Comunicarea cu laser este o altă metodă de comunicare fără fir. Comunicarea laser cu extratereștri

Pe 30 ianuarie, satelitul Eutelsat 9B a fost lansat pe orbită. A devenit primul satelit echipat cu sistemul EDRS (European Data Relay System). Dorind să afli mai multe despre tehnologie nouă, un corespondent Mediasat s-a deplasat la biroul dezvoltatorului modulului EDRS, Tesat, care se află în micul oraș german Backnang. Șef departament tehnologii laser Mathias Motsigemba ne-a făcut un tur al fabricii și a vorbit despre tehnologie comunicare cu laser, care este încă puțin cunoscut în lume.

Cu sprijinul Agenției Spațiale Germane, Tesat a dezvoltat terminalul de comunicații cu laser (LCT), care oferă suport pentru transmisia de date de mare viteză între sateliții cu orbită terestră joasă (LEO) și Pământul geostaționar (GEO). Terminalul o face posibil transfer date la o viteză de 1,8 Gbps pe o distanță de până la 45.000 de kilometri. Aceste terminale LCT ar trebui să devină baza principalelor canale de transmisie a datelor din sistemul EDRS, care ar trebui să asigure transmisia de date între sateliții LEO și GEO.

Mathias Motsigemba: „Acum avem ocazia să oferim servicii calitate superioarăîntr-un mod aproape de timp real. Acest lucru face o diferență enormă! Satelitul LEO face o fotografie și o trimite către satelitul GEO, care la rândul său o trimite la sol prin frecvență radio. Un fascicul laser este o soluție excelentă în vid, cu toate acestea, în condiții atmosferice nu este cea mai bună cea mai buna alegere, deoarece norii pot provoca interferențe. Pentru protectie semnal TV puteți utiliza rate mari de date și tehnologie optică fără interferențe în linia de alimentare. Apariția tehnologiei de comunicații cu laser poate fi comparată cu începutul utilizării fibra opticaîn loc de cupru”.

Teleportul Sistemului de Observare a Pământului poate fi un serviciu străin care utilizează linii terestre nesecurizate.
Serviciu de transmisie optică a datelor (LEO la GEO și GEO la stația de transmisie terestră).
Stația de la sol poate fi amplasată în propria țară în raza vizuală a satelitului GEO.
S/C – suveranitatea activelor dumneavoastră informaționale.

Necesitatea dezvoltării acestei tehnologii a fost dictată de cererea tot mai mare de capacitate de transmisie a datelor pentru sateliții de supraveghere civili și militari, misiunile HALE. Ideea creării sistemului EDRS a fost propusă de Comisia Europeană, care este deja implicată în constelația de sateliti Sentinel, programul Copernicus. Următorul pas ar trebui să fie crearea canalelor de comunicații inter-sateliți. Eutelsat a oferit capacități pentru modulul de comunicare activat Satelitul Eutelsat 9B. După șapte ani de dezvoltare a LCT-urilor de prima și a doua generație, sistemul LCT a fost lansat pe Alphasat în iulie 2013. Sistemul LCT de pe satelitul Sentinel-1A a fost integrat cu succes în decembrie 2013. În decembrie 2014, satelitul Sentinel 1A a fost lansat și pus în funcțiune. În noiembrie 2014, Agenția Spațială Europeană și Tesat au susținut o prezentare comună în trăi, timp în care o imagine de la radar de pe satelitul Sentinel-1A a fost trimisă aproape în timp real prin Alphasat pe o distanță de 41.700 de kilometri către o stație de la sol.

„Din punct de vedere tehnic, nu există nicio diferență între echipamentele de comunicații laser instalate pe Alphasat și echipamente similare pe Eutelsat 9B. Alphasat a demonstrat capabilități tehnice proiect, în timp ce sistemul EDRS de pe satelitul Eutelsat 9 B este serviciu comercial, propus de Airbus Defence and Space. De obicei, un satelit de observare a Pământului are 10 minute pentru a contacta o stație terestră și 90 de minute pentru a orbita Pământul. Asta înseamnă că poți folosi doar 10% din activul spațial și în caz că urgență sau dezastru natural Se petrece prea mult timp așteptând contactul cu o stație de observare la sol. Acum, în timp ce observăm de nave maritime, de exemplu, puteți detecta o problemă în 15 minute" , spune Mathias Motsigemba.

