في 30 يناير، تم إطلاق القمر الصناعي يوتلسات 9B إلى مداره. أصبح أول قمر صناعي مزود بنظام EDRS (النظام الأوروبي لترحيل البيانات). ورغبة في معرفة المزيد عن التكنولوجيا الجديدة، ذهب أحد مراسلي Mediasat إلى مكتب مطور وحدة EDRS، Tesat، والذي يقع في بلدة Backnang الألمانية الصغيرة. قام رئيس قسم تكنولوجيا الليزر، ماتياس موتسيغيمبا، بجولة في المؤسسة وتحدث عن تكنولوجيا الاتصالات بالليزر، التي لا تزال غير معروفة في العالم.

بدعم من وكالة الفضاء الألمانية، قامت شركة Tesat بتطوير محطة اتصالات الليزر (LCT)، والتي توفر الدعم لنقل البيانات عالية السرعة بين الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO) والأرض الثابتة بالنسبة إلى الأرض (GEO). تتيح المحطة إمكانية نقل البيانات بسرعة 1.8 جيجابت/ثانية على مسافة تصل إلى 45000 كيلومتر. وينبغي أن تصبح مطاريف LCT هذه أساس قنوات نقل البيانات الرئيسية في نظام EDRS، الذي ينبغي أن يضمن نقل البيانات بين سواتل LEO وGEO.

ماتياس موتسيجيمبا: "لدينا الآن القدرة على تقديم خدمات عالية الجودة في الوقت الفعلي تقريبًا. هذا يحدث فرقا كبيرا! يقوم القمر الصناعي LEO بالتقاط صورة وإرسالها إلى القمر الصناعي GEO، والذي بدوره يرسلها إلى الأرض عبر الترددات الراديوية. يعد شعاع الليزر حلاً ممتازًا في الفراغ، ولكنه ليس الخيار الأفضل في الظروف الجوية، نظرًا لأن السحب يمكن أن تسبب تداخلاً. لحماية إشارة التلفزيون الخاصة بك، يمكنك استخدام معدلات بيانات عالية وتقنية بصرية مقاومة للتداخل في خط التغذية الخاص بك. ويمكن مقارنة ظهور تكنولوجيا الاتصالات بالليزر ببداية استخدام الألياف الضوئية بدلاً من النحاس.

قد يكون النقل الفوري لنظام مراقبة الأرض بمثابة خدمة أجنبية تستخدم خطوطًا أرضية غير آمنة.
خدمة نقل البيانات الضوئية (LEO إلى GEO وGEO إلى محطة الإرسال الأرضية).
يمكن أن تكون المحطة الأرضية موجودة في بلدها ضمن خط رؤية القمر الصناعي المستقر بالنسبة إلى الأرض.
S/C - السيادة على أصول المعلومات الخاصة بك.

إن الحاجة إلى تطوير هذه التكنولوجيا تمليها الطلب المتزايد على قدرة نقل البيانات لأقمار المراقبة المدنية والعسكرية، ومهمات HALE. تم طرح فكرة إنشاء نظام EDRS من قبل المفوضية الأوروبية، التي تشارك بالفعل في كوكبة الأقمار الصناعية Sentinel، برنامج كوبرنيكوس. وينبغي أن تكون الخطوة التالية هي إنشاء قنوات اتصال بين الأقمار الصناعية. عرضت يوتلسات القدرة على وحدة الاتصالات على القمر الصناعي يوتلسات 9B. بعد سبع سنوات من تطوير الجيل الأول والثاني من LCTs، تم إطلاق نظام LCT على Alphasat في يوليو 2013. تم دمج نظام LCT على القمر الصناعي Sentinel-1A بنجاح في ديسمبر 2013. وفي ديسمبر 2014، تم إطلاق القمر الصناعي Sentinel 1A وتشغيله. في نوفمبر 2014، عقدت وكالة الفضاء الأوروبية وتيسات عرضًا حيًا مشتركًا، تم خلاله إرسال صورة رادارية على القمر الصناعي Sentinel-1A في الوقت الفعلي تقريبًا عبر Alphasat على مسافة 41700 كيلومتر إلى محطة أرضية.

"من الناحية الفنية، لا يوجد فرق بين معدات الاتصالات الليزرية المثبتة على Alphasat والمعدات المماثلة على Eutelsat 9B. وأظهرت شركة Alphasat القدرات التقنية للمشروع، في حين أن نظام EDRS الموجود على القمر الصناعي Eutelsat 9 B هو خدمة تجارية تقدمها شركة Airbus Defense and Space. عادةً، يكون لدى القمر الصناعي لرصد الأرض 10 دقائق للاتصال بمحطة أرضية و90 دقيقة للدوران حول الأرض. وهذا يعني أنه يمكنك استخدام 10% فقط من الأصول الفضائية، وفي حالة الطوارئ أو الكوارث الطبيعية، يتم قضاء الكثير من الوقت في انتظار الاتصال بمحطة المراقبة الأرضية. الآن، أثناء مراقبة السفن، على سبيل المثال، يمكنك اكتشاف المشكلة في غضون 15 دقيقة. يقول ماتياس موتسيجيمبا.

العنصر الرئيسي في خط الإنتاج هو LCT-135 (تلسكوب 135 ملم) للوصلة بين الأقمار الصناعية GEO/LEO. كما هو الحال مع الطراز السابق، LCT-125، يجمع الجهاز في وحدة واحدة جميع الوحدات الفرعية البصرية والميكانيكية والكهربائية للمحطة، مثل نظام توزيع الطاقة والمعالج الموجود على اللوحة ووحدات التتبع والحصول على البيانات ونظام معالجة البيانات . يتم نقل البيانات من مستشعرات AOCS للقمر الصناعي بسهولة إلى LCT عبر واجهة قياسية - LIAU (وحدة تكييف واجهة الليزر).

