Gần đây, tàu thăm dò Spirit của Hoa Kỳ đã hoàn thành thử nghiệm liên lạc 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 laserDựa trên các nguyên tắc 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 gì?
Đột phá công nghệ, không ngại thách thức
Khám phá không gian sâu thẳm là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn trong quá trình khám phá vũ trụ của các nhà nghiên cứu 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 tải dữ liệu giá trị, và công nghệ truyền thông đóng một vai trò quan trọng.
Sơ đồ củaliên 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 đã được phóng, bắt đầu một hành trình khám phá sẽ kéo dài ít nhất tám năm. Khi bắt đầu sứ mệnh, 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 cận 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 từ lâu đã lường trước và chuẩn bị cho những khó khăn này, 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, chùm tia laser được chọn làm phương tiện truyền dẫn, được trang bịtia 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 truyền thông laser trong môi trường không gian sâu.
Thứ hai, để nâng cao độ tin cậy và ổn định của truyền thông, máy dò Spirit áp dụng công nghệ mã hóa hiệu quả, có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu cao hơn trong phạm vi 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 hướng tới.
Thứ ba, với sự hỗ trợ của công nghệ lập lịch và điều khiển thông minh, đầu dò đạt được hiệu quả sử dụng tối ưu các nguồn lực truyền thông. Công nghệ này có thể tự động điều chỉnh giao thức truyền thông và tốc độ truyền 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 nâng cao khả năng thu tín hiệu, tàu thăm 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 nâng cao độ nhạy thu 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.
Những lợi ích rõ ràng, ẩn giấu trong bí mật
Thế giới bên ngoài không khó để tìm thấy rằngtia laserlà 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 hỗ trợ sự tiến bộ đáng kể của liên lạc không gian sâu? Bí ẩn nằm ở đâu?
Một mặt, nhu cầu ngày càng tăng về dữ liệu khổng lồ, hình ảnh và video độ phân giải cao cho các sứ mệnh thám hiểm không gian sâu chắc chắn sẽ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao hơn cho liên lạc không gian sâu. Trước khoảng cách truyền dẫn thông tin 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 dưới dạng photon, thì so với sóng vô tuyến, 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 kiểm chứng sơ bộ trong các thí nghiệm không gian quỹ đạo Trái Đất thấp ban đầu. Sau khi áp dụng các biện pháp thích ứng phù hợp 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 đây.
Thời gian đăng: 26-02-2024