تفسير العرض التوضيحي لترحيل اتصالات الليزر التابع لوكالة ناسا عن التواصل مع محطة الفضاء الدولية عبر روابط الليزر. الائتمان: مركز جودارد للطيران الفضائي التابع لناسا
ناسايستخدم العرض التوضيحي لترحيل اتصالات الليزر (LCRD) أنظمة اتصالات بالليزر لنقل البيانات من الفضاء إلى الأرض. فيما يلي ستة أشياء تحتاج لمعرفتها حول مهمة ناسا الثورية LCRD.
1. اتصالات الليزر تحوّل كيفية تلقي وكالة ناسا للمعلومات إلى الفضاء وإلى الفضاء.
منذ بداية استكشاف الفضاء ، استخدمت وكالة ناسا أنظمة التردد اللاسلكي للتواصل مع رواد الفضاء والمركبات الفضائية. ومع ذلك ، نظرًا لأن السفر إلى الفضاء يولد ويجمع المزيد من البيانات ، تزداد الحاجة إلى تحسين مهارات الاتصال. يستخدم قوة LCRD الاتصال بالليزر، والذي يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء بدلاً من موجات الراديو ، ويقوم بتشفير المعلومات ونقلها من وإلى الأرض.
كل من موجات الراديو وموجات ضوء الأشعة تحت الحمراء بالليزر هي أنماط من الإشعاع الكهرومغناطيسي بأطوال موجية في نقاط مختلفة في الطيف. تقوم البعثات بتشفير بياناتها العلمية على الإشارات الكهرومغناطيسية لإرسالها مرة أخرى إلى الأرض.
يختلف ضوء الأشعة تحت الحمراء المستخدم في اتصالات الليزر عن موجات الراديو من حيث أنه يحدث بتردد أعلى ويسمح للمهندسين بتعبئة المزيد من البيانات مع كل إرسال. توفر المزيد من البيانات في وقت واحد معلومات إضافية واكتشافات حول الفضاء.
باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء ، ينقل LCRD البيانات من مدار الأرض المتزامن إلى الأرض بسرعة 1.2 جيجابت في الثانية (جيجابت في الثانية). بهذه السرعة والمسافة ، يمكنك تنزيل فيلم في أقل من دقيقة.
https://www.youtube.com/watch؟v=mubhnRO-JeE
كجزء من مهمة برنامج اختبار الفضاء (STP-3) ، سيتم نقل LCRD كمركبة فضائية مستضافة على متن مركبة الفضاء التابعة لوزارة الدفاع. ستواصل ناسا دراسة اتصالات الليزر LCRD لدعم البعثات المستقبلية إلى القمر وما بعده. الائتمان: ناسا مركز جودارد للطيران الفضائي
2. تسمح الاتصالات الليزرية للمركبة الفضائية بإرسال المزيد من البيانات إلى الوطن في وصلة واحدة.
إذا كنت على قيد الحياة في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات ، فستتذكر أن سرعة الاتصال الهاتفي للإنترنت الأرضي كانت بطيئة ومؤلمة. إن إضافة اتصالات الليزر إلى المركبة الفضائية يشبه استخدام البشر للإنترنت عالي السرعة بتقنيات مثل شبكات الألياف الضوئية: ثورة ثورية.
موجات الراديو والموجات الضوئية. الائتمان: ناسا
تسمح اتصالات الإنترنت في المنزل هذه الأيام بوصول مقاطع الفيديو عالية الدقة والعروض والمحتوى إلى شاشاتنا على الفور. يرجع هذا جزئيًا إلى توصيلات الألياف الضوئية ، التي تنقل ضوء الليزر عبر كابلات بلاستيكية أو زجاجية كثيفة ، مما يخلق تجربة مستخدم أسرع.
يستخدم نفس المفهوم – باستثناء الكابلات الليفية – للاتصالات الليزرية الفضائية ، والتي تسمح للمركبة الفضائية بنقل الصور ومقاطع الفيديو عالية الدقة من خلال توصيلات الليزر.
باستخدام اتصالات الليزر ، يمكن للمركبة الفضائية إرسال المزيد من البيانات في وقت واحد في عملية تنزيل واحدة. تستفيد وكالة ناسا وصناعة الطيران من هذه التطورات الجديدة ويطوران عددًا من المهام التي تستخدم الليزر لإكمال أقمار صناعية ذات تردد لاسلكي.
3. تحتوي الحمولة على وحدتين أو تلسكوبات بصرية ، لاستقبال وإرسال إشارات الليزر.
LCRD هو قمر صناعي متعدد المكونات ذو حساسية عالية ، مما يوفر اتصالاً متزايدًا. كمرحل ، يلغي LCRD الحاجة إلى أن يكون لمهام المستخدم رؤية مباشرة للهوائيات على الأرض. يحتوي LCRD على محطتين بصريتين – أحدهما يستقبل البيانات من مركبة فضائية للمستخدم والآخر ينقل البيانات إلى المحطات الأرضية على الأرض.
حمولة LCRD في غرفة الأبحاث في مركز جودارد لرحلات الفضاء. الائتمان: ناسا / ديف رايان
تقوم أجهزة مودم LCRD بترجمة البيانات الرقمية إلى إشارات ليزر ، والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر الوحدات البصرية للترحيل إلى حزم بشرية غير مرئية ومشفرة. يمكن لـ LCRD إرسال واستقبال البيانات ، وإنشاء مسار مستمر يمكن من خلاله تدفق بيانات المهمة إلى الفضاء وخارجه. معًا ، تجعل هذه الإمكانات أول مرحل ضوئي ثنائي الاتجاه من طرف إلى طرف LCRD NASA.