Elementul cheie al liniei de produse este LCT-135 (telescop 135 mm) pentru legătura intersatelit GEO/LEO. Așa cum este cazul cu modelul anterior,LCT-125, dispozitivul integrează într-o singură unitate toate submodulele optice, mecanice și electrice ale terminalului, cum ar fi sistemul de distribuție a energiei, procesorul de bord, modulele de urmărire și achiziție de date și sistemul de procesare a datelor. Datele de la senzorii AOCS ai satelitului sunt transferate cu ușurință la LCT printr-o interfață standard - LIAU (Laser Interface Adaptation Unit).

Parametrii LCT:

Autonomie – 45.000 km.
Greutate: 53 kg.
Rata de transfer de date (full duplex):
pentru EDRS – 1,8 Gbit/s, pentru alte misiuni – 5,65 Gbit/s.
Putere de transmisie: 2,2 W
Consum maxim de energie: 160W
Dimensiuni: 0,6 x 0,6 x 0,7 m.

Undele radio nu sunt singurele mijloace de comunicare cu civilizațiile extraterestre. Există și alte moduri, de exemplu semnale luminoase. Deoarece semnalul luminos va trebui să parcurgă o distanță uriașă, trebuie să aibă proprietățile necesare: au suficientă energie pentru a depăși această cale. Este ușor de observat că proiectoarele optice nu sunt potrivite pentru transmiterea unor astfel de semnale luminoase. Ele creează raze de lumină divergente. Prin urmare, cu cât mai departe de lumina reflectoarelor, cu atât fasciculul devine mai larg. Pe distanțe mari, este și foarte mare. Aceasta înseamnă că energia pe unitatea de suprafață este foarte mică.

Dacă utilizați cel mai modern reflector optic, care creează un fascicul de lumină (fascicul) lățime de doar o jumătate de grad, atunci deja la o distanță de 50 de kilometri punctul de lumină creat de reflector va fi de 450 de metri. Un astfel de reflector instalat pe Pământ va crea un punct luminos cu un diametru de 3000 de kilometri pe Lună! Este clar că în acest caz energia luminoasă este disipată de suprafata mare iar iluminarea suprafeței devine mult mai mică decât dacă acest punct ar fi la doar 10 sau 100 de metri distanță. Pata formată de reflectorul pământului pe suprafața Lunii nu poate fi detectată. Dar Luna este lângă noi. Ce rămâne din densitatea de energie la distanțe de sute de ani lumină? Aproape nimic. Prin urmare, nu are rost să luăm în considerare mai departe o astfel de sursă trivială de semnale luminoase. Dar semnalele optice necesare pot fi create folosind lasere, care au fost întruchiparea ideilor lui Alexei Tolstoi (hiperboloidul inginerului Garin) și H. Wells (raza de căldură a marțienilor).

În ceea ce privește radiația laser ca mijloc de comunicare cu extratereștrii, două dintre proprietățile sale sunt importante aici. Prima este capacitatea de a emite un fascicul de lumină practic nedivergent (fascicul), care, după cum am văzut, nu poate fi realizat folosind reflectoare convenționale. A doua este capacitatea de a crea semnale luminoase puternice care pot ajunge la stelele aflate la sute și mii de ani lumină distanță.

Proprietate importantă radiația laser este monocromaticitatea sa (literal „o singură culoare”). Din punct de vedere fizic, aceasta înseamnă că radiația are o lungime de undă strict constantă și, prin urmare, culoare. În același timp, există lasere care emit o lungime de undă strict definită, a cărei valoare este determinată de „substanța de lucru” a laserului. O astfel de substanță poate fi gazoasă, lichidă sau solidă. La început, a fost folosit în principal cristal de rubin sintetic. Când se utilizează sticlă activată cu neodim, lungimea de undă a radiației este de 1,06 microni. Substanța de lucru folosită este, în special, dioxid de carbon CO2 și multe alte substanțe. Laserele lichide permit emiterea la diferite lungimi de undă (într-un interval dat). Radiația are loc alternativ, în fiecare moment de timp este emisă o lungime de undă strict definită.

