С самого начала освоения космоса NASA использовало радиочастотные системы для связи с космонавтами и космическими кораблями. Однако по мере того, как космические миссии генерируют и собирают все больше данных, потребность в расширенных возможностях связи возрастает. LCRD задействует мощность лазерной связи, которая использует инфракрасный свет, а не радиоволны, для кодирования и передачи информации на Землю и с Земли.
И радиоволны, и лазерные инфракрасные световые волны представляют собой формы электромагнитного излучения с длинами волн в разных точках спектра. Миссии кодируют свои научные данные в электромагнитные сигналы для отправки обратно на Землю.
Инфракрасный свет, используемый для лазерной связи, отличается от радиоволн, потому что он возникает на гораздо более высокой частоте, что позволяет инженерам упаковывать больше данных в каждую передачу. Чем больше данных, тем больше информации и открытий о космосе одновременно.
Используя инфракрасные лазеры, LCRD будет отправлять данные на Землю с геостационарной орбиты со скоростью 1,2 гигабит в секунду. На такой скорости и на таком расстоянии вы можете скачать фильм менее чем за минуту.
Если вы были жили в конце 80-х — начале 90-х, вы помните скорость удаленного доступа в наземном Интернете — медленную и мучительную. Добавление лазерной связи к космическим кораблям похоже на использование человечеством высокоскоростного Интернета с такими технологиями, как волоконно-оптические сети: революционно.
Наши домашние интернет-соединения в наши дни позволяют видео, шоу и контенту высокой четкости достигать наших экранов почти мгновенно. Отчасти это связано с оптоволоконными соединениями, которые посылают лазерный свет, плотно упакованный данными, через пластиковые или стеклянные кабели, что ускоряет взаимодействие с пользователем.
Та же самая концепция — за исключением оптоволоконных кабелей — применяется к космической лазерной связи, которая позволяет космическим кораблям отправлять изображения и видео с высоким разрешением по лазерным каналам связи.
При наличии лазерной связи космический корабль может отправлять больше данных за одну загрузку. NASA и аэрокосмическая промышленность используют преимущества этих новых разработок и создают больше миссий, в которых используются лазеры в дополнение к радиочастотным спутникам.
LCRD — это спутник-ретранслятор с множеством высокочувствительных компонентов, обеспечивающих улучшенную связь. В качестве ретранслятора LCRD устраняет необходимость для пользовательских миссий иметь прямую видимость антенн на Земле. LCRD имеет два оптических терминала: один терминал принимает данные с космического корабля пользователя, а другой передает данные на наземные станции на Земле.
Модемы LCRD преобразуют цифровые данные в лазерные сигналы, которые затем передаются через закодированные лучи света, невидимые для человеческого глаза, оптическими модулями реле. LCRD может как отправлять, так и получать данные, создавая непрерывный путь для передачи данных миссии в космос и обратно. Вместе эти возможности делают LCRD NASA первым двухсторонним сквозным оптическим ретранслятором.
Это лишь некоторые из компонентов, составляющих полезную нагрузку LCRD, которая в совокупности имеет размер двухспального матраса.
Как только LCRD получает информацию и кодирует ее, полезная нагрузка отправляет данные на наземные станции на Земле, каждая из которых оснащена телескопами для приема света и модемами для преобразования закодированного света обратно в цифровые данные. Наземные станции LCRD известны как оптические наземные станции (OGS) -1 и -2 и расположены на Столовой горе в Южной Калифорнии и на вулкане Халеакала на Мауи, Гавайи.
Хотя лазерная связь может обеспечить повышенную скорость передачи данных, атмосферные возмущения, такие как облака и турбулентность, могут мешать лазерным сигналам, когда они проходят через атмосферу Земли. Места для размещения OGS-1 и OSG-2 были выбраны из-за их ясных погодных условий и удаленности, высокогорья. Большая часть погодных явлений в этих областях происходит ниже вершины гор, поэтому относительно чистое небо идеально подходит для лазерной связи.
LCRD докажет жизнеспособность лазерных систем связи с геостационарной орбиты - на высоте около 22 000 миль над поверхностью Земли. Прежде чем поддержать другие миссии, LCRD потратит два года на проведение испытаний и экспериментов . В это время OGS-1 и OGS-2 будут действовать как «миссии», посылая данные с одной станции на LCRD, а затем на другую.
LCRD проверит функциональность лазера с помощью экспериментов NASA, других правительственных агентств, академических кругов и коммерческих компаний. Некоторые из этих экспериментов включают изучение атмосферных возмущений на лазерных сигналах и демонстрацию надежных операций ретрансляции. Эти тесты позволят аэрокосмическому сообществу поучиться у LCRD и усовершенствовать технологию для будущего внедрения. NASA предоставляет эти возможности для расширения совокупности знаний о лазерной связи и содействия ее оперативному использованию.
После экспериментальной фазы LCRD будет поддерживать космические миссии, включая оптический терминал, который будет установлен на Международной космической станции. Этот терминал будет собирать данные о научных экспериментах на борту, а затем передавать информацию в LCRD для передачи на Землю.
LCRD — это первая в мире лазерная ретрансляционная система NASA. Однако в разработке находится много миссий , которые продемонстрируют и протестируют дополнительные возможности лазерной связи.
- Delivery CubeSat полезная нагрузка (TBird) продемонстрирует лазерные линии вниз на 200 Гбит - новый рекорд для лазерных связи скорость передачи данных;
- Первым пользователем LCRD станет встроенный пользовательский модем и усилитель на низкой околоземной орбите LCRD (ILLUMA-T) на борту космической станции. ИЛЛЮМА-Т обеспечит орбитальную лабораторию скоростью передачи данных 1,2 Гбит / с для передачи изображений и видео с высоким разрешением текущих экспериментов на Землю;
- Системы связи Orion Artemis II Оптический (O2O) терминал позволит фид видео сверхвысокой четкости над инфракрасным светом между Землей и Артемида II астронавтов покатили вокруг Луны.
- В 2026 году миссия "Психея" достигнет своего пункта назначения - астероида на расстоянии более 150 миллионов миль от Земли. Psyche будет нести полезную нагрузку Deep Space Optical;
- Communication (DSOC) для проверки лазерной связи на предмет специфических проблем, возникающих при исследовании дальнего космоса.
Все эти миссии помогут аэрокосмическому сообществу стандартизировать лазерную связь для реализации в будущих миссиях. Благодаря лазерам, освещающим путь, NASA может собирать из космоса больше информации, чем когда-либо прежде.