เมื่อเร็วๆ นี้ ยานสำรวจ Spirit ของสหรัฐฯ ได้ทำการทดสอบการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึกกับสถานีภาคพื้นดินที่ห่างออกไป 16 ล้านกิโลเมตร ซึ่งสร้างสถิติใหม่ในการสื่อสารด้วยแสงในอวกาศ แล้วข้อดีของการทดสอบมีอะไรบ้างการสื่อสารด้วยเลเซอร์? จำเป็นต้องเอาชนะอุปสรรคใดบ้างตามหลักการทางเทคนิคและข้อกำหนดภารกิจ และมีแนวโน้มอย่างไรที่จะนำไปใช้ในสาขาการสำรวจอวกาศลึกในอนาคต?
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ไม่กลัวความท้าทาย
การสำรวจอวกาศลึกเป็นงานที่ท้าทายอย่างยิ่งในเส้นทางของนักวิจัยอวกาศที่สำรวจจักรวาล ยานสำรวจต้องเดินทางข้ามอวกาศระหว่างดวงดาวอันไกลโพ้น เอาชนะสภาพแวดล้อมและสภาวะที่เลวร้าย รับและส่งข้อมูลที่มีค่า และเทคโนโลยีการสื่อสารมีบทบาทสำคัญ
แผนผังของการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึกการทดลองระหว่างยานสำรวจดาวเทียมสปิริตกับหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน
เมื่อวันที่ 13 ตุลาคม ยานสำรวจสปิริตได้ออกเดินทางเพื่อเริ่มต้นการเดินทางสำรวจที่กินเวลานานอย่างน้อย 8 ปี ในช่วงเริ่มต้นของภารกิจ ยานได้ทำงานร่วมกับกล้องโทรทรรศน์เฮลที่หอดูดาวพาโลมาร์ในสหรัฐอเมริกาเพื่อทดสอบเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึก โดยใช้การเข้ารหัสเลเซอร์อินฟราเรดใกล้เพื่อสื่อสารข้อมูลกับทีมงานบนโลก เพื่อจุดประสงค์นี้ เครื่องตรวจจับและอุปกรณ์สื่อสารด้วยเลเซอร์จะต้องเอาชนะความยากลำบากอย่างน้อย 4 ประเภท ตามลำดับ ระยะทางไกล การลดทอนสัญญาณและการรบกวน ข้อจำกัดและความล่าช้าของแบนด์วิดท์ ข้อจำกัดด้านพลังงาน และปัญหาการกระจายความร้อนสมควรได้รับความสนใจ นักวิจัยได้คาดการณ์และเตรียมพร้อมสำหรับความยากลำบากเหล่านี้มานานแล้ว และได้ฝ่าฟันเทคโนโลยีสำคัญชุดหนึ่งได้สำเร็จ ซึ่งได้วางรากฐานที่ดีให้ยานสำรวจสปิริตสามารถดำเนินการทดลองการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในอวกาศลึกได้
ประการแรก เครื่องตรวจจับวิญญาณใช้เทคโนโลยีการส่งข้อมูลความเร็วสูง โดยเลือกลำแสงเลเซอร์เป็นสื่อการส่งข้อมูล พร้อมด้วยเลเซอร์กำลังสูงเครื่องส่งสัญญาณโดยใช้ข้อดีของการส่งผ่านด้วยเลเซอร์อัตราและความเสถียรสูง พยายามสร้างการเชื่อมโยงการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในสภาพแวดล้อมอวกาศลึก
ประการที่สอง เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความเสถียรของการสื่อสาร เครื่องตรวจจับ Spirit จึงใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถบรรลุอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นภายในแบนด์วิดท์ที่จำกัดได้ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการเข้ารหัสข้อมูล ในเวลาเดียวกัน สามารถลดอัตราข้อผิดพลาดของบิตและปรับปรุงความแม่นยำของการส่งข้อมูลได้ด้วยการใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสแก้ไขข้อผิดพลาดล่วงหน้า
ประการที่สาม ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการจัดตารางเวลาและการควบคุมอัจฉริยะ โพรบจะบรรลุการใช้ทรัพยากรการสื่อสารอย่างเหมาะสมที่สุด เทคโนโลยีนี้สามารถปรับโปรโตคอลการสื่อสารและอัตราการส่งข้อมูลโดยอัตโนมัติตามการเปลี่ยนแปลงของข้อกำหนดงานและสภาพแวดล้อมการสื่อสาร จึงรับประกันผลลัพธ์การสื่อสารที่ดีที่สุดภายใต้เงื่อนไขพลังงานที่จำกัด
ในที่สุด เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับสัญญาณ โพรบ Spirit จึงใช้เทคโนโลยีการรับสัญญาณแบบมัลติบีม เทคโนโลยีนี้ใช้เสาอากาศรับสัญญาณหลายเสาเพื่อสร้างอาร์เรย์ ซึ่งสามารถเพิ่มความไวในการรับสัญญาณและความเสถียรของสัญญาณได้ และรักษาการเชื่อมต่อการสื่อสารที่เสถียรในสภาพแวดล้อมอวกาศลึกที่ซับซ้อน
ข้อดีนั้นชัดเจนซ่อนอยู่ในความลับ
โลกภายนอกนั้นไม่ยากที่จะค้นพบว่าเลเซอร์เป็นองค์ประกอบหลักของการทดสอบการสื่อสารในอวกาศลึกของยานสปิริต แล้วเลเซอร์มีข้อได้เปรียบเฉพาะเจาะจงอะไรบ้างในการช่วยให้การสื่อสารในอวกาศลึกก้าวหน้าไปอย่างมาก มีอะไรเป็นปริศนาอยู่?
ในแง่หนึ่ง ความต้องการข้อมูลขนาดใหญ่ ภาพความละเอียดสูง และวิดีโอสำหรับภารกิจสำรวจอวกาศลึกที่เพิ่มมากขึ้นนั้น ย่อมต้องมีอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นสำหรับการสื่อสารในอวกาศลึก เมื่อต้องเผชิญหน้ากับระยะทางในการส่งข้อมูลที่มักจะ “เริ่มต้น” ด้วยหลายสิบล้านกิโลเมตร คลื่นวิทยุจึงค่อยๆ “ไร้พลัง”
ในขณะที่การสื่อสารด้วยเลเซอร์เข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับโฟตอน เมื่อเปรียบเทียบกับคลื่นวิทยุ คลื่นแสงอินฟราเรดใกล้มีความยาวคลื่นที่แคบกว่าและความถี่ที่สูงกว่า ทำให้สามารถสร้าง "ทางด่วน" ข้อมูลเชิงพื้นที่ที่มีการส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพและราบรื่นยิ่งขึ้น จุดนี้ได้รับการพิสูจน์เบื้องต้นในการทดลองในอวกาศในวงโคจรต่ำของโลกในช่วงแรก หลังจากใช้มาตรการปรับตัวที่เกี่ยวข้องและเอาชนะการรบกวนจากบรรยากาศแล้ว อัตราการส่งข้อมูลของระบบสื่อสารด้วยเลเซอร์เคยสูงกว่าวิธีการสื่อสารก่อนหน้านี้เกือบ 100 เท่า
เวลาโพสต์ : 26 ก.พ. 2567