НАСА та ЄКА готують масштабні випробування системи космічних лазерних комунікацій
З моменту запуску першого штучного супутника Землі в 1957 році, всі космічні комунікації працюють за рахунок передачі і прийому радіохвиль. Технологія радіозв'язку в нинішній час є досить досконалою, надійною технологією, але, на жаль, її можливості починають наближатися до максимальних меж, а обсяги переданої інформації постійно збільшуються по експоненті. Експерти в області космічних комунікацій прогнозують, що така тенденція буде зберігатися і надалі. Тому NASA і Європейське космічне агентство (ЄКА) останнім часом інтенсивно ведуть пошуки нових рішень, які дозволять їм подолати обмеження, що накладаються використовуваними радіоканалами на швидкість і обсяг переданої інформації.
В рамках цих спільних зусиль фахівці ЄКА вже закінчують тести і випробування частині нових лазерних комунікаційних система, а фахівці НАСА вже пробували за допомогою лазера передати інформацію на місячний орбітальний апарат. Наступним етапом стане демонстрація лазерного широкосмугового комунікаційного каналу, яка відбудеться в жовтні цього року і під час якої дані з Землі будуть передані на місячний орбітальний апарат і назад.
Лазери широко використовуються при передачі великих обсягів даних по волоконно-оптичним кабелям. Їх використання в космосі володіє ще більшим потенціалом, відсутність фізичного середовища передачі дозволить отримати швидкість передачі інформації до 622 мегабіт в секунду. Інша перевага лазерів полягає в тому, що світло має довжину хвилі, меншу в 10 тисяч разів, ніж довжина хвилі використовуються в космічних комунікаціях радіохвиль. Це означає, що світло лазера може поширюватися більш вузьким променем і вимагатиме менших за розмірами приймальних пристроїв для того, щоб отримати сигнал достатньою для обробки амплітуди. Крім збільшення рівня безпеки космічних комунікацій, це дозволить зменшити вагу, габарити комунікаційного обладнання, на доставку якого в космос витрачаються не такі вже й малі кошти.
Згідно з інформацією, наданою фахівцями НАСА, впровадження лазерних широкосмугових космічних комунікацій дозволить реалізувати дистанційне керування космічними апаратами в режимі реального часу з одночасною передачею від апарату високоякісного тривимірного зображення. В якості прикладу фахівці НАСА наводять, що для того, щоб передати повнометражний фільм в HD-якості з допомогою радіоканалу S-діапазону потрібно близько 639 годин часу, за допомогою системи лазерних комунікацій LLCD це займе всього вісім хвилин.
Випробувальної платформою в жовтні виступить дослідний орбітальний космічний апарат Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE). Як випливає з його назви, основним призначенням цього апарату є вивчення дуже розрідженої атмосфери Місяця і пилу, піднятого над поверхнею за рахунок статичних електричних зарядів. Космічний апарат LADEE виготовлений на базі універсального модуля Modular Common Spacecraft Bus і в числі його основних чотирьох інструментів буде знаходитися пристрій Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD).
Пристрій LLCD в чомусь подібно пристрою OPALS, створеному фахівцями ЄКА. Але, на відміну від останнього, яке буде перевірятися на дистанції в кілька сотень кілометрів, що розділяють поверхню Землі і Міжнародну космічну станцію, пристрій LLCD буде проходити перевірку відразу на дистанції понад 360 тисяч кілометрів. Під час випробувань буде здійснена передача сотень мільйонів імпульсів лазерного світла, джерелом яких стане термінал Lunar Lasercomm Space Terminal (LLST). Цей термінал являє собою систему, розроблену інженерами і вченими Массачусетського технологічного інституту, що складається з трьох модулів, оптичного телескопа з 10.1-сантиметровим дзеркалом, установленим на рухомий підвісці зовні космічного апарату LADEE, модему і модуля керуючої електроніки. Рухома підвіска служить не тільки для орієнтації телескопа, вона націлює на Землю інфрачервоний лазер потужністю 0.5 Вт, що дозволить і одержувати і передавати дані зі швидкістю порядку 20 мегабіт в секунду.
Передані дані будуть прийняті трьома наземними станціями, Нью-Мексико, в Каліфорнії і в Іспанії. На цих станціях буде використовуватися пристрій Lunar Lasercomm Ground Terminal (LLGT), до складу якого входить вісім телескопів, з діаметром дзеркал від 15 до 43 сантиметрів, розміщених на рухомій платформі.
Місячний орбітальний апарат LADEE буде запущений в середині вересня на борту ракети-носія Minotaur V, яка стартує з космодрому Центру космічних польотів НАСА імені Годдарда. Через чотири тижні, після того, як апарат досягне Місяця і займе стійку кругову орбіту, він почне свої дослідження і візьме участь у тестуванні космічної лазерної комунікаційної системи.