De asemenea, este important ca sistemele laser să permită emiterea de impulsuri foarte scurte de lumină. Acest lucru este foarte important pentru transmiterea informațiilor (prin secvențe de impulsuri). Lungimea impulsului poate fi atât de mică încât până la o mie de miliarde de impulsuri pot fi „stivuite” într-o secundă. În timpul emisiei, impulsurile se succed cu o anumită întârziere. Laserele moderne fac posibilă primirea impulsurilor putere mare. Așadar, chiar și impulsurile atât de scurte precum cele prezentate mai sus pot avea o energie mai mare de 10 jouli! Cu cât pulsul este mai lung, cu atât este mai mare energia pe care o conține. În modul „generare liberă”, când laserul însuși reglează lungimea impulsurilor emise și este de ordinul unei miimi de secundă, energia fiecărui impuls poate ajunge la câteva mii de jouli. Laserele fac posibilă emiterea nu numai de impulsuri scurte de lumină, ci și în mod continuu. De exemplu, laserele cu gaz alimentate cu dioxid de carbon pot funcționa în modul laser continuu. În acest caz, radiația este caracterizată nu de energia fiecărui impuls (deoarece nu există impulsuri individuale), ci de energia pe unitatea de timp sau, cu alte cuvinte, puterea. Astfel, puterea laserelor care funcționează pe dioxid de carbon ajunge la câteva zeci de kilowați.

Radiația laser este, de asemenea, împrăștiată, dar mult mai puțin decât cea a spoturilor. Acest lucru este determinat de dimensiunea substanței de lucru. Radiația de la suprafața substanței de lucru are loc strict cu aceeași fază (în fază) pe întreaga sa suprafață. Prin urmare, lățimea fasciculului trimis de laser depinde de dimensiunea blocului „substanță de lucru”, adică cu cât suprafața este mai mare, cu atât fasciculul de lumină emis este mai îngust. Dependența lățimii fasciculului de lungimea de undă este directă: cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât fasciculul transmis de laser este mai larg. Dar chiar și cu laserele obișnuite, în care dimensiunea substanței de lucru este de aproximativ 1 centimetru, unghiul fasciculului de lumină este de 200 de ori mai mic decât cel al unui reflector. Este de 10 secunde de arc. Există, desigur, lasere cu unghiuri semnificativ mai mici de emisie de lumină.

Pentru a scăpa de divergența razelor, trebuie să utilizați sistem optic tip de telescop, care direcţionează traseul razelor. Dacă un fascicul de radiație laser trece printr-o lentilă a cărei distanță focală este egală cu diametrul său, atunci imaginea reală a fasciculului în planul focal va avea dimensiuni egal cu lungimea valuri. Apoi, în locul în care a fost obținută această imagine reală a fasciculului, plasăm focalizarea unei alte lentile (sau oglinzi), al cărei diametru este mult mai mare decât primul. Pentru al doilea obiectiv, distanța focală poate fi mai mare decât diametrul său, dar poate fi și egală cu aceasta (ca și în cazul primului obiectiv). Această combinație de două lentile duce la faptul că din a doua lentilă mare (oglindă) va ieși un fascicul al cărui unghi de divergență va scădea (comparativ cu cel inițial care intră în telescop) de atâtea ori cât diametrul celui de-al doilea obiectiv. (oglindă) este mai mare decât lungimea undei emise. Astfel, este foarte posibil să se reducă unghiul de divergență al fasciculului laser cât se dorește.

Pentru a comunica cu extratereștrii, pot fi folosite atât sistemele de comunicații construite pe un singur laser, cât și cele construite pe un întreg sistem (baterie) de lasere. Dacă utilizați un laser cu emisie continuă cu o putere de 10 kilowați și o oglindă suplimentară mare cu un diametru de 5 metri, puteți îngusta unghiul fasciculului la 0,02 arcsec.

