Создание временной дыры в облаке для улучшения спутниковой связи

• Исследователи хотят проделывать дыры в облаках, чтобы передавать информацию с высокой скоростью.
• Для этого они будут использовать ультракороткие лазерные нити высокой интенсивности.
• Технология не оказывает негативного воздействия на атмосферу.

Сегодняшняя информация на большие расстояния передается либо по радиоволнам (через спутники), либо по подземному оптоволокну. Однако поток информации значительно увеличивается с каждым годом, и вскоре будет невозможно удовлетворить ежедневный спрос, передавая данные только с помощью радиоволн.

Поскольку радиоволны имеют более длинные волны (по сравнению с лазером), они ограничивают объем передаваемых данных. Кроме того, доступные полосы частот ограничены и становятся все более дорогими.

Вот почему исследователи теперь смещают свое внимание на лазерные методы, которые намного сложнее радиочастот, но имеют множество преимуществ с точки зрения безопасности. В настоящее время атмосферные барьеры являются одной из основных проблем для оптической связи в свободном космосе (FSO).

Теперь исследователи из Женевского университета в Швейцарии разработали технику, которая включает в себя взрывные работы в облаках, чтобы проложить путь для информации, передаваемой через лазер со спутника.

Пробивая облака

Лазеры с ультракороткими длинами волн могут передавать в десять тысяч раз больше данных, чем радиоволны, и количество каналов не ограничено. Однако эти ультракороткие лучи не могут проникать сквозь туман и облака. Таким образом, в плохую погоду нельзя передавать данные с помощью лазеров.

Чтобы решить эту проблему, исследователи сейчас разрабатывают больше наземных станций, которые могут принимать лазерные сигналы в различных регионах. Цель состоит в том, чтобы выбрать станцию ​​(станции), на которые будет направлен спутник (а), в соответствии с погодой.

Подобные решения уже существуют, но передача данных по-прежнему зависит от погодных условий. Кроме того, он изменяет конфигурацию спутников - серьезная проблема, которую необходимо решить в восходящем направлении передачи данных.

На данный момент единственным эффективным решением является создание дыры в облаках для передачи лазерного луча, несущего информацию. В этом исследовании авторы сделали нечто подобное:они создали ультракороткий высокоинтенсивный лазер, который нагревает воздух до температуры более 1750 Кельвинов и генерирует ударную волну, радиально выталкивающую капли воды из луча из воздуха, который он перемещает. В результате образуется отверстие шириной в несколько сантиметров по всей толщине облака.

Ссылка:arXiv:1810.09800 | Женевский университет

Они использовали ту же лазерную технологию, которая была удостоена Нобелевской премии по физике 2018 года (оптический пинцет). Вам просто нужно держать луч в облаке, и он будет передавать телекоммуникационные данные с высокой скоростью передачи данных, поскольку его частота находится в диапазоне килогерц.

Предоставлено:UNIGE / Ксавье Равине

По словам исследователей, это первый активный метод, открывающий оптическую связь через облака и туманы. Лазер с высокой пиковой мощностью создает локальный безоблачный путь с уменьшенным рассеянием Ми для второго модулированного луча. Они также заявили, что их технология не оказывает негативного воздействия на атмосферу.

Сколько времени нужно, чтобы это реализовать?

В настоящее время исследователи тестируют лазеры на искусственных облаках, которые имеют толщину всего 50 сантиметров, но в 10 000 раз плотнее атмосферных облаков. Лазеры отлично работают в этой установке, даже когда облако движется.

Читайте:DARPA будет использовать лазерный источник света для питания небольших самолетов на лету

На следующем этапе испытаний они будут использовать более густой туман и облака (до 1000 метров толщиной) с разной плотностью и высотой. Это важный шаг на пути к коммерческой лазерной спутниковой связи, и исследователи полагают, что к 2025 году технология будет глобально внедрена.