نجحت شبكة "تيرا نت" التابعة لجامعة غرب أستراليا، وهي شبكة من محطات بصرية أرضية متخصصة في الاتصالات الفضائية عالية السرعة، في استقبال إشارة ليزر من قمر صناعي ألماني يدور في مدار أرضي منخفض. ويمهد هذا الاختراق الطريق لزيادة عرض النطاق الترددي للاتصالات بين الفضاء والأرض بمقدار 1,000- ضعفًا.
TeraNet 1، محطة بصرية أرضية في جامعة غرب أستراليا. حقوق الصورة: دانيل أوبريشكو، مركز الفضاء الدولي
يمثل اختبار الاتصالات بالليزر الذي أجرته TeraNet باستخدام OSIRISv1 خطوة إلى الأمام بالنسبة لغرب أستراليا في استبدال أنظمة الراديو القديمة بأشعة الليزر عالية السرعة في الاتصالات الفضائية. تم تصميم الشبكة، التي تم تمويلها من قبل الحكومة الأسترالية، لدعم مجموعة متنوعة من المهام وتحسين قدرات نقل البيانات عبر قطاعات متعددة.
تلقى فريق TeraNet، بقيادة الأستاذ المساعد ساشا شيديوي في وحدة جامعة غرب أستراليا التابعة للمركز الدولي لأبحاث علم الفلك الراديوي (ICRAR)، إشارات ليزر من OSIRISv1، وهي حمولة اتصالات بالليزر في معهد الاتصالات والملاحة التابع للمركز الألماني للطيران والفضاء (DLR). تم تثبيت OSIRISv1 على قمر Flying Laptop التابع لجامعة شتوتغارت. تم اكتشاف الإشارات باستخدام محطتين أرضيتين بصريتين من TeraNet أثناء تحليق القمر الصناعي يوم الخميس الماضي.
وقال الأستاذ المساعد شيديوي: "إن هذا العرض يمثل خطوة أولى بالغة الأهمية في إنشاء شبكة اتصالات فضائية من الجيل التالي في غرب أستراليا. وتتضمن الخطوات التالية ربط الشبكة بمحطات أرضية بصرية أخرى قيد التطوير حاليًا في أستراليا وحول العالم".
طلاب يستخدمون TeraNet 3، وهي شبكة اتصالات بصرية متنقلة. المصدر: ICRAR
تستخدم محطات TeraNet الأرضية أشعة الليزر، بدلاً من إشارات الراديو اللاسلكية التقليدية، لنقل البيانات بين الأقمار الصناعية في الفضاء والمستخدمين على الأرض. ولأن أشعة الليزر تعمل بترددات أعلى بكثير من الراديو، فإن كمية البيانات التي يمكن نقلها في الثانية الواحدة قد تصل إلى 1,000 جيجابت.
لقد تم استخدام تقنية الراديو اللاسلكية في الاتصالات الفضائية منذ إطلاق أول قمر صناعي، سبوتنيك 1، قبل ما يقرب من 70 عامًا، وظلت التكنولوجيا دون تغيير نسبيًا منذ ذلك الحين. ومع زيادة عدد الأقمار الصناعية في الفضاء، وتوليد كل قمر صناعي جديد لمزيد من البيانات، ظهرت الآن مشكلة رئيسية في الفضاء فيما يتعلق بإعادة تلك البيانات إلى الأرض.
إن الاتصالات بالليزر مناسبة تمامًا لحل هذه المشكلة، ولكن الجانب السلبي هو أن إشارات الليزر يمكن أن تتعطل بسبب السحب والأمطار. ويعمل فريق TeraNet على التخفيف من هذا القصور من خلال إنشاء شبكة من ثلاث محطات أرضية منتشرة في غرب أستراليا. وهذا يعني أنه إذا كانت إحدى المحطات الأرضية غائمة، فيمكن للقمر الصناعي تنزيل البيانات إلى محطة أرضية أخرى حيث تكون الشمس ساطعة.
وبالإضافة إلى ذلك، تم بناء إحدى محطتي TeraNet الأرضيتين اللتين تستقبلان إشارة الليزر من القمر الصناعي على ظهر سيارة جيب مصممة خصيصًا. وهذا يعني أنه يمكن نشرها بسرعة في المواقع التي تتطلب اتصالات فضائية فائقة السرعة، مثل المجتمعات النائية التي انقطعت عنها روابط الاتصالات التقليدية بسبب الكوارث الطبيعية.
ستؤدي الاتصالات بالليزر عالية السرعة من الفضاء إلى إحداث ثورة في نقل البيانات من أقمار مراقبة الأرض، وتعزيز أمن شبكات الاتصالات العسكرية بشكل كبير، ودعم العمليات عن بعد الآمنة في قطاعات مثل عمليات التعدين المستقلة، فضلاً عن التخطيط للكوارث الوطنية والاستجابة لها.
حصل فريق TeraNet في ICRAR على تمويل من الحكومة الأسترالية وحكومة غرب أستراليا وجامعة غرب أستراليا في عام 2023 كجزء من برنامج تمويل "مهمة العرض التوضيحي من القمر إلى المريخ" التابع لوكالة الفضاء الأسترالية. يدعم المشروع الذي تبلغ تكلفته 6.3 مليون دولار بناء ثلاث محطات أرضية بصرية لشبكة TeraNet في غرب أستراليا، حيث يوفر المركز الألماني للفضاء الجوي (DLR) قمره الصناعي الموجود في المدار والمجهز بمعدات اتصالات بالليزر.
ستدعم شبكة TeraNet العديد من المهمات الفضائية الدولية التي تعمل بين مدار الأرض المنخفض والقمر، باستخدام معايير الاتصالات البصرية التقليدية المجربة والتقنيات البصرية الأكثر تقدمًا، بما في ذلك اتصالات الفضاء العميق، والاتصالات المتماسكة فائقة السرعة، والاتصالات الكمومية الآمنة، وتحديد المواقع البصرية والتوقيت.
وتشمل الشبكة محطة أرضية في جامعة غرب أستراليا، ومحطة أرضية ثانية في منطقة مينغينو الفضائية، على بعد 300 كيلومتر شمال بيرث، ومحطة أرضية متنقلة قيد التشغيل في منشأة نورسيا الجديدة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية.
