Uzay lazer iletişimi: Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde bir araştırma patlaması başlatan yıkıcı teknoloji
Uzay lazer iletişimi, uzaydaki görüntüleri, sesleri, sinyalleri ve diğer bilgileri iletmek için lazer ışınlarını taşıyıcı dalgalar olarak kullanan bir iletişim yöntemidir. Geleneksel mikrodalga iletişimi ile karşılaştırıldığında, lazer iletişimi, hızlı iletim hızı, büyük iletişim kapasitesi, güçlü anti-elektromanyetik girişim performansı, yüksek gizlilik vb. Avantajlara sahiptir ve iletişim terminali küçük boyutlu, güç tüketimi düşük ve son derece pratiktir, bu da çeşitli ülkelerde bir araştırma patlamasını tetiklemiştir. Uzay lazer iletişim teknolojisinin gelişimi ve atılımları, uzay bilgi iletiminin gerçek zamanlı ve güvenliğinin yanı sıra gelecekteki derin uzay keşiflerinin iyileştirilmesi için büyük önem taşıyor ve gelecekte uzay iletişim teknolojisinin gelişimini değiştirmesi bekleniyor.
Avantajlar ve zorluklar bir arada var
Uzay teknolojisinin, sensör teknolojisinin vb. Gelişmesiyle birlikte uyduların ve çeşitli uzay araçlarının ihtiyaç duyduğu bilgi aktarım miktarı katlanarak artmıştır.Şu anda uzay iletişiminde kullanılan mikrodalga iletişim tabanlı iletişim araçları, iletişimdeki hızlı artışı artık karşılayamamaktadır. Kapasite gereksinimleri. Uzay lazer iletişimi, uzay iletişiminde devrim yaratma potansiyeline sahip yıkıcı teknoloji olarak kabul edilir.
Daha yüksek veri aktarım hızı. Uzay lazer iletişiminin taşıyıcı frekansı, mikrodalga iletişiminin frekansının binlerce hatta on binlerce katı olan 190 ila 560 terahertz arasında değişir.Daha yüksek veri aktarım hızlarına ulaşabilen ve uzaydan büyük video aktarımına olanak tanıyan devasa bir geniş bant iyileştirme alanına sahiptir. Doğal afet izleme ve askeri iletişim için önemli stratejik öneme sahip olan yüksek hassasiyetli ölçüm verileri mümkün hale gelir.
Çeşitli ülkelerde bir araştırma patlaması başlatan yıkıcı teknoloji-uzay lazer iletişimi
Sistem terminali küçük boyuta, hafifliğe ve düşük güç tüketimine sahiptir. Mikrodalga ile karşılaştırıldığında lazerin dalga boyu çok daha kısadır. Dalga boyu ne kadar kısaysa, enerji o kadar yüksek ve kırınım etkisi o kadar küçüktür.Lazerin gerektirdiği verici ve alıcı antenlerin boyutu iki katına çıkarılabilir, bu da lazer iletişim sistemi terminalinin boyutunu, kalitesini ve gücünü mikrodalga iletişiminden çok daha üstün hale getirir. Yüklerin küçültülmesi, hafifliği ve düşük güç tüketimi için alan uygulamalarının gereksinimlerini karşılayın.
Güçlü anti-elektromanyetik girişim yeteneği, yüksek güvenlik ve gizlilik. Uzay lazer iletişimi, taşıyıcı olarak lazer kullanır.Lazer ışını son derece dardır, sapma açısı 1 miliryan'dan daha azdır, parlaklık ve enerji yoğunluğu son derece yüksektir, bilgi iletiminin diğer ekipmanlar tarafından yakalanması kolay değildir ve bitişik uydular arasındaki iletişim paraziti de ihmal edilebilir düzeydedir ve yüksek Anti-elektromanyetik girişim yeteneği ve güvenlik performansı.
Birçok avantaja rağmen, mevcut uzay lazer iletişim teknolojisi hala bir bütün olarak araştırma aşamasındadır ve hala birçok teknik zorlukla karşı karşıyadır.Örneğin, lazer iletişimi daha çok lazer iletişim terminallerinin ve algılama cihazlarının, atmosferik türbülans, atmosferik zayıflama vb. Etkisine ve müdahalesine tabidir. Lazer iletişimi için gereken yer altyapısı eksiksiz olmaktan uzaktır ve yüksek frekanslı ve yüksek bant genişliğine sahip uzay lazer iletişiminin teknik avantajlarından henüz tam olarak yararlanılmamıştır.
