6 πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε

NASAΤο Laser Communications Relay Demo (LCRD) θα χρησιμοποιεί συστήματα επικοινωνίας λέιζερ για τη μετάδοση δεδομένων από το διάστημα στη Γη. Εδώ είναι έξι πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε για την επαναστατική αποστολή LCRD της NASA.

1. Οι επικοινωνίες με λέιζερ θα αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο η NASA λαμβάνει πληροφορίες μέσα και έξω από το διάστημα.

Από την αυγή της εξερεύνησης του διαστήματος, η NASA έχει χρησιμοποιήσει συστήματα ραδιοσυχνοτήτων για την επικοινωνία με αστροναύτες και διαστημόπλοια. Ωστόσο, καθώς οι διαστημικές αποστολές δημιουργούν και συλλέγουν περισσότερα δεδομένα, αυξάνεται η ανάγκη για βελτιωμένες δυνατότητες επικοινωνίας. Το LCRD εκμεταλλεύεται τη δύναμη επαφές λέιζερ, το οποίο χρησιμοποιεί υπέρυθρο φως αντί για ραδιοκύματα, για την κωδικοποίηση και τη μετάδοση πληροφοριών από και προς τη Γη.

Τόσο τα ραδιοκύματα όσο και τα υπέρυθρα κύματα φωτός λέιζερ είναι μορφές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με μήκη κύματος σε διαφορετικά σημεία του φάσματος. Οι αποστολές κωδικοποιούν τα επιστημονικά τους δεδομένα σε ηλεκτρομαγνητικά σήματα για να τα στείλουν πίσω στη Γη.

Το υπέρυθρο φως που χρησιμοποιείται στις επικοινωνίες λέιζερ διαφέρει από τα ραδιοκύματα στο ότι εμφανίζεται σε πολύ υψηλότερη συχνότητα, επιτρέποντας στους μηχανικούς να συσκευάζουν περισσότερα δεδομένα σε κάθε μετάδοση. Περισσότερα δεδομένα έχουν ως αποτέλεσμα περισσότερες πληροφορίες και ανακαλύψεις για το διάστημα ταυτόχρονα.

Χρησιμοποιώντας υπέρυθρα λέιζερ, το LCRD θα στείλει δεδομένα πίσω στη Γη από τη γεωσύγχρονη τροχιά στα 1,2 gigabits ανά δευτερόλεπτο (Gbps). Με αυτή την ταχύτητα και απόσταση, μπορείτε να κατεβάσετε μια ταινία σε λιγότερο από ένα λεπτό.

Το LCRD θα πετάξει ως ωφέλιμο φορτίο που φιλοξενείται σε διαστημόπλοιο του Υπουργείου Άμυνας ως μέρος της αποστολής του Προγράμματος Διαστημικών Δοκιμών (STP-3). Το LCRD θα συνεχίσει την εξερεύνηση των επικοινωνιών λέιζερ της NASA για την υποστήριξη μελλοντικών αποστολών στη Σελήνη και πέρα ​​από αυτήν. Πίστωση: Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA

2. Οι επικοινωνίες με λέιζερ θα επιτρέψουν στο διαστημόπλοιο να στείλει περισσότερα δεδομένα πίσω στο σπίτι σε μία μόνο κατερχόμενη ζεύξη.

Αν ζούσατε στα τέλη της δεκαετίας του ’80 και στις αρχές της δεκαετίας του ’90, θα θυμάστε τις ταχύτητες μέσω τηλεφώνου του επίγειου διαδικτύου – οδυνηρά αργές. Η προσθήκη επικοινωνιών με λέιζερ στα διαστημόπλοια μοιάζει με τη χρήση του διαδικτύου υψηλής ταχύτητας από την ανθρωπότητα με τεχνολογίες όπως τα δίκτυα οπτικών ινών: μια επανάσταση.

Ραδιοκύματα έναντι κυμάτων φωτός. πίστωση: NASA

Οι οικιακές μας συνδέσεις στο Διαδίκτυο αυτές τις μέρες επιτρέπουν σε βίντεο HD, εκπομπές και περιεχόμενο να φτάνουν στις οθόνες μας σχεδόν αμέσως. Αυτό οφείλεται εν μέρει στις συνδέσεις οπτικών ινών που στέλνουν φως λέιζερ πυκνά γεμάτο με δεδομένα μέσω πλαστικών ή γυάλινων καλωδίων, δημιουργώντας μια πιο γρήγορη εμπειρία χρήστη.

Η ίδια ιδέα – με εξαίρεση τα καλώδια οπτικών ινών – εφαρμόζεται στις διαστημικές επικοινωνίες λέιζερ, οι οποίες επιτρέπουν στα διαστημόπλοια να μεταδίδουν εικόνες και βίντεο υψηλής ανάλυσης μέσω συνδέσμων λέιζερ.

