Americká síť pozemních telekomunikačních antén Deep Space Network se nebezpečně blíží hranici svých možností. Proto se v posledních letech zkoušejí účinnější metody komunikace, jež místo rádiových vln využijí infračervené záření a viditelné světlo. Využití laserů pro komunikaci v budoucích misích zajistí mnohonásobně vyšší přenosové rychlosti a při tom znatelně uleví současnému systému radiových antén.
Laserová komunikace, pro niž se již v angličtině začal používat zkrácený pojem lasercomm, je v současné době ve fázi demonstračních přístrojů, které mají otestovat novou technologii před jejím masovým použitím v běžném provozu. Jedním z takových demonstrátorů je systém OPALS, jež měl svoji premiéru začátkem června na Mezinárodní kosmické stanici (ISS). OPALS je zkratkou plného názvu Optical Payload for Lasercomm Science. Přístroj byl vyvinut v Laboratoři tryskových pohonů NASA a na ISS byl dopraven lodí Dragon společnosti Space-X v dubnu letošního roku. Systém OPALS má prověřit možnosti širokopásmové komunikace z oběžné dráhy Země, jež je specifická zejména vysokou úhlovou rychlostí kosmické lodi přelétající nad pozemní stanicí. To klade vysoké nároky na přesné vedení paprsku i zaměření přijímací aparatury. V případě komunikace z větších vzdáleností již není vzájemný pohyb tak velký, narůstají však nároky na celkovou přesnost zacílení paprsku a také na výkon laseru, protože i laserový paprsek se musí mírně rozbíhat, aby spolehlivě pokryl oblast, na kterou se cílí.
Z nákladní lodi Dragon byl 7. května systém OPALS přesunut na přístrojovou plošinu ELC-1 umístěnou na vnější konstrukci stanice v oblasti nadiru, tedy na té straně, která je natočena přímo k zemskému povrchu. Zde dále probíhaly zkoušky jeho funkčnosti.
Jako pozemní stanice testovacího přenosu byla použita kalifornská observatoř Table Mountain nedaleko Wrightwoodu. Zde již dříve vznikla Laboratoř optické teleskopické komunikace. Jde o zrcadlový dalekohled o průměru 1 metru na velmi přesné montáži, doplněný vysílačem naváděcího laseru. Právě kvůli vysokým nárokům na zacílení komunikačního paprsku bylo nutné provést oboustranné spojení.
K samotnému přenosu došlo 5. června, když ISS prolétala nad pozemní stanicí. Samotný dalekohled zacílil pohybující se stanici sledováním po předem naprogramované dráze, která byla přesně určena z aktuální efemeridy dráhy a z informací přístrojů GPS na palubě stanice. Naváděcí laser pozemní stanice osvítil ISS a umožnil tak systému OPALS přesně se zaměřit na cílové místo na zemském povrchu. Jeho komunikační laser o výkonu 2,5 W pak začal správným směrem vysílat testovací datovou zprávu, kterou zaznamenával fotometr v ohnisku dalekohledu. Celá relace trvala 148 sekund. Bylo při ní dosaženo přenosové rychlosti až 50 Mbit/s a zaměřovací systém naváděl paprsek s přesností jedné setiny stupně při rychlosti pohybu až jeden stupeň za sekundu. Jako testovací zpráva bylo použito video v HD rozlišení s klasickým pozdravem „Hello world“, který je v anglicky mluvících zemích často používán nejen jako první testovací zpráva, ale také jako první testovací výpis počítačového programu apod. Zpráva byla přenášena opakovaně po celou dobu relace. Přenesení jedné kopie zprávy při tom zabralo jen 3,5 sekundy, ačkoli běžným rádiovým přenosem by to vyžadovalo více než 10 minut.
Systém OPALS však není prvním demonstrátorem laserové komunikace. Americká měsíční sonda LADEE, určená k průzkumu možné řídké atmosféry Měsíce, nesla též demonstrátor laserové komunikace. Jednalo se o systém LLCD s infračerveným laserem, určený ke krátkodobé demonstraci možností laserové komunikace na větší vzdálenosti. Sonda LADEE startovala k Měsíci 6. září 2013 (více o sondě viz samostatný článek) a poté, co bezpečně zaparkovala na oběžné dráze Měsíce, začal se k provozu připravovat též systém LLCD. Během jeho přibližně měsíčního provozu bylo dosaženo rekordní přenosové rychlosti 622 Mbit/s od sondy k Zemi, a také bylo prověřeno bezchybné spojení o rychlosti 20 Mbit/s od Země k sondě. Pro testy byla využita hlavní pozemní stanice v testovacím zařízení White Sands u Las Cruces v Novém Mexiku. Zde bylo také řídící středisko laserového demonstrátoru LLCD. Do laserové komunikace byly zapojeny ještě dvě pomocné stanice: jedna na Table Mountain, která též později zajistila přenos z ISS, a druhá na Tenerife, provozovaná Evropskou kosmickou agenturou. Systém LLCD byl zničen stejně jako celá sonda LADEE při plánovaném dopadu na měsíční povrch po úspěšném skončení mise 17. dubna letošního roku.
NASA dále plánuje vypuštění dlouhodobého demonstrátoru LCRD, který má potvrdit použitelnost systému laserové komunikace i během déletrvajících misí. Jeho vypuštění se zatím předpokládá v roce 2017. Měl by být schopen vysílat na dvě pozemní stanoviště zároveň, datový tok by měl dosáhnout v různých režimech od 1 do 3 Gbit/s a očekávané trvání experimentu by mělo být minimálně dva roky.
Inženýři, pracující na laserové komunikaci, přirovnávají kvalitativní skok přenosových rychlostí laserů k přechodu z pomalého vytáčeného internetového připojení k rychlým ADSL modemům. Doposud byla často při přijímání datových zpráv z družic a sond nutná značná dávka trpělivosti, neboť data se mnohdy přenášela jen velmi pomalu. V příštích letech by se to konečně mohlo změnit.
Podobný článek: LADEE – Sonda plná inovací míří k Měsíci
Použité zdroje:
- A Laser Message from Space
- Optical PAyload for Lasercomm Science (OPALS)
- Lunar Laser Communications Demonstration
