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.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
„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.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
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.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
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.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
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
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.
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.