Gần đây, tàu thăm dò Spirit của Hoa Kỳ đã hoàn thành một cuộc thử nghiệm liên lạc bằng laser không gian sâu với các cơ sở mặt đất cách xa 16 triệu km, lập kỷ lục mới về khoảng cách liên lạc quang học không gian. Vậy những lợi thế củagiao tiếp bằng laser? Dựa trên các nguyên tắc kỹ thuật và yêu cầu nhiệm vụ, 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 gì?
Đột phá công nghệ, không sợ thách thức
Khám phá không gian sâu là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn trong quá trình các nhà nghiên cứu không gian khám phá vũ trụ. Các tàu thăm dò cần phải vượt qua không gian liên sao xa xôi, vượt qua môi trường khắc nghiệt và điều kiện khắc nghiệt, thu thập và truyền dữ liệu có giá trị, và công nghệ truyền thông đóng vai trò quan trọng.
Sơ đồ củagiao tiếp 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 đã được phóng, bắt đầu hành trình khám phá kéo dài ít nhất tám năm. Khi bắt đầu nhiệm vụ, nó đã làm việc với kính viễn vọng Hale tại Đài quan sát Palomar ở Hoa Kỳ để thử nghiệm công nghệ liên lạc laser không gian sâu, sử dụng mã hóa laser gần hồng ngoại để truyền dữ liệu với các nhóm trên Trái đất. Để đạt được mục đích này, máy dò và thiết bị liên lạc laser của nó cần phải vượt qua ít nhất bốn loại khó khăn. Lần lượt, khoảng cách xa, suy giảm và nhiễu tín hiệu, hạn chế và độ trễ băng thông, hạn chế năng lượng và các vấn đề tản nhiệt đáng được quan tâm. Các nhà nghiên cứu đã dự đoán và chuẩn bị cho những khó khăn này từ lâu và đã đột phá một loạt các công nghệ quan trọng, đặt nền tảng tốt cho tàu thăm dò Spirit thực hiện các thí nghiệm liên lạc laser không gian sâu.
Trước hết, máy dò Spirit sử dụng công nghệ truyền dữ liệu tốc độ cao, chọn chùm tia laser làm phương tiện truyền dẫn, được trang bịlaser công suất caomáy phát, sử dụng những lợi thế củatruyền lasertốc độ và độ ổn định cao, cố gắng thiết lập các liên kết truyền thông laser trong môi trường không gian sâu.
Thứ hai, để nâng cao độ tin cậy và tính ổn định của truyền thông, máy dò Spirit áp dụng công nghệ mã hóa hiệu quả, có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn trong băng thông hạn chế bằng cách tối ưu hóa mã hóa dữ liệu. Đồng thời, có thể giảm tỷ lệ lỗi bit và nâng cao độ chính xác của truyền dữ liệu bằng cách sử dụng công nghệ mã hóa sửa lỗi chuyển tiếp.
Thứ ba, với sự trợ giúp của công nghệ lập lịch và điều khiển thông minh, đầu dò nhận ra việc sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên truyền thông. Công nghệ có thể tự động điều chỉnh giao thức truyền thông và tốc độ truyền theo những thay đổi trong 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, đầu dò Spirit sử dụng công nghệ thu đa chùm. Công nghệ này sử dụng nhiều ăng-ten thu để tạo thành một mảng, có thể tăng cường độ nhạy thu và độ ổn định của tín hiệu, sau đó duy trì kết nối truyền thông ổn định trong môi trường không gian sâu phức tạp.
Những lợi thế rõ ràng, ẩn giấu trong bí mật
Thế giới bên ngoài không khó để tìm thấy rằngtia lazelà yếu tố cốt lõi của thử nghiệm liên lạc không gian sâu của tàu thăm dò Spirit, vậy tia laser có những lợi thế cụ thể nào để giúp thúc đẩy đáng kể sự tiến triển của liên lạc không gian sâu? Bí ẩn ở đây là gì?
Một mặt, nhu cầu ngày càng tăng đối với dữ liệu lớn, hình ảnh và video có 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 truyền thông không gian sâu. Trước khoảng cách truyền thông thường "bắt đầu" từ hàng chục triệu km, sóng vô tuyến dần trở nên "bất lực".
Trong khi truyền thông laser mã hóa thông tin trên các photon, so với sóng vô tuyến, sóng ánh sáng gần hồng ngoại có bước sóng hẹp hơn và tần số cao hơn, giúp có thể xây dựng một "xa lộ" 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 có liên quan 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 phương tiện truyền thông trước đó.
Thời gian đăng: 26-02-2024