Peningkatan pesat jumlah satelit membuat orbit Bumi rendah semakin padat, meningkatkan risiko tabrakan dan memberi tekanan pada infrastruktur transmisi data karena spektrum radio menjadi kelebihan beban. Dalam konteks ini, teknologi komunikasi laser dipandang sebagai arah konektivitas baru untuk generasi eksplorasi ruang angkasa berikutnya.
Lintasan kelebihan beban
Dalam beberapa tahun terakhir, jumlah satelit yang mengorbit Bumi telah meningkat dengan sangat pesat. Dengan peluncuran sistem Starlink pada tahun 2019, SpaceX kini memiliki lebih dari 10.200 satelit operasional di orbit. Badan Antariksa Eropa (ESA) memperkirakan bahwa pada akhir dekade berikutnya, sekitar 100.000 satelit dapat beroperasi secara bersamaan di sekitar Bumi. Sebagian besar satelit saat ini menggunakan gelombang radio untuk mengirimkan data ke Bumi. Teknologi ini juga digunakan untuk telepon seluler, Wi-Fi, Bluetooth, dan televisi.
Namun, gelombang radio hanya menempati sebagian kecil dari spektrum elektromagnetik (rentang gelombang dan radiasi yang ada di alam). Bagian dari spektrum frekuensi radio yang dapat dimanfaatkan untuk komunikasi terbatas dan oleh karena itu harus dikelola dan dialokasikan oleh Uni Telekomunikasi Internasional (ITU).
Barry Evans, seorang profesor komunikasi satelit di Universitas Surrey (Inggris), mengatakan bahwa kelebihan beban spektrum mulai terjadi ketika semakin banyak sistem satelit beroperasi pada pita frekuensi yang sama.
Sebagai contoh, Starlink dan Eutelsat OneWeb sama-sama menggunakan pita Ku (sekitar 11-14 Gigahertz) untuk mengirimkan data ke bumi, sehingga meningkatkan risiko interferensi dan tumpang tindih sinyal. Perusahaan-perusahaan kini harus mengoordinasikan berbagi spektrum atau menyesuaikan waktu transmisi sinyal, tetapi para ahli percaya bahwa ini hanyalah solusi sementara.
Satelit yang beroperasi pada ketinggian berbeda juga dapat menyebabkan interferensi sinyal. Misalnya, ketika stasiun bumi menerima sinyal dari OneWeb pada ketinggian sekitar 1.200 km, satelit Starlink yang terbang lebih rendah, sekitar 500 km, dapat menyebabkan interferensi sementara jika melewati area cakupan. Fenomena ini disebut In-Line Events. Dalam konteks peningkatan data dari luar angkasa yang pesat, gelombang radio dianggap tidak mungkin cukup untuk memenuhi tuntutan jangka panjang untuk transmisi video resolusi tinggi, data sensor, dan internet satelit global.
Tantangan teknis
Menghadapi tekanan ini, industri antariksa beralih memanfaatkan laser untuk transmisi data. Tidak seperti gelombang radio, yang merambat luas di ruang angkasa, laser bergerak dalam pancaran yang sangat sempit, sehingga hampir kebal terhadap gangguan dari sistem lain, dan dengan demikian meningkatkan kecepatan transmisi data dan meningkatkan keamanan.
Dalius Petrolionis, salah satu pendiri dan CTO Astrolight (Lithuania), mengatakan bahwa banyak satelit generasi berikutnya kini mengintegrasikan tautan laser. Dalam jaringan Starlink, data antar satelit sudah ditransmisikan melalui laser dalam beberapa koneksi berbasis ruang angkasa. Namun, komunikasi laser dari satelit ke bumi tetap menjadi tantangan teknis utama karena laser sangat sensitif terhadap kondisi atmosfer. Awan, kabut, uap air, atau fluktuasi suhu di udara dapat mengganggu sinyal.
Untuk mengatasi keterbatasan ini, perusahaan-perusahaan sedang mengembangkan sistem kompensasi interferensi optik (AO), yang memungkinkan berkas laser untuk menyesuaikan diri secara otomatis terhadap fluktuasi atmosfer secara real-time. Sistem ini biasanya mencakup sensor muka gelombang untuk mengukur distorsi sinyal, cermin distorsi untuk mengoreksi berkas laser, dan komputer kontrol berkecepatan tinggi.
Menurut NASA, beberapa sistem bahkan menggunakan dua jenis cermin penegang yang beroperasi secara paralel, di mana satu cermin menangani deformasi besar dan lambat, dan cermin lainnya menangani osilasi kecil dan cepat. Pengontrol harus melakukan sekitar 100-1.000 penyesuaian per detik.
Dalam uji transmisi data laser 5Gbps, sistem AO, yang terdiri dari 137 elemen kontrol, mengurangi tingkat kesalahan data hingga di bawah 10⁻⁶, setara dengan kurang dari 1 kesalahan per juta bit data, dan secara praktis menghilangkan perbedaan yang signifikan.
Selain distorsi sinyal, sistem transmisi laser juga harus menangani fluktuasi intensitas cahaya akibat turbulensi atmosfer. Beberapa jaringan transmisi laser menggunakan bintang laser buatan untuk menciptakan titik referensi, yang membantu mengukur tingkat turbulensi atmosfer secara akurat. Selain perangkat keras optik, perusahaan juga menerapkan algoritma AI dan pembelajaran mesin untuk mengurangi biaya dan mempercepat pemrosesan sinyal.
NASA baru-baru ini berhasil menguji sistem komunikasi laser pada pesawat ruang angkasa Orion, bagian dari program Artemis II, mengirimkan lebih dari 100 GB data dari dekat Bulan kembali ke Bumi. Sementara itu, Astrolight, sebuah perusahaan teknologi ruang angkasa Lithuania, sedang membangun stasiun bumi optik pertamanya di Greenland dengan dukungan dari ESA dan telah meluncurkan tiga pemancar laser eksperimental ke orbit.
Komunikasi optik, juga dikenal sebagai komunikasi laser, menggunakan sinar inframerah sebagai pengganti gelombang radio tradisional untuk mengirim data antar satelit atau dari satelit ke bumi. Teknologi ini memungkinkan kecepatan transmisi data yang lebih tinggi, konsumsi daya yang lebih rendah, dan hampir tidak ada gangguan sinyal.
Sumber: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Komentar (0)