Лазерна система OPALS - новий рівень космічних комунікацій
В інтернет-комунікаціях є проблема, звана "проблемою останньої половини милі". Ця проблема виникає у зв'язку з тим, що в більшості випадків користувачі підключаються до обладнання провайдера, пов'язаного з високошвидкісними оптичними каналами, за допомогою старомодних мідних проводів, і ця проблема стає причиною обмеження швидкості підключення. В області космічних комунікацій теж існує подібна проблема, яку можна назвати проблемою останніх 250 миль" і яка служить причиною повільної, ненадійною зв'язку з бортом Міжнародної космічної станції (МКС), іншими космічними апаратами на навколоземній орбіті і в далекому космічному просторі. Для вирішення цієї проблеми фахівцями НАСА в рамках проекту Optical Payload for Lasercomm Science (OPALS) розроблена нова лазерна комунікаційна система, використання якої, за попередніми розрахунками, зможе підвищити швидкість каналу зв'язку з МКС та іншими космічними кораблями в 10-100 разів.
Якщо ви вважаєте, що поняття "космос" і "лазери" нерозривно пов'язані один з одним, то ви глибоко помиляєтеся. В даний час лазери в космосі використовуються хіба що для розстрілу каменів на Марсі, ні про які лазерних космічних комунікаціях на відстані в тисячі, десятки, сотні тисяч і мільйони кілометрів мови поки не йде. Правда, в 1962 році вчені змусили лазерний промінь відбитися від Місяця, але вони націлювали свій лазер на спеціальний відбивач, доставлений на Місяць одним із дослідницьких апаратів програми Apollo. А всі нинішні космічні комунікації і донині використовують ненадійні і примхливі радіохвилі.
Але область космічних польотів і досліджень переживає в даний час щось на зразок буму, в неї вкладаються самі останні досягнення науки і техніки, цьому в чималій мірі сприяє те, що до космосу почали виявляти підвищений інтерес багато приватні компанії. Оскільки космічні технології та космічна техніка розвиваються семимильними кроками, комунікаційні технології не повинні відставати від загального рівня для того, щоб впоратися із зростаючими потоками інформації, переданої в космос і назад. І звичайні комунікаційні радіоканали на цьому тлі виглядають подібно допотопному телеграфу порівняно з сучасним мобільним телефоном. Для рішення виникає, точніше, давно вже виник вузького місця, потрібні нові рішення, і в разі системи OPALS - це лазери.
"Система OPALS являє собою першу експериментальну майданчик для розробки технологій лазерних космічних комунікацій, а Міжнародна космічна станція буде виступати в ролі полігону для випробувань системи OPALS" - розповідає Майкл Кокоровский (Michael Kokorowski), керівник проекту OPALS і співробітник Лабораторії НАСА з вивчення реактивного руху (Jet Propulsion Laboratory, JPL), - "Майбутні лазерні комунікаційні системи, які будуть розроблені на базі технологій OPALS, зможуть забезпечити обмін великими обсягами інформації, що усуне вузьке місце, яке в деяких випадках стримує наукові дослідження і комерційні підприємства".
Система OPALS являє собою герметичний контейнер, в якому знаходиться електроніка, за допомогою оптичного кабелю пов'язана з лазерним приймально-передавальним пристроєм. До складу пристрою входить лазерний коліматор і камера спостереження, встановлені на рухомій платформі. Установка OPALS буде відправлена на борт МКС на борту космічного корабля Dragon, який відправиться в космос в грудні цього року. Після доставки контейнер і передавач будуть встановлені зовні станції і почнеться 90-денна програма польових випробувань системи.
З Землі фахівцями лабораторії Optical Communications Telescope Laboratory в бік космічної станції буде посланий промінь лазерного світла, який виступить в якості маяка. Обладнання системи OPALS, вловивши цей сигнал, з допомогою спеціальних приводів націлить свій передавач на наземний телескоп, який буде служити в якості приймача, і передасть відповідний сигнал. У разі відсутності перешкод на шляху поширення променів лазерного світла комунікаційний канал буде встановлений і за нього почнеться передача відео - і телеметричної інформації, яка в перший раз буде тривати близько 100 секунд.
"Все це виглядає досить просто, але насправді все інакше. В якості порівняння можна навести те, що це еквівалентно спробі потрапити на ходу з відстані в 10 метрів променем лазерної указки і утримати його на точці, розміром менше діаметра людського волосся", - розповідає Богдан Оайда (Bogdan Oaida), інженер програми OPALS, - "Але гра варта свічок. Смуга пропускання лазерного каналу набагато ширше смуги пропускання радіоканалу і за той короткий час, поки буде встановлений лазерний канал, через нього можна буде передати набагато більше даних, ніж через радіоканал за цілу добу".