Космическая лазерная связь установила рекорд скорости

То, что будущее космической связи не в радиодиапазоне, стало понятно десятки лет назад. Но лишь сейчас приступили к реализации по-настоящему дальней лазерной космосвязи.

В сентябре 2013 года НАСА отправило к Луне роботизированную миссию «Исследователь лунной атмосферы и пыли» (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, LADEE). Проект предполагал проведение эксперимента Laser Communications Demonstration по поддержанию связи между Землёй и орбитой Луны не в радиодиапазоне, а с помощью лазера.

LADEE при подготовке к запуску (здесь и ниже иллюстрации NASA).

Казалось бы, чем Штатгоскосмосу не угодило радио? А тем, что в жизни такая связь не вызывает вопросов только на Земле. И чем дальше объект удалён от неё, тем труднее использовать радио для корректной коммуникации. «Вояджер» — самый, наверное, показательный пример. С увеличением расстояния между ним и Землёй скорость связи ожидаемо падает (пропорционально квадрату расстояния). Около Юпитера, в сотнях миллионов километров от нас, это было терпимо — 115 кбит/с. Сейчас нас разделяет примерно 19 млрд километров, и если бы не использование всё более крупных антенн для приёма данных, скорость связи упала бы до совершенно неприличной. Сегодня они, антенны, «выросли» за 80 м, и всё равно канал дикий, dial-up какой-то, причём не слишком быстрый.

Хорошо, с «Вояджером» разобрались, всё-таки аппаратура 1970-х: камеры на 800 строк и сверхслабый бортовой «компьютер» не могут слишком уж нагрузить систему связи. Но ведь уже сегодня приличные камеры требуют куда более эффективной передачи информации. Что же будет через десятилетие?..

Вот ещё один пример. Вполне современный Лунный орбитальный зонд НАСА, общая мощность питания которого подбирается к 2 кВт, передаёт единственное высококачественное изображение на Землю в течение нескольких минут. По оценкам, даже нынешнего экспериментального канала связи, которому посвящена эта заметка, хватило бы для отправки такой же картинки за несколько секунд. И именно так происходит в случае LADEE.
Лазерный луч, в отличие от радиоволн, не столь сильно рассеивается, а главное — плотность его излучения в нужном секторе может быть много больше, чем у радиопередатчика, что позволяет обойтись без приёмников в десятки метров, ведь когерентность лазерного пучка несравнимо выше.

Нынешний НАСА-эксперимент — первая двусторонняя система космической связи. А это значит, что она явно не самая совершенная — по сути, делает первые шаги. И всё же ведомство сообщает, что ей удалось безошибочно передать с Земли на лунную орбиту, где находится аппарат, данные со скоростью 20 Мбит/с. И хотя это может показаться вам слезами, в действительности потребность в передаче информации с наземных станций на КА редко бывает слишком уж большой, благо всё же основная задача таких устройств — отправка данных на Землю.

А вот спутник с окололунной орбиты смог отправить информацию наземным наблюдателям со скоростью 622 Мбит/с (рискнём предположить, что это лучше, чем «домашний Интернет» многих из вас). Для аппарата с мощностью бортового питания 295 Вт, да ещё и передающего на 382 тыс. км, это Результат. Словом, и по скорости отправки, и по получению информации перед нами рекорд скорости связи на такое расстояние.

«Мы воодушевлены результатами демонстрации. И уверены, что находимся на верном пути к внедрению этой технологии в самой ближней перспективе», — говорит Бадри Йонес (Badri Younes), заместитель руководителя подразделения космической связи и навигации НАСА.

Аппарат на окололунной орбите в представлении художника.

Между тем демонстрация лазерной связи с аппаратом LADEE — краткосрочная миссия, да и основная цель у КА иная — изучение лунной пыли. Поэтому в ближайшем будущем — в 2017 году — НАСА запустит «Демонстратор лазерной релейной связи» (Laser Communications Relay Demonstration, LCRD). Предполагается, что скорость передачи данных достигнет с ним куда бóльших величин, что позволит наконец-то оснастить приличными камерами аппараты, направляемые в удалённые районы Солнечной системы, а также даст возможность снимать там видео в разумном качестве и 3D-формате.

Учитывая, что почти всё, что нам известно, скажем, о большинстве спутников планет-гигантов, мы знаем от таких зондов, сомневаться в огромном значении внедрения лазерной связи для планетологии и изучения Солнечной системы не приходится ни секунды. Но ведь одним космосом дело не ограничится, и это тоже предельно ясно...

Подготовлено по материалам НАСА.