معلمات LCT:

• المدى – 45000 كم.
• الوزن: 53 كجم.
• معدل نقل البيانات (ازدواج كامل):
  لنظام EDRS – 1.8 جيجابت/ثانية، للبعثات الأخرى – 5.65 جيجابت/ثانية.
• قوة الإرسال: 2.2 واط
• الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة: 160 واط
• الأبعاد: 0.6 × 0.6 × 0.7 م.

صانظر إلى الراديو الخاص بك. سترى أنه في نطاق الطول الموجي الطويل، فإن إرسال محطتين أو ثلاث محطات راديو "مناسب"؛ وعلى الموجات الأقصر (وتسمى متوسطة) يمكنك بالفعل سماع خمس إلى عشر منها. وأخيرًا، في منطقة الموجة القصيرة، يبدو حرفيًا كل ملليمتر من مقياس الراديو: من خلال تدوير مقبض الضبط، تسمع صرير رمز مورس، وإشارات المنارة، والكلام والموسيقى متعدد اللغات. هناك العديد من المحطات بحيث يجب تمديد نطاق الموجة القصيرة؛ بحيث يصبح أطول بعدة مرات من جميع نطاقات الاستقبال الأخرى. هذا ليس صدفة، بل هو نمط: كلما كانت الموجات الكهرومغناطيسية أقصر، كلما أمكن احتواؤها، دون التدخل مع بعضها البعض، في قسم واحد من المقياس.

لكن الضوء هو نفس الاهتزازات الكهرومغناطيسية مثل موجات الراديو، ولكنه أقصر بكثير. ولذلك فإن النطاق البصري أوسع بخمسين ألف مرة من نطاق الراديو. وهذا يعني أنه إذا استخدمت الضوء للتواصل بالطريقة التي نستخدمها مع الراديو، فيمكنك تحقيق كثافة غير مسبوقة من الرسائل المرسلة! للقيام بذلك، من الضروري أن لا تتداخل أجهزة الإرسال مع بعضها البعض. يمكن تحقيق ذلك إذا تم تنفيذ كل إرسال بطول موجي محدد بدقة.

مع موجات الراديو، كل شيء بسيط: يمكن لجهاز الإرسال أن يصدر موجات كهرومغناطيسية بأي طول. من السهل جدًا "تحميل" رسالة عليها. تسمى الموجة التي تحمل نوعًا ما من الإشارة - الكلام والموسيقى - بالتشكيل. التعديل هو نوعان: التردد (عندما يتغير الطول الموجي للإشعاع) والسعة (عندما تتغير شدته). سيكون من الممكن تعديل الضوء بنفس الطريقة، إذا لم يكن مزيجًا من موجات كهرومغناطيسية مختلفة، ولكن إذا كان موجة واحدة ذات شدة كافية. باختصار، كنا بحاجة إلى الليزر. وبمجرد ظهوره، أمسك به رجال الإشارة على الفور. بالفعل في عام 1962، بدأ خط اتصال ليزر يعمل بين منطقة كالينينسكي بالعاصمة ومدينة كراسنوجورسك بالقرب من موسكو. تم الاتصال عبر شعاع مفتوح: تم وضع الليزر على أحد أبراج المبنى الشاهق لجامعة موسكو الحكومية على تلال لينين.

في ذلك الوقت كانت أعلى نقطة في موسكو، وكان برج أوستانكينو قيد التصميم للتو. يعمل الخط بشكل صحيح في الطقس البارد والحار، ليلا ونهارا. أود أن أضيف: في المطر والثلج، لكن هذا مستحيل - في الضباب والطقس السيئ، توقف خط الضوء عن العمل، وتحول الاتصال إلى الوضع الطبيعي والكهربائي. ويوجد في موسكو ضباب كثيف يصل إلى ثمانين ساعة في السنة؛ في الشمال عدة مرات أكثر. يمكن لجهاز الإرسال أن يصدر موجات كهرومغناطيسية بأي طول. من السهل جدًا "تحميل" رسالة عليها. تسمى الموجة التي تحمل نوعًا ما من الإشارة - الكلام والموسيقى - بالتشكيل. التعديل هو نوعان: التردد (عندما يتغير الطول الموجي للإشعاع) والسعة (عندما تتغير شدته). سيكون من الممكن تعديل الضوء بنفس الطريقة، إذا لم يكن مزيجًا من موجات كهرومغناطيسية مختلفة، ولكن إذا كان موجة واحدة ذات شدة كافية. باختصار، كنا بحاجة إلى الليزر. وبمجرد ظهوره، أمسك به رجال الإشارة على الفور. بالفعل في عام 1962، بدأ خط اتصال ليزر يعمل بين منطقة كالينينسكي بالعاصمة ومدينة كراسنوجورسك بالقرب من موسكو. تم الاتصال عبر شعاع مفتوح: تم وضع الليزر على أحد أبراج المبنى الشاهق لجامعة موسكو الحكومية على تلال لينين. في ذلك الوقت كانت أعلى نقطة في موسكو، وكان برج أوستانكينو قيد التصميم للتو. يعمل الخط بشكل صحيح في الطقس البارد والحار، ليلا ونهارا. أود أن أضيف: في المطر والثلج، لكن هذا مستحيل - في الضباب والطقس السيئ، توقف خط الضوء عن العمل، وتحول الاتصال إلى الوضع الطبيعي والكهربائي. ويوجد في موسكو ضباب كثيف يصل إلى ثمانين ساعة في السنة؛ في الشمال عدة مرات أكثر. لماذا لا تجلس في انتظار الطقس دون الاتصال؟

بالطبع لا، أنت بحاجة إلى استبعاد جميع التأثيرات الجوية الضارة عن طريق إرسال الضوء من خلال دليل ضوء الألياف.

يدخل شعاع الليزر إلى المغير - وهو جهاز "يغطي" الإشارة المرسلة (الكلام والموسيقى والصورة التلفزيونية) - ويدخل في كابل الألياف. وبعد أن انعكس الشعاع المعدل عن جدرانه مرات لا تحصى، وسافر مئات ومئات الأمتار فيه، يدخل في جهاز يحوله مرة أخرى إلى إشارة كهربائية مألوفة.

