Как наладить связь с инопланетянами и спасти Землю
Лазер против радио
Лазеры уже давно используются на земле: как в мирных целях, так и в военной промышленности - для создания оружия нового поколения. О том, чтобы использовать лазеры для связи с космосом, ученые подумывают уже давно. Дело в том, что исследования космического пространства существенно тормозятся из-за того, что все системы космической связи, в том числе и дальней, базируются на использовании радиоволн. Радиочастоты же ограничивают полосу пропускания и данные поступают очень медленно.
А ведь объемы передаваемой в космосе информации с каждым днем растут. Наилучшая альтернатива радиоволнам - лазеры, лучи которых имеют гораздо более широкую полосу пропускания. Кроме того, способность лазера вырабатывать тонкий и направленный луч обеспечивает минимальное потребление энергии. Это особенно важно при обеспечении связи на огромных космических расстояниях: энергетические системы многих космических аппаратов не способны вырабатывать слишком много энергии.
Несмотря на очевидные преимущества лазерных коммуникаций, разработки в этой сфере по разным причинам останавливались на полпути - до поры до времени просто не было достаточно технологий, чтобы создать функциональные лазерные системы. И вот недавно в этой сфере появилось сразу несколько перспективных разработок. Их авторы убеждены, что новые лазерные системы не только позволят поддерживать постоянную связь с космосом и оперативно получать данные, но и выйти на связь с представителями инопланетных цивилизаций.
На Марс и еще дальше
Недавно на Международной космической станции установили новую коммуникационную лазерную систему OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science), которая заменит традиционные средства радиосвязи. Система уже была успешно протестирована, продемонстрировав высочайшую скорость передачи информации и крайне низкий уровень возникновения ошибок передачи.
Специалисты говорят, что OPALS произведет настоящую революцию в области космической связи. "Оптические лазерные коммуникации обеспечат дальнейшее расширение исследований космического пространства и других планет", - считает Мэтт Абрэхэмсон, руководитель миссии OPALS со стороны Лаборатории NASA по изучению реактивного движения (NASA Jet Propulsion Laboratory).
Нынешние космические аппараты, работающие в открытом космосе, обеспечивают скорость передачи информации в 200-400 килобит в секунду. Оборудование системы OPALS позволит обмениваться данными со скоростью 50 мегабит в секунду, а будущие системы дальней космической связи смогут обеспечить скорость передачи данных с Марса на Землю на скорости до 1 гигабита в секунду.
Для сравнения, если передача информации с помощью OPALS занимает всего 7 секунд, при помощи системы радиосвязи на это уходит около 12 часов. Во время сеансов лазерной связи с Землей с космической станции передается в среднем от 200 до 300 мегабайт телеметрической и технической информации. Передача такого объема занимает около 20 секунд, в то время как обычным способом - 3 часа. Теперь практически в режиме реального времени можно обновлять метеорологические карты и получать любую информацию от спутников на околоземной орбите.
Новая лазерная система не только позволяет оперативно передавать данные, но и изучать процессы распространения лучей лазера в космосе, в атмосфере Земли и на их границе. В недалеком будущем лазерная связь свяжет с Землей не только низкую околоземную орбиту, но и высокую геостационарную орбиту, предоставляя космическим аппаратам широкополосный канал связи с Землей. Лазерные космические коммуникации также протянутся к Марсу и к другим, еще более далеким планетам.
Послания с Луны
OPALS - уже не первая межпланетная коммуникационная система NASA. До того лазерный коммуникационный канал LLCD связал лунный орбитальный аппарат LADEE и наземную приемно-передающую станцию. Скорость отправки информации составила от 20 до 622 мегабит в секунду, что стало абсолютным рекордом для скорости доставки данных в космическом пространстве.
В ходе эксперимента лазерная система LLCD (Lunar Laser Communication Demonstration) - пульсирующий лазерный луч, излучаемый оборудованием аппарата LADEE, преодолевая расстояние в четверть миллиона миль, принимался главной наземной станцией LLCD, располагающейся в Нью-Мексико. Испытания LLCD проводились в рамках миссии LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), которая завершилась в апреле этого года. Основной ее целью стало изучение разреженной лунной атмосферы, а также испытания лазерной системы LLCD.
На базе Lunar Laser Communication Demonstration будет создано лазерное космическое оборудование нового поколения. Первая его версия отправится в космос в 2017 году в рамках миссии Laser Communications Relay Demonstration (LCRD). Ее цель - отработать технологии оптической космической связи посредством лазерного луча. Аппарат должен проработать на орбите около двух лет, а инженеры оценят способности таких систем к длительному функционированию и скоростной передаче больших объемов данных.
В итоге будет создана сверхскоростная оптическая коммуникационная система, которая в будущем свяжет с Землей лунные и марсианские миссии. Помимо этого в ходе реализации проекта LCRD ученые разработают технологии и стандарты для оптических коммуникационных сетей будущего.
Против пиратов и стихий
Применяют в космосе лазерные системы не только американцы, но и европейцы. На днях специалисты Европейского космического агентства (ЕКА), задействовав систему лазерных коммуникаций Space Data Highway, успешно соединили спутники Sentinel-1A и Alphasat, которые разделяет около 36 тысяч километров космического пространства. Получившаяся система обеспечила передачу на Землю практически в режиме реального времени спутниковых снимков и других данных, которые можно использовать, в частности, для контроля местности в районах стихийных бедствий и техногенных катастроф, а также осуществления пограничного контроля, препятствованию пиратству, контрабанде наркотиков и оружия.
Спутник Sentinel-1A, запущенный в апреле 2014 года, является первым из будущей спутниковой системы Copernicus, предназначенной для мониторинга состояния окружающей среды. Спутник движется на высоте около 700 километров, перемещаясь от одного полюса планеты к другому. Установленное на Sentinel-1A оборудование позволяет получать детальные снимки, производить лазерное и радарное сканирование поверхности Земли.
До последнего времени проблемой системы Copernicus было отсутствие надежной связи между спутниками и Землей, но с внедрением Space Data Highway, она решена. Основой системы является самый большой европейский коммуникационный спутник Alphasat, находящийся в постоянном поле зрения наземных коммуникационных станций. В настоящее время связь с этим спутником осуществляется на скорости 1.8 гигабита в секунду, но в будущем она повысится до 7.2 гигабит.
С помощью Space Data Highway процесс оповещения о происходящих на Земле событиях будет идти практически в режиме реального времени. Это позволит осуществить полный контроль за Землей и оперативно предупреждать о надвигающихся стихийных бедствиях - землетрясениях, извержениях вулканов, ураганах или цунами. Sentinel-1A уже наблюдал за вулканом Фогу в Кабо-Верде, который начал извергаться с 23 ноября этого года. При помощи радарного сканирования спутник отследил перемещения подземных потоков лавы к поверхности. Данные использовались для формирования точных прогнозов и быстрого объявления предупреждений.
