Optikai űrtávközlés

A térbeli optikai távközlési olyan osztályt az űr-alapú kommunikáció alapján a használatát lézer az adattovábbítás. Ez a technika lehetővé teszi az áteresztőképesség jelentős növelését a rádiós kapcsolatokhoz képest, miközben csökkenti a szükséges elektromos teljesítményt . A lézer használata ebben a kontextusban azonban szembesül annak szükségességével, hogy a vevőhöz képest valószínűleg nagy sebességgel mozgó támasztól kezdve egy rendkívül pontos irányt mutasson, és amikor az utóbbi a földön van, a légkör átláthatóságának problémáira. Az optikai űrtávközlést a 2000-es évek eleje óta számos kísérletnek vetették alá. A lézerek használatával különböző helyzetekre lehet választ adni: az egyre erősebb műholdak fedélzetén lévő műszerekkel továbbított adatok mennyiségének növekedése, a Föld űrhajóitól való távolság, a fogyasztók számának növekedése igények. A vizsgált alkalmazások a műhold és a földi állomás, az alacsony pályán lévő műhold és a közvetítő szerepet játszó geostacionárius műhold, az alacsony pályán lévő műholdak ( a távközlési műholdak konstellációja ) és a Naprendszerben keringő űrszondák és a Föld.

Művelet

Előnyök és hátrányok

A fő előnyök a következők:

Alacsony jel divergencia. Ez 1000-szer kevésbé fontos, mint egy rádiós kapcsolat, ami jelentősen csökkenti az azonos mennyiségű adat továbbításához szükséges energiát.
Az optikai frekvencia lehetővé teszi nagy mennyiségű adat továbbítását

A fő hátrányok a következők:

A lézeradó nagyon finom célzásának szükségessége, amelyet különösen nehéz elérni, ha a vevő távolsága és iránya gyorsan változik
Érzékenység az atmoszféra optikai átlátszóságára, amikor az összekapcsolódik a Földdel

Alkalmazások

kapcsolatok az alacsony pályájú műhold és a geostacionárius műhold között
összeköttetések a műholdas és a földi állomás között,
kapcsolat alacsony pályán lévő műholdak között a távközlési műholdak konstellációján belül műholdas telefonálás vagy műholdas internet céljából
kapcsolat a Naprendszerben keringő űrszondák és a Föld között

Eredmények

Az optikai űrtávközlés számos kísérlet tárgya volt:

A SILEX ( Semiconductor Laser Inter-Satellite Link Experiment ) egy lézerkapcsolati kísérlet volt, amelyet az Európai Űrügynökség és a CNES hajtott végre az alacsony földi pályán keringő SPOT 4 műhold és a geostacionárius pályán keringő ARTEMIS között . Az első funkcionális kapcsolat2001. november. Az átviteli sebesség 50 megabit / másodperc volt. A GaAlAs típusú lézer 800 nm hullámhosszon működött. A vétel CCD tömböket és billenő tükröt használt. A moduláció PPM típusú volt .
A LLCD kísérlet ( Lunar Laser Communications Bemutató ) egy NASA technológiai demonstrátor szánt optikai kommunikáció közötti LADEE Hold űrszonda kering a Hold, és a földi állomás. A 2013/2014-es misszió lehetővé tette a 622 megabit / s és 20 megabit / s növekvő sebesség elérését.
Az EDRS az az kommunikációs rendszer, amelyet az Európai Űrügynökség 2016-ban és 2018-ban telepített a geostacionárius pályán lévő kereskedelmi távközlési műholdakra , és közvetítőként szolgál az alacsony pályájú és a földi állomásokon működő ESA műholdak között. Ez egy lézeres kommunikációs rendszeren alapul, amelyet a német DLR űrügynökség támogatásával fejlesztett ki a Tesat Spacecom vállalat . Ezt a rendszert olyan műholdak fedélzetére is telepíteni kell, amelyek adatait továbbítják, de előnye, hogy különösen nagy, 1,8 gigabit / másodperces (és napi 40 terabájt ) pillanatnyi átvitelt tesz lehetővé .
Az OPALS ( Optical PAyload for Lasercomm Science ) a NASA kísérleti optikai telekommunikációs kísérlete, amelyet a Nemzetközi Űrállomás fedélzetére telepítettek, és 3 hónapig működött.2014. április.
Az LCRD ( Laser Communications Relay Demonstration ) a NASA technológiai demonstrátora, amelynek célja a geostacionárius műhold és a földi állomás közötti optikai kommunikáció technikájának tesztelése. Az adónak a Légierő kísérleti műholdjának fedélzetén kell lennie, amelyet 2019-ben pályára kell állítani. Az adatok fogadásához két teleszkópot mozgósítanak a földön: a kaliforniai Table Mountain-ben található JPL központ OCTL-jét távcsővel 1 méteres rekesz és egy Hawaii állomás 60 cm-es nyílással rendelkező távcsővel. Mindkét állomás lézeradóval is felszerelt.
A NASA 2022-ben tervezi elindítani a Psyche űrszondát , amely DSOC ( Deep Space Optical Communication ) optikai távközlési rendszerrel van felszerelve . Az űrszondát a Naptól 2,5 és 3,2 csillagászati egység között keringő aszteroida körüli pályára kell helyezni.

