שיא תקשורת לייזר עמוק, כמה מקום לדמיון? חלק ראשון

לאחרונה, בדיקת הרוח האמריקאית השלימה מבחן תקשורת לייזר עמוק בחלל עמוק עם מתקני קרקע במרחק של 16 מיליון קילומטרים משם, והציב שיא מרחק תקשורת אופטי חלל חדש. אז מה היתרונות שלתקשורת לייזר? בהתבסס על עקרונות טכניים ודרישות המשימה, אילו קשיים היא צריכה להתגבר? מה הסיכוי ליישומו בתחום חקר החלל העמוק בעתיד?

פריצות דרך טכנולוגיות, לא מפחדות מהאתגרים
חיפוש בחלל עמוק הוא משימה מאתגרת ביותר במהלך חוקרי החלל הבוחנים את היקום. בדיקות צריכות לחצות מרחב בין -כוכבי רחוק, להתגבר על סביבות קיצוניות ותנאים קשים, לרכוש ולהעביר נתונים יקרי ערך, וטכנולוגיית התקשורת ממלאת תפקיד חיוני.

תרשים סכמטי שלתקשורת לייזר בחלל עמוקניסוי בין בדיקת לוויין הרוח למצפה הכוכבים הקרקע

ב- 13 באוקטובר השיקה בדיקת הרוח, החל מסע חקירה שיימשך לפחות שמונה שנים. בתחילת המשימה היא עבדה עם הטלסקופ הייל במצפה הכוכבים של פלומר בארצות הברית כדי לבדוק טכנולוגיית תקשורת לייזר עמוקה, תוך שימוש בקידוד לייזר כמעט אינפרא אדום כדי לתקשר נתונים עם צוותים על כדור הארץ. לשם כך, הגלאי וציוד התקשורת בלייזר שלו צריכים להתגבר על לפחות ארבעה סוגים של קשיים. בהתאמה, המרחק הרחוק, הנחתת האות וההפרעות, הגבלת רוחב הפס ועיכוב, הגבלת אנרגיה ובעיות פיזור חום ראויות לתשומת לב. החוקרים ציפו זה מכבר והתכוננו לקשיים אלה, ופירקו סדרה של טכנולוגיות מפתח, והניחו בסיס טוב לבדיקת הרוח לביצוע ניסויי תקשורת לייזר בחלל עמוק.
ראשית, גלאי הרוח משתמש בטכנולוגיית העברת נתונים במהירות גבוהה, נבחר קרן לייזר כמדיום ההולכה, המצויד ב- aלייזר בעל עוצמה גבוההמשדר, תוך שימוש ביתרונות שלהעברת לייזרדרג ויציבות גבוהה, מנסים לקבוע קישורי תקשורת לייזר בסביבת החלל העמוקה.
שנית, על מנת לשפר את האמינות והיציבות של התקשורת, גלאי הרוח מאמצת טכנולוגיית קידוד יעילה, שיכולה להשיג קצב העברת נתונים גבוה יותר ברוחב הפס המוגבל על ידי אופטימיזציה של קידוד הנתונים. יחד עם זאת, זה יכול להפחית את שיעור שגיאות הסיביות ולשפר את הדיוק של העברת נתונים על ידי שימוש בטכנולוגיה של קידוד תיקון שגיאות קדימה.
שלישית, בעזרת טכנולוגיית תזמון ובקרה חכמה, הבדיקה מבינה את השימוש האופטימלי של משאבי התקשורת. הטכנולוגיה יכולה להתאים אוטומטית את פרוטוקולי התקשורת ושיעורי ההולכה בהתאם לשינויים בדרישות המשימה ובסביבת התקשורת, ובכך להבטיח את תוצאות התקשורת הטובות ביותר בתנאי אנרגיה מוגבלים.
לבסוף, על מנת לשפר את יכולת קבלת האותות, בדיקת הרוח משתמשת בטכנולוגיית קבלת פנים רב-קרניים. טכנולוגיה זו משתמשת במספר אנטנות שמקבלות כדי ליצור מערך, שיכול לשפר את הרגישות והיציבות של האות המקבל, ואז לשמור על חיבור תקשורת יציב בסביבת המרחב העמוק המורכב.

היתרונות ברורים, מוסתרים בסוד
העולם החיצון לא קשה לגלות שה-לייזרהאם אלמנט הליבה של מבחן תקשורת החלל העמוק של בדיקת הרוח, ולכן אילו יתרונות ספציפיים יש ללייזר כדי לעזור להתקדמות המשמעותית של תקשורת חלל עמוקה? מה התעלומה?
מצד אחד, הביקוש ההולך וגובר לנתונים מאסיביים, תמונות וסרטונים ברזולוציה גבוהה למשימות חיפוש בחלל עמוק, מחויב לדרוש שיעורי העברת נתונים גבוהים יותר לתקשורת בחלל עמוק. לנוכח מרחק העברת התקשורת שלעתים קרובות הוא "מתחיל" בעשרות מיליוני קילומטרים, גלי הרדיו הם בהדרגה "חסרי אונים".
בעוד שתקשורת לייזר מקודדת מידע על פוטונים, בהשוואה לגלי רדיו, גלי אור כמעט אינפרא אדום הם בעלי אורך גל צר יותר ותדירות גבוהה יותר, מה שמאפשר לבנות נתונים מרחביים "כביש מהיר" עם העברת מידע יעילה וחלק יותר. נקודה זו אומתו מראש בניסויי שטח מסלול אדמה נמוכה. לאחר נקיטת אמצעים אדפטיביים רלוונטיים והתגברות על הפרעות אטמוספריות, שיעור העברת הנתונים של מערכת התקשורת בלייזר היה פעם גבוה כמעט פי 100 מזה של אמצעי התקשורת הקודמים.