Войти
Схема, на которой показаны два спутника на солнечных батареях, оптически связывающиеся в космосе с помощью лазеров. Лазерная связь в космосе оптическая связь в свободном пространстве в космическом пространстве.
В космическом пространстве дальность связи оптической связи в свободном пространстве в настоящее время составляет порядка нескольких тысяч километров, что подходит для между -спутниковая служба. Он может преодолевать межпланетные расстояния в миллионы километров, используя оптические телескопы в качестве расширителей луча.
20 января 1968 года телекамера лунного посадочного модуля Surveyor 7 успешно обнаружила два аргоновых лазеры от Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне и Обсерватории Тейбл-Маунтин в Райтвуде, Калифорния.
в В 1992 году зонд Galileo доказал успешное одностороннее обнаружение лазерного излучения с Земли, поскольку два наземных лазера были замечены с расстояния 6 миллионов км.
Первый успешный лазерная связь из космоса была проведена в Японии в 1995 году между спутником JAXA ETS-VI GEO и оптической наземной станцией 1,5 м NICT в Токио (Япония) со скоростью 1 Мбит / с
В ноябре 2001 года первая в мире лазерная межспутниковая связь была достигнута в космосе с помощью спутника Европейского космического агентства Artemis, обеспечивающего оптическую линию передачи данных с CNES Спутник наблюдения Земли SPOT 4.
В мае 2005 года лазерный высотомер Mercury на борту MESSENGER <192 установил рекорд расстояния для двусторонней связи.>космический корабль. Этот инфракрасный неодимовый лазер с диодной накачкой, разработанный как лазерный высотомер для орбитального полета Меркурия, мог передавать данные на расстояние до 24 миллионов км (15 миллионов миль), когда аппарат приближался к Земле на лету. -by.
В 2006 году в Японии была проведена первая лазерная связь по нисходящей линии связи НОО-Земля со спутника JAXA OICETS LEO и оптической наземной станции NICT.
В В 2008 году ЕКА использовало технологию лазерной связи, предназначенную для передачи 1,8 Гбит / с на расстояние 45 000 км, расстояние между линиями LEO - GEO. Такой терминал был успешно испытан в ходе орбитальной проверки с использованием немецкого радиолокационного спутника TerraSAR-X и американского спутника NFIRE. Два терминала лазерной связи (LCT), использованные во время этих испытаний, были построены немецкой компанией Tesat-Spacecom в сотрудничестве с Немецким аэрокосмическим центром (DLR).
Изображение оптического модуля LLCD 
Успешный эксперимент OPALS В январе 2013 года NASA использовало лазеры для передачи изображения Моны Лизы на Лунный разведывательный орбитальный аппарат находится на расстоянии примерно 390000 км (240 000 миль). Чтобы компенсировать атмосферные помехи, был реализован алгоритм кода исправления ошибок, аналогичный тому, который используется в компакт-дисках.
В сентябре 2013 года система лазерной связи была одним из четырех научных инструментов, запущенных с НАСА Миссия исследователя лунной атмосферы и пылевой среды (LADEE). После месячного полета к Луне и 40-дневной проверки космического корабля эксперименты с лазерной связью проводились в течение трех месяцев в конце 2013 - начале 2014 года. Первоначальные данные были получены с демонстрации лунной лазерной связи (LLCD) оборудование LADEE установило рекорд космической полосы пропускания в октябре 2013 года, когда прошли первые испытания с использованием импульсного лазерного луча для передачи данных на расстояние 385000 километров (239000 миль) между Луной и Землей. данные с «рекордной скоростью загрузки 622 мегабит в секунду (Мбит / с )», а также продемонстрировали безошибочную загрузку данных со скоростью 20 Мбит / с от наземной наземной станции до LADEE на лунной орбите. LLCD - это первая попытка НАСА установить двустороннюю космическую связь с использованием оптического лазера вместо радиоволн и, как ожидается, приведет к созданию действующих лазерных систем в НАСА. спутники будущего.
В ноябре 2013 года впервые была успешно продемонстрирована лазерная связь с реактивной платформы Торнадо. Лазерный терминал немецкой компании Mynaric (ранее ViaLight Communications) использовался для передачи данных со скоростью 1 Гбит / с на расстояние 60 км и со скоростью полета 800 км / ч. Дополнительными проблемами в этом сценарии были быстрые маневры полета, сильные вибрации и эффекты атмосферной турбулентности. Демонстрация финансировалась EADS Cassidian Германия и проводилась в сотрудничестве с Немецким аэрокосмическим центром DLR.
