Creșterea rapidă a numărului de sateliți face ca orbita joasă a Pământului să fie din ce în ce mai aglomerată, crescând riscul de coliziuni și punând presiune asupra infrastructurii de transmisie a datelor, pe măsură ce spectrul radio devine supraîncărcat. În acest context, tehnologia comunicațiilor cu laser este văzută ca o nouă direcție de conectivitate pentru următoarea generație de explorare spațială.
Traiectoria suprasarcinii
În ultimii ani, numărul de sateliți care orbitează Pământul a crescut într-un ritm foarte rapid. Odată cu lansarea sistemului Starlink în 2019, SpaceX are acum peste 10.200 de sateliți operaționali pe orbită. Agenția Spațială Europeană (ESA) preconizează că până la sfârșitul următorului deceniu, aproximativ 100.000 de sateliți ar putea opera simultan în jurul Pământului. Majoritatea sateliților actuali utilizează unde radio pentru a transmite date către sol. Aceasta este și tehnologia utilizată pentru telefoanele mobile, Wi-Fi, Bluetooth și televiziune.
Totuși, undele radio ocupă doar o mică parte din spectrul electromagnetic (gama de unde și radiații care există în natură). Porțiunea din spectrul de radiofrecvență care poate fi exploatată pentru comunicații este limitată și, prin urmare, trebuie gestionată și alocată de Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor (UIT).
Barry Evans, profesor de comunicații prin satelit la Universitatea din Surrey (Marea Britanie), a declarat că supraîncărcarea spectrului începe să apară atunci când tot mai multe sisteme de sateliți operează pe aceleași benzi de frecvență.
De exemplu, Starlink și Eutelsat OneWeb utilizează ambele banda Ku (aproximativ 11-14 Gigaherți) pentru a transmite date către sol, crescând riscul de interferențe și suprapunere a semnalelor. Companiile trebuie acum să coordoneze partajarea spectrului sau să ajusteze timpii de transmisie a semnalului, dar experții consideră că aceasta este doar o soluție temporară.
Sateliții care operează la altitudini diferite pot cauza, de asemenea, interferențe de semnal. De exemplu, atunci când o stație terestră primește un semnal de la OneWeb la o altitudine de aproximativ 1.200 km, un satelit Starlink care zboară mai jos, la aproximativ 500 km, ar putea provoca interferențe temporare dacă trece prin zona de acoperire. Acest fenomen se numește evenimente în linie. În contextul creșterii rapide a datelor din spațiu, se consideră că undele radio sunt puțin probabile să satisfacă în mod adecvat cerințele pe termen lung pentru transmisie video de înaltă rezoluție, date de la senzori și internet global prin satelit.
Provocare tehnică
Confruntată cu această presiune, industria spațială se orientează către utilizarea laserelor pentru transmiterea datelor. Spre deosebire de undele radio, care se propagă pe scară largă în spațiu, laserele călătoresc în fascicule foarte înguste, ceea ce le face practic imune la interferențele altor sisteme, crescând astfel vitezele de transmitere a datelor și îmbunătățind securitatea.
Dalius Petrolionis, cofondator și director tehnic al Astrolight (Lituania), a declarat că mulți sateliți de generație următoare integrează acum legături laser. În rețeaua Starlink, datele dintre sateliți sunt deja transmise prin laser în unele conexiuni spațiale. Cu toate acestea, comunicarea laser de la sateliți la sol rămâne o provocare tehnică majoră, deoarece laserele sunt foarte sensibile la condițiile atmosferice. Norii, ceața, vaporii de apă sau fluctuațiile de temperatură din aer pot distorsiona semnalul.
Pentru a depăși această limitare, companiile dezvoltă sisteme de compensare a interferențelor optice (AO), care permit fasciculului laser să se autoregleze la fluctuațiile atmosferice în timp real. Aceste sisteme includ de obicei senzori de front de undă pentru a măsura distorsiunea semnalului, oglinzi de distorsiune pentru a corecta fasciculul laser și un computer de control de mare viteză.
Conform NASA, unele sisteme folosesc chiar două tipuri de oglinzi de deformare care funcționează în paralel, o oglindă gestionând deformări mari și lente, iar cealaltă gestionând oscilații mici și rapide. Controlerele trebuie să facă aproximativ 100-1.000 de ajustări pe secundă.
Într-un test de transmisie de date cu laser de 5 Gbps, sistemul AO, care cuprinde 137 de elemente de control, a redus rata de eroare a datelor la sub 10⁻⁶, echivalentul a mai puțin de 1 eroare per milion de biți de date, eliminând practic orice discrepanțe semnificative.
Pe lângă distorsiunea semnalului, sistemele de transmisie laser trebuie să gestioneze și fluctuațiile intensității luminii din cauza turbulențelor atmosferice. Unele rețele de transmisie laser utilizează stele laser artificiale pentru a crea puncte de referință, ajutând la măsurarea precisă a nivelului de turbulențe atmosferice. Pe lângă hardware-ul optic, companiile aplică și algoritmi de inteligență artificială și învățare automată pentru a reduce costurile și a accelera procesarea semnalelor.
NASA a testat recent cu succes un sistem de comunicații laser la bordul sondei spațiale Orion, parte a programului Artemis II, transmițând peste 100 GB de date din apropierea Lunii înapoi către Pământ. Între timp, Astrolight, o companie lituaniană de tehnologie spațială, își construiește prima stație optică terestră în Groenlanda, cu sprijinul ESA, și a lansat pe orbită trei emițătoare laser experimentale.
Comunicarea optică, cunoscută și sub denumirea de comunicare cu laser, utilizează razele infraroșii în locul undelor radio tradiționale pentru a trimite date între sateliți sau de la sateliți la sol. Această tehnologie permite viteze mai mari de transmisie a datelor, un consum redus de energie și practic nicio interferență de semnal.
Sursă: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Comentariu (0)