في الآونة الأخيرة، من أجل تحسينالاتصالات الفضائية التابعة لناسامن حيث القدرات، تخطط وكالة ناسا لإرسال عرض تقني يسمى مودم المستخدم ومحطة مكبر الصوت المدمجة في مدار أرضي منخفض LCRD (ILLUMA-T) إلى المحطة الفضائية في عام 2023. ومن المقرر أن يتم معًا عرض ILLUMA-T وعروض ترحيل اتصالات الليزر (LCRD) تم إطلاقه في ديسمبر 2021، وسيكمل أول نظام ترحيل ليزري ثنائي الاتجاه من طرف إلى طرف تابع لناسا.
مزايا أنظمة الاتصالات بالليزر
تستخدم أنظمة الاتصالات الليزرية ضوء الأشعة تحت الحمراء غير المرئي لإرسال واستقبال المعلومات بمعدلات بيانات أعلى بكثير. في حين أن نظام الترددات الراديوية الأصلي استغرق حوالي تسعة أسابيع لإرسال خريطة كاملة للمريخ إلى الأرض، فقد استغرق الأمر حوالي تسعة أيام باستخدام الليزر. وبالتالي، مع ارتفاع معدلات البيانات، يمكن للمهمة إرسال المزيد من الصور والفيديو إلى الأرض في عملية إرسال واحدة. بمجرد تركيبه على المحطة الفضائية، سيوضح ILLUMA-T فوائد معدلات نقل البيانات الأعلى لمهمات LEO. توفر اتصالات الليزر مرونة أكبر للمهام وطريقة سريعة للوصول إلى البيانات من الفضاء. تقوم ناسا حاليًا بدمج هذه التكنولوجيا في العروض التوضيحية القريبة من الأرض والقمر والفضاء السحيق.
بالإضافة إلى فوائد معدلات البيانات الأسرع، توفر أنظمة الليزر أيضًا مزايا رئيسية في تصميم المركبات الفضائية نظرًا لوزنها الخفيف وانخفاض استهلاكها للطاقة. سيتم تأمين ILLUMA-T، الذي يبلغ حجمه تقريبًا حجم الثلاجة القياسية، إلى وحدة خارجية على المحطة الفضائية للمظاهرات من خلال LCRD. حاليًا، يعرض LCRD فوائد ترحيل الليزر في المدار المتزامن مع الأرض (22 000 ميلًا من الأرض) لتحسين قدرات الليزر التابعة لناسا بشكل أكبر من خلال نقل البيانات وإجراء التجارب بين المحطتين الأرضيتين. بمجرد دخول ILLUMA-T إلى المحطة، سترسل المحطة بيانات عالية الدقة، بما في ذلك الصور والفيديو، إلى LCRD بمعدل 1200 ميجابت في الثانية. سيتم بعد ذلك إرسال البيانات من LCRD إلى المحطات الأرضية في هاواي وكاليفورنيا. سيُظهر هذا العرض التوضيحي كيف يمكن لاتصالات الليزر أن تفيد مهمات الأجسام القريبة من الأرض.
سيتم إطلاق ILLUMA-T كحمولة لمهمة خدمات إعادة الإمداد التجارية التاسعة والعشرين لشركة SpaceX لصالح وكالة ناسا. خلال الأسبوعين الأولين بعد الإطلاق، ستتم إزالة ILLUMA-T من صندوق المركبة الفضائية Dragon وتثبيته في مرفق التعرض لوحدة التجارب اليابانية (JEM-EF) بالمحطة الفضائية. بمجرد تثبيت الحمولة، سيقوم فريق ILLUMA-T بإجراء الاختبارات الأولية والفحوصات في المدار. بمجرد اكتمال ذلك، سيدفع الفريق نحو الضوء الأول للحمولة - وهو معلم رئيسي للمهمة، التي ستنقل ضوء الليزر الأول إلى LCRD من خلال تلسكوبها البصري. بمجرد وجود الضوء الأول، ستبدأ تجارب نقل البيانات والاتصالات بالليزر وتستمر طوال المهمة المخطط لها.
اختبار الليزر في سيناريوهات مختلفة
وفي المستقبل، ستكمل الاتصالات الليزرية التشغيلية أنظمة الترددات الراديوية، التي لا تزال العديد من البعثات الفضائية تعتمد عليها لنقل البيانات إلى الأرض. في حين أن ILLUMA-T ليست المهمة الأولى لاختبار اتصالات الليزر في الفضاء، إلا أنها تقرب وكالة ناسا خطوة واحدة من التطبيق العملي لهذه التكنولوجيا.
بالإضافة إلى LCRD، تشتمل أسلاف ILLUMA-T على نظام TeraByte InfraRed Delivery System لعام 2022، والذي يختبر حاليًا اتصالات الليزر على قمر CubeSat صغير في مدار قريب من الأرض، وعرض اتصالات الليزر القمري، والذي تم خلال الغلاف الجوي القمري وبيئة الغبار عام 2014. أرسلت مهمة المستكشف البيانات ذهابًا وإيابًا بين مدار القمر والأرض؛ والحمولة البصرية Lasercomm Science لعام 2017، والتي أظهرت كيف يمكن لاتصالات الليزر تسريع تدفق المعلومات بين الأرض والفضاء مقارنة بإشارات الراديو.
إن اختبار قدرة اتصالات الليزر على إنتاج معدلات نقل بيانات أعلى في مجموعة متنوعة من السيناريوهات سيساعد مجتمع الفضاء الجوي على تحسين قدرات المهام المستقبلية إلى القمر والمريخ والفضاء السحيق.