Avrupa ve Amerika'da araştırma patlaması
Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa, Japonya vb. İlgili teknik araştırmalar ve yörünge testleri yapmak için uzay lazer iletişim teknolojisi alanına büyük yatırım yaptılar.uzay lazer iletişim sistemlerinde yer alan çeşitli anahtar teknolojiler üzerinde kapsamlı ve derinlemesine araştırmalar yaptılar ve uzay lazer iletişim teknolojisini teşvik etmeye devam ediyorlar. Pratik mühendisliğe doğru.
Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA), uzay lazer iletişim teknolojisinin gelişimini hızlandırdı. Amerika Birleşik Devletleri'nde gerçekleştirilen "Lazer Haberleşme Gösteri Sistemi" ve "Dönüşüm Uydu Haberleşme Sistemi" gibi projeler üzerine yapılan ilk araştırmalar, daha sonraki teknolojik gelişmeler için iyi bir teknik temel oluşturdu. Son yıllarda NASA, uzay lazer iletişim teknolojisinin gelişimine özel bir önem vermiş ve bunu, Dünya'ya yakın görevler için uzay iletişimini ve derin uzay görevlerini gelecekteki alanı çözmek için daha verimli hale getirmek için uzay lazer iletişim teknolojisinin gelişimini ve olgunluğunu hızlandırmayı önemli bir öncelik olarak kabul etmiştir. Uçuş görevlerinin karşılaştığı toplu veri aktarım sorunları.
LCRD sisteminin sanatsal sunumu
"Ay Lazer İletişimi Gösterimi Doğrulama" projesi olan NASA, Ekim 2013'te "Ay Lazer İletişimi Gösteri Doğrulaması" projesini başarıyla başlattı. Ay yörüngesinden ve çok sayıda yer istasyonundan iki yönlü lazer iletişim deneyleri gerçekleştirildi; bu, 622 Mbit / s'lik yeni bir aşağı bağlantı veri iletim hızı kaydı yarattı ve yukarı bağlantı veri iletim hızı da 20 Mbit / s'ye ulaştı. Uzay lazer haberleşme sisteminin fizibilitesi ve sistemin uzay ortamında yaşayabilirliği ilk kez doğrulandı.
"Lazer Haberleşme Rölesi Gösteri Doğrulaması" Projesi Amerika Birleşik Devletleri'nde NASA tarafından yürütülen "Lazer Haberleşme Rölesi Gösteri Doğrulaması" projesi, esas olarak lazer iletişim teknolojisinin geçerliliğini ve güvenilirliğini doğrulamak için kullanılmaktadır. Sistem, iki jeosenkron yörünge uydu kaynaklı lazer iletişim terminali ve iki karasal lazer iletişim terminali içerir. NASA, iki yıllık bir lazer iletişim rölesi gösterimi ve doğrulama görevi için 2019'da yer eşzamanlı bir yörüngeye uzay tabanlı bir lazer iletişim terminali başlatmayı planlıyor.
Görev sırasında, Kaliforniya, ABD'deki yer istasyonu, lazer sinyallerini yerden yaklaşık 36.000 kilometre uzakta bulunan yer eşzamanlı yörünge uydu kaynaklı lazer iletişim terminaline iletecek ve ardından yer eşzamanlı yörünge uydu kaynaklı lazer iletişim terminali sinyali başka bir yer istasyonuna iletecektir. Şu anda, lazer iletişim rölesi gösteri ve doğrulama sistemi, kritik karar incelemesini başarıyla geçti ve Aralık 2017'de geliştirme entegrasyonu ve test aşamasına başladı ve 2019'da gösteri ve doğrulama görevlerinin yeni aşamasına aktif olarak hazırlanıyor.
"Derin Uzay Optik İletişim" projesi "Derin Uzay Optik İletişimi" projesi, "Lazer Haberleşme Röle Gösterimi Doğrulama" projesinden daha uzak bir iletişim mesafesine sahiptir ve lazer iletişiminin derin uzay görevlerinin veri hızı, kullanılan alan ve güç tüketimi üzerindeki iyileştirme etkisini incelemeye adanmıştır. NASA, 2017 yılında, plana göre, derin uzay optik iletişim projesinin 2018'den 2019'a kadar yerde test edileceğini ve 2023'te, derin uzay lazer iletişim teknolojisini doğrulamak için metal bir asteroide yola çıkacak bir Psyco uçağı ile donatılacağını belirtti.
