Postupné kroky k laserové komunikaci

Postupné kroky k laserové komunikaci

22. srpna 2022

Kosmické agentury budou v dalších letech stále častěji používat lasery k posílání dat na Zemi, či od ní. Neviditelné paprsky mohou přenášet velké objemy nejrůznějších dat – od měření až po fotky či videa. Větší množství přijatých dat pomůže rozšířit naše znalosti o vesmíru. Tato technologie se označuje jako laserová komunikace, někdy se můžete setkat i s názvem optická komunikace, ačkoliv lidské oko není schopné spatřit svazky infračerveného záření.

Laseorvý přenos rad se od rádiového neliší nejen hustotou informací, ale i šířkou svazku.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Jsme nadšeni z toho, co nám laserová komunikace v nadcházejících letech přinese,“ přiznává Badri Younes, zástupce přidruženého administrátora a také programový manažer pro vesmírnou komunikaci a navigaci (SCaN – Space Communications and Navigation) v ústředí NASA ve Washingtonu a dodává: „Tyto mise a technologické demonstrátory zahajují doslova „dekádu světla“, v níž bude NASA spolupracovat s dalšími vládními agenturami a komerčním sektorem, aby dosáhla dramatického rozšíření budoucích komunikačních možností pro výzkum vesmíru. To také vytvoří životaschopné a robustní ekonomické příležitosti.“ Laserové komunikační systémy poskytnou misím zvýšené přenosové rychlosti. To znamená, že ve srovnání s tradičními rádiovými vlnami bude možné během daného časového úseku odeslat a přijmout více informací. Kromě toho jsou tyto nové systémy menší, flexibilnější a více zabezpečené. Laserová komunikace může doplnit radiofrekvenční komunikaci, která se používá na většině současných misí NASA.

Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)

LCRD – mise pro otestování komerčního užití laserové komunikace
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Sedmého prosince roku 2021 se na palubě rakety Atlas V dostalo na oběžnou dráhu zařízení LCRD (Laser Communications Relay Demonstration). Jeho úkolem je z geostacionární oběžné dráhy ve výšce 36 000 kilometrů otestovat možnosti laserové komunikace. Pro agenturu NASA představuje LCRD první technologický demonstrátor, který je vybaven obousměrným laserovým komunikačním systémem. Nyní, když už je LCRD na oběžné dráze a plní testovací úkoly, může americká agentura významně pokročit ve sběru zkušeností s touto technologií. V květnu 2022 NASA oficiálně certifikovala LCRD jako produkt schopný provádět experimenty. Ty se týkají zkoušek a ladění laserových systémů, které tvoří jádro celé mise. Experimenty, které vytvořila NASA, ale i další vládní agentury, akademická pracoviště i průmyslové firmy, mají sledovat dlouhodobé účinky atmosféry na signály laserové komunikace. Mělo by také být možné zhodnotit aplikovatelnost této technologie do budoucích misí a celkově prostudovat možnost laserové komunikace na oběžné dráze.

Zařízení LCRD (Laser Communications Relay Demonstration)
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Od některých experimentů začneme přijímat výsledky prakticky okamžitě. Jiné experimenty jsou dlouhodobé a budou potřebovat určitý čas, aby se během dvouleté experimentální fáze LCRD mohly projevit určité trendy,“ vysvětluje Rick Butler, projektový vedoucí experimentálního programu LCRD z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu a dodává: „LCRD je odpovědí letecko-kosmického průmyslu na otázky spojené s laserovou komunikací jakožto provozní možností pro širokopásmové aplikace. Program je stále otevřen novým experimentům a každý, kdo má zájem, nás může kontaktovat. Snažíme se napojit na komunitu věnující se laserové komunikaci a tyto experimenty ukáží, jak může optická komunikace fungovat pro mezinárodní organizace, firmy či akademický sektor.“

TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD)

Relativně krátce po startu LCRD se 25. května 2022 vydalo na oběžnou dráhu další zařízení pro optickou komunikaci. Na raketě Falcon 9 byl při sdílené misi Transporter-5 vynesen také demonstrátor TBIRD (TeraByte InfraRed Delivery), který má vyzkoušet odesílání rychlostí 200 gigabitů za sekundu, což bude pro NASA rekordní přenosová rychlost dosažená optickou metodou. TBIRD představuje pokračování snah NASA o hlubší rozvoj laserové komunikace tím, že ukáže, jak může být tato technologie prospěšná misím v blízkosti Země, které zaznamenávají důležitá data a velmi podrobné snímky. TBIRD dokáže během jediné relace přenést terabyty dat. Ukazuje tím výhody širokého přenosového pásma a nabízí NASA lepší pochopení možností laserové komunikace na malých družicích. NASA sama uvádí, že TBIRD má rozměry krabičky na vlhčené ubrousky. Milovníky tradičních rozměrů však bude spíše zajímat, že jde o 6U CubeSat.

TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD)
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„V minulosti jsme navrhovali naše přístroje i celé sondy s vědomím limitů, kolik dat dokážeme dostat na Zemi,“ vysvětluje Beth Keer, projektový manažer TBIRD a dodává: „S optickou komunikací můžeme tyhle limity hodit za hlavu. Je to skutečně schopnost, která mění pravidla hry.“

Integrated LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T)

ILLUMA-T (Integrated LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal)
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Nyní již opouštíme minulost / současnost a míříme k budoucím projektům. Začátkem roku 2023 má odstartovat raketa Falcon 9 s nákladní lodí Dragon 2 na misi CRS-27 i Mezinárodní kosmické stanici. Na palubě lodi bude kromě jiného také zařízení ILLUMA-T (Integrated LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal), které má nabídnout laserovou komunikaci i orbitálnímu komplexu. Astronauti, kteří pracují a žijí na palubě stanice by díky tomu měli mít některé činnosti jednodušší. ILLUMA-T bude sbírat údaje z experimentů probíhajících na stanici a odesílat je přes výše popsané zařízení LCRD rychlostí 1,2 gigabitů za sekundu, což by pro lepší představu stačilo ke kompletnímu stažení celovečerního filmu za méně než minutu. LCRD pak tato data přepošle na pozemní stanice na Havaji či v Kalifornii. „ILLUMA-T a LCRD budou spolupracovat a stanou se prvním laserovým systémem, který demonstruje komunikační spojení z nízké oběžné dráhy na dráhu geostacionární a z ní na Zemi,“ popisuje Chetan Sayal, projektový manažer ILLUMA-T z Goddardova střediska.

Orion Artemis II Optical Communications System (O2O)

Při misi Artemis II se lidé vrátí k Měsíci po půl století.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Na závěr jsme si nechali projekt O2O (Orion Artemis II Optical Communications System), který se bude při misi Artemis II nacházet na kosmické lodi Orion. O2O dokáže přenést snímky a videa ve vysokém rozlišení. Budeme tak prakticky v přímém přenosu sledovat, jak se lidstvo vrací do lunární oblasti po půl století. Artemis II bude první pilotovanou výpravou k Měsíci, která demonstruje technologie laserové komunikace. Očekává se, že data budou z Orionu na Zemi proudit rychlostí až 260 megabitů za sekundu. „Tím, že do misí Artemis integrujeme nové laserové komunikační technologie, dáváme našim astronautům mnohem lepší přístup k datům než kdy dříve,“ vysvětluje projektový manažer O2O, Steve Horowitz a dodává: „Čím vyšší přenosové rychlosti, tím více informací naše přístroje pošlou na zemi a tím více vědy mohou naši lunární průzkumníci provést.“

Nedávná historie a blízká budoucnost využívání laserových komunikačních systémů.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

A co dál …

Výčet výše uvedených technologií rozhodně není kompletní. Jednak se zaměřuje pouze na projekty americké, ale ani ty nejsou jmenovány všechny. Jmenované mise fungují v těsném okolí Země, ale NASA připravuje pokroky laserové komunikace i v hlubším vesmíru. Experti americké agentury momentálně pracují na budoucím terminálu, který by mohl testovat laserovou komunikaci na extrémní vzdálenosti a poradil si i se složitými limity přesného zaměření. Ať už jde ale o uplatnění laserové komunikace na blízkozemních misích, u Měsíce, či v hlubším vesmíru, dá se očekávat, že integrace optických komunikačních systémů do budoucích misí NASA bude stále důležitější. Vyšší přenosové rychlosti laserové komunikace umožní průzkumným a vědeckým misím posílat na Zemi více dat a objevovat více zajímavostí o vesmíru. NASA pak bude schopna použít informace z fotek, videí a dalších experimentů k průzkumu nejen blízkého okolí Země, ale také se bude moci připravit na budoucí mise k Marsu a dál.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/