Lasercommunicatie: meer gegevens mogelijk maken dan ooit tevoren

Vragen, theorieën, ontdekkingen e,d, op het gebied van wiskunde, natuurkunde en chemie horen hier thuis.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Lasercommunicatie: meer gegevens mogelijk maken dan ooit tevoren

Bericht door univers » 13 mei 2021, 17:50

Deze zomer lanceert NASA's Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) de dynamische krachten van lasercommunicatietechnologieën. Met NASA's steeds grotere aanwezigheid van mensen en robots in de ruimte, kunnen missies profiteren van een nieuwe manier van 'praten' met de aarde.

Afbeelding
Illustratie van het ruimtetestprogramma Satellite-6 (STPSat-6) van het Amerikaanse ministerie van Defensie met de lading van de Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) die gegevens communiceert via infraroodverbindingen. Krediet: NASA

Sinds het begin van de ruimtevaart in de jaren 1950, hebben NASA missies radiofrequentie leveraged communicatie gegevens naar en vanuit de ruimte te sturen. Lasercommunicatie , ook wel optische communicatie genoemd, zal missies verder versterken met ongekende datamogelijkheden.

Waarom lasers?
Naarmate wetenschappelijke instrumenten evolueren om high-definition gegevens zoals 4K-video vast te leggen, hebben missies versnelde manieren nodig om informatie naar de aarde te verzenden. Met lasercommunicatie kan NASA het gegevensoverdrachtproces aanzienlijk versnellen en meer ontdekkingen mogelijk maken.

Lasercommunicatie maakt 10 tot 100 keer meer gegevens mogelijk die naar de aarde worden teruggestuurd dan de huidige radiofrequentiesystemen. Het zou ongeveer negen weken duren om een ​​volledige kaart van Mars met de huidige radiofrequentiesystemen terug naar de aarde te sturen. Met lasers zou het ongeveer negen dagen duren.

Bovendien zijn lasercommunicatiesystemen ideaal voor missies omdat ze minder volume, gewicht en vermogen nodig hebben. Minder massa betekent meer ruimte voor wetenschappelijke instrumenten, en minder vermogen betekent minder energiesystemen voor ruimtevaartuigen. Dit zijn allemaal cruciale overwegingen voor NASA bij het ontwerpen en ontwikkelen van missieconcepten.

"LCRD zal alle voordelen van het gebruik van lasersystemen demonstreren en ons in staat stellen om te leren hoe we ze het beste operationeel kunnen gebruiken", zei hoofdonderzoeker David Israel van het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland. "Nu deze mogelijkheid verder is bewezen, kunnen we lasercommunicatie op meer missies gaan implementeren, waardoor het een gestandaardiseerde manier wordt om gegevens te verzenden en ontvangen."

Afbeelding
Grafische weergave van het verschil in gegevenssnelheden tussen radio- en lasercommunicatie.
Credits: NASA

Hoe het werkt
Zowel radiogolven als infrarood licht zijn elektromagnetische straling met golflengten op verschillende punten van het elektromagnetische spectrum. Net als radiogolven is infrarood licht onzichtbaar voor het menselijk oog, maar we komen het elke dag tegen bij zaken als afstandsbedieningen voor televisie en warmtelampen.

Missies moduleren hun gegevens op de elektromagnetische signalen om de afstanden tussen ruimtevaartuigen en grondstations op aarde te overbruggen. Terwijl de communicatie reist, verspreiden de golven zich.

Het infraroodlicht dat wordt gebruikt voor lasercommunicatie verschilt van radiogolven omdat het infraroodlicht de gegevens verpakt in aanzienlijk kortere golven, wat betekent dat grondstations meer gegevens tegelijk kunnen ontvangen. Hoewel lasercommunicatie niet per se sneller is, kunnen er meer gegevens in één downlink worden verzonden.

Lasercommunicatieterminals in de ruimte gebruiken smallere bundelbreedtes dan radiofrequentiesystemen, waardoor ze kleinere 'footprints' bieden die interferentie kunnen minimaliseren of de veiligheid kunnen verbeteren door het geografische gebied waar iemand een communicatieverbinding kan onderscheppen drastisch te verkleinen. Een lasercommunicatietelescoop die naar een grondstation wijst, moet echter exact zijn bij het uitzenden van duizenden of miljoenen kilometers ver weg. Een afwijking van zelfs een fractie van een graad kan ertoe leiden dat de laser zijn doel volledig mist. Net als een quarterback die een voetbal naar een ontvanger gooit, moet de quarterback weten waar hij de voetbal naartoe moet sturen, dat wil zeggen het signaal, zodat de ontvanger de bal met de pas kan vangen. De lasercommunicatie-ingenieurs van NASA hebben ingewikkeld ontworpen lasermissies om ervoor te zorgen dat deze verbinding tot stand kan komen.

Demonstratie van lasercommunicatierelais
Gelegen in een geosynchrone baan, ongeveer 35.000 kilometer boven de aarde, zal LCRD missies kunnen ondersteunen in de nabije omgeving van de aarde. LCRD zal de eerste twee jaar besteden aan het testen van lasercommunicatiemogelijkheden met talloze experimenten om lasertechnologieën verder te verfijnen en onze kennis over mogelijke toekomstige toepassingen te vergroten.

De eerste experimentfase van LCRD zal gebruikmaken van de grondstations van de missie in Californië en Hawaï , Optical Ground Station 1 en 2, als gesimuleerde gebruikers. Hierdoor kan NASA atmosferische storingen op lasers evalueren en oefenen met het overschakelen van ondersteuning van de ene gebruiker naar de andere. Na de experimentfase zal LCRD overgaan op het ondersteunen van ruimtemissies, het verzenden en ontvangen van gegevens van en naar satellieten via infraroodlasers om de voordelen van een lasercommunicatie-relaissysteem te demonstreren.

De eerste in-space gebruiker van LCRD zal NASA's I ntegrated LCRD Low-Earth Orbit gebruiker Modem en versterker Terminal (Illuma-T), die is ingesteld om de lancering naar het International Space Station in 2022. De terminal zal een hoge kwaliteit van wetenschap ontvangen gegevens van experimenten en instrumenten aan boord van het ruimtestation en zet deze gegevens vervolgens over naar LCRD met 1,2 gigabit per seconde. LCRD zal het vervolgens met dezelfde snelheid naar grondstations verzenden.

LCRD en ILLUMA-T volgen de baanbrekende 2013 Lunar Laser Communications Demonstration , die data downlinkt over een lasersignaal met 622 megabits per seconde, wat de mogelijkheden van lasersystemen op de maan aantoont. NASA heeft vele andere lasercommunicatiemissies die zich momenteel in verschillende ontwikkelingsstadia bevinden. Elk van deze missies zal onze kennis over de voordelen en uitdagingen van lasercommunicatie vergroten en de technologie verder standaardiseren.

De LCRD wordt op 23 juni 2021 gelanceerd als een lading op een ruimtevaartuig van het ministerie van Defensie.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... ver-before
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie