Gần đây, tàu thăm dò Spirit của Mỹ đã hoàn thành thử nghiệm liên lạc bằng laser trong không gian sâu với các cơ sở trên mặt đất cách đó 16 triệu km, lập kỷ lục khoảng cách liên lạc quang học trong không gian mới. Vậy ưu điểm của nó là gìtruyền thông laser? Căn cứ vào nguyên tắc kỹ thuật và yêu cầu nhiệm vụ, cần khắc phục những khó khăn gì? Triển vọng ứng dụng của nó trong lĩnh vực thám hiểm không gian sâu trong tương lai là gì?
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 các môi trường và điều kiện khắc nghiệt, thu thập và truyền dữ liệu có giá trị và công nghệ truyền thông đóng một vai trò quan trọng.
Sơ đồ củathông tin liên lạc laser không gian sâuthí nghiệm giữa tàu thăm dò vệ tinh Spirit và đài quan sát mặt đất
Vào ngày 13 tháng 10, tàu thăm dò Spirit được phóng, bắt đầu hành trình khám phá kéo dài ít nhất 8 năm. Khi bắt đầu sứ mệnh, nó đã làm việc với kính viễn vọng Hale tại Đài thiên văn Palomar ở Hoa Kỳ để thử nghiệm công nghệ liên lạc bằng laser trong không gian sâu, sử dụng mã hóa laser cận hồng ngoại để liên lạc dữ liệu với các đội trên Trái đất. Để đạt được mục tiêu này, máy dò và thiết bị liên lạc laser của nó cần phải vượt qua ít nhất bốn loại khó khăn. Tương ứng, khoảng cách xa, sự suy giảm và nhiễu tín hiệu, giới hạn và độ trễ băng thông, giới hạn năng lượng và các vấn đề tản nhiệt đáng được quan tâm. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã dự đoán và chuẩn bị cho những khó khăn này, đồng thời đã đột phá hàng loạt công nghệ chủ chốt, đặt nền móng tốt cho tàu thăm dò Spirit thực hiện các thí nghiệm liên lạc bằng 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 mộttia laser công suất caomáy phát, sử dụng những lợi thế củatruyền lasertốc độ và độ ổn định cao, cố gắng thiết lập các liên kết liên lạc bằng laser trong môi trường không gian sâu.
Thứ hai, để cải thiện độ tin cậy và ổn định của giao tiếp, máy dò Spirit áp dụng công nghệ mã hóa hiệu quả, có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu cao hơn trong băng thông hạn chế 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 việc truyền dữ liệu bằng cách sử dụng công nghệ mã hóa sửa lỗi chuyển tiếp.
Thứ ba, với sự trợ giúp của công nghệ điều khiển và lập kế hoạch thông minh, đầu dò nhận ra việc sử dụng tối ưu các tài nguyên liên lạc. Công nghệ có thể tự động điều chỉnh các giao thức truyền thông và tốc độ truyền tải theo những thay đổi trong yêu cầu nhiệm vụ và môi trường truyền thông, từ đó đảm bảo kết quả truyền thông tốt nhất trong điều kiện năng lượng hạn chế.
Cuối cùng, để nâng cao khả năng thu tín hiệu, đầu dò Spirit sử dụng công nghệ thu sóng đa tia. Công nghệ này sử dụng nhiều ăng-ten thu để tạo thành một mảng, có thể nâng cao độ nhạy và độ ổn định thu của tín hiệu, sau đó duy trì kết nối liên lạc ổn định trong môi trường không gian sâu phức tạp.
Ưu điểm là hiển nhiên, ẩn giấu trong bí mật
Thế giới bên ngoài không khó để nhận ra rằngtia lazelà yếu tố cốt lõi trong thử nghiệm liên lạc trong không gian sâu của tàu thăm dò Spirit, vậy tia laser có những ưu điểm cụ thể nào để hỗ trợ cho sự tiến bộ đáng kể của liên lạc trong không gian sâu? Bí ẩn là gì?
Một mặt, nhu cầu ngày càng tăng về dữ liệu lớn, hình ảnh và video có độ phân giải cao cho các sứ mệnh khám phá không gian sâu chắc chắn sẽ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao hơn để liên lạc trong không gian sâu. Trước khoảng cách truyền dẫn liên lạc thường “bắt đầu” hàng chục triệu km, sóng vô tuyến đang dần “bất lực”.
Trong khi truyền thông laser mã hóa thông tin trên các photon, so với sóng vô tuyến, sóng ánh sáng cận hồng ngoại có bước sóng hẹp hơn và tần số cao hơn, giúp xây dựng một “đường cao tốc” dữ liệu không gian với khả năng truyền 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 phù hợp và khắc phục nhiễu khí quyển, tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống liên lạc laser đã từng cao hơn gần 100 lần so với các phương tiện liên lạc trước đây.
Thời gian đăng: 26/02/2024