深宇宙レーザー通信記録、想像の余地はどこまで?前編

最近、米国のスピリット探査機が1600万キロメートル離れた地上施設との深宇宙レーザー通信試験を完了し、宇宙光通信距離の新記録を樹立した。では、どのような利点があるのでしょうかレーザー通信?技術原則とミッション要件に基づいて、どのような困難を克服する必要がありますか?今後、深宇宙探査分野への応用はどのような展望があるのでしょうか？

技術の進歩、挑戦を恐れない
宇宙研究者が宇宙を探索する過程において、深宇宙探査は非常に困難な課題です。探査機は遠く離れた星間空間を横断し、極限環境や過酷な条件を克服し、貴重なデータを取得して送信する必要があり、通信技術が重要な役割を果たします。

の模式図深宇宙レーザー通信スピリット衛星探査機と地上天文台間の実験

10月13日、探査機スピリットが打ち上げられ、少なくとも8年間続く探査の旅が始まった。ミッションの開始時に、米国のパロマー天文台のヘイル望遠鏡と協力して、近赤外線レーザーコーディングを使用して地球上のチームとデータを通信する深宇宙レーザー通信技術をテストしました。この目的を達成するには、検出器とそのレーザー通信装置は少なくとも 4 種類の困難を克服する必要があります。それぞれ、距離、信号の減衰と干渉、帯域幅の制限と遅延、エネルギーの制限と放熱の問題に注意が必要です。研究者らはこうした困難を長い間予想して準備し、一連の主要技術を突破して、スピリット探査機が深宇宙レーザー通信実験を行うための良好な基盤を築いた。
まず、Spirit Detector は高速データ伝送技術を使用し、伝送媒体としてレーザー光線を選択し、高出力レーザー送信機の利点を利用してレーザー送信速度と高い安定性を備え、深宇宙環境でのレーザー通信リンクの確立を試みています。
第二に、通信の信頼性と安定性を向上させるために、Spirit Detector は効率的なコーディング技術を採用しており、データコーディングを最適化することで限られた帯域幅内でより高いデータ伝送速度を実現できます。同時に、前方誤り訂正符号化技術を使用することで、ビット誤り率を低減し、データ伝送の精度を向上させることができます。
第三に、インテリジェントなスケジューリングおよび制御テクノロジーの助けを借りて、プローブは通信リソースの最適な利用を実現します。この技術は、タスク要件や通信環境の変化に応じて通信プロトコルと伝送速度を自動的に調整できるため、限られたエネルギー条件下でも最良の通信結果を保証できます。
最後に、信号受信能力を強化するために、Spirit プローブはマルチビーム受信技術を採用しています。この技術は、複数の受信アンテナを使用してアレイを形成することで、信号の受信感度と安定性を向上させ、複雑な深宇宙環境でも安定した通信接続を維持できます。

利点は明らかですが、秘密に隠されています
外の世界では、レーザはスピリット探査機の深宇宙通信テストの中核要素ですが、深宇宙通信の大幅な進歩を助けるために、レーザーには具体的にどのような利点があるのでしょうか?謎は何ですか？
一方で、深宇宙探査ミッションにおける大量のデータ、高解像度の画像やビデオに対する需要が高まっているため、深宇宙通信にはより高いデータ伝送速度が必要になることは間違いありません。数千万キロメートルで「始まる」ことも多い通信伝送距離を前に、電波は徐々に「無力」になっていきます。
レーザー通信は光子に情報を暗号化するのに対し、近赤外光は電波に比べて波長が狭く、周波数が高いため、より効率的かつスムーズな情報伝達による空間データの「ハイウェイ」を構築することが可能です。この点は、初期の地球低軌道宇宙実験で事前に検証されています。関連する適応策を講じ、大気干渉を克服した後、レーザー通信システムのデータ伝送速度は、以前の通信手段のデータ伝送速度の 100 倍近くも高かったことがあります。