31 мая 2023 398

НАСА передало на землю рекордные 200 Гбит/с при помощи космического лазера.

Группа исследователей из НАСА, Массачусетского технологического института и других учреждений установила самую быструю линию лазерной связи между космосом и землей, удвоив рекорд, установленный ими в прошлом году. При скорости передачи данных 200 гигабит в секунду спутник может передать более 2 терабайт данных — примерно 1000 фильмов высокой четкости — за один 5-минутный проход над наземной станцией.

Новая линия связи стала возможной благодаря системе TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD), находящейся на высоте около 530 километров над поверхностью Земли. Запущенный в космос в мае прошлого года, TBIRD к июню прошлого года достиг скорости нисходящей линии связи до 100 Гбит/сек. с помощью наземного приемника в Калифорнии. Это было в 100 раз быстрее, чем самая высокая скорость Интернета в большинстве городов, и более чем в 1000 раз быстрее, чем радиоканалы, традиционно используемые для связи со спутниками.

Альтернатива оптоволокну и радиоволнам

Самые быстрые сети передачи данных на Земле обычно полагаются на лазерную связь по оптоволокну. Однако высокоскоростного лазерного интернета для спутников пока не существует. Вместо этого космические агентства и операторы коммерческих спутников для связи с объектами в космосе чаще всего используют радио. Инфракрасный свет, который может использовать лазерная связь, имеет гораздо более высокую частоту, чем радиоволны, что обеспечивает гораздо более высокую скорость передачи данных.

В настоящее время количество спутников на орбите ограничено объемом данных, которые они могут передать по нисходящей линии связи, и эта тенденция будет только усиливаться по мере запуска более эффективных спутников. Даже гиперспектральный сканер — HISUI на Международной космической станции — должен отправлять данные обратно на Землю через накопители на грузовых кораблях из-за ограничений скорости передачи данных.

TBIRD является важным инструментом для миссий, которые собирают важные данные о климате и ресурсах Земли, а также для астрофизических приложений, таких как изображения черных дыр

— Кэт Райзинг, аэрокосмический инженер и сотрудник лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института.

Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института разработала TBIRD в 2014 году как недорогой и высокоскоростной способ доступа к данным на космических кораблях. Ключевым способом сокращения расходов было использование коммерческих готовых компонентов, изначально разработанных для наземного использования. К ним относятся высокоскоростные оптические модемы, изначально созданные для оптоволоконных телекоммуникаций, и высокоскоростные хранилища большого объема для хранения данных.

Расположенный на борту спутника НАСА Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3), TBIRD был выведен на орбиту в рамках совместной миссии SpaceX Transporter-5 со станции космических сил на мысе Канаверал во Флориде 25 мая 2022 года. Спутник PTD-3 имеет небольшие размеры и весит всего лишь около 12 кг.

Стремление промышленности к небольшим, маломощным оптическим трансиверам с высокой скоростью передачи данных позволило нам добиться компактного форм-фактора, подходящего даже для небольших спутников

— Джейсон Митчелл, аэрокосмический инженер программы НАСА по космическим коммуникациям и навигации.

По словам Райзинга, архитектура TBIRD может поддерживать несколько каналов за счет разделения длин волн, что обеспечивает более высокие скорости передачи данных. Именно так 28 апреля компания TBIRD установила нисходящий канал со скоростью 200 Гбит/с, используя два канала со скоростью 100 Гбит/с.

В настоящее время на орбите находятся спутники, ограниченные только объемом данных, которые они могут передавать по нисходящей линии связи, и такая тенденция будет только усиливаться по мере запуска более мощных спутников

— Кэт Райзинг.

Сфера применения

Следующим шагом исследовательской группы является изучение того, где можно применить новую технологию в предстоящих миссиях.

Технология особенно полезна для научных миссий, когда сбор большого количества данных может принести значительную пользу. Одной из таких стала миссия Event Horizon Explorer, которая связанна с получением высококачественных изображений черных дыр от телескопа Event Horizon

— Кэт Райзинг.

Ученые также хотят изучить возможности применения технологии в различных сценариях, например, на геостационарной орбите. Более того, в данный момент исследователи ищут способы расширить возможности TBIRD настолько, чтобы система могла обеспечить связь с Луной, для обеспечения поддержки будущих миссий.

Предполагаемый канал связи будет обеспечивать скорость в диапазоне от 1 до 5 Гбит/с, что впечатляет, учитывая, что Луна находится примерно в 400 000 км от Земли.

Новая технология может также найти применение в высокоскоростных каналах передачи данных об атмосфере на земле. Особенно технология полезна при передаче информации в местности, где обеспечение оптоволоконной связи невозможно.