Система связи обеспечивает самую быструю лазерную связь из космоса

Dec 04, 2023

Предыдущее изображение Следующее изображение

В мае 2022 года полезная нагрузка TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) на борту небольшого спутника CubeSat была выведена на орбиту на высоте 300 миль над поверхностью Земли. С тех пор TBIRD доставил терабайты данных с рекордной скоростью до 100 гигабит в секунду — в 100 раз быстрее, чем самые быстрые скорости интернета в большинстве городов — через оптический канал связи с наземным приемником в Калифорнии. Эта скорость передачи данных более чем в 1000 раз выше, чем у радиочастотных линий, традиционно используемых для спутниковой связи, и является самой высокой, когда-либо достигнутой с помощью лазерной связи из космоса на землю. И все эти рекордные скорости стали возможными благодаря полезной нагрузке связи размером примерно с коробку салфеток.

Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института в 2014 году концептуализировала миссию TBIRD как средство предоставления беспрецедентных возможностей научным миссиям при низких затратах. Научные инструменты в космосе сегодня обычно генерируют больше данных, чем можно передать на Землю по обычным каналам связи космос-земля. Благодаря небольшим и недорогим космическим и наземным терминалам TBIRD может позволить ученым со всего мира в полной мере воспользоваться преимуществами лазерной связи для передачи по нисходящей линии всех данных, о которых они когда-либо могли мечтать.

Полезная нагрузка связи TBIRD, спроектированная и изготовленная в лаборатории Линкольна, была интегрирована в CubeSat, произведенный Terran Orbital в рамках программы НАСА Pathfinder Technology Demonstrator. Исследовательский центр Эймса НАСА учредил эту программу для разработки автобуса CubeSat («транспортного средства», приводящего в движение полезную нагрузку и управляющего ею) для более быстрой и недорогой доставки демонстраторов науки и технологий на орбиту. При весе около 25 фунтов и размере двух сложенных друг на друга коробок с хлопьями CubeSat был запущен на низкую околоземную орбиту (НОО) на борту космического корабля Transporter-5 компании Space X со станции космических сил на мысе Канаверал во Флориде в мае 2022 года. Оптическая наземная станция расположен в Столовой горе, Калифорния, где большая часть погоды происходит ниже вершины горы, что делает эту часть неба относительно ясной для лазерной связи. Эта наземная станция использует метровый телескоп и адаптивную оптику (для коррекции искажений, вызванных атмосферной турбулентностью) Лаборатории оптических коммуникационных телескопов Лаборатории реактивного движения НАСА, а Лаборатория Линкольна предоставляет специальное оборудование наземной связи TBIRD.

«Мы продемонстрировали более высокую скорость передачи данных, чем когда-либо прежде, в меньшем корпусе, чем когда-либо прежде», — говорит Джейд Ванг, руководитель программы лаборатории по полезной нагрузке и наземной связи TBIRD и помощник руководителя группы оптических и квантовых коммуникационных технологий. «Хотя отправка данных из космоса с помощью лазеров может показаться футуристической, та же техническая концепция лежит в основе оптоволоконного Интернета, которым мы пользуемся каждый день. Разница в том, что лазерная передача происходит в открытой атмосфере, а не в изолированных волокнах».

От радиоволн до лазерного света

Будь то видеоконференция, игра или потоковая передача фильмов в высоком разрешении, вы используете высокоскоростные каналы передачи данных, проходящие по оптическим волокнам, сделанным из стекла (или иногда пластика). Эти волокна диаметром примерно с прядь человеческого волоса связаны в кабели, которые передают данные посредством быстро распространяющихся импульсов света от лазера или другого источника. Волоконно-оптическая связь имеет первостепенное значение в эпоху Интернета, когда большие объемы данных должны ежедневно быстро и надежно распределяться по всему миру.

Однако для спутников пока не существует высокоскоростного Интернета на основе лазерной связи. С самого начала космических полетов в 1950-х годах миссии использовали радиочастоты для отправки данных в космос и из космоса. По сравнению с радиоволнами инфракрасный свет, используемый в лазерной связи, имеет гораздо более высокую частоту (или более короткую длину волны), что позволяет упаковывать больше данных в каждую передачу. Лазерная связь позволит ученым отправлять в 100–1000 раз больше данных, чем современные радиочастотные системы — это похоже на наш наземный переход от коммутируемого доступа к высокоскоростному Интернету.