Uydu sayısındaki hızlı artış, alçak Dünya yörüngesini giderek daha kalabalık hale getiriyor, çarpışma riskini artırıyor ve radyo spektrumunun aşırı yüklenmesiyle veri iletim altyapısı üzerinde baskı oluşturuyor. Bu bağlamda, lazer iletişim teknolojisi, yeni nesil uzay keşifleri için yeni bir bağlantı yönü olarak görülüyor.
Aşırı yük yörüngesi
Son yıllarda, Dünya yörüngesinde bulunan uydu sayısı çok hızlı bir şekilde arttı. 2019'da Starlink sisteminin fırlatılmasıyla birlikte, SpaceX'in yörüngede 10.200'den fazla faal uydusu bulunuyor. Avrupa Uzay Ajansı (ESA), önümüzdeki on yılın sonuna kadar Dünya çevresinde aynı anda yaklaşık 100.000 uydunun çalışabileceğini öngörüyor. Mevcut uyduların çoğu, verileri yere iletmek için radyo dalgalarını kullanıyor. Bu teknoloji aynı zamanda cep telefonları, Wi-Fi, Bluetooth ve televizyon için de kullanılıyor.
Ancak radyo dalgaları elektromanyetik spektrumun (doğada var olan dalga ve radyasyon aralığı) yalnızca küçük bir bölümünü kaplar. İletişim için kullanılabilecek radyo frekans spektrumunun kısmı sınırlıdır ve bu nedenle Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) tarafından yönetilmeli ve tahsis edilmelidir.
İngiltere'deki Surrey Üniversitesi'nde uydu iletişimi profesörü olan Barry Evans, giderek daha fazla uydu sisteminin aynı frekans bantlarında çalışmasıyla spektrum aşırı yüklenmesinin ortaya çıkmaya başladığını söyledi.
Örneğin, Starlink ve Eutelsat OneWeb, verileri yere iletmek için Ku bandını (yaklaşık 11-14 Gigahertz) kullanıyor; bu da parazit ve sinyal çakışması riskini artırıyor. Şirketler artık spektrum paylaşımını koordine etmek veya sinyal iletim sürelerini ayarlamak zorunda kalıyor, ancak uzmanlar bunun sadece geçici bir çözüm olduğuna inanıyor.
Farklı irtifalarda çalışan uydular da sinyal girişimine neden olabilir. Örneğin, bir yer istasyonu yaklaşık 1200 km irtifada OneWeb'den sinyal aldığında, yaklaşık 500 km daha alçakta uçan bir Starlink uydusu kapsama alanından geçerse geçici girişime neden olabilir. Bu olaya Hat İçi Olaylar denir. Uzaydan gelen verilerin hızla artması bağlamında, radyo dalgalarının yüksek çözünürlüklü video iletimi, sensör verileri ve küresel uydu interneti için uzun vadeli talepleri yeterince karşılayamayacağı düşünülmektedir.
Teknik zorluk
Bu baskıyla karşı karşıya kalan uzay endüstrisi, veri iletimi için lazerlerden yararlanmaya yöneliyor. Uzayda geniş bir alana yayılan radyo dalgalarının aksine, lazerler çok dar ışınlar halinde hareket eder, bu da onları diğer sistemlerden gelen parazitlere karşı neredeyse tamamen bağışık hale getirir; böylece veri iletim hızlarını artırır ve güvenliği iyileştirir.
Litvanya merkezli Astrolight'ın kurucu ortağı ve CTO'su Dalius Petrolionis, birçok yeni nesil uydunun artık lazer bağlantılarını entegre ettiğini söyledi. Starlink ağında, uydular arasındaki veriler bazı uzay tabanlı bağlantılarda zaten lazer yoluyla iletilmektedir. Bununla birlikte, lazerlerin atmosferik koşullara karşı çok hassas olması nedeniyle, uydulardan yere lazer iletişimi önemli bir teknik zorluk olmaya devam etmektedir. Bulutlar, sis, su buharı veya havadaki sıcaklık dalgalanmaları sinyali bozabilir.
Bu sınırlamayı aşmak için şirketler, lazer ışınının atmosferik dalgalanmalara gerçek zamanlı olarak kendi kendine uyum sağlamasına olanak tanıyan optik girişim (AO) telafi sistemleri geliştiriyorlar. Bu sistemler tipik olarak sinyal bozulmasını ölçmek için dalga cephesi sensörleri, lazer ışınını düzeltmek için bozulma aynaları ve yüksek hızlı bir kontrol bilgisayarı içerir.
NASA'ya göre, bazı sistemlerde paralel çalışan iki tür gerinim aynası bile kullanılıyor; bunlardan biri büyük, yavaş deformasyonları, diğeri ise küçük, hızlı salınımları kontrol ediyor. Kontrolörlerin saniyede yaklaşık 100-1000 ayarlama yapması gerekiyor.
5 Gbps lazer veri iletim testinde, 137 kontrol elemanından oluşan AO sistemi, veri hata oranını 10⁻⁶'nın altına düşürerek, milyon bit başına 1'den az hataya eşdeğer bir sonuç elde etti ve önemli tutarsızlıkları neredeyse tamamen ortadan kaldırdı.
Sinyal bozulmasının yanı sıra, lazer iletim sistemleri atmosferik türbülans nedeniyle dalgalanan ışık yoğunluğunu da ele almak zorundadır. Bazı lazer iletim ağları, atmosferik türbülans seviyesini doğru bir şekilde ölçmeye yardımcı olmak için yapay lazer yıldızları kullanarak referans noktaları oluşturur. Optik donanımın yanı sıra, şirketler maliyetleri düşürmek ve sinyal işlemeyi hızlandırmak için yapay zeka ve makine öğrenimi algoritmaları da kullanmaktadır.
NASA, kısa süre önce Artemis II programının bir parçası olan Orion uzay aracında, Ay yakınlarından Dünya'ya 100 GB'tan fazla veri ileten bir lazer iletişim sistemini başarıyla test etti. Bu arada, Litvanyalı bir uzay teknolojisi şirketi olan Astrolight, ESA'nın desteğiyle Grönland'da ilk optik yer istasyonunu kuruyor ve yörüngeye üç deneysel lazer vericisi fırlattı.
Optik iletişim, diğer adıyla lazer iletişimi, uydular arasında veya uydulardan yere veri göndermek için geleneksel radyo dalgaları yerine kızılötesi ışınlar kullanır. Bu teknoloji, daha yüksek veri iletim hızları, daha düşük güç tüketimi ve neredeyse hiç sinyal girişimi olmaması sağlar.
Kaynak: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
Yorum (0)