V rámci mise Transporter-5 letělo na raketě Falcon 9 hned několik zajímavých nákladů, které stojí za pozornost. Dnes se podíváme na náklad od NASA, která si při tomto startu nechala vynést misi PTD-3 (Pathfinder Technology Demonstrator 3), ve které najdeme technologický demonstrátor TBIRD (TeraByte InfraRed Delivery). Tento systém má otestovat vysokorychlostní přenos dat mezi CubeSatem na nízké oběžné dráze Země a povrchem Země. Díky očekávané přenosové kapacitě 200 Gbps by měl TBIRD dosáhnout nejrychlejšího datového přenosu po optické lince v historii NASA.
K obousměrné komunikaci s kosmickými sondami se ve většině případů používá osvědčených rádiových vln. Ovšem s tím, jak se blíží pilotovaný průzkum Měsíce (a později i Marsu), nebo jak se vyvíjí stále pokročilejší vědecké přístroje, objevuje se také potřeba disponovat efektivnějšími komunikačními systémy, které zvládnou přenést za stejný čas výrazně větší objem dat. Čím více dat z nějaké sondy přeneseme na Zemi, tím více poznatků z nich mohou vědci získat. Laserová komunikace výrazně navyšuje přenosové kapacity, nabízí vyšší přenosové rychlosti a do jednoho přenosu se tak vejde mnohem více informací.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
„TBIRD mění pravidla hry a bude velmi důležitý pro budoucí pilotovanou kosmonautiku i bezpilotní vědecké mise,“ říká Andreas Doulaveris, inženýr z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu, který vyvíjí systémy této mise. Během jediného sedmiminutového komunikačního okna má TBIRD přenést rychlostí 200 Gbps dohromady několik terabytů dat. NASA tak získá mnohem lepší přehled o možnostech laserové komunikace. Přidání laserového komunikačního adaptéru na sondu můžeme přirovnat k přímému přechodu z vytáčeného na vysokorychlostní připojení k internetu.
„S tím, jak budoucí vědecké přístroje a snímkovací systémy zapracovávají nejnovější technologické pokroky, budou nám posílat dennodenně opravdu velké objemy dat,“ říká Jason Mitchell, ředitel oddělení pokročilých komunikačních a navigačních technologií, které funguje v rámci programu SCaN (Space Communications and Navigation) a dodává: „Tyto mise budou potřebovat schopnosti přenosu dat, jaké může nabídnout laserová komunikace.“
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Systém TBIRD financuje právě program SCaN a byl postaven na Lincoln Laboratory v rámci Massachusetts Institute of Technology v Lexingtonu. Jedná se o krabičku o velikosti balíčku papírových kapesníků, který je integrován do PTD-3, CubeSatu, jehož velikost NASA přirovnává ke dvěma spojených krabicím s cereáliemi. Série misí PTD spadá pod program Technologií malých družic vedený Ames Research Center v kalifornském Silicon Valley. Série PTD se snaží využít běžných komerčních družic k vytvoření robustní platformy pro efektivní zkoušky technologií s minimální potřebou redesignu mezi starty.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
„Malé družice se stále více prokazují jako klíčové stavební kameny pro větší a komplikovanější mise,“ říká Roger Hunter, programový manažer programu Technologií malých družic a dodává: „Díky inovacím našich průmyslových partnerů zvyšujeme tempo technologických demonstrací různých subsystémů.“ V historii platilo, že většina nových sond vyžadovala design šitý přesně na míru dané misi a jejímu palubnímu vybavení. Takový proces je ale stejně drahý a komplexní, jako kdybychom měli předesignovat automobil pokaždé, když s ním chce někdo jet. V rámci série PTD se však používá stejná družicová platforma – cílem je zlepšit efektivitu a zkrátit čas nutný pro plánování a návrh mise.
Zmíněnou platformu poskytla firma Terran Orbital z kalifornského města Irvine, která navíc obstarává integraci nákladu a provozuje mise PTD. Díky tomuto přístupu je možné rychle a relativně levně demonstrovat schopnosti nových subsystémů pro stále odvážnější malé družice. Kromě toho, že je usazen na standardizované komerční platformě, byl i TBIRD postaven z již existujících komerčně dostupných produktů telekomunikačního hardwaru. Tyto produkty však musely být upraveny, aby odolaly extrémnímu prostředí kosmického prostoru. Využitím existujících komponentů se zvyšuje efektivita a dochází ke snížení nákladů.
Zdroj: https://d3i71xaburhd42.cloudfront.net/
V průběhu mise má PTD-3 demonstrovat schopnost vysoce stabilního prostorového zaměření. To v praxi znamená, že se družice přesně otočí vstříc pozemní stanici, která je vybavena přijímacím terminálem systému TBIRD. Design samotného komunikačního systému neobsahuje žádné pohyblivé díly. Pozemní stanice systému TBIRD se nachází v Kalifornii na Table Mountain a provozuje ji Jet Propulsion Laboratory. TBIRD má být testován v průběhu šesti měsíců, aby NASA i její partneři získali co nejvíce informací o tom, jak se chová laserový komunikační systém na malé družici. Na misi Transporter-5 však letěl ještě jeden technologický demonstrátor od NASA – CubeSat Proximity Operations Demonstration. Ten by měl vyzkoušet setkávání, fungování v těsné blízkosti a také spojování dvou 3U CubeSatů.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/tbird.jpg
https://www.nasa.gov/…/image/ptd-3-spacecraft-arrays-p1270047.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/tbird_conops_public.png
https://www.nasa.gov/…/thumbnails/image/microsoftteams-image_55.png
https://d3i71xaburhd42.cloudfront.net/…/4-Figure3-1.png
Otázky jsou dvě. Jak se na harmonogramu přenosu bude podílet okamžitý stav atmosféry, tedy počasí a denní doby. Jaká je bezpečnost při zachycení laserovaho paprsku okem živé bytosti.
Oblačnost je samozřejmě problém, i když infračervené záření jí proniká o trochu lépe než viditelné světlo. Předpokládám, že pro ostré nasazení vybudují pozemní terminály v místech, kde je oblačnost vzácná (pouště). Na denní době asi moc záležet nebude, spíš na pozici slunce na obloze vzhledem k sondě. Pokus o příjem dat ze sondy pohybující se poblíž slunečního kotouče, by nejspíš zničil detektor.
Pokud myslíte laserový paprsek směrem od sondy, tak ten by měl být pro oči lidí i zvířat bezpečný, protože bude hodně rozptýlený. Podívejte se na velikost zrcadla, které je potřeba pro jeho příjem. Navíc je směrován na konkrétní místo. Paprsek k sondě bude v okolí vysílacího prvku dost nebezpečný. Pokud se do něj připlete pták, nevyloučil bych, že ho to trvale oslepí. Letadla je možné odklánět jako od jaderných elektráren a podobných zařízení. Teoreticky by se dal vedle postavit detektor, který by při přiblížení letícího objektu přerušil vysílání.
Díky za článek.
Je možno doplnit průměr zrcadla na pozemním přijímači? Komunikace bude obousměrná? V tom případě asi na družici zrcadlo v přijímači asi není?
Obousměrná laserová komunikace ani není potřebná. Poměr dat odesílaných na sondy a dat ze sond přijímaných je jednoznačně ve prospěch stahování hotových fotek či vědeckých měření. Na sondu vlastně potřebujete posílat jen jednoduché příkazy, na což laser není potřeba.
Ano, takto jsem uvažoval i já. Jen mne znejistil začátek druhého odstavce článku znějící „K obousměrné komunikaci …“. Ale v dalším už zmínka směru Země – družice nepadla.