Миниатюрные спутники могут использовать лазеры вместо радиоволн для отправки высокоскоростных данных

• Новая система лазерного наведения может помочь CubeSats передавать данные по нисходящему каналу с гораздо большей скоростью, используя меньше бортовых ресурсов.
• Система состоит из небольшого управляемого зеркала, которое направляет лазер на наземный приемник.

За последние два десятилетия в космос было и планируется запустить более 2000 кубесатов - миниатюрных спутников, составленных из единиц, кратных 10 * 10 * 10 сантиметров. Один CubeSat обычно легче 1,33 кг, и для его электроники и структуры используются стандартные коммерческие инструменты.

CubeSats сокращают стоимость развертывания, сводят к минимуму риск для остальной части ракеты-носителя и полезных нагрузок, и они часто подходят для многократных запусков. Они произвели революцию в спутниковой технологии, поскольку их разработка и запуск более доступны по сравнению с обычными тяжелыми космическими аппаратами.

Однако за последние несколько лет эти миниатюрные спутники изо всех сил пытались эффективно передавать большие объемы данных на Землю. Их размер и ограничения мощности - две основные причины этой проблемы.

По мере того, как в миниатюрные спутники включаются более сложные и требовательные к обработке данных компоненты, например, гиперспектральные формирователи изображений и многополосные радиометры, потребность в нисходящей линии связи может быстро возрасти до точки, где становится практически невозможно использовать обычную радиочастотную связь.

В настоящее время спутники используют радиоволны для передачи данных на наземные станции. Почти всем основным спутникам в космосе выделены высокочастотные радиодиапазоны для быстрой передачи больших объемов данных на большие наземные антенны. Они могут вместить более крупное оборудование, необходимое для поддержки высокоскоростной передачи данных.

CubeSats, с другой стороны, относительно малы по размеру и имеют ограниченный доступ к высокочастотным радиодиапазонам. Кроме того, на этих спутниках не могут быть установлены энергопотребляющие передатчики, подходящие для высокоскоростной передачи данных по нисходящей линии связи.

Решение:система лазерного наведения

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института разработали систему лазерного наведения - размером почти с кубик Рубика - для этих миниатюрных спутников, которая позволяет им передавать данные по нисходящей линии с гораздо большей скоростью, используя меньше бортовых ресурсов.

Это позволит CubeSat, проходящему над наземной станцией, передавать терабайты данных при каждом пролете. Если эта система лазерного наведения используется для нескольких CubeSat на орбите, они могут обеспечить глобальное покрытие в реальном времени.

Ссылка:Оптическая инженерия | doi:10.1117 / 1.OE.58.4.041605 | Массачусетский технологический институт

Хотя лазер может передавать гораздо больше данных, системы связи, основанные на лазерах, представляют собой исключительную проблему. Поскольку лазерные лучи очень узкие, их необходимо точно направлять на наземные приемники, что не так просто, как звуки.

Новая платформа лазерного наведения позволит минимизировать время и энергию, необходимые для нисходящей линии связи, при одновременном достижении более высоких скоростей передачи. Он состоит из небольшого управляемого зеркала микро-электромеханической системы (MEMS), которое обращено к лазерному лучу и выровнено таким образом, чтобы лазер мог отражаться от зеркала в космос и к наземной антенне.

Дополнительная балка

У этих зеркал есть несколько преимуществ - например, положение зеркала можно скорректировать, даже если весь спутник немного смещен, - но они не дают никакой информации о том, куда они направляют лазерный луч.

Новая платформа для лазерной наведения | Предоставлено:MIT

Чтобы справиться с такими ситуациями, исследователи включили в свою систему дополнительную длину волны лазера. Он автоматически регулирует положение зеркала, чтобы направить лазер на наземный приемник.

Система лазерного наведения добавляет к лучу данных калибровочный луч различной длины волны (цвета). Теперь есть два луча, которые отражаются от зеркала:второй проходит через оптический элемент, называемый дихроичным светоделителем, который отклоняет калибровочный луч (с определенной длиной волны, то есть дополнительным цветом) от луча данных.

Пока лазер движется к наземной антенне, отклоненный луч направляется обратно на бортовую камеру. Камера также принимает луч, исходящий от наземной антенны.

Читайте:Новое оптическое волокно с максимальной скоростью передачи 1 петабит в секунду

Затем система сопоставляет оба этих луча, и если они оба попадают в одно и то же место на датчике камеры, бортовое зеркало MEMS идеально совмещается. В противном случае используется специальный алгоритм для наклона зеркала в правильное положение.