Embedded Files
Лазерний зв’язок - вид оптичного зв'язку, що використовує електромагнітні хвилі оптичного діапазону (зазвичай, інфрачервоні), що передаються через атмосферу. Лазерні системи зв'язку діляться на відкриті, де сигнал передається в атмосфері або космосі, і закриті, що використовують світловоди.
Лазерний зв'язок двох об'єктів здійснюється лише за допомогою з'єднання типу «крапка-крапка» (з'єднання двох пристроїв відбувається безпосередньо з використанням вбудованого або додатково встановленого в кожному з них Wi-Fi адаптера). Технологія ґрунтується на передачі даних модульованим випромінюванням в інфрачервоній частині спектра через атмосферу. Передавачем служить потужний напівпровідниковий лазерний діод. Інформація надходить у приймальний модуль, в якому кодується різними завадостійкими кодами, модулюється оптичним лазерним випромінювачем і фокусується оптичною системою передавача у вузький колімований лазерний промінь і передається в атмосферу.
Лазерний діод
На стороні, що приймає, оптична система фокусує оптичний сигнал на високочутливий фотодіод (або лавинний фотодіод), який перетворює оптичний пучок в електричний сигнал. При цьому чим вище частота (до 1,5 ГГц), тим більше обсяг інформації, що передається. Далі сигнал демодулюється і перетворюється на сигнали вихідного інтерфейсу.
Фотодіод
Застосування
Бездротова оптика розглядається як рішення:
на ділянках останньої милі в умовах міської забудови (для зв'язку між багатоповерховими будинками, бізнес-центрами та вузловими точками мережі);
для організації зв'язку від вузлів зв'язку оператора до базових станцій мереж стільникового зв'язку при великих обсягах цифрового трафіку, що передається (4G, LTE);
для зв'язку об'єктів, коли прокладання кабелю неможливе (промзони, гірська місцевість, залізниця) або вартість цієї прокладки велика;
як тимчасовий канал зв'язку, а також у випадках, коли необхідно терміново організувати канал зв'язку (гарячий резерв);
коли потрібен закритий канал зв'язку, що несприйнятливий до перешкод і не створює їх (аеропорти, близькість радіолокаторів, ліній електропередач);
для зв'язку в космосі.
1. Лазерний зв'язок змінить те, як NASA отримує інформацію в космос і з нього.
З самого початку дослідження космосу NASA використовувало радіочастотні системи для зв’язку з астронавтами та космічними кораблями. Однак у міру того, як космічні місії генерують і збирають більше даних, зростає потреба в розширених комунікаційних можливостях. LCRD використовує потужність лазерного зв’язку, який використовує інфрачервоне світло, а не радіохвилі, для кодування та передачі інформації на Землю та з неї.
Як радіохвилі, так і лазерні інфрачервоні хвилі є формами електромагнітного випромінювання з довжинами хвиль у різних точках спектру. Місії кодують свої наукові дані в електромагнітних сигналах для надсилання назад на Землю.
Інфрачервоне світло, яке використовується для лазерного зв’язку, відрізняється від радіохвиль, оскільки воно виникає на набагато вищій частоті, що дозволяє інженерам упаковувати більше даних у кожну передачу. Більше даних дає більше інформації та відкриттів про космос.
Використовуючи інфрачервоні лазери, LCRD надсилатиме дані на Землю з геосинхронної орбіти зі швидкістю 1,2 гігабіта в секунду (Гбіт/с). На такій швидкості та відстані ви можете завантажити фільм менш ніж за хвилину.
@NASAGoddard
2. Лазерний зв'язок дозволить космічним кораблям надсилати додому більше даних за одним низхідним каналом.
Ті, хто мали справу з інтернетом наприкінці 80-х і на початку 90-х, пам’ятають швидкості комутованого з’єднання наземного Інтернету – повільні та болісні. Додавання лазерних комунікацій до космічних кораблів подібне до використання людством високошвидкісного Інтернету з такими технологіями, як оптоволоконна мережа: це революція у зв’язку.
Наші домашні підключення до Інтернету сьогодні дозволяють майже миттєво переглядати відео та контент високої чіткості на наших екранах. Частково це пов’язано з волоконно-оптичними з’єднаннями, які надсилають лазерне світло, щільно упаковане даними, через пластикові або скляні кабелі, створюючи швидшу роботу користувача.
Ця сама концепція – без оптоволоконних кабелів – застосовується до космічного лазерного зв’язку, який дозволяє космічним аппаратам надсилати зображення та відео високої роздільної здатності через лазерні канали зв’язку.
Завдяки лазерному зв’язку космічний корабель може надсилати більше даних одночасно за одне завантаження. NASA та аерокосмічна промисловість використовують переваги цих нових розробок і створюють більше місій, які використовують лазери як доповнення до радіочастотних супутників.
Лазерні посилання можуть надсилати більше інформації за одним посиланням
3. LCRD має два оптичних модулі для відправки та прийому лазерних сигналів.
LCRD — це ретрансляційні супутникі з багатьма високочутливими компонентами, які забезпечують покращений зв’язок. Як ретранслятор LCRD усуває необхідність для місій користувачів мати пряму зону видимості до антен на Землі. LCRD має два оптичних термінали: один термінал отримує дані від космічного корабля користувача, а інший передає дані на наземні станції Землі.
