Peningkatan pesat bilangan satelit menjadikan orbit Bumi yang rendah semakin sesak, meningkatkan risiko perlanggaran dan memberi tekanan kepada infrastruktur penghantaran data apabila spektrum radio menjadi terlalu banyak muatan. Dalam konteks ini, teknologi komunikasi laser dilihat sebagai hala tuju sambungan baharu untuk penerokaan angkasa lepas generasi akan datang.
Trajektori beban lampau
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bilangan satelit yang mengorbit Bumi telah meningkat pada kadar yang sangat pesat. Dengan pelancaran sistem Starlink pada tahun 2019, SpaceX kini mempunyai lebih 10,200 satelit operasi di orbit. Agensi Angkasa Eropah (ESA) meramalkan bahawa menjelang akhir dekad akan datang, kira-kira 100,000 satelit boleh beroperasi serentak di sekitar Bumi. Kebanyakan satelit semasa menggunakan gelombang radio untuk menghantar data ke darat. Ini juga merupakan teknologi yang digunakan untuk telefon bimbit, Wi-Fi, Bluetooth dan televisyen.
Walau bagaimanapun, gelombang radio hanya menduduki sebahagian kecil daripada spektrum elektromagnet (julat gelombang dan radiasi yang wujud di alam semula jadi). Bahagian spektrum frekuensi radio yang boleh dieksploitasi untuk komunikasi adalah terhad dan oleh itu mesti diurus dan diperuntukkan oleh Kesatuan Telekomunikasi Antarabangsa (ITU).
Barry Evans, seorang profesor komunikasi satelit di Universiti Surrey (UK), berkata bahawa beban spektrum mula berlaku apabila semakin banyak sistem satelit beroperasi pada jalur frekuensi yang sama.
Contohnya, Starlink dan Eutelsat OneWeb kedua-duanya menggunakan Ku-band (kira-kira 11-14 Gigahertz) untuk menghantar data ke bumi, meningkatkan risiko gangguan dan pertindihan isyarat. Syarikat kini perlu menyelaras perkongsian spektrum atau melaraskan masa penghantaran isyarat, tetapi pakar percaya ini hanyalah penyelesaian sementara.
Satelit yang beroperasi pada altitud yang berbeza juga boleh menyebabkan gangguan isyarat. Contohnya, apabila stesen darat menerima isyarat daripada OneWeb pada altitud kira-kira 1,200km, satelit Starlink yang terbang lebih rendah, sekitar 500km, boleh menyebabkan gangguan sementara jika ia melalui kawasan liputan. Fenomena ini dipanggil Peristiwa Dalam Talian. Dalam konteks peningkatan data yang pesat dari angkasa lepas, gelombang radio dianggap tidak mungkin dapat memenuhi permintaan jangka panjang yang mencukupi untuk penghantaran video resolusi tinggi, data sensor dan internet satelit global.
Cabaran teknikal
Berhadapan dengan tekanan ini, industri angkasa lepas beralih kepada memanfaatkan laser untuk penghantaran data. Tidak seperti gelombang radio yang merambat secara meluas di angkasa lepas, laser bergerak dalam pancaran yang sangat sempit, menjadikannya hampir kebal terhadap gangguan daripada sistem lain, justeru meningkatkan kelajuan penghantaran data dan meningkatkan keselamatan.
Dalius Petrolionis, pengasas bersama dan CTO Astrolight (Lithuania), berkata bahawa banyak satelit generasi akan datang kini mengintegrasikan pautan laser. Dalam rangkaian Starlink, data antara satelit telah pun dihantar melalui laser dalam beberapa sambungan berasaskan angkasa lepas. Walau bagaimanapun, komunikasi laser dari satelit ke tanah kekal sebagai cabaran teknikal utama kerana laser sangat sensitif terhadap keadaan atmosfera. Awan, kabus, wap air atau turun naik suhu di udara semuanya boleh memesongkan isyarat.
Untuk mengatasi batasan ini, syarikat-syarikat sedang membangunkan sistem pampasan gangguan optik (AO), yang membolehkan pancaran laser menyesuaikan diri dengan turun naik atmosfera dalam masa nyata. Sistem ini biasanya merangkumi sensor muka gelombang untuk mengukur herotan isyarat, cermin herotan untuk membetulkan pancaran laser dan komputer kawalan berkelajuan tinggi.
Menurut NASA, sesetengah sistem juga menggunakan dua jenis cermin terikan yang beroperasi secara selari, di mana satu cermin mengendalikan ubah bentuk yang besar dan perlahan, dan yang satu lagi mengendalikan ayunan kecil dan pantas. Pengawal mesti membuat kira-kira 100-1,000 pelarasan sesaat.
Dalam ujian penghantaran data laser 5Gbps, sistem AO, yang terdiri daripada 137 elemen kawalan, mengurangkan kadar ralat data kepada di bawah 10⁻⁶, bersamaan dengan kurang daripada 1 ralat setiap juta bit data, sekali gus menghapuskan sebarang percanggahan yang ketara.
Selain herotan isyarat, sistem penghantaran laser juga mesti mengendalikan keamatan cahaya yang berubah-ubah disebabkan oleh pergolakan atmosfera. Sesetengah rangkaian penghantaran laser menggunakan bintang laser buatan untuk mencipta titik rujukan, membantu mengukur tahap pergolakan atmosfera dengan tepat. Selain perkakasan optik, syarikat juga menggunakan algoritma AI dan pembelajaran mesin untuk mengurangkan kos dan mempercepatkan pemprosesan isyarat.
NASA baru-baru ini berjaya menguji sistem komunikasi laser pada kapal angkasa Orion, sebahagian daripada program Artemis II, yang menghantar lebih 100GB data dari dekat Bulan kembali ke Bumi. Sementara itu, Astrolight, sebuah syarikat teknologi angkasa lepas Lithuania, sedang membina stesen darat optik pertamanya di Greenland dengan sokongan daripada ESA dan telah melancarkan tiga pemancar laser eksperimental ke orbit.
Komunikasi optik, juga dikenali sebagai komunikasi laser, menggunakan sinar inframerah dan bukannya gelombang radio tradisional untuk menghantar data antara satelit atau dari satelit ke darat. Teknologi ini membolehkan kelajuan penghantaran data yang lebih tinggi, penggunaan kuasa yang lebih rendah dan hampir tiada gangguan isyarat.
Sumber: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Komen (0)