Nyligen genomförde US Spirit-sonden ett djupt rymdlaserkommunikationstest med markanläggningar 16 miljoner kilometer bort, vilket satte ett nytt avståndsrekord för optisk rymdkommunikation. Så vad är fördelarna medlaserkommunikation? Baserat på tekniska principer och uppdragskrav, vilka svårigheter måste den övervinna? Vad är utsikterna för dess tillämpning inom området för djuprymdutforskning i framtiden?
Tekniska genombrott, inte rädd för utmaningar
Utforskning av rymden på djupet är en extremt utmanande uppgift i samband med rymdforskare som utforskar universum. Sonder behöver korsa avlägset interstellärt rymd, övervinna extrema miljöer och svåra förhållanden, skaffa och överföra värdefull data, och kommunikationsteknik spelar en viktig roll.
Schematiskt diagram överdjup rymdlaserkommunikationexperiment mellan Spirit-satellitsonden och markobservatoriet
Den 13 oktober lanserades Spirit-sonden och påbörjade en utforskningsresa som kommer att pågå i minst åtta år. I början av uppdraget arbetade det med Hale-teleskopet vid Palomar-observatoriet i USA för att testa laserkommunikationsteknologi i djup rymden, 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. Respektive avståndsavstånd, signaldämpning och interferens, bandbreddsbegränsning och fördröjning, energibegränsning och värmeavledningsproblem förtjänar uppmärksamhet. Forskare har länge förutsett och förberett sig på dessa svårigheter och har brutit igenom en rad nyckelteknologier, vilket har lagt en bra grund för Spirit-sonden för att utföra laserkommunikationsexperiment i rymden.
Först och främst använder Spirit-detektorn höghastighetsdataöverföringsteknik, vald laserstråle som överföringsmedium, utrustad med enhög effekt lasersändare, med hjälp av fördelarna medlaseröverföringhastighet och hög stabilitet, försöker etablera laserkommunikationslänkar i den djupa rymdmiljön.
För det andra, för att förbättra tillförlitligheten och stabiliteten i kommunikationen, använder Spirit-detektorn effektiv kodningsteknik, som kan uppnå högre dataöverföringshastighet inom den begränsade bandbredden genom att optimera datakodningen. Samtidigt kan det minska bitfelsfrekvensen och förbättra dataöverföringens noggrannhet genom att använda tekniken för framåtriktad felkorrigering.
För det tredje, med hjälp av intelligent schemaläggning och styrteknik, realiserar sonden det optimala utnyttjandet av kommunikationsresurser. Tekniken kan automatiskt justera kommunikationsprotokoll och överföringshastigheter enligt förändringar i uppgiftskrav och kommunikationsmiljö, vilket säkerställer bästa kommunikationsresultat under begränsade energiförhållanden.
Slutligen, för att förbättra signalmottagningsförmågan, använder Spirit-sonden multi-beam mottagningsteknik. Denna teknik använder flera mottagningsantenner för att bilda en array, som kan förbättra mottagningskänsligheten och stabiliteten hos signalen, och sedan upprätthålla en stabil kommunikationsförbindelse i den komplexa rymdmiljön.
Fördelarna är uppenbara, gömda i hemligheten
Omvärlden är inte svårt att hitta attlaserär kärnan i testet för kommunikation i djupa rymden av Spirit-sonden, så vilka specifika fördelar har lasern för att hjälpa den betydande utvecklingen av kommunikation i rymden? Vad är mysteriet?
Å ena sidan kommer den växande efterfrågan på massiva data, högupplösta bilder och videor för utforskning av rymden att kräva högre dataöverföringshastigheter för kommunikation i rymden. Inför kommunikationsöverföringsavståndet som ofta "börjar" med tiotals miljoner kilometer, blir radiovågor gradvis "kraftlösa".
Medan laserkommunikation kodar information om fotoner, jämfört med radiovågor, har nära-infraröda ljusvågor en smalare våglängd och högre frekvens, vilket gör det möjligt att bygga en rumslig data "motorväg" med mer effektiv och smidig informationsöverföring. Denna punkt har preliminärt verifierats i de tidiga rymdexperimenten med låg omloppsbana runt jorden. Efter att ha vidtagit relevanta adaptiva åtgärder och övervunnit atmosfäriska störningar, var dataöverföringshastigheten för laserkommunikationssystemet en gång nästan 100 gånger högre än den för det tidigare kommunikationsmedlet.
Posttid: 26-2-2024