Nyligen genomförde den amerikanska sonden Spirit ett laserkommunikationstest i djupt rymden med markanläggningar 16 miljoner kilometer bort, vilket satte ett nytt rekord för optisk kommunikation i rymden. Så vilka är fördelarna medlaserkommunikationBaserat på tekniska principer och uppdragskrav, vilka svårigheter måste den övervinna? Vilka är utsikterna för dess tillämpning inom djuprymdutforskning i framtiden?
Teknologiska genombrott, inte rädda för utmaningar
Utforskning av djuprymden är en extremt utmanande uppgift för rymdforskare att utforska universum. Sonder behöver korsa avlägsen interstellär rymd, övervinna extrema miljöer och hårda förhållanden, samla in och överföra värdefull data, och kommunikationsteknik spelar en viktig roll.
Schematiskt diagram överlaserkommunikation i djuprymdenexperiment mellan satellitsonden Spirit och markobservatoriet
Den 13 oktober sköts Spirit-sonden upp, vilket inledde en utforskningsresa som kommer att vara i minst åtta år. I början av uppdraget arbetade det med Hale-teleskopet vid Palomar-observatoriet i USA för att testa laserkommunikationsteknik i djuprymden, med hjälp av nära-infraröd laserkodning för att kommunicera data med team på jorden. För detta ändamål måste detektorn och dess laserkommunikationsutrustning övervinna minst fyra typer av svårigheter. Avståndet, signaldämpning och störningar, bandbreddsbegränsning och fördröjning, energibegränsning och värmeavledningsproblem förtjänar uppmärksamhet. Forskare har länge förutsett och förberett sig för dessa svårigheter och har brutit igenom en rad nyckeltekniker, vilket lägger en god grund för Spirit-sonden att utföra laserkommunikationsexperiment i djuprymden.
Först och främst använder Spirit-detektorn höghastighetsdataöverföringsteknik, vald laserstråle som överföringsmedium, utrustad med enhögeffektslasersändare, med hjälp av fördelarna medlaseröverföringhastighet och hög stabilitet, och försöker etablera laserkommunikationslänkar i rymden.
För det andra, för att förbättra kommunikationens tillförlitlighet och stabilitet, använder Spirit-detektorn effektiv kodningsteknik, vilket kan uppnå högre dataöverföringshastighet inom den begränsade bandbredden genom att optimera datakodningen. Samtidigt kan den minska bitfelsfrekvensen och förbättra noggrannheten i dataöverföringen genom att använda tekniken för framåtriktad felkorrigeringskodning.
För det tredje, med hjälp av intelligent schemaläggnings- och styrteknik, uppnår sonden optimal användning av kommunikationsresurser. Tekniken kan automatiskt justera kommunikationsprotokoll och överföringshastigheter i enlighet med förändringar i uppgiftskrav och kommunikationsmiljö, vilket säkerställer bästa möjliga kommunikationsresultat under begränsade energiförhållanden.
Slutligen, för att förbättra signalmottagningsförmågan, använder Spirit-sonden multibeam-mottagningsteknik. Denna teknik använder flera mottagarantenner för att bilda en matris, vilket kan förbättra signalens mottagningskänslighet och stabilitet, och sedan upprätthålla en stabil kommunikationsanslutning i den komplexa rymdmiljön.
Fördelarna är uppenbara, dolda i hemligheten
Omvärlden är inte svår att upptäcka attlaserär kärnelementet i rymdkommunikationstestet som används av Spirit-sonden, så vilka specifika fördelar har lasern för att bidra till de betydande framstegen inom rymdkommunikation? Vad är mysteriet?
Å ena sidan kommer den växande efterfrågan på massiva datamängder, högupplösta bilder och videor för rymdutforskningsuppdrag oundvikligen att kräva högre dataöverföringshastigheter för kommunikation i rymden. Med tanke på kommunikationsavståndet som ofta "börjar" med tiotals miljoner kilometer blir radiovågor gradvis "kraftlösa".
Medan laserkommunikation kodar information om fotoner, har nära-infraröda ljusvågor, jämfört med radiovågor, en smalare våglängd och högre frekvens, vilket gör det möjligt att bygga en rumslig data"motorväg" med effektivare och smidigare informationsöverföring. Denna punkt har preliminärt verifierats i tidiga rymdexperiment i låg omloppsbana runt jorden. Efter att ha vidtagit relevanta anpassningsåtgärder och övervunnit atmosfäriska störningar var dataöverföringshastigheten för laserkommunikationssystemet en gång nästan 100 gånger högre än den för tidigare kommunikationsmetoder.
Publiceringstid: 26 februari 2024