. В ноябре 2014 года впервые в истории использовалась связь на базе гигабитного лазера как часть Европейская система ретрансляции данных (EDRS). Дальнейшие демонстрации системы и эксплуатационных услуг были проведены в 2014 году. Данные со спутника EU Sentinel-1A на низкой околоземной орбите передавались по оптическому каналу на спутник ESA-Inmarsat Alphasat на геостационарной орбите, а затем ретранслируется на наземную станцию с использованием обычного нисходящего канала Ka диапазона. Новая система может предложить скорость до 7,2 Гбит / с. Лазерный терминал на Alphasat называется TDP-1 и до сих пор регулярно используется для испытаний. Первый терминал EDRS (EDRS-A) для продуктивного использования был запущен в качестве полезной нагрузки на космическом корабле Eutelsat EB9B и стал активным в декабре 2016 года. Он регулярно загружает большие объемы данных с космических кораблей Sentinel 1A / B и Sentinel 2A / B в земля. На данный момент (апрель 2019 г.) выполнено более 20000 каналов (11 ПБит).
В декабре 2014 г. OPALS НАСА объявило о прорыве в области лазерной связи космос-земля, загрузив его по адресу скорость 400 мегабит в секунду. Система также может восстановить отслеживание после потери сигнала из-за облачности. Эксперимент OPALS был запущен 18 апреля 2014 года на МКС с целью дальнейшей проверки возможности использования лазера для передачи данных на Землю из космоса.
Первый НОО демонстрация наземной лазерной связи с использованием микроспутника (SOCRATES ) была проведена NICT в 2014 году, а первые квантово-ограниченные эксперименты из космоса были проведены с использованием того же спутника в 2016 году.
. В феврале 2016 года Google X объявил о достижении стабильной лазерной связи между двумя стратосферными шарами на расстоянии 62 миль (100 км) в рамках Проект Loon. Соединение было стабильным в течение многих часов днем и ночью и достигло скорости передачи данных 155 Мбит / с.
В июне 2018 года сообщалось, что в лаборатории подключения Facebook (связанной с Facebook Aquila ) обеспечить двунаправленное соединение воздух-земля со скоростью 10 Гбит / с в сотрудничестве с Mynaric. Испытания проводились с обычного самолета Cessna на расстоянии 9 км от наземной оптической станции. Несмотря на то, что в тестовом сценарии вибрации платформы, атмосферная турбулентность и профили угловой скорости были хуже, чем для целевой платформы в стратосфере, восходящий канал работал безупречно и всегда достигал 100% пропускной способности. Пропускная способность нисходящей линии связи иногда падала примерно до 96% из-за неидеального программного параметра, который, как утверждается, легко исправить.
В апреле 2020 года Малый оптический канал для Международной космической станции (SOLISS), созданный JAXA и Sony Computer Science Laboratories установили двунаправленную связь между Международной космической станцией и телескопом Национального института информационных и коммуникационных технологий Японии.
Лазерная связь в глубоком космосе будет проверена в ходе миссии Psyche на астероид главного пояса 16 Psyche, запуск которой запланирован на 2022 год. Система называется Deep Космическая оптическая связь, и ожидается, что она увеличит характеристики и эффективность связи космических аппаратов в 10-100 раз по сравнению с обычными средствами.
NICT продемонстрирует в 2022 году самую быструю двунаправленную лазерную связь между орбитой GEO и землей на 10 Гбит / с при использовании HICALI (High- скорость Связь с Advanced Laser Instrument) терминал lasercom на борту спутника ETS-9 (Engineering Test Satellite IX), а также первый межспутниковый канал на такой же высокой скорости между CubeSat на LEO и HICALI на GEO год спустя.
Многонациональные корпорации, такие как SpaceX, Facebook и Google, а также серия стартапов в настоящее время разрабатывает различные концепции, основанные на технологии лазерной связи. Наиболее многообещающие коммерческие приложения могут быть найдены при объединении спутников или высотных платформ для создания высокопроизводительных оптических магистральных сетей. Другие приложения включают передачу больших объемов данных непосредственно со спутника , самолета или беспилотного летательного аппарата (БПЛА) на землю.