Με τις επικοινωνίες λέιζερ στη θέση τους, ένα διαστημόπλοιο μπορεί να στείλει περισσότερα δεδομένα ταυτόχρονα σε μία μόνο λήψη. Η NASA και η αεροδιαστημική βιομηχανία εκμεταλλεύονται αυτές τις νέες εξελίξεις και δημιουργούν περισσότερες αποστολές που χρησιμοποιούν λέιζερ για να συμπληρώσουν τους δορυφόρους ραδιοσυχνοτήτων.

3. Το ωφέλιμο φορτίο περιέχει δύο οπτικές μονάδες ή τηλεσκόπια, Για λήψη και μετάδοση σημάτων λέιζερ.

Το LCRD είναι ένα δορυφορικό ρελέ με πολλά εξαιρετικά ευαίσθητα εξαρτήματα που παρέχουν αυξημένες επικοινωνίες. Ως ρελέ, το LCRD καταργεί την ανάγκη οι αποστολές των χρηστών να έχουν απευθείας οπτική επαφή με τις κεραίες στο έδαφος. Το LCRD περιέχει δύο οπτικούς σταθμούς – ο ένας λαμβάνει δεδομένα από το διαστημόπλοιο του χρήστη και ο άλλος στέλνει δεδομένα σε επίγειους σταθμούς στη Γη.

Ωφέλιμο φορτίο LCRD στον καθαρό χώρο στο Goddard Space Flight Center. Πίστωση: NASA/Dave Ryan

Τα μόντεμ LCRD μεταφράζουν ψηφιακά δεδομένα σε σήματα λέιζερ, τα οποία στη συνέχεια μεταδίδονται μέσω κωδικοποιημένων ακτίνων φωτός, αόρατες στο ανθρώπινο μάτι, μέσω οπτικών μονάδων ρελέ. Το LCRD μπορεί να στέλνει και να λαμβάνει δεδομένα, καθιερώνοντας μια συνεχή διαδρομή για τη ροή δεδομένων αποστολής προς και από το διάστημα. Μαζί, αυτές οι δυνατότητες καθιστούν αυτό το LCRD το πρώτο αμφίδρομο οπτικό ρελέ της NASA από άκρο σε άκρο.

Αυτά είναι μερικά μόνο από τα εξαρτήματα που συνθέτουν το ωφέλιμο φορτίο LCRD, το οποίο συλλογικά αντιπροσωπεύει ένα μεγάλο μέγεθος στρώματος.

4. Το LCRD βασίζεται σε δύο επίγειους σταθμούς στην Καλιφόρνια και τη Χαβάη.

Μόλις το LCRD λάβει και κωδικοποιήσει τις πληροφορίες, το ωφέλιμο φορτίο στέλνει τα δεδομένα σε επίγειους σταθμούς στη Γη που είναι ο καθένας εξοπλισμένος με τηλεσκόπια για να λαμβάνει φως και μόντεμ για να μεταφράσει το κωδικοποιημένο φως σε ψηφιακά δεδομένα.

LCRD’s επίγειους σταθμούς Γνωστοί ως Οπτικοί Επίγειοι Σταθμοί (OGS)-1 και -2, βρίσκονται στο Table Mountain στη Νότια Καλιφόρνια, και σε Ηφαίστειο Haleakala στο Maui, Χαβάη.

Ενώ οι επικοινωνίες με λέιζερ μπορούν να παρέχουν αυξημένους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων, οι ατμοσφαιρικές αναταράξεις – όπως τα σύννεφα και οι αναταράξεις – μπορούν να παρεμβαίνουν στα σήματα λέιζερ καθώς ταξιδεύουν στην ατμόσφαιρα της Γης.

Οι τοποθεσίες OGS-1 και OSG-2 επιλέχθηκαν για καθαρές καιρικές συνθήκες, απομακρυσμένες τοποθεσίες και τοποθεσίες μεγάλου υψομέτρου. Οι περισσότερες καιρικές συνθήκες σε αυτές τις περιοχές εμφανίζονται κάτω από την κορυφή των βουνών, αφήνοντας σχετικά καθαρό ουρανό ιδανικό για επικοινωνίες με λέιζερ.

5. Το LCRD επιτρέπει στην κυβέρνηση, την ακαδημαϊκή κοινότητα και τους εμπορικούς εταίρους να δοκιμάσουν τις δυνατότητες λέιζερ από γεωσύγχρονη τροχιά.

Το LCRD θα δείξει τη σκοπιμότητα των συστημάτων επικοινωνίας με λέιζερ από γεωσύγχρονη τροχιά – περίπου 22.000 μίλια πάνω από την επιφάνεια της Γης.

