Будущее космической связи: исследователи Чалмерса создали сверхчувствительную оптическую систему

Сверхчувствительные приемники и бесшумные усилители помогут решить проблему космических агентств

Новая система оптической связи, разработанная исследователями из Технологического университета Чалмерса в Швеции, открывает новые возможности для более быстрой и улучшенной космической связи. Эта система использует сверхчувствительные приёмники и усилители, позволяющие передавать изображения, фильмы и данные с космических зондов на Землю.

Оптические технологии становятся все более популярными в системах космической связи, поскольку они демонстрируют меньшую потерю сигнала по сравнению с радиоволнами при передаче информации на большие расстояния. Однако даже свет теряет свою «силу» на больших расстояниях, поэтому требуются чрезвычайно чувствительные приёмники, способные воспринимать значительно ослабленные сигналы.

Источник: Chalmers University of Technology / Rasmus Larsson

Исследователи из Чалмерса создали систему оптической связи с приёмником, который более чувствителен, чем демонстрировалось ранее при высоких скоростях передачи данных. «Мы можем продемонстрировать новую систему оптической связи, которая позволяет получить более быструю и безошибочную передачу информации на очень большие расстояния, например, для передачи изображений или видео высокого разрешения с Луны или Марса на Землю», — говорит Питер Андрексон, профессор фотоники в Чалмерсе и один из ведущих авторов исследования.

Система использует оптический усилитель в приёмнике, который усиливает сигнал с минимальным уровнем шума, что позволяет повторно использовать содержащуюся в нём информацию. Ранее исследовательская группа смогла продемонстрировать оптический усилитель без шума, но до сих пор он не мог быть практически использован в оптических линиях связи из-за высоких требований к передатчику и приёмнику.

В новой системе исследователи генерацию приёмником на Земле двух из трёх частот света, необходимых для усиления без помех, в то время как передатчик генерировал только одну частоту. Это упрощение передатчика означает, что уже существующие оптические передатчики на борту спутников и зондов могут использоваться вместе с усилителем в приёмнике на Земле.

«Этот фазочувствительный оптический усилитель в принципе не генерирует никаких дополнительных шумов, что способствует повышению чувствительности приёмника и достижению безошибочной передачи данных даже при более низкой мощности сигнала», — говорит Расмус Ларссон, научный сотрудник в области фотоники в Чалмерсе и один из ведущих авторов исследования.

Прогресс исследователей может помочь решить проблему в обмене научными данными, с которой сталкиваются космические агентства сегодня. «NASA говорит об "узком месте" в обмене научными данными, и здесь скорость сбора научных данных из космоса на Землю является фактором, который является препятствием в цепочке. Мы считаем, что наша система является важным шагом вперёд на пути к практическому решению, которое может устранить эту проблему», — говорит Питер Андрексон.

Следующим шагом станет тестирование системы оптической связи с внедрённым усилителем в ходе полевых исследований на Земле, а затем и в каналах связи между спутником и Землёй.