NASA的激光通信中继演示(LCRD)将于今年夏天启动,将展示激光通信技术的强大动力。随着NASA在太空中人类和机器人的不断增长,任务可以从与地球“对话”的新方式中受益。


自1950年代开始太空飞行以来,NASA的飞行任务就一直利用射频通信在太空中发送和发送数据。激光通信,也称为光通信,将进一步赋予任务以空前的数据功能。


NASA将于今年夏天开展LCRD实验,让太空与地球的“对话”更便捷


为什么要用激光?


随着科学仪器不断发展以捕获高清数据(如4K视频),任务将需要加快将信息传输到地球的方法。借助激光通信,NASA可以显着加快数据传输过程并实现更多发现。


激光通信将使传回地球的数据比当前的射频系统多10到100倍。使用当前的无线电频率系统,将完整的火星地图传回地球大约需要九个星期,而使用激光,大约需要9天。


此外,激光通信系统由于需要的体积,重量和功率较小,因此是执行任务的理想选择。较少的质量意味着更多的空间用于科学仪器,而较少的功率意味着较少的航天器动力系统消耗。这些都是设计和开发任务概念时对NASA至关重要的考虑因素。


NASA将于今年夏天开展LCRD实验,让太空与地球的“对话”更便捷


LCRD将展示出使用激光系统的所有优势,并使我们能够学习如何最佳地使用它们。通过进一步证明这一功能,我们可以开始在更多任务中实施激光通信,使其成为发送和接收数据的标准化方法。


无线电波和红外光都是电磁辐射,其波长在电磁频谱上的不同点。就像无线电波一样,红外线是人眼看不见的,但是我们每天都遇到电视遥控器和加热灯之类的东西。


用于激光通信的红外光不同于无线电波,因为红外光将数据打包成更紧密的波,这意味着地面站可以立即接收更多数据。尽管激光通信不一定更快,但可以在一个下行链路中传输更多数据。


与激光系统相比,太空中的激光通信终端使用的波束宽度更窄,从而提供了更小的“占用空间”,从而可以通过大幅减少有人可以拦截通信链路的地理区域来最大程度地减少干扰或提高安全性。但是,从数千或数百万英里远的地方广播时,指向地面站的激光通信望远镜必须精确。


甚至零点几度的偏差都可能导致激光完全失去目标。就像四分卫向接收者投掷足球一样,四分卫需要知道将足球发送到哪里,即信号,以便接收者可以大步向前接球。NASA的激光通信工程师精心设计了激光任务,以确保可以进行这种连接。


激光通信中继演示


位于地球同步轨道,约22000英里的地球,LCRD将能够支持任务在近地区域。LCRD将在头两年中通过大量实验来测试激光通信功能,以进一步完善激光技术,从而增加我们对未来潜在应用的了解。


LCRD的初始实验阶段将利用模拟用户在加利福尼亚州和夏威夷的任务地面站,光学地面站1和2。这将使NASA能够评估激光对大气的干扰,并支持将支持从一个用户切换到另一个用户。在实验阶段之后,LCRD将过渡到支持太空任务,通过红外激光向卫星发送数据和从卫星接收数据,以证明激光通信中继系统的优势。


LCRD的第一个太空用户将是NASA的LCRD综合低地轨道用户调制解调器和放大器终端(ILLUMA-T),该终端将于2022年发射到国际空间站。该终端将接收高质量的科学数据来自空间站上的实验和仪器的数据,然后将数据以每秒1.2吉比特的速度传输到LCRD。LCRD随后将以相同的速率将其传输到地面站。


LCRD和ILLUMA-T遵循了突破性的2013年月球激光通信演示,该演示通过每秒622兆比特的激光信号下行链路数据,证明了月球激光系统的功能。NASA还有许多其他的激光通信任务,这些任务目前处于不同的开发阶段。这些任务中的每一个都将增加我们对激光通信的好处和挑战的了解,并进一步使技术标准化。


LCRD计划于2021年6月23日作为有效载荷在国防部航天器上发射。


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