Puteți folosi nu o oglindă mare, ci un anumit număr de oglinzi cu un diametru mic (să zicem, 10 centimetri). Atunci sistemul trebuie să conțină atâtea lasere câte oglinzi există. Toate acestea trebuie să fie foarte rigid orientate. Dacă luați 25 de lasere, puteți obține un unghi de fascicul egal cu o secundă de arc.

Avantajul sistemelor laser (baterii) pt comunicații spațiale este că în timpul funcționării sale este posibilă excluderea influenței atmosferei terestre. Dacă lucrați cu un singur laser, atunci din cauza perturbărilor atmosferice, unghiul fasciculului devine semnificativ mai mare decât în absența unei astfel de influențe. Această influență poate fi ocolită dacă sistemul laser este plasat astfel încât fasciculul laser să nu treacă prin atmosferă, adică este plasat pe o platformă de satelit artificială. În acest caz, nu este nevoie să folosiți o baterie de sisteme laser.

Pentru prima dată, posibilitatea comunicării cu civilizațiile extraterestre folosind un fascicul laser a fost analizată științific în 1961 de către laureatul Premiului Nobel C.H. Townsom și R.I. Schwartz. De atunci, tehnologia laser din lume s-a îmbunătățit și condițiile pentru comunicarea cu laser au devenit mai favorabile. Principalul lucru pe care trebuie să-l ofere această tehnică este puterea de radiație suficientă și capacitatea de a separa radiația laser trimisă nouă de extratereștri de radiația stelelor. Cum separă lumina laser de lumina stelelor? Această întrebare nu este deloc simplă și poate fi rezolvată numai datorită proprietății speciale a radiației laser - monocromaticitatea sa ridicată. O stea (cum ar fi Soarele) emite lumină la diferite lungimi de undă. Laserul emite doar la o lungime de undă strict definită, să zicem 0,5 microni. La această lungime de undă Soarele emite cea mai mare energie. Cu toate acestea, radiația laser este de 25 de ori mai mare decât cea a Soarelui sau a unei alte stele similare. Desigur, acest lucru se aplică numai la acea lungime de undă specială. La alte lungimi de undă (cum ar fi regiunile ultraviolete și infraroșii ale spectrului) acest raport ar fi și mai mare, deoarece la aceste lungimi de undă Soarele emite mai puțin decât lumina verde aproape (0,5 µm).

Astfel, chiar și tehnologia laser modernă face posibilă crearea de radiații a căror intensitate la o anumită lungime de undă este suficientă pentru a fi izolată de toate radiațiile stelare. Pentru a obține o eliberare și mai bună a radiației laser, trebuie să „lucrați” în apropierea liniilor de absorbție ale Soarelui (sau a unei alte stele), adică în domeniul în care o parte din radiația solară este absorbită și interferează mai puțin cu eliberarea radiației laser. . Dacă laserul funcționează la o lungime de undă de 0,15 microni, atunci intensitatea sa spectrală poate fi de zeci de mii de ori mai mare decât intensitatea radiației solare la această lungime de undă, deoarece se află în regiunea de absorbție a radiației solare. Desigur, o astfel de instalație laser trebuie să fie amplasată în afara atmosferei pământului, altfel radiația laser va fi absorbită de gazul atmosferic. Astfel, atunci când înregistrăm și analizăm lumina de la stelele îndepărtate, trebuie să ținem cont de faptul că radiațiile laser trimise de civilizațiile extraterestre pot fi detectate pe fondul acestei radiații. Va apărea ca o linie îngustă. Dar pentru aceasta este necesar să se analizeze radiația stelelor folosind spectrografe de înaltă calitate. Se pot folosi și filtre cu bandă foarte îngustă. Desigur, specificat dispozitive optice trebuie să fie de foarte înaltă calitate: rezoluția spectrografului trebuie să fie de 0,03 A pentru a obține un contrast de 10% al liniei laser deasupra fundalului. Modern tehnologie optică vă permite să faceți acest lucru. Prin urmare, acum putem începe să surprindem linii de radiație aparținând dispozitivelor laser ale civilizațiilor extraterestre folosind cele mai puternice telescoape.

