مرحل اتصالات الليزر التابع لناسا: عرض مستقبل نقل البيانات الفضائية
رسم توضيحي لعرض تتابع اتصالات الليزر التابع لوكالة ناسا (LCRD يتواصل مع محطة الفضاء الدولية عبر روابط الليزر. أكمل LCRD بنجاح عامه الأول من التجارب، وقدم لمحة عن مستقبل نقل البيانات من الفضاء. يستخدم النظام ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح لـ 10 إلى 100 مرة أكثر من البيانات المراد تعبئتها في إرسال واحد مقارنة بأنظمة الموجات الراديوية التقليدية. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Centre
بعد عام من التجارب الناجحة، يستعرض مشروع ناسا الإيضاحي لاتصالات الليزر (LCRD) مستقبل نقل البيانات الفضائية. باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء، يتيح LCRD عمليات النقل المعبأة ببيانات أكثر من 10 إلى 100 مرة أكثر من أنظمة الموجات الراديوية التقليدية. يشير نجاح LCRD وامتداده القادم، ILLUMA-T، إلى أن الاتصال بالليزر يمكن أن يعزز بشكل كبير المهام الفضائية المستقبلية من خلال توفير قدرات ترحيل بيانات أكثر كفاءة وقوة.
أكمل أول نظام ترحيل ليزر ثنائي الاتجاه تابع لوكالة ناسا عامه الأول من التجارب في 28 يونيو – علامة فارقة لتكنولوجيا تغيير قواعد اللعبة التي يمكن أن تكون المستقبل لإرسال واستقبال البيانات من الفضاء.
يستخدم عرض تتابع اتصالات الليزر (LCRD) ضوء الأشعة تحت الحمراء، أو أشعة الليزر غير المرئية، لإرسال واستقبال الإشارات بدلاً من أنظمة الموجات الراديوية المستخدمة تقليديًا في المركبات الفضائية. تسمح الأطوال الموجية الضيقة لضوء الأشعة تحت الحمراء للمهمات الفضائية بتعبئة المزيد من البيانات بشكل كبير – 10 إلى 100 مرة أكثر – في إرسال واحد. المزيد من البيانات يعني المزيد من الاكتشافات.
تصور فني لعرض تتابع اتصالات الليزر التابع لوكالة ناسا وهو يتواصل عبر روابط الليزر. الائتمان: ناسا
الآن، في منتصف الطريق في مرحلة التجريب، أظهر LCRD مزايا كبيرة لاتصالات الليزر على أنظمة الموجات الراديوية التقليدية.
يقع LCRD في مدار متزامن مع الأرض على ارتفاع 22000 ميل فوق الأرض، ويعمل حاليًا كمنصة تجارب لوكالة ناسا والوكالات الحكومية الأخرى والأوساط الأكاديمية والشركات التجارية لاختبار قدرات الاتصالات بالليزر. بعد مرحلة التجربة، هناك فرصة للمهمة لتصبح مرحلًا تشغيليًا. قد يعني هذا أن المهمات المستقبلية التي تستخدم الاتصالات الليزرية لن تحتاج إلى خط رؤية واضح للأرض وستقوم ببساطة بإرسال بياناتها إلى LCRD، والتي سترسلها بعد ذلك إلى الأرض.
فوائد اتصالات الليزر: فعالة، وأخف وزنًا، وآمنة، ومرنة. الائتمان: ناسا / ديف رايان
نشأت LCRD، والاتصالات الليزرية بشكل عام، من الحاجة إلى نقل بيانات أكثر كفاءة من وإلى الفضاء. تم إطلاق LCRD لاختبار هذه التكنولوجيا وتحسينها من خلال شراكة بين برنامج NASA للاتصالات الفضائية والملاحة (SCaN) ومديرية مهام تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا.
قال ديف إسرائيل، الباحث الرئيسي في LCRD في جودارد التابع لناسا: “لقد نشرنا حتى الآن أوراق أولية حول النتائج المبكرة من التجارب، لكننا نخطط لنشر المزيد من الدروس المستفادة حتى تتمكن صناعة الطيران من التعلم من عرض التكنولوجيا هذا جنبًا إلى جنب مع وكالة ناسا”. مركز رحلات الفضاء في جرينبيلت ، ماريلاند. “كانت النتائج الأولية رائعة، كما أن رؤية كميات هائلة من البيانات تنخفض في جزء صغير من الوقت أمر استثنائي حقًا.”
المحطة الأرضية الضوئية 2 (OGS-2) لعرض تتابع اتصالات الليزر (LCRD) التابعة لناسا في هاليكالا ، هاواي. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
تتضمن بعض هذه التجارب دراسة تأثير الغلاف الجوي على إشارات الليزر. في حين أن اتصالات الليزر يمكن أن توفر عادة معدلات بيانات متزايدة، فإن الرطوبة والغيوم والرياح العاتية وغيرها من الاضطرابات الجوية يمكن أن تعطل إشارات الليزر أثناء دخولها الغلاف الجوي للأرض.
“أحد الأشياء التي فاجأتنا هو مدى تأثير الطقس على عمليات التجربة. قال ريك بتلر ، مدير تجارب LCRD في Goddard: “نبني محطاتنا الأرضية في العادة في مواقع نائية على ارتفاعات عالية مع ظروف مناخية صافية – توجد محطات LCRD في هاواي وكاليفورنيا”. “لقد أتاح لنا المطر التاريخي وتساقط الثلوج في جنوب كاليفورنيا هذا العام فرصة لفهم تأثيرات الطقس حقًا على توفر الإشارات. وقد عزز هذا أيضًا فهمنا بأن المزيد من المحطات الأرضية يعني المزيد من الخيارات لتوافر الإشارة “.