"Entegre Radyo Frekansı ve Optik İletişim" projesi NASA Glenn Araştırma Merkezi ekibi, uzun mesafeli uzay aracından veri almak için Mars yörüngesine bir lazer iletişimi röle uydusu göndermeyi planlayan "entegre radyo frekansı ve optik iletişim" konsept araştırmasını yürütmektedir. Ve verileri dünyaya aktarın. "Entegre radyo frekansı ve optik iletişim" sistemi, NASA'yı etkin bir şekilde teşvik edecek olan radyo frekansı iletişim sistemlerini kullanan geleneksel uzay araçlarının yanı sıra, lazer iletişim sistemleri kullanan yeni uzay aracı için hizmetler sağlayabilen radyo frekansı ve lazer entegre iletişim sistemlerini kullanacaktır. Tüm uzay varlıkları arasında birlikte çalışabilirlik.
2013 yılında, NASA'nın Ay Atmosferi ve Toz Ortamı Sondası, ay ile dünya arasında bir lazer bağlantısı kuran bir lazer iletişim deneyi gerçekleştirdi.
ESA, lazer iletişim sistemlerinin ticari işletimini teşvik etmeye odaklanır. İlk günlerde ESA tarafından uygulanan "Yarıiletken Lazer Uydular Arası Bağlantı Testi" gibi projeler, düşük dünya yörüngesinden yer eşzamanlı yörüngeye kadar uydular arası iletişimi ilk kez doğruladı ve projenin büyük başarısı ESA'ya büyük bir güven verdi. 2008'in sonunda, ESA, uzay lazer iletişim sistemlerinin geliştirilmesini ve uygulanmasını olgun bir aşamaya getirmek ve bir iş modelinde çalışmak için "Avrupa Veri Aktarma Sisteminde" (EDRS) lazer iletişim terminalleri uygulamaya karar verdi. Son yıllarda, "Avrupa Veri Aktarma Sistemi" bir dizi atılım gerçekleştirerek dünyanın ilk ticari yüksek hızlı uzay lazer iletişim sistemi haline geldi.
"European Data Relay System", ESA ve Airbus Defence and Space tarafından "kamu-özel ortaklığı" mekanizması altında ortaklaşa geliştirilen dünyanın ilk bağımsız işletilen ticari uzay lazer iletişim sistemidir. Sistemden ESA sorumludur. Araştırma ve geliştirme için Airbus Defence and Aerospace, projenin ana yüklenicisi olarak sistemin inşası, başlatılması ve işletilmesinden sorumludur. "Avrupa Veri Aktarma Sistemi", düşük Dünya yörüngesindeki uydular ve sabit yörüngedeki hava platformları için büyük miktarda veriyi gerçek zamanlı olarak Avrupa yer istasyonuna iletmek ve iletmek için lazer iletişim teknolojisini kullanır. "Avrupa Veri Aktarma Sistemi" sisteminin ilk aşamasının uzay bölümü, iki konumsal yörünge düğümünü, yani EDRS-A veri rölesi yükü ve veri röle yükü ile donatılmış EDRS-C'ye özel uydu içerir.
"Avrupa Veri Aktarma Sistemi" nin ilk lazer iletişim rölesi yükü, EDRS-A, 30 Ocak 2016 tarihinde başarıyla başlatıldı ve dünyanın ilk uydu lazer iletişimi işletim sistemini kurma yolunda önemli bir adım oldu. EDRS-A, iki yönlü uydular arası lazer ve Ka-bandı bağlantıları sağlayabilir ve uydular arası iletim hızı 1,8 Gbit / s'ye ulaşabilir. EDRS-A, bir dizi yörünge içi testini tamamladıktan sonra, Haziran 2016'da Avrupa Sentinel 1A radar uydusunun görüntülerini başarıyla iletti ve Temmuz 2016'da operasyon aşamasına girdi. EDRS-A yükünün yörüngede gerçekleşmesi, Avrupa'nın uydular arası yüksek hızlı lazer iletişim teknolojisinin ticari uygulamasının gerçekleştirilmesinde başı çektiğini ve Avrupa havacılık teknolojisinin son yıllarda hızla gelişmesinde önemli bir kilometre taşı olduğunu göstermektedir.