يمكن استخدام نفس الدليل الضوئي لتوجيه الإشعاع من ليزر ثانٍ، بطول موجي مختلف، ثالث، ورابع. كل واحد منهم يمكن أن يحمل الإشارة الخاصة به. يمكن لألياف واحدة، وهي خيط زجاجي أرق قليلاً من الشعرة، أن تنقل في الوقت نفسه 32000 محادثة هاتفية أو 60 برنامجًا تلفزيونيًا ملونًا! في الوقت الحاضر، تم بالفعل إنشاء أدلة ضوئية يمكنها العمل تحت نفس ظروف الأسلاك التقليدية. يمكنهم تحمل التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة والجليد وهبوب الرياح. يمكن وضعها في الأرض وتمتد على أعمدة. إن القدرة الهائلة للأدلة الضوئية ستجعل من الممكن إنشاء شبكة تلفزيونية تعمل بدون تداخل أو تشويه، تمامًا كما يعمل البث الإذاعي اليوم. غالبًا ما يتم دمج أدلة الألياف الضوئية والأسلاك الكهربائية التقليدية في حزمة واحدة.

هناك اعتبار آخر مهم جدًا يجب أخذه في الاعتبار عند إنشاء اتصالات الألياف الضوئية. قد يتداخل سلكان كهربائيان متجاوران مع بعضهما البعض. التيار المتناوب الذي يسري في أحد السلكين يسبب نفس التيار، ولكن أضعف، في السلك الآخر. تظهر إشارة خاطئة - ضوضاء أو طقطقة أو حتى موسيقى أو كلام يتداخل مع الإرسال عبر السلك الآخر. تسمى إشارات التداخل هذه بالتداخل. توفر الشرارات الكهربائية والبرق تداخلاً يستقبله جهاز استقبال الراديو.

يعد التدخل خطيرًا بشكل خاص على تشغيل أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية. كانت هناك حالة في الولايات المتحدة عندما كان لا بد من تفجير صاروخ فضائي ضخم بعد ثوانٍ قليلة من إطلاقه: بسبب خطأ واحد في الحسابات، خرج عن مساره وهدد بالسقوط على المدينة. أظهر التحقيق أن اللوم يقع على المرحل الصغير: فقد أدى الاتصال الخاطئ إلى حدوث شرارة، وتسببت الشرارة في حدوث تداخل، وهذا بدوره تسبب في حدوث خلل في الجهاز. شرارة صغيرة كلفت الأمريكان عدة ملايين من الدولارات...

من أجل تجنب الفراء، يرتدي السلك "شاشة"، أو "درع" - تخزين منسوج مصنوع من خيوط النحاس. يجب أن تكون جميع الكابلات عالية التردد مصفحة، وهذا هو تصميم الكابل الذي يمتد من الهوائي إلى التلفزيون. ولكن هذا، كما رأينا بالفعل، لا يساعد دائما.

لن تحدث مثل هذه المشاكل مع دليل ضوء الألياف؛ فطبقة من الطلاء غير الشفاف على سطحه هي كل العزل. لذلك، يُعتقد أن أجهزة الليزر المصغرة لأشباه الموصلات والألياف الضوئية ستحل قريبًا محل الأجهزة والكابلات الإلكترونية من تكنولوجيا الكمبيوتر.

يمكن بالفعل إطفاء أشعة الليزر وإضاءتها وتغيير سطوعها باستخدام ليزر آخر، تمامًا كما تعمل الأنابيب الإلكترونية والترانزستورات على تشغيل وإيقاف وتضخيم التيار الكهربائي. الضوء يحل محل الكهرباء!

وإليك ما هو مثير للاهتمام: لقد تمكنت الطبيعة من إنشاء جهاز معقد مثل دليل ضوء الألياف، وحتى ضبطه على طول موجي معين. "مؤلف" التصميم ومالك هذا الجهاز هو دب قطبي. تمكن العلماء الأمريكيون من إثبات أن كل شعرة من جلده تعمل مثل الألياف الضوئية. تعمل أشعة الشمس على تسخين الفراء، وتنتقل الأشعة الحرارية عبر الفراء إلى الجلد وتدفئ الحيوان.

أثبتت كابلات الألياف الضوئية أنها إضافة مريحة لشعاع الليزر، حيث تم تكييفها بسرعة لنقل أشعة قوية من الضوء، مثل تلك المستخدمة في الصناعة. لم يكن الأمر سهلاً، ولكن في النهاية، منذ وقت ليس ببعيد، تم إنشاء دليل ضوئي يمكن من خلاله "ضخ" الطاقة من ليزر نابض قوي أو مستمر، على سبيل المثال، الموجود في ورشة Likhachev نبات.

4 أكتوبر 2012 الساعة 03:54 مساءً

ولأول مرة، تم نقل معلومات النطاق العريض من على متن محطة الفضاء الدولية عبر قناة ليزر إلى محطة أرضية

• التقنيات اللاسلكية,
• معايير الاتصالات

في 2 أكتوبر 2012، من الجزء الروسي من محطة الفضاء الدولية، تم لأول مرة نقل معلومات النطاق العريض عبر قناة ليزر إلى محطة أرضية

