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激光在光通信中的作用

张贴2021年6月1日

随着科技的发展,宇航员将信息传回地球变得更加容易。他们甚至可以通过视频聊天与亲人聊天,而不会遇到延迟。这与以前在太空与人视频聊天不过是一场梦的情况大不相同。

然而,虽然它看起来像一个简单的发明,但要使它成为现实还有很多工作要做。在过去,NASA依靠无线电频率通信,这是有效的,但不是最好的。现在,该组织已经开始研究在其光通信战略中使用激光。这项通过将使通讯更加精简,并进一步使它能够在其任务中取得更大的成功。

光通信是如何工作的?

光通信依靠光在视觉上或依靠电子设备传输信息。虽然这似乎是一个新概念,但它已经被使用了一个多世纪,其中光电电话是最早用于实现这一功能的电子设备。这项发明可以追溯到1880年,从那时起,光通信已经走过了漫长的道路。

为了进行通信,光学系统必须有一个发射机,通过它可以将信息编码成光信号。信道将信号传送到目的地,接收端对信息进行解码。在没有电子手段的地方,接收器通常是一个人负责解读信号,就像莫尔斯电码一样。在自由空间光通信中,激光元件经常被用来连接成千上万的卫星,以创建一个网络,通过它可以进行有效的通信。

为什么激光有效?

在地球上,以高质量无延迟地传输信息变得更加容易。因此,NASA需要在向地球上的人们传递信息方面取得同样的成功。这就是激光的用武之地;这有助于以更快的速度传输数据,减少延迟,并使组织能够以更快的速度在外层空间发现更多信息。

速度

激光有那么快吗?是的!与NASA在过去几十年里使用的无线电频率系统相比,激光可以达到快100倍! 用数字表示;无线电频率传输大约需要九周的时间来绘制火星地图并将反馈发送到地球。考虑到实现这九周目标的里程碑,这似乎已经足够好了。然而,一旦你引入激光,周期就完全改变了。美国宇航局可以把时间缩短到9天,而不是前后等9周!这大约是正常需要的九分之一。

空间

激光元件比用于射频传输的元件轻得多。此外,它们需要更少的空间,因为它们占用的空间很小。它为其他工具提供了更大的空间,这些工具对这些任务取得成功至关重要。从功率的角度来看,激光的要求也更低,使得航天器系统工作时遇到的故障更少。在这个越来越少的东西变得越来越多的世界里,对效率的需求并没有减少,这对NASA来说是一件好事。该组织希望获得这些好处,并减少其现有系统的压力。在未来几年里,我们将看到更多的激光应用于任务概念中。在2021年的夏天,NASA期待着展示它激光通信中继演示(LCRD)该片于2020年1月22日上映。然而,它的第一次运行发射将在夏季进行,使其能够通过来自ILLUMA-T的光信号下载数据。该光学系统可以以每秒1.2 GB的速度下载数据,这几乎是2013年首次亮相月球激光通信演示系统速度的两倍。

密实度

光学系统采用紧凑型结构,无需移动部件,便于维护。事实上,一旦它们启动并运行,几乎不需要维护。此外,它们具有简单可靠的组件,例如可以在这里并且不需要隔振平台。以激光通信继电器演示为例。它和标准的特大号床垫一样大。然而,与标准射频组件相比,它最终重量更小,体积更小,功耗更低。

随着数据传输速率的提高和通信延迟的减少,太空通信只会变得更好。未来美国宇航局和其他航天机构将面临很多挑战。

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