Aufzeichnung der Laserkommunikation im Weltraum, wie viel Raum für Fantasie?Teil eins

Kürzlich hat die US-Sonde Spirit einen Laserkommunikationstest im Weltraum mit Bodeneinrichtungen in 16 Millionen Kilometern Entfernung abgeschlossen und damit einen neuen Distanzrekord für optische Weltraumkommunikation aufgestellt. Was sind also die Vorteile vonLaserkommunikation? Welche Schwierigkeiten müssen aufgrund der technischen Prinzipien und Missionsanforderungen überwunden werden? Wie sind die Aussichten für eine zukünftige Anwendung im Bereich der Weltraumforschung?

Technologische Durchbrüche, keine Angst vor Herausforderungen
Die Erforschung des Weltraums ist eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe für Weltraumforscher, die das Universum erforschen. Sonden müssen den entfernten interstellaren Raum durchqueren, extreme Umgebungen und raue Bedingungen überwinden, wertvolle Daten erfassen und übertragen, und Kommunikationstechnologie spielt eine entscheidende Rolle.

Schematische Darstellung vonLaserkommunikation im WeltraumExperiment zwischen der Spirit-Satellitensonde und dem Bodenobservatorium

Am 13. Oktober startete die Spirit-Sonde und begann eine Erkundungsreise, die mindestens acht Jahre dauern wird. Zu Beginn der Mission arbeitete es mit dem Hale-Teleskop am Palomar-Observatorium in den Vereinigten Staaten zusammen, um die Laserkommunikationstechnologie im Weltraum zu testen und dabei Nahinfrarot-Laserkodierung zur Datenkommunikation mit Teams auf der Erde zu verwenden. Zu diesem Zweck müssen der Detektor und seine Laserkommunikationsausrüstung mindestens vier Arten von Schwierigkeiten überwinden. Dementsprechend verdienen die Entfernung, Signaldämpfung und -interferenz, Bandbreitenbegrenzung und -verzögerung, Energiebegrenzung und Wärmeableitungsprobleme Beachtung. Forscher haben diese Schwierigkeiten schon lange vorhergesehen und sich darauf vorbereitet. Sie haben eine Reihe von Schlüsseltechnologien durchbrochen und damit eine gute Grundlage für die Durchführung von Laserkommunikationsexperimenten im Weltraum mit der Spirit-Sonde gelegt.
Erstens verwendet der Spirit-Detektor eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungstechnologie, einen ausgewählten Laserstrahl als Übertragungsmedium und ist mit einem ausgestattetHochleistungslaserSender, mit den Vorteilen vonLaserübertragungGeschwindigkeit und hoher Stabilität, um Laserkommunikationsverbindungen in der Weltraumumgebung herzustellen.
Zweitens verwendet der Spirit-Detektor zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Stabilität der Kommunikation eine effiziente Codierungstechnologie, die durch Optimierung der Datencodierung eine höhere Datenübertragungsrate innerhalb der begrenzten Bandbreite erreichen kann. Gleichzeitig kann durch den Einsatz der Technologie der Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung die Bitfehlerrate reduziert und die Genauigkeit der Datenübertragung verbessert werden.
Drittens realisiert die Sonde mit Hilfe intelligenter Planungs- und Steuerungstechnik die optimale Nutzung der Kommunikationsressourcen. Die Technologie kann Kommunikationsprotokolle und Übertragungsraten automatisch an Änderungen der Aufgabenanforderungen und der Kommunikationsumgebung anpassen und so die besten Kommunikationsergebnisse unter begrenzten Energiebedingungen gewährleisten.
Um schließlich die Signalempfangsfähigkeit zu verbessern, verwendet die Spirit-Sonde die Mehrstrahl-Empfangstechnologie. Diese Technologie verwendet mehrere Empfangsantennen, um ein Array zu bilden, das die Empfangsempfindlichkeit und Stabilität des Signals verbessern und dann eine stabile Kommunikationsverbindung in der komplexen Weltraumumgebung aufrechterhalten kann.

Die Vorteile liegen auf der Hand und liegen im Geheimnis verborgen
Die Außenwelt ist nicht schwer zu finden, dass dasLaserist das Kernelement des Deep-Space-Kommunikationstests der Spirit-Sonde. Welche spezifischen Vorteile hat der Laser also, um den signifikanten Fortschritt der Deep-Space-Kommunikation zu unterstützen? Was ist das Geheimnis?
Einerseits erfordert der wachsende Bedarf an riesigen Datenmengen, hochauflösenden Bildern und Videos für Weltraumforschungsmissionen zwangsläufig höhere Datenübertragungsraten für die Weltraumkommunikation. Angesichts der Kommunikationsübertragungsentfernung, die oft „anfangs“ mehrere zehn Millionen Kilometer beträgt, werden Funkwellen allmählich „machtlos“.
Während die Laserkommunikation im Vergleich zu Radiowellen Informationen über Photonen kodiert, haben Lichtwellen im nahen Infrarot eine schmalere Wellenlänge und eine höhere Frequenz, was den Aufbau einer räumlichen Datenautobahn mit effizienterer und reibungsloserer Informationsübertragung ermöglicht. Dieser Punkt wurde vorläufig in den frühen Weltraumexperimenten im erdnahen Orbit bestätigt. Nach entsprechenden Anpassungsmaßnahmen und der Überwindung atmosphärischer Störungen war die Datenübertragungsrate des Laserkommunikationssystems einst fast 100-mal höher als die der vorherigen Kommunikationsmittel.