NASA和商业航天界正在共同拥抱激光通信技术

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我们的电视和电脑屏幕以高清晰度显示新闻、电影和节目,这能让观众获得清晰和充满活力的体验。光纤连接通过电缆发送密布着数据的激光,将这些体验带给用户。现在,NASA和商业航天公司正在将类似的技术应用于太空通信并将光速带入最后的前沿领域。

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自由空间光通信利用电信领域的最新进展从而使航天器能通过激光链接发送高分辨率的图像和视频。

“自由空间”指的是没有绝缘的光缆,这使得地面互联网得以实现。自由空间的激光通信在太空的真空中自由流动,然而大气层给通信工程师带来了独特的挑战。

NASA的激光通信中继演示(LCRD)将通过激光链路向地面站及最终向空间用户任务发送数据。

“LCRD利用了电信行业在过去几十年里所做的工作。我们正在利用他们创造的概念并将其应用于太空,”LCRD光学模块的产品设计负责人Russ Roder说道,“诀窍是我们必须为太空优化技术。”

LCRD的任务是通过跟来自NASA、其他政府机构、学术界,特别是商业航天界的实验测试激光通信能力来证明该技术。行业开发的实验将允许公司测试他们自己的技术、软件和能力。NASA正在提供这些机会以增加围绕激光通信的知识体系并促进其操作使用。

虽然LCRD的实验者计划将允许NASA和工业界测试和完善技术,但该机构和商业部门在过去几十年里一直有在演示和使用激光通信。

通常来说,商业努力的重点是开发用于低地球轨道的空间对空间激光系统。这些公司正在投资于卫星群,以利用激光通信提供全球宽带覆盖。拟议的星座有几百到几千颗卫星。商业星座仍主要依靠的是无线电频率链接将数据送回地球。而LCRD则使用激光进行空间内和直接到地球的通信。

当工业界专注于支持地面用户的空间光学通信时,NASA正在展示从地球同步轨道直接到地球的能力以增加未来任务的通信能力。有了机载激光通信,任务将能在一次传输中传达比传统无线电频率通信更多的数据。

 

 

NASA总部空间通信和导航(SCaN)项目先进通信和导航技术部主任Jason Mitchell说道:“地球的大气层由于湍流而使激光束变形。了解这些挑战对于实现实用的光学通信中继能力至关重要。”

在这两个不同但互补的目标下,NASA还跟业界合作以进一步完善激光通信硬件。事实上,LCRD包括商业设计和制造的组件以及NASA开发的定制系统。向有效载荷发送激光的光学模块由MIT林肯实验室设计、在马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心建造。然而,LCRD的其他多个部分来自L3Harris技术公司、SEAKR工程公司、穆格公司和内华达山脉公司等公司。这些部件包括望远镜系统、控制器电子系统和空间开关装置--所有这些都对LCRD的运行至关重要。

此外,NASA的低成本光学终端(LCOT)将使用商业现成的或稍加修改的硬件以减少开支和加快实施。NASA依赖于一个强大的国内航天工业并希望这些投资将使美国政府能购买未来的激光通信硬件和服务。这将减少成本,与此同时使更多的任务能够使用激光通信。

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