Am discutat în mod repetat diverse aspecte ale efectului Doppler asupra radiației unei surse în mișcare. ÎN în acest caz, trebuie luat în considerare și acest efect, deoarece din cauza mișcării receptorilor de radiație în direcția radiației în sine, ar trebui să apară o schimbare (deplasare Doppler) a frecvenței radiației într-o direcție sau alta. Pentru a detecta această radiație cu o frecvență decalată, este necesar să existe spectrografe cu rezoluția corespunzătoare.

Astfel, chiar și nivelul modern al tehnologiei laser face posibilă primirea semnalelor laser de la stelele din apropiere și trimiterea lor înapoi. Dar încă o întrebare, poate cea mai importantă, rămâne: unde să trimiți semnale și unde să le primești? În ambele cazuri, trebuie să ne îndreptăm telescoapele undeva și cu o precizie foarte mare. Același lucru se cere corespondenților noștri din spațiu. Dacă se află pe cele mai apropiate stele (planetele lor), atunci vor observa orbita pământului la un unghi de o secundă de arc. Pentru ca raza lor laser să lovească Pământul, ei trebuie să îl îndrepte cu o rezoluție unghiulară de 0,02 secunde de arc. O astfel de precizie este acum disponibilă astronomilor noștri. Prin urmare, credem că este realizabil și pentru civilizațiile extraterestre, caută legături cu noi.

Este logic să ne imaginăm că extratereștrii, în căutarea comunicării cu noi, vor „cotrobăi” cu o rază laser în Sistemul Solar. Dacă măresc lățimea fasciculului laser (razei), atunci acesta va ilumina Pământul tot timpul și poate fi înregistrat relativ ușor. Dar cu cât fasciculul este mai larg, cu atât trebuie emisă mai multă energie, astfel încât să fie suficientă pentru a acoperi întreaga suprafață pe care o luminează, pentru a putea fi înregistrată. Dar s-ar putea crede că această dificultate pentru extratereștri nu va fi insolubilă. Cel puțin în laboratoarele terestre, creșterea puterii radiației laser are loc foarte rapid.

Comunicarea cu laser poate fi folosită în mod deosebit de eficient în cadrul Sistemului Solar. Folosind un fascicul laser, este posibil să se creeze un punct pe Marte cu un diametru de 5-7 kilometri, care va străluci de aproximativ 10 ori mai luminos decât Venus atunci când este observat de pe Pământ. Un fascicul laser poate transporta orice informație: intensitatea sa poate fi modificată în timp conform oricărei legi (cu alte cuvinte, radiația laser poate fi modulată în consecință). Suprafața Lunii a fost iluminată de un fascicul laser. Pe partea neluminată a Lunii de Soare se obține o pată luminoasă cu diametrul de 40 de metri. Este iluminat de 100 de ori mai puțin decât în cazul razelor directe ale soarelui.

24nar

Săptămâna aceasta, NASA a lansat rezultatele de la Space Laser Communications Demonstrator (LLCD) privind Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (sau LADEE), care a fost lansat în septembrie a acestui an și momentul prezentînconjurând satelitul nostru natural. Potrivit agenției spațiale, sistemul LLCD a demonstrat o eficiență foarte mare a transmisiei de date pe o distanță de aproximativ 400 de mii de kilometri și este deja capabil să funcționeze mai rău, și poate chiar mai bine, decât transmițătoarele radio convenționale.

Pentru cei care nu știu, misiunea LLCD este de a demonstra posibilitatea utilizare practică lasere pentru transmiterea mesajelor între obiecte foarte distanta la distanta unul de altul și multe altele de mare viteză comparativ cu ceea ce pot oferi transmițătoarele radio standard. Demonstrând capacitatea de a transmite date pe Pământ la 622 Mb/s și de a primi la 20 Mb/s, LLCD a stabilit un record pentru vitezele de transfer de date de pe orbita lunară pe 20 octombrie. Datele transmise de raza laser au fost primite de principala stație de sol LLCD situată în New Mexico. Există trei stații similare în lume. Restul de două se află în Spania și SUA.

Cel mai important avantajele laserelor transmițătoarele radio sunt că oferă un randament mult mai mare și, în plus, capacitatea de a transmite informații cu fascicule laser pe termen scurt, ceea ce va reduce în viitor costul total al consumului de energie atunci când se transmit informații pe distanțe lungi.