كجزء من التجربة الفضائية (SEL) لاختبار المعدات وإظهار التكنولوجيا الروسية لإنشاء أنظمة نقل المعلومات بالليزر الفضائية، التي أجرتها شركة JSC NPK SPP مع شركة JSC RSC Energia، تم إجراء جلسة لنقل المعلومات من محطة اتصالات مثبتة على متن السفينة محطة الفضاء الدولية RS، إلى محطة الليزر للنقطة الأرضية لمحطة المراقبة البصرية Arkhyz في شمال القوقاز (فرع OJSC NPK SPP).
تم نقل المعلومات ذات الحجم الإجمالي 2.8 جيجابايت بسرعة 125 ميجابت/ثانية.
تفتح هذه الخطوة الطريق أمام إدخال خطوط الاتصال بالليزر على نطاق واسع في تكنولوجيا الفضاء الروسية، والتي، مع معلمات الوزن والحجم الأصغر للمعدات الموجودة على متن الطائرة، يمكن أن توفر سرعة عالية بشكل استثنائي لتدفق المعلومات (تصل إلى عشرات الجيجابت في الثانية). ).
أخبار من وكالة الفضاء الفيدرالية

الإنترنت على محطة الفضاء الدولية

حسنًا، اعتقدت أنه يوجد بالتأكيد إنترنت بالفعل (في محطة الفضاء الدولية). تعمل كاميرات الويب، لذا يمكنك مشاهدة التلفزيون في المنزل أثناء تناول العشاء. لماذا تحتاج إلى نظام الليزر؟ ففي نهاية المطاف، يتطلب الأمر تصويبًا دقيقًا، والطقس هنا على الأرض ليس لطيفًا دائمًا. وعندما نكون نحن البشر سعداء، فإن الليزر لا يجلب لنا الكثير من السعادة. دعنا نذهب ننظر.

نعم، يوجد بالفعل إنترنت على محطة الفضاء الدولية. ويمكن استخدامه من قبل رواد الفضاء، حتى أنه يتم توزيعه عبر شبكة Wi-Fi على متن الطائرة. ولكن اتضح أنه لم يكن هناك لفترة طويلة. المجموع منذ عام 2010. وبسرعات الاتصال الهاتفي. ويقولون إن المشكلة لا تكمن في الارتباط السيئ، بل في السرعة النسبية الهائلة للمحطة. البيانات لا يمكن مواكبة. صور القطط تطير إلى الفضاء، ولكن رواد الفضاء قد رحلوا بالفعل.

"يمكنك الاتصال من على متن محطة الفضاء الدولية باستخدام هاتف يعمل عبر الأقمار الصناعية إلى أي مكان على الأرض. الشيء الرئيسي هو توافر وقت الفراغ والاتصالات عبر الأقمار الصناعية. للأسف، هذا ليس ممكنا دائما. وأيضًا، من خلال قناة الاتصال هذه (نطاق KU) يمكننا العمل مع الإنترنت. السرعة بطيئة، ولكن يمكنك مشاهدة الأخبار. للراحة، يوجد أيضًا برنامج بريد إلكتروني على متن الطائرة. قبل الإطلاق، نرسل قوائم بعناوين البريد الإلكتروني التي سنتلقى منها البريد أثناء الرحلة إلى عنوان خاص لناسا. يمكن تعديل القوائم أثناء المهمة. وأشار شكابلروف إلى أن هذا البريد يتم إرساله إلينا خلال ما يسمى بالمزامنة، حوالي 3-4 مرات في اليوم.
www.ria.ru 20/02/2012

الاتصالات اللاسلكية

هل هو حقا بهذا السوء مع الاتصالات اللاسلكية؟
يتم نقل المعلومات من فوييجر إلى الأرض بواسطة هوائي مكافئ يبلغ قطره 3.65 متر متصل بشكل صارم بالجسم، والذي يجب أن يكون موجهًا تمامًا نحو الكوكب الأصلي. يرسل جهازا إرسال راديوي قدرة كل منهما 23 وات إشارات من خلاله بترددات 2295 ميجاهرتز و8418 ميجاهرتز. من أجل الموثوقية، يتم تكرار كل واحد منهم. يتم نقل معظم البيانات إلى الأرض بسرعة 160 بت في الثانية - وهذا أسرع بثلاث إلى أربع مرات فقط من سرعة الكتابة للكاتب المحترف وأبطأ 300 مرة من مودم الهاتف. ولاستقبال الإشارة على الأرض، يتم استخدام هوائيات بطول 34 مترًا تابعة لشبكة اتصالات الفضاء السحيق التابعة لوكالة ناسا، ولكن في بعض الحالات يتم استخدام أكبر الهوائيات بطول 70 مترًا، ومن ثم يمكن زيادة السرعة إلى 600 وحتى 1400 بت في الثانية. ومع ابتعاد المحطة، تضعف إشارتها، لكن الأهم من ذلك هو أن قوة مولدات النظائر المشعة التي تزود أجهزة الإرسال بالطاقة تتضاءل تدريجيًا. ومن المتوقع أن تتمكن المحطة من نقل البيانات العلمية لمدة 10 سنوات أخرى على الأقل، وبعدها ستتوقف الاتصالات معها.
"روابط الراديو الفضائية

يمكن لمركبة استطلاع المريخ، التي دخلت مدار المريخ في 10 مارس 2006، أن تتباهى بأعلى سرعة لنقل البيانات بين الكواكب اليوم. وهو مزود بجهاز إرسال بقدرة 100 واط بهوائي مكافئ بطول ثلاثة أمتار ويمكنه نقل المعلومات بسرعات تصل إلى 6 ميغابت في الثانية. لا يزال من الصعب توصيل جهاز إرسال أكبر وأقوى إلى المريخ.
"خطوط الراديو الفضائية" ("حول العالم"، العدد 10 (2805) | أكتوبر 2007)

الليزر

والفرق الوحيد بين إشعاع الليزر وإشعاع الراديو هو التردد. تردد الضوء - ~6*10^14 هرتز، ليزر 1.5 ميكرون - 2*10^14 هرتز. تعمل أجهزة الإرسال الراديوية الموجودة على المركبات الفضائية بتردد يصل إلى عدة جيجاهرتز. راديو الترا في موسكو يبث على تردد 100.5 ميغاهيرتز.
التردد العالي، وبالتالي الطول الموجي القصير، هو هدية ولعنة إشعاع الليزر. باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي لهذا التردد للاتصال، فإننا ندخل جميع أمراضه في الحمل - قدرة اختراق منخفضة، وتركيز ضيق (وهذا، بالطبع، قد لا يكون مرضًا إذا تم حل مشكلة إخفاء قناة الاتصال)، إلخ. شعاع الليزر له شكل غاوسي:

أولئك. كلما ابتعدنا عن الأرض، كلما زادت مساحة بقعة الليزر، وبالتالي، سيشارك الجزء الأصغر من الفوتونات في النقل الفعلي للمعلومات. أولئك. الليزر، حتى مع الأخذ في الاعتبار عدم وجود عوائق أمام انتشار الإشعاع في الفضاء، لن يصبح وسيلة اتصال بين النجوم. ماذا عن الكواكب؟

تم إجراء أول اتصال بالليزر في الفضاء في 21 نوفمبر 2002. أجرى القمر الصناعي الأوروبي لاستشعار الأرض عن بعد SPOT 4، الموجود في مدار على ارتفاع 832 كيلومترا، اتصالا مع المركبة الفضائية التجريبية أرتميس التي تدور على ارتفاع 31 ألف كيلومتر وأرسل صورا لسطح الأرض. ومؤخرًا، بدأ مختبر لينكولن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، بالتعاون مع وكالة ناسا، في تطوير نظام ليزر للاتصالات الفضائية العميقة. ومن المقرر إرسال أول اختبار ليزر للاتصالات إلى المريخ في عام 2009. ومن المتوقع أن يوفر جهاز الإرسال هذا بقدرة 5 واط معدلات نقل بيانات تصل إلى 30 ميغابت في الثانية خلال فترة تقارب الكواكب.
"خطوط الراديو الفضائية" ("حول العالم"، العدد 10 (2805) | أكتوبر 2007)
لكن الأخبار الأحدث تتحدث عن اختبار قناة الليزر بين المريخ والأرض في عام 2012.

يتم إنشاء النظام الذي تبادل البيانات مع الأرض من محطة الفضاء الدولية في اليوم الثاني بواسطة JSC NPK SPP. يمكن العثور على القليل من المعلومات حول النظام (إما الموجود على متن محطة الفضاء الدولية، أو نظام مشابه) على موقعه على الإنترنت. اسمحوا لي أن أكرر هذه المعلومات هنا:

أنظمة نقل المعلومات بالليزر بين الأقمار الصناعية بسرعات تصل إلى 600 ميجابت/ثانية ومدى يتراوح من 1 إلى 6 آلاف كيلومتر (خطوط NKA-NKA) ومن 30 إلى 46 ألف كيلومتر (خطوط NKA-GKA):

محطة لإجراء تجارب فضائية على اتصالات الليزر على مسار Board-Earth لمحطة الفضاء الدولية:

طول الطريق - ما يصل إلى 2000 كم
وزن المحطة مع إطار النقل 80 كجم
استهلاك الطاقة - 150 واط
سرعة نقل البيانات - ما يصل إلى 600 ميجابت/ثانية
الطول الموجي للمرسل - 1550 نانومتر
الطول الموجي للمنارة - 810 نانومتر
نمط الارسال - 50 قوس. ثانية
دقة الإشارة - 10 قوس. ثانية

بهذا أختتم كلامي. أعتذر عن كثرة النسخ واللصق والروابط، وآمل أن تكون المعلومات مثيرة للاهتمام. ومع ذلك، فأنا غاضب: تم ​​إدراج GLONASS كمركز منفصل بالنسبة لنا، لكن الملاحة الفضائية (كما أفهمها، هذا خليط من المحاور لكل ما يتعلق بالفضاء) هو مركز خارج الموضوع. إنها فوضى يا شباب. أود أن أغير الأماكن.

أنظمة نقل البيانات السلكية لها منافس - الليزر. يمكن لشعاع الليزر أن ينقل ما يصل إلى 10 جيجابت من المعلومات في الثانية: مثل هذه السرعة مستحيلة في شبكات الاتصالات الراديوية. إن الاتصال بالليزر غير ضار تمامًا بالبشر وله العديد من المزايا الأخرى. صحيح أن شعاع الليزر لا يمكنه اختراق الضباب.

الاتصالات بالليزر لها مكانتها الخاصة - فهي تستخدم لمسافات قصيرة في الأماكن التي توجد بها صعوبات في مد الكابلات. لا يحتاج مشغلو اتصالات الليزر إلى الحصول على إذن لاستيراد المعدات أو استخدام الترددات.

ضوء في النافذة

في موسكو وسانت بطرسبرغ، يتم تقسيم جميع مراكز المكاتب بين مشغلي الاتصالات المختلفين. على سبيل المثال، إذا كان المبنى يخدم شركة Sovintel، فمن الصعب للغاية على Comstar تركيب خط إلى مجمع المكاتب هذا (فقط في حالات نادرة جدًا يخدم مبنى واحد اثنين من مشغلي الاتصالات). في الوقت نفسه، لا يسمح أصحاب المجمعات المكتبية، كقاعدة عامة، بتثبيت أنظمة الراديو على أسطح منازلهم للتواصل مع المشغلين الآخرين. يساعد الاتصال بالليزر في التغلب على هذه الصعوبات. في المكتب، يمكنك تثبيت جهاز بصري لاسلكي يوجه الشعاع عبر النافذة إلى أقرب مكرر لمشغل الاتصالات "الخاص بك" وينقل المعلومات عبر هذه الحزمة. يتيح ذلك للمستخدمين الاستغناء عن الخدمة باهظة الثمن التي يفرضها المالك وإنشاء اتصالات أكثر ملاءمة وأرخص بشكل مستقل. عند تغيير المكاتب، يمكن تفكيك المعدات ونقلها إلى موقع جديد.

