה.
בבדיקת העברת נתונים בלייזר של 5 ג'יגה-ביט לשנייה, מערכת ה-AO, המורכבת מ-137 רכיבי בקרה, הפחיתה את שיעור שגיאות הנתונים מתחת ל-10⁻⁶, שווה ערך לפחות משגיאה אחת לכל מיליון ביטים של נתונים, ובכך ביטלה כמעט כל פער משמעותי.
בנוסף לעיוות אות, מערכות שידור לייזר חייבות להתמודד גם עם תנודות בעוצמת האור עקב מערבולת אטמוספרית. חלק מרשתות שידור הלייזר משתמשות בכוכבי לייזר מלאכותיים כדי ליצור נקודות ייחוס, המסייעות למדוד במדויק את רמת המערבולת האטמוספרית. מלבד חומרה אופטית, חברות מיישמות גם אלגוריתמים של בינה מלאכותית ולמידת מכונה כדי להפחית עלויות ולהאיץ את עיבוד האותות.
נאס"א בדקה לאחרונה בהצלחה מערכת תקשורת לייזר על גבי חללית אוריון, חלק מתוכנית ארטמיס II, המשדרת למעלה מ-100 ג'יגה-בייט של נתונים מקרבת הירח חזרה לכדור הארץ. בינתיים, חברת טכנולוגיית חלל ליטאית, אסטרולייט, בונה את תחנת הקרקע האופטית הראשונה שלה בגרינלנד בתמיכת סוכנות החלל האירופית (ESA), ושיגרה שלושה משדרי לייזר ניסיוניים למסלול.
תקשורת אופטית, המכונה גם תקשורת לייזר, משתמשת בקרני אינפרא אדום במקום גלי רדיו מסורתיים כדי לשלוח נתונים בין לוויינים או מלוויינים לקרקע. טכנולוגיה זו מאפשרת מהירויות העברת נתונים גבוהות יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר וכמעט ללא הפרעות לאות.
מקור: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
תגובה (0)