Sieć „TeraNet” Uniwersytetu Australii Zachodniej, naziemnych stacji optycznych specjalizujących się w szybkiej komunikacji kosmicznej, pomyślnie odebrała sygnały laserowe z niemieckiego satelity znajdującego się na niskiej orbicie okołoziemskiej, torując drogę do 1000-krotnego zwiększenia przepustowości komunikacji między kosmosem a Ziemią.
Test komunikacji laserowej TeraNet za pomocą OSIRISv1 stanowi krok w kierunku zastąpienia przestarzałych systemów radiowych szybkimi laserami do komunikacji kosmicznej. Sieć ma wspierać różnorodne misje, zwiększając możliwości przesyłania danych w wielu sektorach.
Zespół TeraNet, kierowany przez profesora nadzwyczajnego Saschę Schediwy z węzła Uniwersytetu Australii Zachodniej (UWA) w Międzynarodowym Centrum Badań Radioastronomicznych (ICRAR), odebrał sygnały laserowe z OSIRISv1, platformy komunikacji laserowej z Instytutu Łączności i Nawigacji Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR ). OSIRISv1 jest zainstalowany na satelicie Flying Laptop Uniwersytetu w Stuttgarcie. Sygnały wykryto za pomocą dwóch optycznych stacji naziemnych TeraNet podczas przelotów obok satelity w ubiegły czwartek.
Zalety lasera nad radiem w komunikacji kosmicznej
Stacje naziemne TeraNet wykorzystują lasery zamiast tradycyjnych bezprzewodowych sygnałów radiowych do przesyłania danych między satelitami w kosmosie a użytkownikami na Ziemi. Lasery mogą potencjalnie przesyłać dane z szybkością tysiąca gigabitów na sekundę, ponieważ działają na znacznie wyższych częstotliwościach niż fale radiowe, przez co w każdej sekundzie można upakować znacznie więcej danych.
Bezprzewodową technologię radiową wykorzystuje się do komunikacji z kosmosu od czasu wystrzelenia pierwszego satelity, Sputnika 1, prawie 70 lat temu i od tego czasu technologia ta pozostaje stosunkowo niezmieniona. W miarę wzrostu liczby satelitów w kosmosie i każdego nowego satelity zdolnego do generowania większej ilości danych, w przestrzeni kosmicznej występuje obecnie krytyczne wąskie gardło w przesyłaniu danych z powrotem na Ziemię.
Studenci pracujący z mobilną siecią łączności optycznej – TeraNet 3. Źródło: ICRAR
Wyzwania pogodowe w komunikacji laserowej
Komunikacja laserowa doskonale nadaje się do rozwiązania tego problemu, ale jej wadą jest to, że sygnały laserowe mogą zostać przerwane przez chmury i deszcz. Zespół TeraNet łagodzi tę wadę, ustanawiając sieć trzech stacji naziemnych rozmieszczonych w całej Australii Zachodniej. Oznacza to, że jeśli w jednej stacji naziemnej jest pochmurno, satelita może pobrać dane do innej lokalizacji przy czystym niebie.
Ponadto jedna z dwóch stacji naziemnych TeraNet, które odebrały satelitarny sygnał laserowy, jest zbudowana z tyłu specjalnie zbudowanej ciężarówki Jeep. Oznacza to, że można ją szybko uruchomić w miejscach wymagających ultraszybkiej komunikacji kosmicznej, np. w odległych społecznościach, w których tradycyjne łącza komunikacyjne zostały zerwane z powodu klęsk żywiołowych.
Wpływ na operacje na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej
Szybka komunikacja laserowa z kosmosu zrewolucjonizuje transfer danych dla satelitów obserwacyjnych Ziemi, znacząco usprawni i zabezpieczy wojskowe sieci komunikacyjne oraz zwiększy wydajność zdalnych operacji w sektorach takich jak autonomiczne operacje wydobywcze i reagowanie na katastrofy żywiołowe.
Zespół TeraNet z siedzibą w ICRAR otrzymał fundusze od rządu Australii, rządu Australii Zachodniej i UWA w 2023 r. w ramach programu grantowego Australijskiej Agencji Kosmicznej dotyczącego misji demonstracyjnej Księżyc na Marsa. Projekt o wartości 6,3 mln dolarów wspiera budowę trzech optycznych stacji naziemnych TeraNet w Australii Zachodniej, a Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR) zapewni w naturze dostęp do swoich satelitów na orbicie wyposażonych w komunikację laserową.
Animacja stworzona przez Dana Oltrogge z Analytical Graphics, Inc. przedstawiająca 57 000 wykonanych i planowanych wyniesień satelitów na orbitę wokół Ziemi w latach 2017–2029. Większość planowanych satelitów będzie należeć do internetowej konstelacji Starlink firmy SpaceX. Każdy punkt reprezentuje jednego satelitę, ale nie jest zgodny ze skalą.
Sieć TeraNet i jej przyszłe cele
TeraNet będzie wspierać wiele międzynarodowych misji kosmicznych działających między niską orbitą okołoziemską a Księżycem, wykorzystując zarówno sprawdzone konwencjonalne standardy komunikacji optycznej, jak i bardziej zaawansowane technologie optyczne, w tym komunikację w przestrzeni kosmicznej, ultraszybką spójną komunikację, komunikację zabezpieczoną kwantowo, pozycjonowanie optyczne i synchronizację czasu.
Sieć obejmuje stację naziemną na UWA, drugą stację naziemną w Mingenew Space Precinct 300 km na północ od Perth oraz mobilną stację naziemną, która jest uruchamiana w obiekcie Europejskiej Agencji Kosmicznej w New Norcia.
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: TeraNet 1, optyczna stacja naziemna WA na UWA. Źródło: Danail Obreschkow, International Space Centre