يمكن لليزر أيضًا أن يحل مشاكل المؤسسات الكبيرة. يعد إنشاء اتصال بين المكتب ومواقع الإنتاج مهمة مزعجة. في الظروف الحضرية الكثيفة، من الصعب جدًا مد كابل عبر أراضي المصنع والشوارع المجاورة. ولكن حتى لو تم وضع الكابل، فهذا لا يعني أن جميع المشاكل قد انتهت. تقوم خدمات المرافق باستمرار بفتح الأسفلت لإصلاح اتصالات المدينة، وغالبًا ما تقطع الكابلات الموضوعة في هذه العملية. غالبًا ما تقع الكابلات المعلقة ضحية للرافعات والرياح العاصفة. الحفارة ليست خائفة من شعاع الليزر. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن سرقة شعاع الضوء وبيعه كمعادن غير حديدية، لذا فإن اتصالات الليزر لا تشكل خطورة على اللصوص الذين يكسبون عيشهم من خلال حفر الكابلات من الأرض.

والتنصت على أنظمة الليزر أمر صعب للغاية. إذا تم وضع جهاز استقبال غير مصرح به في مسار الشعاع، فسيتم قطع الاتصال على الفور. ومن المستحيل أيضًا وضع أجهزة استماع بالقرب من جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال: حيث ستكون مرئية للعين المجردة.

20 عاما دون مراسلات علمية

جرت محاولات لبناء اتصالات لاسلكية باستخدام شعاع الليزر في موسكو في أواخر الستينيات. تم تركيب أجهزة الإرسال في مبنى جامعة موسكو الحكومية على تلال لينين وفي أحد المنازل في ساحة زوبوفسكايا، بالقرب من محطة مترو بارك كولتوري. نجح التثبيت الذي بحجم الغرفة في نقل الإشارة بنجاح، ولكن فقط في الطقس الصافي. قرر الخبراء أن الاعتماد على حالة الغلاف الجوي مرتفع للغاية. تم التعرف على الاتصال باستخدام شعاع الأشعة تحت الحمراء باعتباره اتجاهًا غير واعد، وتم تقليص الأبحاث لمدة 20 عامًا. هذا التوقف كلف العلم الروسي غاليا. وفي نهاية الثمانينات، عاد الباحثون السوفييت إلى الموضوع، لكن لم يكن لديهم الوقت لإجراء اختباراتهم على العينات التجارية. المنافسون الغربيون فعلوا ذلك من أجلهم.

ظهرت أنظمة نقل البيانات باستخدام أشعة الأشعة تحت الحمراء في السوق العالمية في أوائل التسعينيات. كان أحد الرواد هو الكندي أ.ت. شندلر. بعد ذلك، أطلقت شركتا Jolt وSilCom تطوراتهما. في أواخر التسعينيات، أصبحت PAV Data Systems الشركة الرائدة بين الشركات المصنعة لمعدات الاتصالات بالليزر في الغرب، في حين كان على الرواد SilCom وA.T. Schindler إفساح المجال قليلاً. بالإضافة إلى ذلك، في مجال اتصالات الليزر، تمتلك شركة Lightpointe Communications الأمريكية الألمانية (المعروفة سابقًا باسم Eagle Optoelectronics)، وAmerican Astroterra، وLSA Photonics، وLucent Technologies تطوراتها الخاصة.

المطر والضباب

في البداية، وفرت الأنظمة الأجنبية نقل البيانات عبر مسافات تصل إلى 500 متر وخدمة شبكات البيانات المحلية. في نهاية التسعينيات، ظهرت أنظمة الجيل التالي - أكثر موثوقية و"طويلة المدى"، مما يجعل من الممكن خدمة الشبكات على نطاق المناطق الحضرية.

وعلى مسافة تصل إلى 1600 متر، تعمل الأنظمة بشكل مثالي. ومع ذلك، عند نقل البيانات عبر مسافة أطول، تنخفض جودة الاتصال. بالإضافة إلى ذلك، فإن أنظمة الليزر ليست خالية من الاعتماد على الطقس. أسوأ عائق أمام الاتصال بالليزر هو الضباب.

وفي المقابل، "تسقط" أنظمة الترحيل الراديوي أثناء المطر. وفي هذا الصدد، يقترح المطورون بناء قنوات اتصال موثوقة للغاية تعتمد على خطين، أحدهما ينقل المعلومات عبر الراديو، والآخر عبر شعاع الليزر. وعليه "يسقط" أحدهما في المطر والآخر في الضباب. يقول ألكسندر كلوكوف، المدير الفني للمكتب التمثيلي لشركة MicroMax الأمريكية، الموزع والمتكامل للأنظمة البصرية اللاسلكية: "إذا كنت بحاجة إلى الحصول على قناة موثوقة للغاية على مسافة تصل إلى 3 كم، فهذا خيار مثالي". .

هناك حواجز طبيعية أخرى كذلك. على سبيل المثال، يقولون إن إحدى شركات الخليوي لا تزال تفكر فيما يجب فعله بشجرة نمت في مسار شعاع الليزر - إما قطعها، أو إعادة ترتيب الجهاز...

المصنعون الغربيون والروس لا يتنافسون مع بعضهم البعض

مصدر : شركة ميكروماكس لذكاء الكمبيوتر.

بصق في البئر

أعربت Transtelecom عن تقديرها لمزايا شعاع الليزر. تواجه هذه الشركة صعوبات مع Rostelecom وElektrosvyazy المحلية: المنافسون الذين يمتلكون البنية التحتية للاتصالات لا يسمحون لشركة Transtelecom بالوصول إلى آبار الكابلات. ونتيجة لذلك، تخلت Transtelecom عن الآبار وستقوم بربط العملاء من الشركات بطرقها السريعة باستخدام شعاع الليزر.

بالإضافة إلى ذلك، يستخدم مشغلو الهواتف الخلوية شعاع الليزر كقناة لنقل الإشارة. يستخدمون الليزر في المناطق التي يوجد بها تداخل كبير في هواء الراديو - على سبيل المثال، في المطارات.

