A műholdak számának gyors növekedése miatt az alacsony Föld körüli pályán közlekedők egyre zsúfoltabbak, ami növeli az ütközések kockázatát, és nyomást gyakorol az adatátviteli infrastruktúrára, mivel a rádióspektrum túlterheltté válik. Ebben az összefüggésben a lézerkommunikációs technológia az űrkutatás következő generációjának új csatlakozási irányának tekinthető.
Túlterhelési pálya
Az utóbbi években a Föld körül keringő műholdak száma rendkívül gyors ütemben nőtt. A Starlink rendszer 2019-es felbocsátásával a SpaceX mára több mint 10 200 működő műholddal rendelkezik pályán. Az Európai Űrügynökség (ESA) előrejelzése szerint a következő évtized végére körülbelül 100 000 műhold működhet egyszerre a Föld körül. A legtöbb jelenlegi műhold rádióhullámokat használ az adatok földi pályára küldéséhez. Ezt a technológiát használják a mobiltelefonok, a Wi-Fi, a Bluetooth és a televízió esetében is.
A rádióhullámok azonban az elektromágneses spektrumnak (a természetben előforduló hullámok és sugárzások tartományának) csak kis részét foglalják el. A rádiófrekvenciás spektrum kommunikációra hasznosítható része korlátozott, ezért azt a Nemzetközi Távközlési Uniónak (ITU) kell kezelnie és kiosztania.
Barry Evans, a Surrey-i Egyetem (Egyesült Királyság) műholdas kommunikáció professzora szerint a spektrum túlterhelése akkor kezdődik, amikor egyre több műholdas rendszer működik ugyanazokon a frekvenciasávokon.
Például a Starlink és az Eutelsat OneWeb is a Ku-sávot (körülbelül 11-14 gigahertz) használja az adatok földre történő továbbításához, ami növeli az interferencia és a jelek átfedésének kockázatát. A vállalatoknak most össze kell hangolniuk a spektrummegosztást, vagy módosítaniuk kell a jelátviteli időket, de a szakértők úgy vélik, hogy ez csak átmeneti megoldás.
A különböző magasságokban működő műholdak is okozhatnak jelinterferenciát. Például, amikor egy földi állomás körülbelül 1200 km-es magasságban vesz jelet a OneWeb-től, egy alacsonyabban, körülbelül 500 km-rel repülő Starlink műhold átmeneti interferenciát okozhat, ha áthalad a lefedett területen. Ezt a jelenséget soron belüli eseményeknek nevezik. Az űrből érkező adatok gyorsan növekvő mennyiségének kontextusában a rádióhullámok valószínűleg nem fogják megfelelően kielégíteni a nagy felbontású videoátvitel , az érzékelőadatok és a globális műholdas internet iránti hosszú távú igényeket.
Technikai kihívás
Ezzel a nyomással szembesülve az űripar a lézerek adatátvitelre való felhasználására tér át. A rádióhullámokkal ellentétben, amelyek széles körben terjednek az űrben, a lézerek nagyon keskeny sugarakban terjednek, így gyakorlatilag immunisak más rendszerek interferenciájára, ezáltal növelve az adatátviteli sebességet és javítva a biztonságot.
Dalius Petrolionis, az Astrolight (Litvánia) társalapítója és műszaki igazgatója elmondta, hogy sok következő generációs műhold ma már lézerkapcsolattal rendelkezik. A Starlink hálózatban a műholdak közötti adatok továbbítása már lézerrel történik egyes űrben telepített kapcsolatokban. A műholdak és a föld közötti lézerkommunikáció azonban továbbra is komoly technikai kihívást jelent, mivel a lézerek nagyon érzékenyek a légköri viszonyokra. A felhők, a köd, a vízgőz vagy a levegő hőmérséklet-ingadozása mind torzíthatja a jelet.
Ennek a korlátozásnak a leküzdésére a vállalatok optikai interferencia (AO) kompenzációs rendszereket fejlesztenek, amelyek lehetővé teszik, hogy a lézersugár valós időben alkalmazkodjon a légköri ingadozásokhoz. Ezek a rendszerek jellemzően hullámfront-érzékelőket tartalmaznak a jel torzulásának mérésére, torzító tükröket a lézersugár korrigálására és egy nagy sebességű vezérlő számítógépet.
A NASA szerint egyes rendszerek kétféle, párhuzamosan működő deformációs tükröt is használnak, ahol az egyik tükör a nagy, lassú deformációkat, a másik pedig a kis, gyors rezgéseket kezeli. A vezérlőknek másodpercenként körülbelül 100-1000 beállítást kell végrehajtaniuk.
Egy 5 Gbps-os lézeres adatátviteli tesztben a 137 vezérlőelemből álló AO rendszer 10⁻⁶ alá csökkentette az adathibaarányt, ami kevesebb mint 1 hibának felel meg millió adatbitenként, gyakorlatilag kiküszöbölve minden jelentős eltérést.
A jel torzulása mellett a lézeres átviteli rendszereknek a légköri turbulencia miatti ingadozó fényintenzitást is kezelniük kell. Egyes lézeres átviteli hálózatok mesterséges lézercsillagokat használnak referenciapontok létrehozására, amelyek segítenek pontosan mérni a légköri turbulencia szintjét. Az optikai hardverek mellett a vállalatok mesterséges intelligenciát és gépi tanulási algoritmusokat is alkalmaznak a költségek csökkentése és a jelfeldolgozás felgyorsítása érdekében.
A NASA nemrégiben sikeresen tesztelt egy lézerkommunikációs rendszert az Orion űrszondán, amely az Artemis II program része, és több mint 100 GB adatot küldött vissza a Hold közeléből a Földre. Eközben az Astrolight, egy litván űrtechnológiai vállalat, az ESA támogatásával Grönlandon építi első optikai földi állomását, és három kísérleti lézeradót juttatott pályára.
Az optikai kommunikáció, más néven lézerkommunikáció, infravörös sugarakat használ a hagyományos rádióhullámok helyett az adatok műholdak közötti vagy műholdakról a földre történő küldéséhez. Ez a technológia nagyobb adatátviteli sebességet, alacsonyabb energiafogyasztást és gyakorlatilag semmilyen jelinterferenciát tesz lehetővé.
Forrás: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Hozzászólás (0)