Πριν υποστηρίξει άλλες αποστολές, το LCRD θα αφιερώσει δύο χρόνια στη διεξαγωγή δοκιμών και πειράματα. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι OGS-1 και OGS-2 θα λειτουργούν ως «καθήκοντα», στέλνοντας δεδομένα από τον ένα σταθμό στο LCRD και μετά στον άλλο.

Το LCRD μεταδίδει δεδομένα από τον διαστημικό σταθμό στη Γη. Πίστωση: NASA/Dave Ryan

Το LCRD θα δοκιμάσει τη λειτουργικότητα του λέιζερ με πειράματα από τη NASA, άλλους κρατικούς φορείς, τον ακαδημαϊκό χώρο και τις εμπορικές εταιρείες. Μερικά από αυτά τα πειράματα περιλαμβάνουν τη μελέτη των ατμοσφαιρικών αναταράξεων σε σήματα λέιζερ και την επίδειξη αξιόπιστων λειτουργιών υπηρεσίας ρελέ.

Αυτές οι δοκιμές θα επιτρέψουν στη διαστημική κοινότητα να μάθει από το LCRD και να βελτιώσει περαιτέρω την τεχνολογία για μελλοντική εφαρμογή. Η NASA παρέχει αυτές τις ευκαιρίες για την ανάπτυξη του συνόλου των γνώσεων γύρω από τις επικοινωνίες λέιζερ και την ενίσχυση της επιχειρησιακής χρήσης τους.

Μετά την πειραματική του φάση, το LCRD θα υποστηρίξει αποστολές στο διάστημα, συμπεριλαμβανομένου του φωτοβολταϊκού σταθμού που θα εγκατασταθεί στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Αυτός ο σταθμός θα συλλέξει δεδομένα από επιστημονικά πειράματα επί του σκάφους και στη συνέχεια θα στείλει τις πληροφορίες στο LCRD για να μεταδοθούν πίσω στη Γη.

6. Το LCRD είναι μία από τις πολλές συναρπαστικές και επερχόμενες αποστολές λέιζερ.

Το LCRD είναι το πρώτο σύστημα αναμετάδοσης επικοινωνιών λέιζερ της NASA. Ωστόσο, υπάρχει Πολλές αποστολές Στην ανάπτυξη θα επιδείξει και θα δοκιμάσει πρόσθετες δυνατότητες επικοινωνίας με λέιζερ.

Αποστολές επικοινωνιών λέιζερ της NASA. Πίστωση: NASA/Dave Ryan

• ο Σύστημα Οπτικής Επικοινωνίας Orion Artemis II (O2O) Ο σταθμός (O2O) θα ενεργοποιήσει μια τροφοδοσία βίντεο υψηλής ανάλυσης μέσω υπέρυθρου φωτός μεταξύ των αστροναυτών της Γης και της Artemis II που ταξιδεύουν γύρω από τη Σελήνη.
• Το 2026, α πνεύμα Η αποστολή θα φτάσει στον προορισμό της – έναν αστεροειδή που απέχει περισσότερα από 150 εκατομμύρια μίλια από τη Γη. θα φέρει ψυχικό επικοινωνία στο βαθύ διάστημα (DSOC) για να δοκιμάσει τις επικοινωνίες λέιζερ έναντι των διακριτών προκλήσεων που παρουσιάζονται από την εξερεύνηση του διαστήματος στο βάθος.

Όλες αυτές οι αποστολές θα βοηθήσουν την αεροδιαστημική κοινότητα να τυποποιήσει τις επικοινωνίες λέιζερ για μελλοντικές αποστολές. Με λέιζερ που φωτίζουν τον δρόμο, η NASA μπορεί να συγκεντρώσει περισσότερες πληροφορίες από το διάστημα από ποτέ.

Το LCRD είναι ένα ωφέλιμο φορτίο της NASA στο δορυφόρο Space Test Program 6 (STPSat-6) του Υπουργείου Άμυνας. Το STPSat-6, μέρος της αποστολής Space Test Program 3 (STP-3), θα εκτοξευθεί με πύραυλο United Launch Alliance Atlas V 551 από τον Διαστημικό Σταθμό Cape Canaveral στη Φλόριντα. Το STP λειτουργεί από τη Διοίκηση Διαστημικών Συστημάτων της Διαστημικής Δύναμης των ΗΠΑ.

Ο Goddard ηγείται του LCRD και σε συνεργασία με το Εργαστήριο Αεριωθούμενης Προώθησης της NASA στη Νότια Καλιφόρνια και Με Εργαστήριο Λίνκολν. Το LCRD χρηματοδοτείται από το Πρόγραμμα Αποστολών Επίδειξης Τεχνολογίας της NASA, το οποίο αποτελεί μέρος της Διεύθυνσης Αποστολής Διαστημικής Τεχνολογίας, και το πρόγραμμα Επικοινωνιών και Αστροναυτικής (SCaN) στα κεντρικά γραφεία της NASA.