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你需要知道的6件事

NASA 激光通信中继通过激光链路与国际空间站通信的图示。 图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

美国宇航局激光通信中继演示 (LCRD) 将使用激光通信系统将数据从太空传输到地球。 关于 NASA 的革命性 LCRD 任务,您需要了解以下六件事。

1. 激光通信将改变 NASA 在太空内外获取信息的方式。

自太空探索之初,NASA 就使用无线电频率系统与宇航员和航天器进行通信。 然而,随着太空任务产生和收集更多数据,对增强通信能力的需求也在增加。 LCRD 发挥优势 激光触点,它使用红外光而不是无线电波来编码和传输信息到地球和从地球传输。

无线电波和红外激光波都是电磁辐射的形式,波长位于光谱的不同点。 任务对电磁信号的科学数据进行编码,然后将其发送回地球。

激光通信中使用的红外光与无线电波的不同之处在于它的频率要高得多,允许工程师在每次传输中打包更多数据。 更多的数据会同时产生更多关于空间的信息和发现。

使用红外激光,LCRD 将以每秒 1.2 吉比特 (Gbps) 的速度从地球同步轨道将数据发送回地球。 以这种速度和距离,您可以在不到一分钟的时间内下载一部电影。

作为空间测试计划 (STP-3) 任务的一部分,LCRD 将作为承载在国防部航天器上的有效载荷飞行。 LCRD 将继续 NASA 对激光通信的探索,以支持未来的月球和更远的任务。 图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

2. 激光通信将允许航天器通过单个下行链路将更多数据发送回国内。

如果您还活着 80 年代末和 90 年代初,您会记得地面互联网的拨号速度 – 非常缓慢。 将激光通信添加到航天器就像人类使用高速互联网和光纤网络等技术:一场革命。

无线电波与光波

无线电波与光波。 信用:美国宇航局

如今,我们的家庭互联网连接使高清视频、节目和内容几乎可以立即到达我们的屏幕。 部分原因是光纤连接通过塑料或玻璃电缆发送密集数据的激光,从而创造更快的用户体验。

相同的概念——除了光缆——正被应用于空间激光通信,它允许航天器通过激光链路传输高分辨率图像和视频。

有了激光通信,航天器可以在一次下载中一次发送更多数据。 NASA 和航空航天业正在利用这些新发展,并创建更多使用激光来补充射频卫星的任务。

3. 有效载荷包含两个光学单元或望远镜, 接收和传输激光信号.

LCRD 是一种卫星中继器,具有多个高度敏感的组件,可提供增强的通信。 作为中继,LCRD 消除了用户任务对地面天线的直接视线的需要。 LCRD 包含两个光学站——一个从用户的航天器接收数据,另一个将数据发送到地球上的地面站。

LCRD 负载钻孔

戈达德太空飞行中心洁净室中的 LCRD 有效载荷。 图片来源:NASA/Dave Ryan

LCRD 调制解调器将数字数据转换为激光信号,然后通过中继光学模块通过人眼不可见的编码光束传输。 LCRD 可以发送和接收数据,为往返太空的任务数据流建立一条连续的路径。 这些功能共同构成了 LCRD NASA 的第一个端到端双向光中继。

这些只是构成 LCRD 有效载荷的一些组件,它们共同代表了一个大床垫尺寸。

4. LCRD 基于加利福尼亚和夏威夷的两个地面站。

一旦 LCRD 接收并编码信息,有效载荷将数据发送到地球上的地面站,每个地面站都配备有望远镜接收光和调制解调器,将编码后的光转换回数字数据。

LCRD 地面站 被称为光学地面站 (OGS)-1 和 -2,它们位于 南加州桌山,并在 夏威夷毛伊岛的哈雷阿卡拉火山.

虽然激光通信可以提供更高的数据传输速率,但大气湍流(例如云和湍流)会在激光信号穿过地球大气层时干扰它们。

OGS-1 和 OSG-2 站点被选择用于晴朗的天气条件、偏远和高海拔站点。 这些地区的大部分天气都发生在山顶以下,因此相对晴朗的天空非常适合激光通信。

5. LCRD 允许政府、学术界和商业合作伙伴从地球同步轨道测试激光能力。

LCRD 将展示来自地球同步轨道(距地球表面约 22,000 英里)的激光通信系统的可行性。

在支持其他任务之前,LCRD 将花费两年时间进行测试和 实验. 在此期间,OGS-1 和 OGS-2 将充当“任务”,将数据从一个站点发送到 LCRD,然后再发送到另一个站点。

LCRD 联系方式

LCRD 将数据从空间站传输到地球。 图片来源:NASA/Dave Ryan

LCRD 将通过 NASA、其他政府机构、学术界和商业公司的实验来测试激光功能。 其中一些实验包括研究激光信号上的大气湍流和演示可靠的中继服务操作。

这些测试将使航天界能够向 LCRD 学习,并进一步改进未来实施的技术。 NASA 提供了这些机会来发展有关激光通信的知识体系并增强其业务使用。

在实验阶段之后,LCRD 将支持太空任务,包括将安装在国际空间站上的光伏站。 该站将从船上的科学实验中收集数据,然后将信息发送到 LCRD 以传输回地球。

6. LCRD 是众多激动人心的即将到来的激光任务之一。

LCRD 是 NASA 的第一个激光通信中继系统。 然而,有 许多任务 在开发过程中,它将演示和测试额外的激光通信能力。

NASA 的激光通信任务

NASA 的激光通信任务。 图片来源:NASA/Dave Ryan

  • Orion Artemis II 光通信系统 (O2O) (O2O) 站将通过地球和环绕月球旅行的 Artemis II 宇航员之间的红外光实现高分辨率视频馈送。
  • 2026 年,一个 精神 任务将到达目的地——一颗距离地球超过 1.5 亿英里的小行星。 会携带通灵 深空通信 (DSOC) 来测试激光通信以应对深空探索带来的独特挑战。

所有这些任务都将帮助航空航天界为未来的任务标准化激光通信。 有了激光照明,NASA 可以从太空收集比以往任何时候都多的信息。

LCRD 是美国宇航局太空测试计划 6 (STPSat-6) 卫星上的有效载荷。 STPSat-6 是空间测试计划 3 (STP-3) 任务的一部分,将从佛罗里达州的卡纳维拉尔角太空部队站使用联合发射联盟 Atlas V 551 火箭发射。 STP 由美国太空军的太空系统司令部运营。

Goddard 领导 LCRD 并与 NASA 位于南加州的喷气推进实验室和 林肯实验室。 LCRD 由 NASA 的技术演示任务计划(该计划是空间技术任务理事会的一部分)以及位于 NASA 总部的通信与航天 (SCaN) 计划资助。

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