Amerykańska agencja kosmiczna NASA testuje zupełnie nowy sposób przesyłania danych. Komunikacja laserowa ma znacznie przyspieszyć transfer danych w kosmosie, co pozwoli na przeprowadzanie coraz ambitniejszych misji w naszym Układzie Słonecznym. Przedstawiciel NASA powiedział, że motorem napędowym do rozpoczęcia nowej misji jest „głód danych w kosmosie”.
Urządzenie o nazwie Laser Communications Relay Demonstration zostało wyniesione na orbitę w ramach misji United States Space Force Space Test Program 3 (STP-3). Jason Mitchell, dyrektor SCaN Advanced Communications & Navigation Technology Division w NASA, powiedział, że „to będzie nasz pierwszy krok w kierunku zrozumienia, co to znaczy używać laserów do komunikacji i naprawdę łączyć się bezpośrednio pomiędzy użytkownikami Ziemi i z przestrzeni kosmicznej”.
LCRD pomoże NASA dowiedzieć się o wszystkich możliwych problemach, z którymi trzeba się będzie zmierzyć – począwszy od turbulencji atmosferycznych, aż do możliwości odbicia się sygnału od chmur. Czas jest kluczowy, ponieważ NASA i jej międzynarodowi partnerzy planują w nadchodzących dekadach eksplorować kosmos na niespotykaną dotąd skalę. O problemach komunikacyjnych związanych z podbojem przestrzeni kosmicznej przez ludzi pisaliśmy na naszym blogu m.in. w artykule „Bezprzewodowa transmisja danych – klucz nie tylko do rozwoju ludzkości, ale i eksploracji kosmosu”.
Komunikacja laserowa będzie szybsza
Niedawno ogłoszono plany powstania prywatnych stacji kosmicznych, które tylko zwiększą zapotrzebowanie na szybki przepływ informacji do i z Ziemi. Także astronauci na Księżycu i misja sprowadzająca próbki z Marsa mogą skorzystać z szybszej komunikacji, która będzie od 10 do 100 razy szybsza, niż obecna – za pomocą radia.
LCRD i nadchodzące demonstracje laserów w nieco większej odległości od Ziemi pomogą dowiedzieć się, jak obsługiwać tę technologię centrów, takich jak na przykład baza na Księżycu. Z kolei, jak powiedział Mitchell, „doświadczenie zdobyte na Księżycu pokaże nam jak moglibyśmy to obsługiwać na Marsie. A także w każdym innym miejscu w przestrzeni kosmicznej, gdzie będziemy mieć centralny punkt, z którego możemy chcieć zebrać naprawdę dużo danych”.
LCRD będzie działać z orbity geosynchronicznej na wysokości 35,786 kilometrów. Najpierw odbędzie się kilka pierwszych prób w kosmosie, a następnie, na tej wysokości, komunikacja laserowa będzie testowana przez co najmniej dwa lata. Demonstracja ta ma na celu sprawdzenie trwałości technologii podczas dłuższych misji kosmicznych.
Mitchell powiedział, że w procesie projektowania najważniejsze było upewnienie się, że urządzenie przetrwa stres związany z wystrzeleniem i narażeniem na promieniowanie kosmiczne przez lata, a nie przez kilka tygodni czy miesięcy. Dyrektor z NASA dodał, że „przez kilka lat inwestowaliśmy mocno w to, aby ten rodzaj możliwości, kojarzący się do tej porty z science-fiction, wprowadzić do regularnego użytku operacyjnego. I tak naprawdę chodziło tylko o to, aby upewnić się, że uda nam się zapakować całą tę technologię w taki sposób, żeby przetrwała w przestrzeni kosmicznej. To było wielkie wyzwanie i na tym się skupialiśmy”.
Komunikacja laserowa jest niezbędna dla dalszych misji
Wkrótce wystartuje w kosmos więcej laserów. Misja Artemis 2, załogowa misja, która będzie orbitować wokół Księżyca w 2024 roku, ma przetestować nowy system komunikacji optycznej statku kosmicznego Orion. Oczekuje się, że w ramach prób, będzie można wysłać na Ziemię sygnał wideo o ultrawysokiej rozdzielczości. Ponadto, pierwszy rok misji Psyche (celującej w asteroidę o tej samej nazwie) będzie obejmował test systemu DSOC (Deep Space Optical Communications). Ma on pomóc badaczom dowiedzieć się, jak precyzyjnie kierować komunikację laserową z głębokiego kosmosu.
Mitchell powiedział, że „w trakcie lotu będziemy przeprowadzać różnego rodzaju eksperymenty z DSOC, aby zrozumieć, jak wiele danych możemy uzyskać”. Docelowo, naukowcy dowiedzą się, jak daleko statek kosmiczny może odlecieć, zanim przepływ danych zwolni, a kontrolerzy będą musieli przejść na „dosłowne liczenie pojedynczych fotonów za pomocą tych ultraczułych detektorów na Ziemi”.
NASA twierdzi, że poza potrzebą szybkości, przejście na laser rozwiąże także kolejny narastający problem w kosmosie – przepełnienie częstotliwości. Wraz ze wzrostem liczby megakonstelacji satelitarnych i coraz większą liczbą komercyjnych startów, coraz trudniej zdobyć wolne widmo częstotliwości radiowych. Staje się to tak trudne, że firmy coraz częściej zgłaszają wzajemne zastrzeżenia do swoich częstotliwości.
Na naszym blogu wielokrotnie poruszaliśmy temat komunikacji w kosmosie. Polecamy lekturę naszych tekstów, na przykład artykułu „Jak się dogadać w kosmosie?”
Źródła: Space.com, SciTechDaily i NASA