Cпециалистами НАСА в рамках проекта Optical Payload for Lasercomm Science (OPALS) разработана новая лазерная коммуникационная система, использование которой, по предварительным расчетам, сможет повысить скорость канала связи с МКС и другими космическими кораблями в 10–100 раз.

В интернет-коммуникациях есть проблема, называемая «проблемой последней половины мили». Эта проблема возникает в связи с тем, что в большинстве случаев конечные пользователи подключаются к оборудованию провайдера, связанного с высокоскоростными оптическими каналами, посредством старомодных медных проводов, и эта проблема становится причиной ограничения скорости подключения. В области космических коммуникаций тоже существует подобная проблема, которую можно назвать «проблемой последних 250 миль» и которая служит причиной медленной, ненадежной связи с бортом Международной космической станции (МКС), другими космическими аппаратами на околоземной орбите и в дальнем космическом пространстве. Для решения этой проблемы специалистами НАСА в рамках проекта Optical Payload for Lasercomm Science (OPALS) разработанная новая лазерная коммуникационная система, использование которой, по предварительным расчетам, сможет повысить скорость канала связи с МКС и другими космическими кораблями в 10–100 раз.

Рис. 1.

Если вы считаете, что понятия «космос» и «лазеры» неразрывно связаны друг с другом, то вы глубоко заблуждаетесь. В настоящее время лазеры в космосе используются разве что для расстрела камней на Марсе, ни о каких лазерных космических коммуникациях на расстояния в тысячи, десятки, сотни тысяч и миллионы километров речи пока не идет. Правда, в 1962 году ученые заставили лазерный луч отразиться от Луны, но они нацеливали свой лазер на специальный отражатель, доставленный на Луну одним из исследовательских аппаратов программы Apollo. А все нынешние космические коммуникации и по сей день используют ненадежные и капризные радиоволны.

Но область космических полетов и исследований переживает в настоящее время нечто вроде бума, в нее вкладываются самые последние достижения науки и техники, этому в достаточно большой мере способствует то, что к космосу начали проявлять повышенный интерес многие частные компании.

Поскольку космические технологии и космическая техника развиваются семимильными шагами, коммуникационные технологии не должны отставать от общего уровня для того, чтобы справиться с увеличивающимися потоками информации, передаваемой в космос и обратно.

И обычные коммуникационные радиоканалы на этом фоне выглядят подобно допотопному телеграфу по сравнению с современным мобильным телефоном. Для решения возникающего, точнее, давно уже возникшего узкого места, требуются новые решения, и в случае системы OPALS – это лазеры.

Рис. 2.

«Система OPALS представляет собой первую экспериментальную площадку для разработки технологий лазерных космических коммуникаций, а Международная космическая станция будет выступать в роли полигона для испытаний системы OPALS» – рассказывает Майкл Кокоровский (Michael Kokorowski), руководитель проекта OPALS и сотрудник Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL), – «Будущие лазерные коммуникационные системы, которые будут разработаны на базе технологий OPALS, смогут обеспечить обмен большими объемами информации, что устранит узкое место, которое в некоторых случаях сдерживает научные исследования и коммерческие предприятия».

Система OPALS представляет собой герметичный контейнер, в котором находится электроника, посредством оптического кабеля связанная с лазерным приемно-передающим устройством. В состав этого устройства входит лазерный коллиматор и камера слежения, установленные на подвижной платформе. Установка OPALS будет отправлена на борт МКС на борту космического корабля Dragon, который отправится в космос в декабре этого года. После доставки контейнер и передатчик будут установлены снаружи станции и начнется 90-дневная программа полевых испытаний системы.

Рис. 3.

С Земли специалистами лаборатории Optical Communications Telescope Laboratory в сторону космической станции будет послан луч лазерного света, который выступит в качестве маяка. Оборудование системы OPALS, уловив этот сигнал, с помощью специальных приводов нацелит свой передатчик на наземный телескоп, который будет служить в качестве приемника, и передаст ответный сигнал.

В случае отсутствия помех на пути распространения лучей лазерного света коммуникационный канал будет установлен и по нему начнется передача видео- и телеметрической информации, которая в первый раз будет продолжаться порядка 100 секунд.

«Все это выглядит достаточно просто, но на самом деле все обстоит иначе. В качестве сравнения можно привести то, что это эквивалентно попытке попасть на ходу с расстояния в 10 метров лучом лазерной указки и удержать его на точке, размером меньше диаметра человеческого волоса» – рассказывает Богдан Оайда (Bogdan Oaida), инженер программы OPALS, – «Но игра стоит свеч. Полоса пропускания лазерного канала намного шире полосы пропускания радиоканала и за то короткое время, пока будет установлен лазерный канал, через него можно будет передать гораздо больше данных, чем через радиоканал за целые сутки».