Как NASA реализовало первую в истории лазерную связь в космосе: результаты проектов LCRD и ILLUMA-T

Космос является источником большого количества данных, которые могут способствовать пониманию нашей планеты, нашей Солнечной системы и нашего места во Вселенной. Однако традиционные способы связи, основанные на радиоволнах, имеют ряд недостатков, таких как низкая пропускная способность, высокая задержка и уязвимость к помехам. Лазерная связь, или оптическая связь, — это технология, которая использует инфракрасный свет вместо радиоволн для передачи и приема сигналов. Целью данной статьи является описание основных преимуществ и характеристик лазерной связи, а также представление результатов технологических экспериментов NASA по лазерной связи, LCRD и ILLUMA-T.

Лазерная связь имеет ряд преимуществ перед радиосвязью, таких как:

• Более высокая пропускная способность. Лазерная связь может передавать данные со скоростью до 1,2 гигабит в секунду, что в десятки раз больше, чем у радиосвязи. Это позволяет передавать больше информации за меньшее время, например, высококачественные изображения, видео и аудио.
• Более низкая задержка. Лазерная связь имеет более короткое время передачи сигнала, так как лазерный луч более прямолинеен, чем радиоволна. Это улучшает качество связи, особенно для дальних и движущихся объектов, таких как спутники и космические аппараты.
• Более высокая безопасность. Лазерная связь более устойчива к помехам и перехвату, так как лазерный луч более узконаправленный, чем радиоволна. Это повышает защиту конфиденциальных и важных данных, которые передаются по космической связи.

Для демонстрации и развития технологий лазерной связи NASA провело два технологических эксперимента: LCRD и ILLUMA-T.

LCRD (Laser Communications Relay Demonstration — Демонстрация лазерной коммуникационной ретрансляции) — это первый в мире лазерный ретранслятор, расположенный на геосинхронной орбите. LCRD был запущен в 2021 году и предназначен для тестирования и усовершенствования технологий лазерной связи, а также для обеспечения связи между различными космическими аппаратами и наземными станциями. LCRD состоит из двух оптических терминалов, которые передают и принимают лазерные сигналы, и двух радиочастотных терминалов, которые обеспечивают резервную связь. LCRD также имеет две наземные станции, расположенные в Калифорнии и на Гавайях, которые служат для приема и передачи лазерных сигналов от и к LCRD. LCRD провел более 300 конфигураций экспериментов, чтобы проверить работоспособность и надежность лазерной связи в различных условиях.

ILLUMA-T (Integrated LCRD Low Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal — Интегрированный терминал пользователя LCRD с низкоорбитальным модемом и усилителем) — это демонстрационная система, которая показывает, как действующая миссия, в данном случае Международная космическая станция, может использовать лазерный ретранслятор, расположенный на геосинхронной орбите. ILLUMA-T был запущен в 2023 году и установлен на Международной космической станции. ILLUMA-T состоит из оптического терминала, который передает и принимает лазерные сигналы от и к LCRD, и радиочастотного терминала, который обеспечивает резервную связь. ILLUMA-T и LCRD успешно обменялись данными впервые 5 декабря 2023 года, осуществив первый в истории NASA двунаправленный, полный лазерный ретрансляционный канал.

Лазерная связь — это новый уровень космической коммуникации, который открывает новые возможности для науки и исследований. С помощью лазеров мы можем передавать данные быстрее и надежнее, чем с помощью радиоволн. Лазеры помогают нам расширить наши научные горизонты и узнать больше о том, что нас окружает. Лазеры — это свет, рассеивающий темноту космоса.