Модеми LCRD перетворюють цифрові дані в лазерні сигнали, які потім передаються через закодовані промені світла, невидимі для людського ока, оптичними модулями реле. LCRD може як надсилати, так і отримувати дані, створюючи безперервний шлях для потоку даних місії в космос і з космосу. Разом ці можливості роблять LCRD першим двостороннім наскрізним оптичним реле NASA.
Це лише деякі з компонентів, які складають корисне навантаження LCRD, які разом мають розмір з королівський матрац.
Корисне навантаження NASA LCRD у чистій кімнаті Годдарда
4. LCRD використовує дві наземні станції в Каліфорнії та на Гаваях
Коли LCRD отримує інформацію та кодує її, корисне навантаження надсилає дані на наземні станції на Землі, кожна з яких оснащена телескопами для прийому світла та модемами для перетворення закодованого світла назад у цифрові дані.
Наземні станції LCRD відомі як оптичні наземні станції (OGS) -1 і -2 і розташовані на Столовій горі в Південній Каліфорнії та на вулкані Халеакала в Мауї на Гавайях .
У той час як лазерний зв’язок може забезпечити підвищену швидкість передачі даних, атмосферні збурення, такі як хмари та турбулентність, можуть заважати лазерним сигналам під час їхнього проходження крізь атмосферу Землі.
Місця розташування ОГС-1 та ОСГ-2 були обрані через ясну погоду та віддалене розташування на великій висоті. Більшість погодних умов у цих районах спостерігається під вершиною гір, залишаючи відносно чисте небо ідеальним для лазерного зв’язку.
Оптична наземна станція NASA 2 на Гаваях
5. LCRD дозволяє аерокосмічному співтовариству тестувати та покращувати лазерний зв’язок.
LCRD доведе життєздатність систем лазерного зв’язку з геосинхронної орбіти – приблизно 22 000 миль над поверхнею Землі.
Перш ніж підтримати інші місії, LCRD витратить два роки на проведення тестів та експериментів. Протягом цього часу OGS-1 і OGS-2 діятимуть як «місії», надсилаючи дані з однієї станції на LCRD, а потім вниз на іншу.
LCRD перевірить функціональність лазера за допомогою експериментів NASA, інших державних установ, наукових кіл і комерційних компаній. Деякі з цих експериментів включають вивчення атмосферних збурень на лазерних сигналах і демонстрацію надійних операцій ретрансляції.
Ці випробування дозволять аерокосмічному співтовариству вчитися на LCRD і далі вдосконалювати технологію для майбутнього впровадження. NASA надає ці можливості для збільшення обсягу знань про лазерний зв’язок і сприяння його оперативному використанню.
Після експериментальної фази LCRD підтримуватиме космічні місії, включаючи оптичний термінал, який буде встановлено на Міжнародній космічній станції. Цей термінал збиратиме дані наукових експериментів на борту, а потім передаватиме інформацію на LCRD для передачі на Землю.
Фотоілюстрація LCRD, яка передає дані з космічної станції на Землю
6. LCRD є однією з багатьох захоплюючих місій лазерного зв'язку.
LCRD — це перша в історії НАСА система лазерної ретрансляції зв'язку. Однак у розробці є багато місій, які продемонструють і перевірять додаткові можливості лазерного зв’язку.
Дорожня карта NASA щодо лазерних комунікацій – підтвердження дієвості технології в різних режимах
Ось що думають про це керівники цього проєкту:
«Ми в захваті від обіцянок, які лазерний зв’язок запропонує в найближчі роки».
БАДРІ ЮНЕС
«З оптичним зв'язком ми вибухаємо з води, що стосується обсягу даних, які ми можемо повернути. Це дійсно кардинальна здатність».
БЕТ КІР
«Впроваджуючи нові технології лазерного зв’язку в місії Artemis, ми надаємо нашим астронавтам більше даних, ніж будь-коли».
СТІВ ГОРОВІЦ
Чи можливо використовавати лазери в бездротових мережах?
Бездротові мережі, такі як Wi-Fi та 5G, стикаються з проблемою перевантаження частотних діапазонів, що знижує їхню ефективність, особливо в густонаселених місцях. Команда науковців з Університетського коледжу Лондона розробила нову систему, яка розширює діапазон частот для використання до 150 ГГц. Це дозволяє збільшити швидкість передавання даних, знижуючи навантаження на традиційні діапазони частот.
Система поєднує традиційні цифроаналогові перетворювачі для низьких частот (5-50 ГГц) з новою фотонною технологією для високих частот (50-150 ГГц). Використання лазерів для генерації сигналів на високих частотах відкриває нові можливості для бездротових систем, що дозволяє передавати дані з пропускною здатністю в 145 ГГц. Такий підхід перевищує попередні рекорди та забезпечує значне збільшення швидкості зв’язку.
Швидкість передавання даних у новій системі досягає 938 Гбіт/с, що дозволяє завантажити фільм у 4К якості за 0,12 секунди. Це значно швидше, ніж сучасні 5G мережі, що відкриває перспективи використання технологій в умовах високого навантаження. На масових заходах або в густонаселених районах така технологія може вирішити проблему низької швидкості мобільного інтернету.
Поки що технологія протестована лише в лабораторних умовах, але її впровадження в комерційні системи може розпочатися вже протягом 3-5 років. Якщо випробування будуть успішними, ця технологія зможе суттєво покращити якість бездротового зв’язку для широкого загалу користувачів.
Струтинський Ілля, 10Бл
Page updated
Google Sites
Report abuse