نائب المدير الفني لشركة Sonic Duo (شبكة MegaFon) إيجور بارفينوف

أخبر كو أن أكثر من 10 أنظمة بصرية تعمل في شبكة موسكو MegaFon. وتعتزم الشركة مراقبة عملها خلال عام 2003، وبناء على نتائج الملاحظات، اتخاذ قرار بشأن مدى استصواب الاستخدام الشامل لهذه المعدات. حتى الآن، ليس لدى Sonic Duo أي شكاوى حول أداء المعدات.

بدوره، قال رئيس مجموعة تركيب معدات الترحيل اللاسلكي فيمبلكوم، جورجي بافلينكو، إن شركته تستخدم أنظمة الليزر حصريًا للعمل المؤقت حتى الحصول على إذن لتركيب معدات الترحيل اللاسلكي. يقول بافلينكو: "من الأفضل استخدام هذه الأنظمة بشكل مستمر على مسافة تصل إلى 500 متر. وبالإضافة إلى الضباب، يشكل ضوء الشمس عائقاً أمامهم، لذلك من الضروري تركيب مرشحات خاصة".

وفي MTS، قيل لمراسل كو أن أجهزة الليزر توفر الآن اتصالات في مناطق لا يتجاوز طولها الإجمالي 1% من إجمالي طول الشبكة. على الأرجح، لن يتجاوز الاتصال بالليزر هذه العتبة. "الشبكات الضوئية جيدة لبناء الشبكات الصغيرة؛ واستخدام الليزر لا يتطلب الحصول على إذن من هيئة مراقبة الاتصالات الحكومية. ولكن لسوء الحظ، أظهرت ممارسات شركتنا أن الليزر لا يزال يوفر اتصالات موثوقة على مسافة لا تزيد عن 500 متر.

في روسيا، يتم إنتاج معدات الاتصالات اللاسلكية القائمة على شعاع الأشعة تحت الحمراء من قبل معهد أبحاث الأجهزة الدقيقة، وشركة Catharsis من سانت بطرسبرغ، ومصنع أجهزة ولاية ريازان، وشركات NTC من نوفوسيبيرسك وSceptor (تم إنشاء الأخير على أساس معهد موسكو للطاقة)، ​​وكذلك معهد فورونيج للاتصالات.

لم تتقدم أي من الشركات المصنعة، باستثناء شركة Catharsis، إلى ما هو أبعد من الإنتاج التجريبي. يوجد في روسيا مهندسون جيدون يقومون بإنشاء المعدات اللازمة، لكنهم لا يعرفون كيفية بيعها على الإطلاق. "على سبيل المثال، يجب أن يكون الموصل الأبسط قياسيًا. وتحتوي الأجهزة المنزلية على موصلات متعددة الأطراف. يقول ألكسندر كلوكوف: "هذا بالطبع موصل جيد، لكنه أكثر ملاءمة للصواريخ". "يتطلب تركيب الأنظمة الروسية فك الكابل في الموقع، ولكن من هو المشغل العاقل الذي يرسل عماله إلى لحام شيء ما على السطح؟"

الأنظمة المحلية والأجنبية لا تتنافس بعد مع بعضها البعض، لأنها تقع في "فئات وزن" مختلفة (انظر الجدول). وفقا لألكسندر كلوكوف، في عام 2002 سيتم بيع ما مجموعه حوالي 400 نظام اتصالات ليزر في روسيا.

يناقش هذا الفصل تقنية شبكة الاتصالات بالليزر، بالإضافة إلى مزاياها، مثل فعالية التكلفة؛ تكاليف تشغيل منخفضة إنتاجية وجودة عالية للاتصالات الرقمية، بالإضافة إلى النشر السريع وتغيير تكوين الشبكة.

يمكن لأجهزة الليزر نقل أي تدفق شبكي يتم توصيله إليها باستخدام الألياف الضوئية أو الكابلات النحاسية في الاتجاهين الأمامي والخلفي. يقوم جهاز الإرسال بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشعاع ليزر معدل في نطاق الأشعة تحت الحمراء بطول موجة يبلغ 820 نانومتر وقوة تصل إلى 40 ميجاوات. يستخدم الاتصال بالليزر الغلاف الجوي كوسيلة للانتشار. يضرب شعاع الليزر بعد ذلك جهاز استقبال يتمتع بأقصى قدر من الحساسية ضمن نطاق الطول الموجي للإشعاع. يقوم جهاز الاستقبال بتحويل إشعاع الليزر إلى إشارات من الواجهة الكهربائية أو الضوئية المستخدمة. هذه هي الطريقة التي يتم بها الاتصال باستخدام أنظمة الليزر.

يتميز النطاق البصري بالعديد من الميزات المميزة، ونظرًا لطوله الموجي القصير، فإنه يجعل من الممكن تحقيق اتجاهية عالية للإشعاع، وتقليل حجم أنظمة الهوائي بشكل كبير، وتشكيل أشعة ليزر ضيقة للغاية والحصول على تركيز عالٍ من الإشعاع الكهرومغناطيسي في الفضاء.

