Di recente, la sonda statunitense Spirit ha completato un test di comunicazione laser nello spazio profondo con strutture terrestri a 16 milioni di chilometri di distanza, stabilendo un nuovo record di distanza per le comunicazioni ottiche spaziali. Quali sono quindi i vantaggi di...comunicazione laser? In base ai principi tecnici e ai requisiti della missione, quali difficoltà deve superare? Quali sono le prospettive di applicazione nel campo dell'esplorazione dello spazio profondo in futuro?
Innovazioni tecnologiche, non hanno paura delle sfide
L'esplorazione dello spazio profondo è un compito estremamente impegnativo per i ricercatori spaziali che esplorano l'universo. Le sonde devono attraversare lo spazio interstellare distante, superare ambienti estremi e condizioni difficili, acquisire e trasmettere dati preziosi, e le tecnologie della comunicazione svolgono un ruolo fondamentale.
Diagramma schematico dicomunicazione laser nello spazio profondoesperimento tra la sonda satellitare Spirit e l'osservatorio terrestre
Il 13 ottobre è stata lanciata la sonda Spirit, dando inizio a un viaggio di esplorazione che durerà almeno otto anni. All'inizio della missione, ha collaborato con il telescopio Hale dell'Osservatorio di Palomar negli Stati Uniti per testare la tecnologia di comunicazione laser nello spazio profondo, utilizzando la codifica laser nel vicino infrarosso per comunicare dati con i team sulla Terra. A tal fine, il rilevatore e le sue apparecchiature di comunicazione laser devono superare almeno quattro tipi di difficoltà. Rispettivamente, la distanza elevata, l'attenuazione e l'interferenza del segnale, la limitazione e il ritardo della larghezza di banda, la limitazione energetica e i problemi di dissipazione del calore meritano attenzione. I ricercatori hanno previsto e si sono preparati a lungo per queste difficoltà e hanno introdotto una serie di tecnologie chiave, gettando solide basi affinché la sonda Spirit possa condurre esperimenti di comunicazione laser nello spazio profondo.
Innanzitutto, il rilevatore Spirit utilizza la tecnologia di trasmissione dati ad alta velocità, ha selezionato il raggio laser come mezzo di trasmissione ed è dotato di unlaser ad alta potenzatrasmettitore, sfruttando i vantaggi ditrasmissione laservelocità e alta stabilità, nel tentativo di stabilire collegamenti di comunicazione laser nell'ambiente dello spazio profondo.
In secondo luogo, al fine di migliorare l'affidabilità e la stabilità della comunicazione, il rilevatore Spirit adotta un'efficiente tecnologia di codifica, che consente di raggiungere una maggiore velocità di trasmissione dati all'interno della larghezza di banda limitata ottimizzando la codifica dei dati. Allo stesso tempo, può ridurre il tasso di errore di bit e migliorare la precisione della trasmissione dati utilizzando la tecnologia di codifica a correzione d'errore in avanti.
In terzo luogo, grazie all'ausilio di una tecnologia di pianificazione e controllo intelligente, la sonda ottimizza l'utilizzo delle risorse di comunicazione. La tecnologia è in grado di adattare automaticamente i protocolli di comunicazione e le velocità di trasmissione in base alle variazioni dei requisiti operativi e dell'ambiente di comunicazione, garantendo così i migliori risultati di comunicazione in condizioni di consumo energetico limitato.
Infine, per migliorare la capacità di ricezione del segnale, la sonda Spirit utilizza la tecnologia di ricezione multi-fascio. Questa tecnologia utilizza più antenne riceventi per formare una matrice, in grado di migliorare la sensibilità di ricezione e la stabilità del segnale, mantenendo una connessione di comunicazione stabile nel complesso ambiente dello spazio profondo.
I vantaggi sono evidenti, nascosti nel segreto
Il mondo esterno non è difficile da scoprire che illaserè l'elemento centrale del test di comunicazione nello spazio profondo della sonda Spirit, quindi quali vantaggi specifici offre il laser per contribuire al significativo progresso delle comunicazioni nello spazio profondo? Qual è il mistero?
Da un lato, la crescente domanda di enormi quantità di dati, immagini ad alta risoluzione e video per le missioni di esplorazione dello spazio profondo richiederà inevitabilmente velocità di trasmissione dati più elevate per le comunicazioni spaziali. A fronte di distanze di trasmissione delle comunicazioni che spesso "iniziano" con decine di milioni di chilometri, le onde radio diventano gradualmente "impotenti".
Mentre la comunicazione laser codifica le informazioni sui fotoni, rispetto alle onde radio, le onde luminose del vicino infrarosso hanno una lunghezza d'onda più stretta e una frequenza più elevata, rendendo possibile la costruzione di un'"autostrada" di dati spaziali con una trasmissione delle informazioni più efficiente e fluida. Questo punto è stato verificato in via preliminare nei primi esperimenti spaziali in orbita terrestre bassa. Dopo aver adottato misure di adattamento appropriate e superato le interferenze atmosferiche, la velocità di trasmissione dati del sistema di comunicazione laser era quasi 100 volte superiore a quella dei precedenti mezzi di comunicazione.
Data di pubblicazione: 26 febbraio 2024