Den snabba ökningen av satelliter gör att låg omloppsbana runt jorden blir alltmer trång, vilket ökar risken för kollisioner och sätter press på dataöverföringsinfrastrukturen i takt med att radiospektrumet blir överbelastat. I detta sammanhang ses laserkommunikationsteknik som en ny konnektivitetsriktning för nästa generations rymdutforskning.
Överbelastningsbana
Under senare år har antalet satelliter som kretsar kring jorden ökat i en mycket snabb takt. Med uppskjutningen av Starlink-systemet 2019 har SpaceX nu över 10 200 operativa satelliter i omloppsbana. Europeiska rymdorganisationen (ESA) förutspår att cirka 100 000 satelliter kan vara i drift samtidigt runt jorden i slutet av nästa decennium. De flesta nuvarande satelliter använder radiovågor för att överföra data till marken. Detta är också den teknik som används för mobiltelefoner, Wi-Fi, Bluetooth och tv.
Radiovågor upptar dock bara en liten del av det elektromagnetiska spektrumet (det utbud av vågor och strålning som finns i naturen). Den del av radiofrekvensspektrumet som kan utnyttjas för kommunikation är begränsad och måste därför hanteras och tilldelas av Internationella telekommunikationsunionen (ITU).
Barry Evans, professor i satellitkommunikation vid University of Surrey (Storbritannien), sa att spektrumöverbelastning börjar uppstå när fler och fler satellitsystem arbetar på samma frekvensband.
Till exempel använder Starlink och Eutelsat OneWeb båda Ku-bandet (ungefär 11–14 gigahertz) för att överföra data till marken, vilket ökar risken för störningar och signalöverlappning. Företag måste nu samordna spektrumdelning eller justera signalöverföringstiderna, men experter tror att detta bara är en tillfällig lösning.
Satelliter som opererar på olika höjder kan också orsaka signalstörningar. Till exempel, när en markstation tar emot en signal från OneWeb på en höjd av cirka 1 200 km, kan en Starlink-satellit som flyger lägre, cirka 500 km, orsaka tillfälliga störningar om den passerar genom täckningsområdet. Detta fenomen kallas In-Line Events. I samband med snabbt ökande datamängd från rymden anses radiovågor osannolikt att tillräckligt möta de långsiktiga kraven på högupplöst videoöverföring , sensordata och globalt satellitinternet.
Teknisk utmaning
Inför denna press övergår rymdindustrin till att utnyttja lasrar för dataöverföring. Till skillnad från radiovågor, som sprider sig brett i rymden, färdas lasrar i mycket smala strålar, vilket gör dem praktiskt taget immuna mot störningar från andra system, vilket ökar dataöverföringshastigheterna och förbättrar säkerheten.
Dalius Petrolionis, medgrundare och teknisk chef för Astrolight (Litauen), sa att många nästa generations satelliter nu integrerar laserlänkar. I Starlink-nätverket överförs data mellan satelliter redan via laser i vissa rymdbaserade anslutningar. Laserkommunikation från satelliter till marken är dock fortfarande en stor teknisk utmaning eftersom lasrar är mycket känsliga för atmosfäriska förhållanden. Moln, dimma, vattenånga eller temperaturfluktuationer i luften kan alla förvränga signalen.
För att övervinna denna begränsning utvecklar företag system för optisk interferenskompensation (AO), som gör att laserstrålen kan anpassa sig till atmosfäriska fluktuationer i realtid. Dessa system inkluderar vanligtvis vågfrontssensorer för att mäta signalförvrängning, distorsionsspeglar för att korrigera laserstrålen och en höghastighetsstyrdator.
Enligt NASA använder vissa system till och med två typer av töjningsspeglar som arbetar parallellt, där den ena spegeln hanterar stora, långsamma deformationer och den andra små, snabba svängningar. Styrenheterna måste göra ungefär 100–1 000 justeringar per sekund.
I ett 5 Gbps laserdataöverföringstest reducerade AO-systemet, bestående av 137 kontrollelement, datafelfrekvensen till under 10⁻⁶, vilket motsvarar mindre än 1 fel per miljon databitar, vilket praktiskt taget eliminerade alla betydande avvikelser.
Förutom signalförvrängning måste laseröverföringssystem också hantera fluktuerande ljusintensitet på grund av atmosfärisk turbulens. Vissa laseröverföringsnätverk använder artificiella laserstjärnor för att skapa referenspunkter, vilket hjälper till att noggrant mäta nivån av atmosfärisk turbulens. Förutom optisk hårdvara använder företag även AI och maskininlärningsalgoritmer för att minska kostnader och snabba upp signalbehandlingen.
NASA har nyligen framgångsrikt testat ett laserkommunikationssystem på rymdfarkosten Orion, en del av Artemis II-programmet, som överför över 100 GB data från nära månen tillbaka till jorden. Samtidigt bygger Astrolight, ett litauiskt rymdteknikföretag, sin första optiska markstation på Grönland med stöd från ESA och har skjutit upp tre experimentella lasersändare i omloppsbana.
Optisk kommunikation, även känd som laserkommunikation, använder infraröda strålar istället för traditionella radiovågor för att skicka data mellan satelliter eller från satelliter till marken. Denna teknik möjliggör högre dataöverföringshastigheter, lägre strömförbrukning och praktiskt taget ingen signalstörning.
Källa: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Kommentar (0)