Несколько компаний хотят использовать лазерную связь в космосе для группировок спутников на низкой околоземной орбите, чтобы обеспечить глобальный высокоскоростной доступ в Интернет. Аналогичные концепции используются для сетей самолетов и стратосферных платформ.
| Проект | Концепция проекта | Среда | Сценарий | Скорость передачи данных | Поставщик | Статус |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Европейская система ретрансляции данных (EDRS) | Ретрансляция данных на спутники GEO с LEO спутников наблюдения Земли и для разведывательных, наблюдательных и разведывательных миссий | GEO, LEO | Space-to-space | 1,8 Гбит / с | Tesat-Spacecom | Operational |
| Laser Light Communications | Спутниковая группировка для глобальных телекоммуникаций, создающих оптическую магистральную сеть в космосе | MEO | космос-космос, космос-земля | 100 Гбит / с | Ball Aerospace Technologies | Разработка |
| BridgeComm | Прямые данные по нисходящему потоку от LEO спутников наблюдения Земли на землю | LEO | Space-to- наземный | 1 Гбит / с | Surrey Satellite Technology | Разработка |
| Cloud Constellation | Безопасное хранение данных на спутниках и безопасное межконтинентальное соединение на | LEO | Космос-космос | Разработка | ||
| LeoSat | Спутниковая мега-группировка для глобальных телекоммуникаций | LEO | Космос-космос | Thales Alenia Space | Прервано | |
| Starlink | Спутниковое мегагозвездие для глобальных телекоммуникаций | LEO | Space- to-space | SpaceX / Starlink | Operational | |
| Telesat Созвездие LEO | Спутниковое мегагозвездие для глобальных телекоммуникаций | LEO | Космос-космос | Разработка | ||
| Аналитический космос | Гибридная сеть РЧ / оптической ретрансляции данных в космосе для спутников наблюдения Земли | НОО | Космос-земля | Разработка | ||
| Google Loon | Телекоммуникации для сельских и удаленных районов, обеспечиваемые сетью стратосферных аэростатов | Stratosphere | Воздух-воздух | 0,155 Гбит / с | Разработка | |
| Facebook Aquila | Телекоммуникации для сельских и удаленных районов, обеспечиваемые сетью высотные платформы | Stratosphere | воздух-воздух, воздух-земля | 10 Гбит / с | Mynaric | Terminated |
| Airborne Wireless Сеть | Телекоммуникации и развлечения в полете, предоставляемые сетью из коммерческих самолетов | Troposphere | Воздух-воздух | 10 Гбит / s | Mynaric | Разработка |
Значительный рынок оборудования для лазерной связи может образоваться, когда эти проекты будут полностью реализованы. Новые достижения поставщиков оборудования позволяют использовать лазерную связь при одновременном снижении затрат. Модуляция луча дорабатывается, как ее программное обеспечение, так и подвесы. Решены проблемы с охлаждением и улучшена технология обнаружения фотонов. В настоящее время на рынке действуют следующие известные компании:
| Компания | Статус продукта |
|---|---|
| Ball Aerospace Honeywell [1] | в разработке |
| Hensoldt [2] | |
| LGS Innovations | |
| Mynaric [3] | |
| Sony | в разработке |
| Surrey Satellite Technology | в разработке |
| Tesat-Spacecom [4] | в производстве |
| Thales Alenia Space | |
| Transcelestial [5] | в разработке |
| ОАО «Мостком» | в разработке |
Была предложена безопасная связь с использованием лазерного интерферометра с N-щелью, где лазерный сигнал принимает форму интерферометрического рисунка, и любая попытка перехватить сигнал вызывает коллапс интерферометрической картины. Этот метод использует совокупности неотличимых фотонов и, как было продемонстрировано, работает на расстояниях распространения, представляющих практический интерес, и, в принципе, его можно применять на больших расстояниях в космосе.
При наличии доступной лазерной технологии и с учетом расходимости По интерферометрическим сигналам дальность связи спутник -спутник оценивается примерно в 2000 км. Эти оценки применимы к группе спутников, вращающихся вокруг Земли. Для космических аппаратов или космических станций дальность связи увеличится до 10 000 км. Такой подход к безопасной связи космос-космос был выбран Laser Focus World как одна из лучших фотонных разработок 2015 года.
