Китайские инженеры испытали лазерную связь между Землей и Луной

Китайские инженеры провели успешные испытания системы двусторонней лазерной связи между Землей и Луной. На протяжении более года специалисты тестировали оборудование на орбите, и в итоге им удалось установить устойчивый канал на расстоянии свыше 400 тысяч километров. Это достижение демонстрирует, что лазерные технологии могут эффективно работать не только на околоземных орбитах, но и в дальнем космосе.

Преимущества лазерной связи

По сравнению с традиционной микроволновой связью лазерные системы обладают рядом существенных преимуществ. Они обеспечивают более высокую скорость передачи данных и большую пропускную способность, отличаются повышенной защищенностью и позволяют создавать более компактную аппаратуру. Эти характеристики делают лазерную связь перспективной для будущих космических миссий, особенно в условиях растущих объемов научной информации.

Технические вызовы и их решения

Организация устойчивого лазерного канала на столь огромном расстоянии потребовала решения трех основных проблем: точного наведения луча, крайне слабого сигнала и высокой скорости передачи данных. На дистанции между Землей и Луной даже незначительные колебания спутника или атмосферная турбулентность над наземной станцией способны отклонить лазерный луч. Казалось бы, ничтожная угловая ошибка на таком расстоянии может привести к промаху на километры.

Для решения задачи точного наведения специалисты разработали новую систему захвата и сопровождения цели. Она учитывает задержки, возникающие при орбитальном движении, прохождении сигнала через атмосферу и распространении оптического излучения. Благодаря этому наземная и космическая аппаратура может сохранять чрезвычайно точное взаимное наведение даже во время движения.

После преодоления более 400 тысяч километров лазерный сигнал, возвращающийся к Земле, становится настолько слабым, что наземные телескопы способны регистрировать лишь несколько фотонов за раз. Дополнительные помехи создают лунный и звездный свет, а также городское освещение. Исследователи разработали высокоскоростную сверхпроводящую технологию регистрации одиночных фотонов, а также высокочувствительные алгоритмы, позволяющие выделять полезный коммуникационный сигнал на фоне шума.

Для преодоления ограничения по скорости специалисты создали широкополосную технологию обработки сигналов и применили специальные схемы кодирования, позволяющие компенсировать влияние помех. В ходе испытаний была достигнута скорость двусторонней передачи данных 1,25 мегабит в секунду по восходящему каналу и 100 мегабит в секунду по нисходящему.

На фоне подготовки пилотируемых экспедиций на Луну и строительства лунной исследовательской станции будущие миссии будут генерировать огромные объемы изображений наблюдений и научных данных. Традиционные системы связи уже не смогут обеспечить необходимую пропускную способность для их передачи. Таким образом, созданная лазерная «информационная магистраль» между Землей и Луной обеспечит новый высокоскоростной канал передачи данных, который сможет использоваться в будущих лунных миссиях.