基于激光的系統(tǒng)可以擴(kuò)展空對(duì)地通信

最近由佐治亞理工學(xué)院和衛(wèi)星通信提供商Xenesis合作宣布的一項(xiàng)新研究項(xiàng)目可以幫助解決現(xiàn)在限制從地球軌道衛(wèi)星到地面站的數(shù)據(jù)流動(dòng)的瓶頸。

該項(xiàng)目將小型化，空間合格并測(cè)試激光通信收發(fā)器，該收發(fā)器可以極大地?cái)U(kuò)展可用于從低地球軌道上越來(lái)越多的衛(wèi)星 - 以及未來(lái)太空飛行器星座 - 下載信息的帶寬。Xenesis已獲得宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的技術(shù)許可，并將與佐治亞理工學(xué)院和JPL合作，使其成熟，作為CubeSats小型衛(wèi)星的主要通信系統(tǒng)。

“我們期望顯著增加信息的總帶寬，我們可以從太空下來(lái)，和更多的帶寬，我們有，我們可以交流更多的信息和更多的價(jià)值，我們可以從衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)得到的，說(shuō)：” 布賴(lài)恩·岡特，一佐治亞理工學(xué)院Daniel Guggenheim航空航天工程學(xué)院助理教授 將領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目。

Gunter的實(shí)驗(yàn)室擁有小型衛(wèi)星的經(jīng)驗(yàn)，并將與Xenesis一起將該專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用于該項(xiàng)目 - 該公司于6月14日簽署了一份價(jià)值120萬(wàn)美元的合同，以支持這項(xiàng)工作。佐治亞理工學(xué)院的貢獻(xiàn)將是最小化原始JPL技術(shù)，更新控制軟件，空間限定所有硬件并從太空測(cè)試改進(jìn)的系統(tǒng) - 可能來(lái)自國(guó)際空間站。

Xenesis的首席技術(shù)官Dennis Poulos表示，“隨著所有進(jìn)入太空的衛(wèi)星，從CubeSat到主要衛(wèi)星的所有衛(wèi)星，生成的信息都比以往任何時(shí)候都要多。” “今天的大多數(shù)系統(tǒng)都依賴(lài)于射頻下行鏈路，而且只有有限的帶寬可供使用。”

Poulos表示，基于激光的系統(tǒng)可以將帶寬擴(kuò)展到每秒10千兆位以上。除了提高帶寬之外，光學(xué)系統(tǒng)還可以使用更小的天線，更有效地使用電源，并提供更好的數(shù)據(jù)安全性。

Xenesis的首席執(zhí)行官M(fèi)ark LaPenna將計(jì)劃中的天基網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)與20世紀(jì)90年代地面撥號(hào)連接到今天的高速寬帶服務(wù)的性能提升進(jìn)行了比較。

“Xenesis認(rèn)識(shí)到全球通信革命的必要性，我們計(jì)劃通過(guò)名為XenHub的光學(xué)產(chǎn)品為太空提供支持，”LaPenna說(shuō)。“通過(guò)這種架構(gòu)，地面或太空中的任何公司，任務(wù)或全球運(yùn)營(yíng)商將能夠在Sputnik之后首次在公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)。”

JPL開(kāi)發(fā)的激光通信收發(fā)器由兩部分組成：(1)光學(xué)模塊，包括5厘米望遠(yuǎn)鏡，雙軸萬(wàn)向節(jié)，監(jiān)控傳感器和熱控制系統(tǒng)，以及(2)帶發(fā)射器，處理器的電子模塊，控制器和電源調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

盡管它受到云的干擾，但激光系統(tǒng)將受益于產(chǎn)生窄波束，該波束可以比相同功率水平的類(lèi)似射頻傳輸更遠(yuǎn)地傳播。

最初的重點(diǎn)是空對(duì)地通信，盡管該系統(tǒng)也可用于衛(wèi)星之間的交叉通信。小天線尺寸也更適合于為未來(lái)星座設(shè)想的小型衛(wèi)星，可能包括數(shù)千個(gè)航天器。

“一旦我們能夠證明這種工作從空間到地面，這將證明該技術(shù)可以在惡劣的太空環(huán)境中生存，并允許我們繼續(xù)開(kāi)發(fā)用于商業(yè)用途的收發(fā)器，”Gunter補(bǔ)充說(shuō)。“這有可能開(kāi)辟一系列新功能，包括向世??界任何地方提供大量數(shù)據(jù)服務(wù)的能力。”

Gunter說(shuō)，在喬治亞理工學(xué)院的航空航天工程學(xué)院，該合同將支持三到四名研究生，一名博士后研究員和一組本科生。“這將是我們實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)主要衛(wèi)星項(xiàng)目，我們期待與我們的合作者一起推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。”