عند نقل المعلومات عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية المعدلة، من الضروري أن يكون تردد التعديل أقل بـ 10...100 مرة من تردد الموجة الحاملة. بالإضافة إلى ذلك، تشغل ترددات التعديل نطاق تردد معين، ويتم تحديد عرضه بمقدار المعلومات المرسلة لكل وحدة زمنية. على سبيل المثال، يتطلب إرسال نص التلغراف نطاق تردد قدره 10 هرتز، وبالنسبة للصور التلفزيونية، يلزم نطاق تردد قدره 107 هرتز وتردد حامل يبلغ 108 هرتز على الأقل. يشغل نطاق الراديو نطاق التردد 104…108 هرتز ويتم التحكم فيه بالكامل. تعد سعة المعلومات لقناة الاتصال في نطاق الموجات الدقيقة (109..1012 هرتز) أعلى، ولكن نظرًا لخصائص انتشار إشعاع الموجات الدقيقة في الغلاف الجوي، فإن الاتصال بين محطات الموجات الدقيقة ممكن فقط على خط البصر مسافة. في النطاق البصري، تشغل المنطقة المرئية فقط نطاق التردد من 41014 إلى 1015 هرتز. باستخدام شعاع الليزر، من الممكن نظريًا إرسال 1015/107 = 108 قناة تلفزيونية، وهو أعلى بعدة مراتب من الاحتياجات الحديثة، أو 1013 محادثة هاتفية. وبالتالي، فإن إحدى مزايا خطوط الاتصال الضوئية هي القدرة على نقل كميات كبيرة من المعلومات بفضل نطاق التردد الواسع للغاية. إتقان النطاق البصري: إنشاء مصادر ضوء الليزر، وأجهزة استقبال الإشعاع البصري الحساسة لأشباه الموصلات، وتطوير مصابيح LED ذات الألياف منخفضة الخسارة يفتح فرصًا جديدة لإنشاء أنظمة اتصالات.

يفتح النطاق البصري إمكانية إنشاء أنظمة معلومات وتحكم ذات خصائص لا يمكن تحقيقها بشكل أساسي في النطاق الراديوي. حتى الآن، يتم إنتاج مجموعة متنوعة من الأنظمة الأرضية والطيران والفضائية للاتصالات البصرية، وأنظمة المدى بالليزر، وأنظمة الليزر لرصد الفضاء الجوي للبيئة الطبيعية، وأنظمة الاستطلاع الجوي، وأنظمة تجنب الاصطدام للأجسام المتحركة، وأنظمة الليزر لرسو السفن الفضائية، والتوجيه بالليزر والليزر. تم تطوير أنظمة التحكم في الأسلحة.

إن القدرات المحتملة لأنظمة المعلومات بالليزر، وكذلك الطرق البصرية لنقل المعلومات ومعالجتها بشكل عام، كبيرة جدًا. في العديد من المسائل، يقتصر الحد الأقصى للخصائص القابلة للتحقيق فقط على التأثيرات الكمية. ومع ذلك، في الواقع، لا يمكن دائمًا تحقيق القدرات المحتملة للنطاق البصري بشكل فعال في الممارسة العملية. هناك اسباب كثيرة لهذا.

تتأثر خصائص أداء أنظمة الليزر الحقيقية بشكل كبير بالتقلبات الحتمية في مصادر إشعاع الليزر، والتغيرات العشوائية في معلمات عمليات المعلومات، وتأثيرات التداخلات المختلفة، والطبيعة الاحتمالية لعملية الكشف عن الصور. يتم إنشاء العديد من أنظمة معلومات النطاق البصري باستخدام قناة مفتوحة (غالبًا ما تكون جوية). بالنسبة لإشعاع الليزر، تكون القناة الجوية عبارة عن قناة ذات وسط انتشار غير متجانس عشوائيًا. آثار امتصاص الإشعاع البصري بواسطة غازات الغلاف الجوي، والتشتت الجزيئي والهباء الجوي، وتشوهات البنية المكانية والزمانية وتعطيل تماسك إشعاع الليزر - كل هذا له تأثير ملحوظ على إمكانات الطاقة، ومبادئ معالجة إشارات المعلومات و نطاق الأنظمة التي تم إنشاؤها. توضح جميع الميزات المدرجة أن تحليل أنظمة معلومات الليزر وتقييم خصائصها المحتملة والقابلة للتحقيق فعليًا لا يمكن إجراؤها دون دراسة احتمالية لبنية إشارات المعلومات والتداخل.

حتى الآن، تم تجميع العديد من النتائج من خلال التحليل الاحتمالي لأنظمة الليزر المختلفة. ومع ذلك، يبدو أن معظم هذه النتائج متباينة للغاية، فهي لا تعتمد على نهج موحد، ومن الصعب جدًا استخدامها في المشكلات العملية. ترتبط الحاجة إلى دراسات تفصيلية إضافية للبنية الاحتمالية للإشارات والتداخل وعمليات المعلومات بشكل عام في البصريات الراديوية بالحاجة إلى تحسين النماذج الرياضية وحل مشكلات تحسين بنية الإشارات والأنظمة وتطوير خوارزميات جديدة واعدة لنقل واستقبال وتحويل ومعالجة المعلومات في أنظمة المعلومات البصرية.

يعد الاتصال بالليزر بديلاً للاتصالات اللاسلكية والكابلات والألياف الضوئية. تتيح أنظمة الليزر إنشاء قناة اتصال بين مبنيين يقعان على مسافة تصل إلى 1.2 كيلومتر من بعضهما البعض، ونقل حركة الهاتف (سرعة من 2 إلى 34 ميجابت/ثانية)، والبيانات (سرعة تصل إلى 155 ميجابت/ثانية) ) أو الجمع بينهما. على عكس أنظمة الراديو اللاسلكية، توفر أنظمة الاتصالات الليزرية مناعة عالية للضوضاء وسرية الإرسال، حيث لا يمكن الحصول على الوصول غير المصرح به إلى المعلومات إلا مباشرة من جهاز الإرسال والاستقبال.

إن الشركة التي تستخدم اتصالات الليزر لإنشاء قناة اتصال رئيسية (احتياطية) قصيرة المدى لن تتجنب فقط الحاجة إلى مد اتصالات سلكية جديدة، ولكن أيضًا الحاجة إلى الحصول على إذن لاستخدام التردد اللاسلكي. بالإضافة إلى ذلك، فإن انخفاض مستوى تكاليف تنظيم قناة اتصال عالية الأداء، فضلاً عن الوقت القصير الذي يستغرقه تشغيلها، سيضمن عائدًا سريعًا على الاستثمار. وبالتالي، فإن مجموعة واسعة من القدرات والمزايا التي لا شك فيها لمعدات الليزر تجعل استخدامها الحل الأفضل لمشكلة تنظيم قناة اتصال موثوقة بين مبنيين.