Laserový paprsek přenese data na vzdálenost miliónů kilometrů
Představte si paprsek světla putujícího milióny kilometrů prázdnotou vesmíru – a to zpět k Zemi. Připravovaná mise ESA AIM (Asteroid Impact Mission) by měla udělat přesně toto: demonstrovat laserovou komunikaci skrze nepředstavitelnou prázdnotu.
Mise AIM nyní prochází přípravnou fází před tím, než bude na ministerské radě ESA v prosinci 2016 přijato finální rozhodnutí o realizaci či nerealizaci projektu. Jde o technologickou demonstrační misi do hlubin vesmíru, která zároveň bude představovat první misi určenou k průzkumu dvojasteroidu.
Mezi inovativními technologiemi, které při ní mají být testované, je právě komunikace pomocí laseru. Signál by měl umožnit několikanásobně rychlejší přenos dat, než jakého je možné dosáhnou pomocí rádiového signálu.
„Optická komunikace obecně ještě není v kosmických aplikacích zavedenou technologií. Třeba systém ESA EDRS (European Data Relay System) bude představovat její první komerční aplikaci,“ vysvětluje optický inženýr ESA Zoran Sodnik.
„V principu funguje podobně jako Morseovka a kódování do rychlých záblesků. Družice EDRS budou na vysokých oběžných drahách, odkud budou přijímat vysílání z evropských družic dálkového průzkumu Země pohybujících se na nízkých drahách, jako jsou třeba satelity řady Sentinel. Díky tomu z nich bude možné získávat data v reálném čase, jak už dříve bylo demonstrováno telekomunikačními misemi Alphasat a Artemis.“
„V roce 2013 se pozemní optická stanice ESA na Tenerife podílela na dvoucestné komunikaci s lunární sondou NASA LADEE, která byla ve vzdálenosti 400 tisíc kilometrů.“
„Ovšem mise AIM bude směřovat mnohem dále: předpokládáme, že budeme vysílat ze vzdálenosti 75 miliónů kilometrů, což je přibližně polovina vzdálenosti Země od Slunce. A ač se to může zdát jako velmi daleko, tak pro operace u planety Mars bude potřeba komunikovat na ještě větší vzdálenosti.“
Laserový paprsek vyslaný z teleskopu na sondě 13,5 cm na takovou vzdálenost se ovšem na Zemi promítne do plochy o průměru 1100 km, což zhruba odpovídá vzdálenosti z Londýna do Berlína. Pro srovnání: ekvivalentní rádiový paprsek letící na takovou vzdálenost by spolehlivě pokryl celou naši planetu.
„Vyšší frekvence laserového světla je to, co nám umožňuje lepší směrování paprsku – a v konečném důsledku vyšší přenosovou rychlost,“ dodává laserový inženýr ESA Clemens Heese.
„Zároveň bude mnoho fotonů cestou ztraceno, takže budeme potřebovat velmi sofistikovanou techniku počítání protonů, aby byl signál detekovaný dostatečně spolehlivě s pomocí přijímacího teleskopu o průměru 1 metr.“
„Zatímco rádiová komunikace je již velmi zralou technologií a blíží se hranicím své efektivity, v případě komunikace optické je ještě velký prostor pro vývoj. Takže právě toto je způsob, se kterým jsme schopni zvýšit objem a rychlost datových přenosů.“
Aby se s touto výzvou bylo možné vypořádat, tým AIM při ESA zadal předvývojové kontrakty jednotlivým hráčům v průmyslu, aby bylo možné začít řešit klíčové oblasti jako je návrh teleskopu, elektroniku detektoru a hrubý i přesný směrovací systém. Abychom získali dostatečnou přesnost, AIM musí zamířit svůj signál do oblasti velké jako planeta Mars na noční obloze.“
„S hmotností 39,3 kg bude laserový systém AIM jedním z nejtěžších zařízení na sondě,“ vysvětluje vedoucí vědeckých analýz a systémů podpory v ESA Andres Galvez.
„Snažíme se maximalizovat přínos ze systému i tím, že jej budeme využívat pro vědecké účely: laser totiž může být použitý i jako výškoměr ke zmapování asteroidu.“
Systém je navrhovaný firmou RUAG Space ze Švýcarska, přičemž vychází ze stávající řady laserových komunikačních terminálů Optel. Nejnovější z nich přitom slouží k přímému vysílání z vesmíru na Zemi z minidružic.