NASA notează că sistemul LLCD funcționează timp de 30 de zile modul de testare chiar mai bine decât ceea ce se aştepta de la ea. Laserul transmitea mesaje către stațiile terestre fără probleme când lumina zileiși chiar și atunci când unghiul de abatere al Lunii față de Soare era de patru grade. De asemenea, sistemul a funcționat fără erori atunci când Luna era foarte jos până la orizont, forțând astfel laserul să treacă prin straturi mai dense ale atmosferei și cu o anumită expunere la efectele turbulenței. De asemenea, astronomii au fost surprinși să afle că norii cirruși ușori nu au reprezentat o problemă pentru laser.

Pe lângă testarea erorilor, LLCD a demonstrat capacitatea de a comuta de la o stație la sol la alta, demonstrând capacitatea de a se bloca pe o anumită stație fără a fi nevoie de un semnal radio.

„Am programat LADEE astfel încât modul automat activat și direcționat sistemul LLCD către punctul dorit pentru a transmite un semnal laser către Pământ, fără a fi nevoie ca semnalele radio să fie trimise la sondă cu un echipaj în avans”, spune Don Cornwell, manager de proiect LLCD la Goddard Space Flight Center.
„Succesul acestei misiuni ne permite să fim optimiști cu privire la posibilitatea utilizării sisteme similare ca sisteme de comunicații primare pentru viitoarele misiuni NASA”.
NASA notează nu numai succesul transmisiei semnalului, ci și viteza mare de transfer de informații de la sondă pe Pământ. Toate datele colectate în acest timp (și acestea, pentru un moment, sunt gigaocteți de informații) au fost transmise pe Pământ în mai puțin de cinci minute. De obicei, este nevoie de câteva zile pentru a transfera datele acestui volum.

Agenția spune că misiunea LLCD a fost finalizată și următoarea fază de testare va fi verificarea sistemului satelitului Laser Communications Relay Demonstration (LRCD), programat pentru lansare în 2017. În esență, sistemul va fi o versiune îmbunătățită a LLCD, capabilă să transfere date la viteze de până la 2880 Gb/s cu orbită geostaţionarăși va face parte dintr-un program de cinci ani de testare a sistemelor de comunicații de ultimă generație.

Categorii:// din

E. N. Chepusov, S. G. Sharonin

Astăzi este imposibil să ne imaginăm viața fără computere și rețele bazate pe ele. Omenirea se află în pragul unei lumi noi în care un singur spațiu informațional. În această lume, comunicațiile nu vor mai fi îngreunate de granițele fizice, timp sau distanță.

Acum există peste tot în lume cantitate uriașă rețelele performante diverse funcțiiși rezolvarea multor probleme diferite. Mai devreme sau mai târziu, vine întotdeauna un moment în care capacitatea rețelei este epuizată și trebuie așezate noi linii de comunicație. Acest lucru este relativ ușor de făcut în interiorul unei clădiri, dar dificultățile încep atunci când conectați două clădiri adiacente. Sunt necesare permise speciale, aprobări, licențe pentru a efectua lucrări, precum și pentru a efectua o serie de complexe cerințe tehniceși satisfacerea cerințelor financiare considerabile ale organizațiilor care gestionează terenuri sau canalizare. De regulă, devine imediat clar că cea mai scurtă cale dintre două clădiri nu este o linie dreaptă. Și nu este deloc necesar ca lungimea acestei căi să fie comparabilă cu distanța dintre aceste clădiri.

Desigur, toată lumea cunoaște o soluție wireless bazată pe diverse echipamente radio (modemuri radio, canal mic linii de releu radio, emițătoare digitale cu microunde). Dar numărul dificultăților nu scade. Undele sunt suprasaturate și obținerea permisiunii de utilizare a echipamentelor radio este foarte dificilă și uneori chiar imposibilă. Iar debitul acestui echipament depinde în mod semnificativ de costul acestuia.