ESA, "Avrupa Veri Aktarma Sistemi" ni 2020 yılında küresel bir kapsama sistemine genişletmeyi, omurga olarak lazer veri rölesi uyduları ve yükleri ile uzay tabanlı bir bilgi ağı oluşturmayı ve uydu ve hava platformu gözlem verilerinin neredeyse gerçek zamanlı iletimini gerçekleştirmeyi planlıyor. EDRS, yalnızca Avrupa havacılık faaliyetlerinde uzay veri iletim hızı, iletim hacmi ve gerçek zamanlı performans için artan talebi karşılamakla kalmayacak, aynı zamanda Avrupa'yı Avrupa dışındaki yer istasyonlarına bağımlılıktan kurtaracak ve uzay iletişiminin stratejik bağımsızlığını sürdürecektir. ESA, ABD Savunma Bakanlığı'nın ve insansız hava aracı filosunun gelecekte EDRS için ana pazar olacağına inanıyor.
Japonya'da Lazer Haberleşme Terminalinin Minyatürleştirilmesi Araştırması
Japonya, uzay lazer iletişim teknolojisi araştırmalarını yürütmek için ağırlıklı olarak uluslararası işbirliğini benimsiyor. "Yer yörüngesi lazer iletişiminin gösterilmesi ve doğrulanması" gibi ilk projeler, dünyanın ilk düşük yörüngeli uydu ve yer istasyonunu ve mobil optik yer istasyonunu gerçekleştirerek büyük başarı elde etti. Lazerler arası iletişim deneyi. Son yıllarda uzay lazer iletişim teknolojisinin avantajlarını korumak amacıyla Japonya, lazer iletişim terminallerinin minyatürleştirme, hafiflik ve düşük güç tüketimi yönünde gelişmeye başlamıştır.
Uzayda iletişim uydusu
"Uzay Optik İletişim Araştırması İleri Teknoloji Uydu" programı Japonya'nın "Uzay Optik İletişim Araştırması İleri Teknoloji Uydusu" programı, 50 kg sınıfı küçük uydular için uygun "küçük optik iletişim terminallerini" doğrulamayı amaçlamaktadır. Mayıs 2014'te "Küçük Optik İletişim Terminali" düşük yörüngeli küçük bir uydu ile yörüngeye fırlatıldı ve düşük yörüngeli uydudan yere lazer iletişim deneyi Ağustos'tan Kasım 2014'e kadar başarıyla gerçekleştirildi. "Küçük optik iletişim terminalinin" toplam kütlesi yalnızca 5,8 kilogramdır, en uzun iletişim mesafesi 1.000 kilometredir ve aşağı bağlantı iletişim hızı 10 Mbit / s'dir. Kesinlikle güvenli bir küresel optik iletişim ağı oluşturabilir, bu da uçakların ve uyduların yüksek çözünürlük toplamasını mümkün kılar Görüntü verileri uzay lazer iletişim bağlantısı aracılığıyla yer istasyonuna indirilebilir.
"Lazer Veri Aktarma Uydu" programı Japonya 9 Ocak 2015'te duyurdu, "Uzay Temel Planı" nın yeni sürümü resmi olarak "Lazer Veri Aktarma Uydusu" programını içeriyordu ve 2015 mali yılında 3.208 milyar yen tahsis etti. Başlangıç finansmanı. Japonya, 2019 yılında mevcut veri röle sisteminin mikrodalga bağlantısını bir lazer bağlantısıyla değiştirerek ve lazerler aracılığıyla gelişmiş optik uydular gibi yeni nesil yüksek çözünürlüklü yer gözlem uyduları arasında iletişimi gerçekleştirerek bir "lazer veri röle uydusu" başlatmayı planlıyor. Önceden ayarlanmış iletişim hızı saniyede 2,5 gigabit olup, Japonya'nın daha yüksek hızda gerçek zamanlı gözlem yetenekleri elde etmesini sağlayacaktır.
Harika bir uygulama değeri içerir
Uzay lazer iletişiminin yüksek hızı ve yüksek güvenliği, uzay faaliyetlerinde uzay veri iletim hızı, iletim hacmi ve gerçek zamanlı performans için artan talebi karşılamaya devam edecek ve kesinlikle onu gelecekte uzay iletişiminin ana biçimi haline getirecektir. Uzay lazer iletişiminin içerdiği muazzam uygulama değerinin derinlemesine araştırılması ve kullanılması, mevcut uzay bilgisi iletiminin ve gelecekteki derin uzay keşiflerinin gerçek zamanlı ve güvenliğini artırmak için büyük önem taşımaktadır.