Hivatkozások

Marie-Thérèse Velluet et al. , " Optikai tér távközlési ", Photonics , n o 73,2014, P. 34–39 ( online olvasás )
(en-GB) esa , „ A világ első: Adatátvitel az európai műholdak között lézerfénnyel ” , az Európai Űrügynökségnél (hozzáférés : 2019. augusztus 6. )
(in) NASA, "A NASA befejezi a Mission ladee-t, amelynek tervezett hatása van a Hold felszínére " , a NASA ladee-jén ,2014. április 18
(in) Stefan Barensky, " EDRS működőképesnek " , Aerospatium ,2016. november 24
(in) " ISS: OPALS and HDEV " az EO Portálon , a Nemzetközi Űrügynökségnél (hozzáférés: 2018. április 8. )
(in) " FARD (Laser Communications Relay Demonstration ) az EO Portálon , az Európai Űrügynökség ,2018. május 8
(in) " Deep Space Optical Communications (DSOC) " on NASA - Technology Demonstration Missions , NASA (hozzáférés: 2018. április 6. )

Bibliográfia

Outlook

(en) Hemani Kaushal , Georges Kaddoum et al. , „ Optikai kommunikáció az űrben: kihívások és mérséklési technikák ” , IEEE kommunikációs felmérések és oktatóanyagok , vol. 19, n o 1,2016. március 10, P. 57-96 ( DOI 10,1109 / COMST.2016.2603518 , olvasható online )
(en) H. Hemmati , A. Biswas , IB Djordjevic et al. , „ Deep-Space Optical Communications: Future Perspectives and Applications ” , Proceedings of the IEEE , vol. 99, n o 11,2011. november, P. 2020-2039 ( DOI 10.1109 / JPROC.2011.2160609 , online olvasás )

NASA kísérletek

(en) SA Townes, BL Edwards, A. Biswas et al. (2004. március 6–13.) „ The Mars Laser Communication Demonstration ” (pdf) in Aerospace Conference 2004 2 : 1180-1195 p., Big Sky, Montana, Egyesült Államok: IEEE ( DOI : 10.1109 / AERO.2004.1367717 ).
(en) DM Boroson , A. Biswasn , BL Edwards et al. , " MLCD: A NASA márciusi lézerkommunikációjának áttekintése " , NASA , n ° nap =,2005, P. 1–13 ( online olvasható )az optikai berendezés bemutatása a NASA Mars Telecom Orbiter fedélzetén, amelyet 2005-ben lemondtak
(en) BL Edwards (2014. október 7–10.) „A NASA JELENLEGI TEVÉKENYSÉGEI A SZABAD TÉR OPTIKAI KOMMUNIKÁCIÓJÁBAN ” (pdf) a Nemzetközi Űroptikai Konferencián, 2014, 10563 , 2017 ( DOI : 10.1117 / 12.2304175 ).
(en) David J. Israel, Laser Communications Relay Demonstration: Introduction for Experimenters , NASA,2017. június, 31 p. ( ISBN 978-1-59693-028-5 , online olvasás )A NASA LCRD Experience felhasználói útmutatója

Háttérmunka

(en) David G. Aviv, Laser Space Communications , Artech House,2006, 212 p. ( ISBN 978-1-59693-028-5 , online olvasás )
en) Hamid Hemmati, Deep Space Optical Communications , Sugárhajtómű Laboratórium ,2005. október, 679 o. ( ISBN 978-1-59693-028-5 , online olvasás )