Gần đây, tàu thăm dò Spirit của Mỹ đã hoàn thành thử nghiệm liên lạc laser trong không gian sâu với các trạm mặt đất cách xa 16 triệu km, lập kỷ lục mới về khoảng cách liên lạc quang học trong không gian. Vậy những ưu điểm của điều này là gì?truyền thông laserDựa trên các nguyên lý kỹ thuật và yêu cầu nhiệm vụ, nó cần phải vượt qua những khó khăn nào? Triển vọng ứng dụng của nó trong lĩnh vực thám hiểm không gian sâu trong tương lai là như thế nào?
Những đột phá công nghệ, không ngại thử thách.
Khám phá không gian sâu là một nhiệm vụ vô cùng khó khăn trong quá trình các nhà nghiên cứu vũ trụ khám phá vũ trụ. Các tàu thăm dò cần phải vượt qua không gian giữa các vì sao xa xôi, vượt qua môi trường khắc nghiệt và điều kiện khó khăn, thu thập và truyền tải dữ liệu quý giá, và công nghệ truyền thông đóng vai trò thiết yếu.
Sơ đồ nguyên lý củaliên lạc laser không gian sâuthí nghiệm giữa tàu thăm dò vệ tinh Spirit và đài quan sát mặt đất
Ngày 13 tháng 10, tàu thăm dò Spirit được phóng lên, bắt đầu hành trình khám phá kéo dài ít nhất tám năm. Khi bắt đầu sứ mệnh, nó đã hợp tác với kính viễn vọng Hale tại Đài quan sát Palomar ở Hoa Kỳ để thử nghiệm công nghệ truyền thông laser trong không gian sâu, sử dụng mã hóa laser cận hồng ngoại để truyền dữ liệu với các nhóm nghiên cứu trên Trái đất. Để làm được điều này, bộ dò và thiết bị truyền thông laser của nó cần phải vượt qua ít nhất bốn loại khó khăn. Cụ thể, khoảng cách xa, suy giảm và nhiễu tín hiệu, giới hạn băng thông và độ trễ, giới hạn năng lượng và vấn đề tản nhiệt cần được chú ý. Các nhà nghiên cứu đã dự đoán và chuẩn bị từ lâu cho những khó khăn này, và đã đột phá một loạt các công nghệ then chốt, đặt nền tảng vững chắc cho tàu thăm dò Spirit thực hiện các thí nghiệm truyền thông laser trong không gian sâu.
Trước hết, máy dò Spirit sử dụng công nghệ truyền dữ liệu tốc độ cao, chọn chùm tia laser làm môi trường truyền dẫn, được trang bị...laser công suất caomáy phát, tận dụng những ưu điểm củatruyền laserTốc độ và độ ổn định cao, đang cố gắng thiết lập các liên kết thông tin liên lạc bằng laser trong môi trường không gian sâu.
Thứ hai, để nâng cao độ tin cậy và ổn định của quá trình truyền thông, máy dò Spirit sử dụng công nghệ mã hóa hiệu quả, có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn trong băng thông giới hạn bằng cách tối ưu hóa mã hóa dữ liệu. Đồng thời, nó có thể giảm tỷ lệ lỗi bit và cải thiện độ chính xác của quá trình truyền dữ liệu bằng cách sử dụng công nghệ mã hóa sửa lỗi tiến.
Thứ ba, với sự hỗ trợ của công nghệ lập lịch và điều khiển thông minh, thiết bị thăm dò thực hiện việc sử dụng tối ưu các tài nguyên truyền thông. Công nghệ này có thể tự động điều chỉnh các giao thức truyền thông và tốc độ truyền tải theo sự thay đổi của yêu cầu nhiệm vụ và môi trường truyền thông, do đó đảm bảo kết quả truyền thông tốt nhất trong điều kiện năng lượng hạn chế.
Cuối cùng, để tăng cường khả năng thu tín hiệu, tàu thăm dò Spirit sử dụng công nghệ thu đa chùm tia. Công nghệ này sử dụng nhiều ăng-ten thu để tạo thành một mảng, giúp tăng cường độ nhạy và độ ổn định của tín hiệu, từ đó duy trì kết nối liên lạc ổn định trong môi trường không gian sâu phức tạp.
Ưu điểm thì rõ ràng, nhưng lại nằm ở bí mật.
Thế giới bên ngoài không khó để nhận ra rằngtia laserTia laser là yếu tố cốt lõi trong thử nghiệm liên lạc không gian sâu của tàu thăm dò Spirit, vậy tia laser có những ưu điểm cụ thể nào giúp thúc đẩy sự tiến bộ đáng kể trong liên lạc không gian sâu? Điều bí ẩn là gì?
Một mặt, nhu cầu ngày càng tăng đối với lượng dữ liệu khổng lồ, hình ảnh và video độ phân giải cao cho các nhiệm vụ thám hiểm không gian sâu chắc chắn sẽ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao hơn cho liên lạc trong không gian sâu. Trước khoảng cách truyền thông thường "bắt đầu" từ hàng chục triệu kilômét, sóng radio dần trở nên "bất lực".
Trong khi truyền thông laser mã hóa thông tin trên các photon, so với sóng radio, sóng ánh sáng cận hồng ngoại có bước sóng hẹp hơn và tần số cao hơn, cho phép xây dựng một “xa lộ” dữ liệu không gian với khả năng truyền tải thông tin hiệu quả và mượt mà hơn. Điểm này đã được xác minh sơ bộ trong các thí nghiệm không gian quỹ đạo Trái đất thấp ban đầu. Sau khi thực hiện các biện pháp thích ứng cần thiết và khắc phục nhiễu khí quyển, tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống truyền thông laser đã từng cao hơn gần 100 lần so với các phương tiện truyền thông trước đó.
Thời gian đăng bài: 26/02/2024