उपग्रहों की तीव्र वृद्धि के कारण पृथ्वी की निचली कक्षा में भीड़ बढ़ती जा रही है, जिससे टकराव का खतरा बढ़ रहा है और रेडियो स्पेक्ट्रम के अतिभारित होने के कारण डेटा संचरण अवसंरचना पर दबाव बढ़ रहा है। इस संदर्भ में, लेजर संचार प्रौद्योगिकी को अंतरिक्ष अन्वेषण की अगली पीढ़ी के लिए एक नई संपर्क दिशा के रूप में देखा जा रहा है।
ओवरलोड प्रक्षेपवक्र
हाल के वर्षों में, पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले उपग्रहों की संख्या में बहुत तेज़ी से वृद्धि हुई है। 2019 में स्टारलिंक प्रणाली के प्रक्षेपण के साथ, SpaceX के पास अब कक्षा में 10,200 से अधिक परिचालन उपग्रह हैं। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) का अनुमान है कि अगले दशक के अंत तक, पृथ्वी के चारों ओर लगभग 100,000 उपग्रह एक साथ काम कर रहे होंगे। अधिकांश वर्तमान उपग्रह डेटा को पृथ्वी तक प्रसारित करने के लिए रेडियो तरंगों का उपयोग करते हैं। मोबाइल फोन, वाई-फाई, ब्लूटूथ और टेलीविजन में भी इसी तकनीक का उपयोग होता है।
हालांकि, रेडियो तरंगें विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम (प्रकृति में मौजूद तरंगों और विकिरणों की श्रेणी) का केवल एक छोटा सा हिस्सा ही घेरती हैं। संचार के लिए उपयोग किए जा सकने वाले रेडियो आवृत्ति स्पेक्ट्रम का हिस्सा सीमित है और इसलिए इसका प्रबंधन और आवंटन अंतर्राष्ट्रीय दूरसंचार संघ (आईटीयू) द्वारा किया जाना चाहिए।
ब्रिटेन के सरे विश्वविद्यालय में उपग्रह संचार के प्रोफेसर बैरी इवांस ने कहा कि स्पेक्ट्रम ओवरलोड तब होने लगता है जब अधिक से अधिक उपग्रह प्रणालियां एक ही आवृत्ति बैंड पर काम करती हैं।
उदाहरण के लिए, स्टारलिंक और यूटेलसैट वनवेब दोनों ही डेटा को जमीन तक पहुंचाने के लिए कु-बैंड (लगभग 11-14 गीगाहर्ट्ज़) का उपयोग करते हैं, जिससे हस्तक्षेप और सिग्नल ओवरलैप का खतरा बढ़ जाता है। कंपनियों को अब स्पेक्ट्रम साझाकरण में समन्वय करना होगा या सिग्नल ट्रांसमिशन समय को समायोजित करना होगा, लेकिन विशेषज्ञों का मानना है कि यह केवल एक अस्थायी समाधान है।
अलग-अलग ऊँचाई पर काम करने वाले उपग्रह भी सिग्नल में बाधा उत्पन्न कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, जब कोई ग्राउंड स्टेशन लगभग 1,200 किमी की ऊँचाई पर स्थित वनवेब से सिग्नल प्राप्त करता है, तो लगभग 500 किमी की कम ऊँचाई पर उड़ने वाला स्टारलिंक उपग्रह यदि कवरेज क्षेत्र से गुजरता है, तो अस्थायी बाधा उत्पन्न कर सकता है। इस घटना को इन-लाइन इवेंट्स कहा जाता है। अंतरिक्ष से प्राप्त होने वाले डेटा में तेजी से वृद्धि को देखते हुए, रेडियो तरंगों से उच्च-रिज़ॉल्यूशन वीडियो ट्रांसमिशन, सेंसर डेटा और वैश्विक उपग्रह इंटरनेट की दीर्घकालिक मांगों को पर्याप्त रूप से पूरा करने की संभावना कम मानी जाती है।
तकनीकी चुनौती
इस दबाव का सामना करते हुए, अंतरिक्ष उद्योग डेटा ट्रांसमिशन के लिए लेजर का उपयोग करने की ओर अग्रसर हो रहा है। रेडियो तरंगों के विपरीत, जो अंतरिक्ष में व्यापक रूप से फैलती हैं, लेजर बहुत ही संकीर्ण बीम में यात्रा करते हैं, जिससे वे अन्य प्रणालियों से होने वाले हस्तक्षेप से लगभग अप्रभावित रहते हैं, इस प्रकार डेटा ट्रांसमिशन की गति बढ़ाते हैं और सुरक्षा में सुधार करते हैं।