هذه ليست سوى بعض البرامج المشتركة لإعداد الأهداف التي يمكنك استخدامها لإنشاء حمولة LCRD.
4. يعتمد LCRD على محطتين أرضيتين في كاليفورنيا وهاواي.
بمجرد تلقي LCRD للمعلومات وتشفيرها ، ترسل الحمولة البيانات إلى المحطات الأرضية على الأرض ، كل منها مزود بمناظير وأجهزة مودم تقوم بترجمة الضوء المشفر مرة أخرى إلى بيانات رقمية.
من LCRD المحطات الأرضية تُعرف المحطات الأرضية البصرية (OGS) بـ -1 و -2 ، وهي موجودة جبل تيبل في جنوب كاليفورنيا، و على بركان هاليكالا في ماوي ، هاواي.
على الرغم من أن اتصالات الليزر يمكن أن توفر معدلات نقل بيانات متزايدة ، إلا أن الاضطرابات الجوية – مثل السحب والاضطرابات – يمكن أن تتداخل مع إشارات الليزر أثناء انتقالها عبر الغلاف الجوي للأرض.
تم اختيار مواقع OGS-1 و OSG-2 لطقسها الصافي والارتفاعات الشاهقة البعيدة. يحدث معظم الطقس الذي يحدث في تلك المناطق أسفل قمم الجبال ، مما يجعل السماء الصافية نسبيًا مثالية للاتصال بالليزر.
5. يسمح LCRD للحكومة والأكاديميين وشركاء الأعمال باختبار قدرات الليزر من مدار جغرافي متزامن.
يوضح LCRD موثوقية أنظمة الاتصال بالليزر من المدارات المتزامنة للأرض على ارتفاع 22000 ميل تقريبًا فوق سطح الأرض.
قبل دعم المهام الأخرى ، يجري LCRD اختبارات لمدة عامين و الاختبارات. في هذه المرحلة ، يعمل OGS-1 و OGS-2 كـ “مهام” ترسل البيانات من محطة إلى LCRD ثم إلى أخرى.
ينقل LCRT المعلومات من المحطة الفضائية إلى الأرض. الائتمان: ناسا / ديف رايان
سيختبر LCRD تشغيل الليزر من خلال اختبارات وكالة ناسا والوكالات الحكومية الأخرى والأكاديميين والشركات. تتضمن بعض هذه الاختبارات دراسة الاضطرابات الجوية في إشارات الليزر وإثبات وظائف خدمة الترحيل الموثوقة.
ستسمح هذه التجارب لمجتمع الفضاء بالتعلم من LCRD وزيادة تحسين التكنولوجيا للمعالجة المستقبلية. تقدم وكالة ناسا هذه الفرص لتطوير مجموعة المعارف المحيطة باتصالات الليزر وتحسين تطبيقاتها الوظيفية.
بعد مرحلة الاختبار ، سيدعم LCRD السفر إلى الفضاء ، بما في ذلك المحطة الضوئية التي سيتم تثبيتها في محطة الفضاء الدولية. تجمع المحطة البيانات من التجارب العلمية على السفينة ثم ترسل المعلومات إلى LCRD ، والتي يتم إرسالها بعد ذلك إلى الأرض.
6. LCRD هي واحدة من العديد من مهام الليزر المثيرة والقادمة.
LCRD هو أول نظام مرحل لاتصالات الليزر تابع لوكالة ناسا. ومع ذلك ، هناك العديد من المهام إظهار واختبار قدرات تلامس الليزر الإضافية قيد التطوير.
مهام اتصالات الليزر لوكالة ناسا. الائتمان: ناسا / ديف رايان
- ال نظام الاتصالات البصرية Orion Artemis II (O2O) تتيح المحطة الطرفية ورواد الفضاء Earth و Artemis II تغذية فيديو فائقة الدقة على ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يدور حول القمر.
- في عام 2026 ، أ مرض عقلي كويكب على بعد 150 مليون ميل من الأرض سيصل إلى هدفه. تحمل نفسية اتصالات الفضاء العميق (DSOC) الحمولة لاختبار اتصالات الليزر ضد التحديات الفريدة التي يطرحها استكشاف الفضاء المتعمق.
ستمكّن كل هذه المهام مجتمع الفضاء من توحيد اتصالات الليزر للمهام المستقبلية. من خلال إضاءة الحزم ، ستكون ناسا قادرة على جمع المزيد من المعلومات من الفضاء أكثر من أي وقت مضى.
إن LCRD عبارة عن حمولة ناسا على ساتل اختبار الفضاء 6 التابع لوزارة الدفاع (STPSat-6). سيتم إطلاق STPSat-6 ، وهو جزء من مشروع اختبار الفضاء 3 (STP-3) ، على صاروخ United Launch Alliance Atlas V 551 من محطة كيب كانافيرال الفضائية في فلوريدا. يتم تشغيل STP بواسطة قيادة أنظمة الفضاء التابعة لقوة الفضاء الأمريكية.
يقود جودارد LCRD ويعمل بالاشتراك مع مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا. مع مختبر لينكولن. يتم تمويل LCRD من قبل برنامج العرض الفني التابع لناسا ، وهو جزء من إدارة عمليات تكنولوجيا الفضاء وبرنامج الاتصالات والملاحة الفضائية (SCaN) في مقر ناسا.