Mars Keşif Gezgini'nin Mars üzerindeyken bir simülasyon diyagramı
Bilgi savaşında iletişim bant genişliği için sürekli artan talebi karşılayın. Modern bilgi savaşının iletişim bant genişliği için artan bir talebi vardır.Örneğin, savaş alanı uzaktan algılama ve haritalama bilgisi, gerçek zamanlı savaş yüksek çözünürlüklü görüntüler ve güçlü parazit ve karmaşık elektromanyetik ortamlar altında komut etkileşimi, istisnasız, iletişimi sağlamak için istikrarlı bilgi aktarım teknolojisine ihtiyaç duyar. Sistem bant genişliği kaynaklarına olan talep önemli ölçüde artmıştır. Geleneksel mikrodalga uydu iletişim sistemlerinin yüksek maliyeti ve uydu yörünge kaynakları ve spektrum kaynaklarının artan sıkıntısı nedeniyle, savaş savaşçılarının gerçek zamanlı savaş alanı durum verilerini elde etmek için acil ihtiyaçlarını karşılamak zordur.
Uzay lazer iletişim sistemi, bant genişliğini iyileştirmek için büyük bir alana sahiptir, daha yüksek veri aktarım hızına ulaşabilir ve muharebe alanında büyük bilgilerin gerçek zamanlı aktarımını tam olarak garanti edebilir. Aynı zamanda, lazer alıcı-vericisi ve sinyal işleme cihazı küçük boyutlu, hafiftir ve güç tüketiminde düşüktür.Uydu üzerinde birden fazla lazer alıcı-vericiyi donatmak mümkün olup, veri aktarım oranını daha da artırabilen çoklu antenli lazer iletişim teknolojisinin daha sonraki gelişimi için temel oluşturur. Savaş alanı bilgilerinin zamanında iletilmesini sağlayın.
Savaş alanı veri iletiminin güvenliğini ve istikrarını sağlayın. Muharebe alanı veri iletiminin güvenliği ve istikrarı, muharebe birimi bilgi avantajlarının tam olarak elde edilmesini ve muharebe etkinliğinin tam olarak sergilenmesini sağlamak için gereklidir. Spektrum planlamasının açıklığı ve geleneksel mikrodalga iletişim teknolojisindeki sinyal yan kulp sızıntısı sorunu nedeniyle, düşmanın sinyal algılama ekipmanı aracılığıyla sinyali analiz etmesi ve kırması çok kolaydır, bu da güvenlik risklerine neden olur. Aynı zamanda, olgunlaşmış yüksek güçlü geniş bant elektromanyetik darbe teknolojisi, geleneksel uydu iletişim teknolojisinin savaş alanına müdahale etmesine ve savaş alanı sistemi bilgi haklarını kaybetmesine neden olacaktır.
Uzay lazer iletişimi yüksek güvenlik özelliklerine sahiptir ve çalınması ve müdahale edilmesi zordur.Geleneksel mikrodalga iletişim teknolojisinin eksikliklerini tamamen ortadan kaldırır. Son derece güçlü yönlü ışını, sinyal sızıntısını neredeyse ihmal edilebilir hale getirir ve lazer iletişiminin yüksek frekansı ve frekansı Yüksek bant genişliği, geleneksel girişim bastırma yöntemlerini de geçersiz kılacaktır.
Dünya'ya yakın görevler ve derin uzay görevleri için verimli uzay iletişimini gerçekleştirin. Lazer iletişim teknolojisinin, veri aktarım hızını radyo frekansı iletişiminin en az 10 ila 100 katı kadar artırması bekleniyor ve düşük dünya yörüngesinden yıldızlararasıya kadar tüm uzay bölgelerindeki veri aktarım hızını büyük ölçüde artırarak Dünya'ya yakın görevlerin ve derin uzay görevlerinin uzay iletişimini daha verimli hale getirebilir. . Daha yüksek veri aktarım hızı, canlı videonun gelecekte güneş sistemindeki herhangi bir yerden iletilebileceği ve insanlı derin uzay keşif görevlerinin iletişim bant genişliğinin artırılabileceği anlamına gelir, böylece araştırmacıların bilimsel verileri daha hızlı toplamasına, toz fırtınalarını veya uzay aracı inişlerini vb. İncelemelerine yardımcı olur. Beklenmedik olaylar, hatta diğer gezegenlerin yüzeylerinden videolar göndermek.
Uzay lazer iletişim ağı kurulduğunda, insanların aya hızlı ve güvenilir bir veri bağlantı ağı açabileceği ve hatta Mars'a ve daha uzak gezegenlere bağlanarak insanlığın uzak yıldızları fethetmesi için önemli iletişim desteği sağlayabileceği düşünülebilir.
Kaynak | Military Digest
