Kosmické agentury neustále využívají Mezinárodní kosmickou stanici k tomu, aby nasbíraly poznatky o tom, jak se v kosmickém prostředí žije a pracuje. Po více než dvacet let již stanice poskytuje jedinečné možnosti vědeckého výzkumu v oborech jako je biologie, technologie, zemědělství a mnoho dalších. Stanice také slouží jako domov pro astronauty, kteří se o experimenty starají. Takovým experimentem bude také ILLUMA-T (Integrated LCRD Low Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal), který má být v letošním roce dopraven na ISS. Společně se zařízením LCRD (Laser Communications Relay Demonstration), které bylo vypuštěno už v prosinci 2021, budou obě zařízení schopná dokončit první obousměrný laserový přenosový systém od NASA.
Programová kancelář NASA pro komunikaci a navigaci SCaN chce s pomocí ILLUMA-T demonstrovat schopností laserové komunikace ze stanice ISS. S využitím infračerveného záření, které lidské oči nevidí, bude laserový komunikační systém odesílat a přijímat informace s vyšší přenosovou rychlostí. Díky zvýšení přenosových rychlostí budou moci mise poslat během jediného přenosu více fotografií a videí. Po instalaci na ISS má ILLUMA-T jasně ukázat výhody, které misím na nízké oběžné dráze nabízí právě zvýšené přenosové rychlosti.
„Laserová komunikace nabízí misím vyšší flexibilitu a zrychlenou metodu přenosu dat z vesmíru,“ vysvětluje Badri Younes, bývalý zástupce přidruženého administrátora pro program SCaN a dodává: „Tuto technologii začleňujeme do demonstrací v blízkosti Země, na Měsíci a v hlubokém vesmíru.“ Kromě vyšších přenosových rychlostí mají laserové komunikační systémy výhody v podobě nižší hmotnosti a také nižšího odběru elektrické energie, což jsou věci, které pomohou při návrhu každé sondy. Zařízení ILLUMA-T má podle NASA velikost běžné ledničky a umístěno na vnějším plášti stanice, kde bude provádět své demonstrace společně s LCRD.
Systém LCRD již nyní prokazuje své schopnosti na geostacionární dráze ve výšce zhruba 36 000 kilometrů, když přeposílá data mezi dvěma pozemními stanicemi a provádí experimenty, které mají dále zlepšovat a zpřesňovat komunikační schopnosti NASA přes lasery. „Až bude ILLUMA-T na stanici, bude terminál schopen odesílat data včetně fotek a videí ve vysokém rozlišení přes LCRD přenosovou rychlostí 1,2 gigabitů za sekundu,“ uvádí Matt Magsamen, zástupce projektového manažera ILLUMA-T a dodává: „Poté budou data přes LCRD odeslána do pozemních stanic na Havaji a v Kalifornii. V rámci demonstrace prokážeme, jaké výhody může laserová komunikace přinést misím na nízké oběžné dráze.“
Zařízení ILLUMA-T bude na stanici dopraveno nákladní lodí Dragon 2 v rámci mise CRS-29. Během prvních dvou týdnů po startu bude zařízení vyjmuto z nehermetizovaného nákladového prostoru lodi (tzv. trunku) a následně proběhne jeho instalace na platformu JEM-EF (Japanese Experiment Module-Exposed Facility), která je součástí japonského modulu Kibó. Jakmile dojde k instalaci zařízení, vstoupí ILLUMA-T do fáze předběžných testů a kontrol všech svých systémů. Po jejich dokončení přijde kritický milník – první laserový paprsek projde optickou soustavou zařízení ILLUMA-T a vydá se k LCRD. Po prověření tohoto kriticky důležitého testu začnou experimenty zaměřené na datové přenosy, které budou pokračovat po celou dobu plánované mise.
V budoucnu by používání laserové komunikace mohlo doplnit stávající rádiové systémy, které dnes využívá většina kosmických misí k odesílání svých dat na Zemi. ILLUMA-T rozhodně není jedinou misí, která testuje laserovou komunikaci. NASA ji však označuje za prostředek, který přiblíží tuto metodu přenosu dat k provoznímu využívání. Kromě zmíněných systémů LCRD a ILLUMA-T můžeme zmínit i další předchůdce, kteří se věnovali zkouškám laserové komunikace – ať už jde o systém TeraByte InfraRed Delivery system, který od loňska testuje laserovou komunikaci na malém CubeSatu na nízké oběžné dráze okolo Země, nebo Lunar Laser Communications Demonstration, který zvládl přenést data z oběžné dráhy Měsíce na Zemi v rámci mise sondy LADEE, případně Optical Payload for Lasercomm Science, který v roce 2017 demonstroval, jak laserová komunikace zrychlí přenos dat mezi Zemí a kosmickým prostorem ve srovnání s rádiovými prostředky. Zkoušky schopností laserových komunikačních aparátů dosahovat vyšších přenosových rychlostí za různých podmínek pomůže kosmické komunitě dále zpřesňovat možnosti budoucích misí k Měsíci, Marsu i do hlubšího vesmíru.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/illuma-t_goddard_cleanroom_1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/illuma-t_to_lcrd.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/optical_module.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/illuma-t_team.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/microsoftteams-image_12_2.png
Dobrý den p. Majere,
Článek mě zaujal, protože se optickou komunikací zabívám. Zmiňoval jste projekty, které testují laserovou komunikaci ve vesmírném prostoru. Bylo by možné uvést k těmto projektům dalši technické detaily?
Určitě by bylo zajímavé uvést alespoň vlnovou délku, srovnání přenosových kapacit s radiovým systémem a třeba srovnání se systémem Starlink.
Děkuji Marek Šedivý
Dobrý den,
dohledal jsem následující údaje o vlnových délkách některých systémů:
LLCD – 3 vlnové délky (1550 nm až 1570 nm)
LCRD – 1550 nm
DSOC – 1550 nm
TBIRD – 1550 nm
A zde jsou údaje o přenosových rychlostech některých systémů:
LCRD – 2,880 Gbps (DPSK) a 622 Mbps (PPM)
TBIRD – 200 Gbps
Docela přehledně zpracované rozdíly optických oproti rádiovým systémům najdete v tomto souboru.
To je sice hezké, jen nechápu, jak mohou být schopní zaměřit na ty šílené vzdálenosti s přesností na centimetry (milimetry), kdy paprsek laseru je velmi úzký. U rádiových antén taková „krize“ není, protože tam může být relativně *velká odchylka namíření na cíl – velký rozptyl signálu rádiových vln :-O
Samozřejmě fandím tomuto směru a držím palce
On se i svazek laseru postupně rozšiřuje. Dělá to sice pomaleji než v případě běžné svítilny, ale i tak si svůj průměr nezachovává.
Rozbíhavost laseru je realita. Dokonce má i minimální teoretický limit. Například (snad dobře počítám) paprsek u zdroje 1 centimetr široký s vlnovou délkou 500 nm (modrozelená) je ve vzdálenosti 1000 km široký minimálně 32 metrů. Pokud je třeba, dá se rozbíhavost i libovolně zvýšit optickou aparaturou. Můžete si i doma zkusit posvítit laserovým ukazovátkem přes lupu nebo čočku z brýlí.
K detekci se pak používá dalekohled, který soustřeďuje část z toho širokého paprsku na snímací prvek. Ano, zaměřit laser je o hodně složitější než zaměřit anténu (navíc ve vesmíru, kde není nic jednoduché), ale není třeba zaměřovat až tak přesně. Za rychlejší přenos při nižších nárocích na energii to stojí.