خارطة طريق اتصالات الليزر الخاصة بوكالة ناسا. الائتمان: ناسا / ديف رايان
بالإضافة إلى ذلك، سمحت تجربة الطقس للمهندسين بتعزيز أنظمة البصريات التكيفية لوكالة ناسا، والتي يتم دمجها في المحطات الأرضية واستخدام مستشعر لقياس وتصحيح التشوه على الإشارة التي تنزل من المركبة الفضائية.
تم إجراء تجربة أخرى مع شركة الفضاء الجوي، التي قامت ببناء محطة متوافقة مع LCRD لإرسال واستقبال البيانات باستخدام LCRD. أكدت هذه التجربة قدرة LCRD على العمل مع مستخدمين خارجيين.
استخدم المهندسون أيضًا LCRD كفرصة لاختبار قدرات الشبكات مثل الشبكات التي تتحمل التأخير / التعطل (DTN) عبر روابط الليزر. تعمل DTN على تمكين المهام باتصال لا مثيل له عن طريق تخزين البيانات وإعادة توجيهها في نقاط على طول الشبكة لضمان وصول المعلومات الهامة إلى وجهتها.
تعمل وكالة ناسا على غرس تقنيات الاتصالات بالليزر لتزويد المهام بقدرات اتصالات محسنة. تمكّن اتصالات الليزر البعثات من إرسال المزيد من البيانات في رابط واحد. المزيد من البيانات يعني المزيد من الاكتشافات. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
يمكن لأنظمة الاتصالات بالليزر أيضًا أن تتيح إمكانيات تنقل أكثر دقة. أظهرت تجربة ملاحة جارية أن المهندسين يمكنهم تلقي بيانات موقع أكثر دقة عبر ارتباط ليزر مقارنة بموجات الراديو القياسية. وهذا يعني أن نظام الاتصالات بالليزر يمكن أن يعمل أيضًا كمنصة لتحسين التوقيت وبيانات الموقع – وهو جزء مهم من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
قال ترودي كورتيس ، مدير عروض التكنولوجيا في مديرية مهام تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا في مقر الوكالة بواشنطن: “تسمح العروض التوضيحية التكنولوجية مثل LCRD لوكالة ناسا وشركائها بتنفيذ قدرات جديدة واختبارها في سيناريو تشغيلي”. “يتيح هذا للمهندسين التعود حقًا على إمكانات التكنولوجيا ومعرفة الشكل الذي يمكن أن تبدو عليه التطبيقات المستقبلية. وهذا هو سبب أهمية اختبار العمليات في بيئة ذات صلة “.
مع أنظمة مثل LCRD التي تثبت قدرات الاتصالات بالليزر، يمكن أن تكون مهمات استكشاف العلوم المستقبلية والبشرية التي تتبنى التكنولوجيا قادرة على نقل المزيد من البيانات إلى الأرض. مع تقدم أجهزة المهمات العلمية وجمع المزيد من البيانات، يجب أن تتطور أنظمة الاتصالات الموجودة على متن الطائرة أيضًا لنقل هذه البيانات إلى الباحثين. تُظهر الحمولات مثل LCRD كيف يمكن لأنظمة الاتصالات الليزرية أن تفيد البعثات الفضائية وتساعدهم في تحقيق أهدافهم العلمية.
LCRD هي واحدة من سلسلة من المهام لإثبات تكنولوجيا الاتصالات بالليزر. تواصل الوكالة جهود التسريب مع محطات مستقبلية تعمل في محطة الفضاء الدولية، ومركبة Artemis II Orion التي ستنتقل حول القمر، وتجربة Deep Space Optical Communications على متن مركبة الفضاء Psyche ، والتي ستختبر اتصالات الليزر بعيدًا عن الأرض. من أي وقت مضى بينما تشق Psyche طريقها إلى وجهة الكويكب في الفضاء السحيق.
مع اكتمال عام من التجارب الناجحة ، يستعد فريق LCRD الآن لإطلاق أواخر عام 2023 لمودم مستخدم ومضخم LCRD LCRD Low-Earth User and Amplifier Terminal التابع لناسا، أو ILLUMA-T. بمجرد الوصول إلى المحطة الفضائية، سترسل ILLUMA-T بيانات التجربة إلى LCRD، والتي ستنقلها بعد ذلك إلى الأرض. سيسمح ذلك لوكالة ناسا باختبار مدار أرضي منخفض لاتصالات الليزر المدارية المتزامنة مع الأرض وإبراز فوائد إمكانيات الترحيل LCRD.
LCRD هي حمولة ناسا على متن القمر الصناعي لبرنامج اختبار الفضاء 6 (STPSat-6) التابع لوزارة الدفاع. تم إطلاق STPSat-6، وهو جزء من مهمة برنامج اختبار الفضاء 3 (STP-3)، على صاروخ United Launch Alliance Atlas V 551 من محطة Cape Canaveral Space Force في فلوريدا. ناسا تقوم بتشغيل STPSat-6 لوزارة الدفاع.
يقود جودارد LCRD وبالشراكة مع مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا ومختبر MIT لنكولن. يتم تمويل LCRD من خلال برنامج البعثات الإيضاحية للتكنولوجيا التابع لناسا، وهو جزء من مديرية مهام تكنولوجيا الفضاء، وبرنامج الاتصالات والملاحة الفضائية (SCaN) في مقر ناسا.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
