Китайские исследователи завершили испытания лазерной линии связи между Землей и Луной, успешно подтвердив возможность организации в космосе двустороннего высокоскоростного лазерного канала.
Более года специалисты проводили испытания системы на орбите. В результате им удалось установить двустороннюю лазерную связь на расстоянии более 400 тысяч километров, продемонстрировав возможность применения китайских технологий лазерной космической связи не только на околоземных орбитах, но и в дальнем космосе.
По сравнению с традиционной микроволновой связью лазерные системы обеспечивают более высокую скорость передачи данных и большую пропускную способность, отличаются повышенной защищенностью и позволяют создавать более компактную аппаратуру. Однако организация устойчивого лазерного канала на расстоянии между Землей и Луной потребовала решения трех основных проблем: точного наведения луча, крайне слабого сигнала и высокой скорости передачи данных.
На столь огромном расстоянии даже незначительные колебания спутника или атмосферная турбулентность над наземной станцией способны отклонить лазерный луч. Казалось бы, ничтожная угловая ошибка на расстоянии до Луны может привести к промаху на километры. Для решения этой задачи специалисты разработали новую систему захвата и сопровождения цели. Она учитывает задержки, возникающие при орбитальном движении, прохождении сигнала через атмосферу и распространении оптического излучения. Благодаря этому наземная и космическая аппаратура может сохранять чрезвычайно точное взаимное наведение даже во время движения. Но даже после преодоления более 400 тысяч километров лазерный сигнал, возвращающийся к Земле, становится настолько слабым, что наземные телескопы способны регистрировать лишь несколько фотонов за раз. Дополнительные помехи создают лунный и звездный свет, а также городское освещение.
Исследователи разработали высокоскоростную сверхпроводящую технологию регистрации одиночных фотонов, а также высокочувствительные алгоритмы, позволяющие выделять полезный коммуникационный сигнал на фоне шума. Для преодоления ограничения по скорости специалисты создали широкополосную технологию обработки сигналов и применили специальные схемы кодирования, позволяющие компенсировать влияние помех.
В ходе испытаний была достигнута скорость двусторонней передачи данных 1,25 мегабит в секунду по восходящему каналу и 100 мегабит в секунду по нисходящему.
На фоне подготовки пилотируемых экспедиций на Луну и строительства лунной исследовательской станции будущие миссии будут генерировать огромные объемы изображений наблюдений и научных данных. Традиционные системы связи уже не смогут обеспечить необходимую пропускную способность для их передачи. Таким образом, созданная лазерная «информационная магистраль» между Землей и Луной обеспечит новый высокоскоростной канал передачи данных, который сможет использоваться в будущих лунных миссиях.
Автор: Олег Гончар