เมื่อเร็วๆ นี้ ยานสำรวจสปิริตของสหรัฐฯ ได้ทำการทดสอบการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึกกับสถานีภาคพื้นดินที่อยู่ห่างออกไป 16 ล้านกิโลเมตร ซึ่งสร้างสถิติใหม่ด้านการสื่อสารด้วยแสงในอวกาศ แล้วข้อดีของ...การสื่อสารด้วยเลเซอร์? จากหลักการทางเทคนิคและข้อกำหนดของภารกิจ จำเป็นต้องเอาชนะอุปสรรคใดบ้าง? และแนวโน้มการประยุกต์ใช้ในด้านการสำรวจอวกาศลึกในอนาคตจะเป็นอย่างไร?
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ไม่กลัวความท้าทาย
การสำรวจอวกาศลึกเป็นภารกิจที่ท้าทายอย่างยิ่งยวดสำหรับนักวิจัยอวกาศที่สำรวจจักรวาล ยานสำรวจจำเป็นต้องเดินทางข้ามอวกาศระหว่างดวงดาวอันไกลโพ้น ฝ่าฟันสภาพแวดล้อมและสภาวะที่เลวร้าย รวบรวมและส่งข้อมูลที่มีค่า และเทคโนโลยีการสื่อสารมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง
แผนผังของการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึกการทดลองระหว่างยานสำรวจดาวเทียม Spirit กับหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน
เมื่อวันที่ 13 ตุลาคม ยานสำรวจสปิริตได้ขึ้นสู่อวกาศ เริ่มต้นการเดินทางสำรวจที่กินเวลาอย่างน้อยแปดปี ในช่วงเริ่มต้นของภารกิจ ยานได้ทำงานร่วมกับกล้องโทรทรรศน์เฮล ณ หอดูดาวพาโลมาร์ในสหรัฐอเมริกา เพื่อทดสอบเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึก โดยใช้การเข้ารหัสเลเซอร์อินฟราเรดใกล้เพื่อสื่อสารข้อมูลกับทีมงานบนโลก ด้วยเหตุนี้ เครื่องตรวจจับและอุปกรณ์สื่อสารด้วยเลเซอร์จึงจำเป็นต้องเอาชนะอุปสรรคอย่างน้อยสี่ประการ ประเด็นสำคัญที่ควรได้รับความสนใจคือ ระยะทางไกล การลดทอนสัญญาณและการรบกวน ข้อจำกัดและความล่าช้าของแบนด์วิดท์ ข้อจำกัดด้านพลังงาน และปัญหาการกระจายความร้อน นักวิจัยต่างคาดการณ์และเตรียมพร้อมรับมือกับอุปสรรคเหล่านี้มานานแล้ว และได้พัฒนาเทคโนโลยีสำคัญๆ มากมาย จนเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับยานสำรวจสปิริตในการทดลองการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึก
ประการแรก เครื่องตรวจจับวิญญาณใช้เทคโนโลยีการส่งข้อมูลความเร็วสูง โดยเลือกลำแสงเลเซอร์เป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูล พร้อมด้วยเลเซอร์กำลังสูงเครื่องส่งสัญญาณโดยใช้ข้อดีของการส่งผ่านเลเซอร์อัตราและความเสถียรสูง พยายามสร้างการเชื่อมโยงการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในสภาพแวดล้อมอวกาศลึก
ประการที่สอง เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและเสถียรภาพของการสื่อสาร เครื่องตรวจจับ Spirit จึงใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเข้ารหัสข้อมูลให้มีประสิทธิภาพสูงสุดภายในแบนด์วิดท์ที่จำกัด ขณะเดียวกันก็ช่วยลดอัตราความผิดพลาดของบิตและเพิ่มความแม่นยำในการส่งข้อมูลด้วยการใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสแก้ไขข้อผิดพลาดแบบ Forward Error Correction
ประการที่สาม ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการจัดตารางเวลาและการควบคุมอัจฉริยะ หัววัดจึงสามารถใช้ประโยชน์จากทรัพยากรการสื่อสารได้อย่างเหมาะสมที่สุด เทคโนโลยีนี้สามารถปรับโปรโตคอลการสื่อสารและอัตราการส่งข้อมูลโดยอัตโนมัติตามความต้องการของงานและสภาพแวดล้อมการสื่อสารที่เปลี่ยนแปลงไป จึงมั่นใจได้ว่าจะได้ผลลัพธ์การสื่อสารที่ดีที่สุดภายใต้สภาวะพลังงานที่จำกัด
สุดท้ายนี้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรับสัญญาณ โพรบ Spirit จึงใช้เทคโนโลยีการรับสัญญาณแบบมัลติบีม เทคโนโลยีนี้ใช้เสาอากาศรับสัญญาณหลายเสาเพื่อสร้างอาร์เรย์ ซึ่งช่วยเพิ่มความไวในการรับสัญญาณและความเสถียรของสัญญาณ และรักษาการเชื่อมต่อการสื่อสารที่เสถียรในสภาพแวดล้อมอวกาศลึกที่ซับซ้อน
ข้อดีนั้นชัดเจนซ่อนอยู่ในความลับ
โลกภายนอกนั้นไม่ยากที่จะค้นพบว่าเลเซอร์เป็นองค์ประกอบหลักของการทดสอบการสื่อสารในอวกาศลึกของยานสปิริต แล้วเลเซอร์มีข้อได้เปรียบเฉพาะอะไรบ้างที่จะช่วยให้การสื่อสารในอวกาศลึกก้าวหน้าไปอย่างมาก? อะไรคือความลึกลับ?
อีกด้านหนึ่ง ความต้องการข้อมูลขนาดใหญ่ ภาพความละเอียดสูง และวิดีโอสำหรับภารกิจสำรวจอวกาศลึกที่เพิ่มขึ้นย่อมส่งผลให้การสื่อสารในอวกาศลึกต้องใช้อัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้น เมื่อต้องเผชิญกับระยะทางการสื่อสารที่มักจะ “เริ่มต้น” เพียงไม่กี่สิบล้านกิโลเมตร คลื่นวิทยุจึงค่อยๆ “ไร้พลัง” ลงเรื่อยๆ
แม้ว่าการสื่อสารด้วยเลเซอร์จะเข้ารหัสข้อมูลโฟตอน แต่เมื่อเทียบกับคลื่นวิทยุ คลื่นแสงอินฟราเรดใกล้มีความยาวคลื่นที่แคบกว่าและมีความถี่สูงกว่า ทำให้สามารถสร้าง "ทางด่วน" ข้อมูลเชิงพื้นที่ที่ส่งข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพและราบรื่นยิ่งขึ้น จุดนี้ได้รับการยืนยันเบื้องต้นในการทดลองอวกาศในวงโคจรต่ำของโลกในยุคแรกๆ หลังจากใช้มาตรการปรับตัวที่เกี่ยวข้องและเอาชนะการรบกวนจากชั้นบรรยากาศ อัตราการส่งข้อมูลของระบบสื่อสารด้วยเลเซอร์เคยสูงกว่าระบบสื่อสารเดิมเกือบ 100 เท่า
เวลาโพสต์: 26 ก.พ. 2567