एस्ट्रोलाइट (लिथुआनिया) के सह-संस्थापक और सीटीओ डैलियस पेट्रोलियोनिस ने कहा कि कई अगली पीढ़ी के उपग्रहों में अब लेजर लिंक एकीकृत हैं। स्टारलिंक नेटवर्क में, कुछ अंतरिक्ष-आधारित कनेक्शनों में उपग्रहों के बीच डेटा पहले से ही लेजर के माध्यम से प्रसारित किया जाता है। हालांकि, उपग्रहों से जमीन तक लेजर संचार एक बड़ी तकनीकी चुनौती बनी हुई है क्योंकि लेजर वायुमंडलीय स्थितियों के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। बादल, कोहरा, जल वाष्प या हवा में तापमान में उतार-चढ़ाव, ये सभी सिग्नल को विकृत कर सकते हैं।
इस सीमा को दूर करने के लिए, कंपनियां ऑप्टिकल इंटरफेरेंस (AO) क्षतिपूर्ति प्रणालियां विकसित कर रही हैं, जो लेजर बीम को वास्तविक समय में वायुमंडलीय उतार-चढ़ाव के अनुसार स्वयं को समायोजित करने की अनुमति देती हैं। इन प्रणालियों में आमतौर पर सिग्नल विरूपण को मापने के लिए वेवफ्रंट सेंसर, लेजर बीम को ठीक करने के लिए विरूपण दर्पण और एक उच्च गति नियंत्रण कंप्यूटर शामिल होते हैं।
नासा के अनुसार, कुछ प्रणालियाँ समानांतर रूप से काम करने वाले दो प्रकार के स्ट्रेन मिरर का उपयोग करती हैं, जहाँ एक मिरर बड़े, धीमे विरूपण को संभालता है, और दूसरा छोटे, तीव्र दोलनों को संभालता है। नियंत्रकों को प्रति सेकंड लगभग 100-1000 समायोजन करने होते हैं।
5 जीबीपीएस लेजर डेटा ट्रांसमिशन परीक्षण में, 137 नियंत्रण तत्वों से युक्त एओ प्रणाली ने डेटा त्रुटि दर को 10⁻⁶ से नीचे कर दिया, जो प्रति मिलियन बिट्स डेटा में 1 त्रुटि से भी कम के बराबर है, जिससे किसी भी महत्वपूर्ण विसंगति को लगभग समाप्त कर दिया गया है।
सिग्नल विरूपण के अलावा, लेजर ट्रांसमिशन सिस्टम को वायुमंडलीय अशांति के कारण प्रकाश की तीव्रता में होने वाले उतार-चढ़ाव को भी संभालना पड़ता है। कुछ लेजर ट्रांसमिशन नेटवर्क संदर्भ बिंदु बनाने के लिए कृत्रिम लेजर तारों का उपयोग करते हैं, जिससे वायुमंडलीय अशांति के स्तर को सटीक रूप से मापने में मदद मिलती है। ऑप्टिकल हार्डवेयर के अलावा, कंपनियां लागत कम करने और सिग्नल प्रोसेसिंग को गति देने के लिए एआई और मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का भी उपयोग करती हैं।
नासा ने हाल ही में आर्टेमिस II कार्यक्रम के तहत ओरियन अंतरिक्ष यान पर लेजर संचार प्रणाली का सफल परीक्षण किया, जिसने चंद्रमा के निकट से पृथ्वी पर 100 जीबी से अधिक डेटा भेजा। वहीं, लिथुआनियाई अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी कंपनी एस्ट्रोलाइट, ईएसए के सहयोग से ग्रीनलैंड में अपना पहला ऑप्टिकल ग्राउंड स्टेशन बना रही है और उसने तीन प्रायोगिक लेजर ट्रांसमीटर कक्षा में स्थापित किए हैं।
ऑप्टिकल संचार, जिसे लेजर संचार भी कहा जाता है, उपग्रहों के बीच या उपग्रहों से पृथ्वी तक डेटा भेजने के लिए पारंपरिक रेडियो तरंगों के बजाय अवरक्त किरणों का उपयोग करता है। यह तकनीक उच्च डेटा संचरण गति, कम बिजली खपत और लगभग नगण्य सिग्नल हस्तक्षेप की सुविधा प्रदान करती है।
स्रोत: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
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