Принцип работы и устройство O2O
Название технология получила от английского Orion Artemis II Optical Communications — оптическая связь на корабле «Орион» в миссии «Артемида-2».
Для передачи информации используется инфракрасное лазерное излучение. Оно в отличие от традиционных радиоволн имеет более высокую частоту, что позволяет упаковывать в лазерные лучи значительно больше данных.
Основной компонент системы на борту космического корабля — терминал MAScOT — небольшое устройство с четырехдюймовым телескопом, установленное на поворотном механизме. В технологии применяется метод импульсно-позиционной модуляции, который преобразует данные в последовательность сверхкоротких световых импульсов. Их на нашей планете принимают специальные наземные станции, расположенные в Лас-Крусесе, штат Нью-Мексико, и на Столовой горе в Калифорнии.
Чем O2O лучше радиосвязи
Главное преимущество оптической связи перед радиоволнами — в том, что лазерные системы работают на более высоких частотах, и это позволяет достигать скоростей, недоступных для систем S-диапазона. Отсюда ключевые отличия:
- Плотность сигнала. Чем дальше радиосигнал удаляется от источника, тем рассеяннее он становится, поэтому требуются огромные антенны для его приема. Лазерный луч остается узконаправленным, а это обеспечивает высокую концентрацию энергии и данных в одной точке.
- Габариты и вес. Лазерные терминалы гораздо легче и потребляют меньше энергии, чем аналогичные по производительности радиопередатчики. При запуске космических кораблей вес и размеры оборудования принципиально важны.
Возможности технологии
Система O2O способна передавать данные со скоростью до 260 Мбит/с. Этого достаточно не только для трансляции 4К-видео, но и для мгновенного обмена другими важными сведениями: результатами научных экспериментов, полетными планами, фотографиями в высоком разрешении. Однако околоземные экспериментальные системы демонстрируют скорость до 200 Гбит/с, что во много раз выше О2О, поэтому у технологии есть перспективы развития.
Сложности реализации
Нужно практически ювелирно наводить выходной луч на приемник. То есть, чтобы сигнал на Земле был принят, терминал на борту корабля должен попасть лучом в наземную станцию с расстояния в сотни тысяч километров. И все это при учете вибрации космического аппарата и движения многочисленных небесных тел.
Еще один мешающий фактор — чувствительность лазерного луча к атмосферным воздействиям. Повышенная облачность или густой туман могут полностью блокировать сигнал, именно поэтому наземные станции строят там, где небо большую часть времени чистое. Учитывая эти ограничения, для страховки во время миссии «Артемида-2» все-таки сохраняли традиционную радиосвязь.
Проблема обратной стороны Луны
Во время полета за спутником по стороне, которую не видно с Земли, экипаж миссии столкнулся с полной тишиной, которая длилась около 40 минут. Причиной отсутствия связи стала сама Луна, которая оказалась преградой между кораблем и принимающими станциями, заблокировав и лазерные лучи, и радиоволны, так как они распространяются только по прямой.
В будущем планируется развернуть сеть спутников-ретрансляторов, которые выведут на окололунную орбиту. Они будут принимать сигнал от кораблей на обратной стороне и перенаправлять его на Землю, что обеспечит непрерывную связь в любой точке лунной поверхности и орбиты.
Будущее O2O
Ожидается, что в ближайшее время именно лазерная связь станет основной в космических путешествиях. В том числе ей найдется применение и в предстоящих марсианских миссиях, где задержки сигнала и расстояние делают высокоскоростную передачу данных по-настоящему необходимой.
Скорее всего, развитие инфраструктуры О2О приведет к созданию так называемого межпланетного Интернета, способного передавать терабайты информации за минимальное время. Это позволит управлять роботами в реальном времени с помощью телемеханики, сделав пребывание человека на других планетах безопаснее и удобнее.