Лазерные дыры в облаках: прорыв для высокоскоростной передачи данных со спутников

• Исследователи хотят пробивать дыры в облаках для передачи информации на высоких скоростях.
• Для этого они будут использовать ультракороткие высокоинтенсивные лазерные филаменты.
• Технология не оставляет негативного воздействия на атмосферу.

Сегодня дальняя передача информации осуществляется либо радиоволнами (через спутники), либо подземными оптоволоконными кабелями. Однако поток информации значительно увеличивается каждый год, и скоро станет невозможным удовлетворять ежедневный спрос, передавая данные только через радиоволны.

Поскольку радиоволны имеют более длинные длины волн (по сравнению с лазером), они ограничивают объем передаваемых данных. Кроме того, их доступные частотные диапазоны ограничены и становятся все дороже.

Именно поэтому исследователи теперь смещают фокус на лазерные техники, которые гораздо сложнее радиочастот, но имеют многочисленные преимущества в плане безопасности. В настоящее время атмосферные барьеры являются одной из главных проблем для свободно-пространственной оптической связи (FSO).

Теперь исследователи из Женевского университета в Швейцарии предложили технику, включающую пробивание дыр в облаках для прокладывания пути информации, передаваемой лазером со спутника.

Пробивание облаков

Лазеры с ультракороткими длинами волн могут нести в десять тысяч раз больше данных, чем радиоволны, и нет ограничения на количество каналов. Однако эти ультракороткие лучи не могут проникать сквозь туман и облака. Таким образом, в плохую погоду вы не можете фактически передавать никакие данные с помощью лазеров.

Для решения этой проблемы исследователи сейчас разрабатывают больше наземных станций, которые могут принимать лазерные сигналы в разных регионах. Цель — выбирать станцию(и), на которую нацелен(ы) спутник(и) в зависимости от погоды.

Такого типа решения уже существуют, но передача данных все равно зависит от погодных ситуаций. Также это меняет конфигурацию спутника(ов) — серьезную проблему, которую необходимо обрабатывать выше по течению коммуникации.

На данный момент единственным эффективным решением является создание дыры сквозь облака для передачи лазерного луча, несущего информацию. В этом исследовании авторы сделали нечто похожее: они построили ультракороткий высокоинтенсивный лазер, который нагревает воздух до более чем 1750 Кельвинов и генерирует ударную волну для радиального выталкивания капель воды из луча из воздуха, который он «метет». Это производит дыру шириной в несколько сантиметров через всю толщину облака.

Источник: arXiv:1810.09800 | Женевский университет

Они использовали ту же лазерную технологию, которая была удостоена Нобелевской премии по физике 2018 года (оптические пинцеты). Вам просто нужно держать луч на облаке, и он будет нести высокоскоростные телекоммуникационные данные, так как его частота лежит в килогерцовом диапазоне.

Источник: UNIGE/Xavier Ravinet

Согласно исследователям, это первый активный метод, открывающий оптический канал сквозь облака и туман. Лазер с высокой пиковой мощностью производит локальный безоблачный путь с уменьшенным рассеянием Ми для второго модулированного луча. Они также заявляют, что их технология не оставляет никакого негативного воздействия на атмосферу.

Сколько времени займет внедрение этого?

Исследователи в настоящее время тестируют лазеры на искусственных облаках, имеющих толщину всего 50 сантиметров, но в 10 000 раз более плотных, чем атмосферные облака. Лазеры отлично работают в этой установке, даже когда облако движется.

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

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