Vă oferim să profitați de noua formă economică comunicare fără fir, care a apărut destul de recent, este comunicarea cu laser. Cea mai mare dezvoltare Această tehnologie a fost primită în SUA, unde a fost dezvoltată. Comunicațiile cu laser oferă o soluție rentabilă la problema comunicațiilor fiabile, de mare viteză, pe distanță scurtă (1,2 km), care pot apărea la conectarea sistemelor de telecomunicații din diferite clădiri. Utilizarea acestuia va permite integrarea rețele locale cu integrare globală prieten de la distanță unele de la celelalte rețele locale și, de asemenea, să furnizeze nevoile telefonie digitală. Comunicarea laser acceptă toate interfețele necesare în aceste scopuri - de la RS-232 la ATM.

Cum se realizează comunicarea cu laser?

Comunicare cu laser vs. comunicatii GSM permite conexiuni punct la punct cu rate de transfer de informații de până la 155 Mbit/s. În rețelele de calculatoare și telefonie, comunicarea cu laser asigură schimbul de informații în modul full duplex. Pentru aplicațiile care nu necesită viteze mari de transmisie (de exemplu, semnale video și de control în sistemele de televiziune de proces și cu circuit închis), este disponibilă o soluție specială, rentabilă, semi-duplex. Atunci când este necesar să combinați nu numai rețelele computerizate, ci și telefonice, pot fi utilizate modele dispozitive laser cu un multiplexor încorporat pentru transmiterea simultană a traficului LAN și a fluxurilor de telefonie de grup digital (E1/ICM30).

Dispozitivele laser pot transmite orice flux de rețea care le este livrat folosind fibră optică sau cablu de cupru în mod direct și direcții inverse. Transmițătorul convertește semnalele electrice în radiații laser modulate în domeniul infraroșu, cu o lungime de undă de 820 nm și o putere de până la 40 mW. Comunicarea cu laser folosește atmosfera ca mediu de propagare. Raza laser lovește apoi un receptor care are o sensibilitate maximă în intervalul de lungimi de undă a radiației. Receptorul convertește radiația laser în semnale de la interfața electrică sau optică utilizată. Așa se realizează comunicarea folosind sisteme laser.

Familii, modele și caracteristicile lor

În această secțiune, dorim să vă prezentăm cele trei familii ale celor mai populare sisteme laser din SUA - LOO, OmniBeam 2000 și OmniBeam 4000 (Tabelul 1). Familia LOO este de bază și permite transmisia de date și voce pe distanțe de până la 1000 m Familia OmniBeam 2000 are capacități similare, dar funcționează la distanta mai mare(până la 1200 m) și poate transmite imagini video și o combinație de date și voce. Familia OmniBeam 4000 poate oferi transfer de date de mare viteză: de la 34 la 52 Mbit/s pe distanțe de până la 1200 m și de la 100 la 155 Mbit/s până la 1000 m Există și alte familii de sisteme laser pe piață fie acoperă distanțe mai scurte, fie acceptă mai puține protocoale.

Tabelul 1.

Familial
Ethernet (10 Mbps)
Token Ring (416 Mbps)
E1 (2 Mbit/s)
Imagine video
Combinație de date și vorbire
Transfer de date de mare viteză (34-155 Mbps)
Posibilitate de modernizare

Fiecare familie include un set de modele care suportă diferite protocoale de comunicare (Tabelul 2). Familia LOO include modele economice care asigură distanțe de transmisie de până la 200 m (litera „S” la sfârșitul numelui).

Tabelul 2.

Avantajul incontestabil al dispozitivelor de comunicații laser este compatibilitatea lor cu majoritatea echipamentelor de telecomunicații în diverse scopuri(hub-uri, routere, repetoare, poduri, multiplexoare și PBX-uri).

Instalarea sistemelor laser

O etapă importantă în crearea unui sistem este instalarea acestuia. Pornirea efectivă necesită un timp neglijabil în comparație cu instalarea și configurarea echipamentelor laser, care durează câteva ore dacă este efectuată de specialiști bine pregătiți și echipați. În același timp, calitatea funcționării sistemului în sine va depinde de calitatea acestor operațiuni. Prin urmare, înainte de a prezenta opțiuni tipice de includere, am dori să acordăm o oarecare atenție acestor probleme.

Atunci când sunt amplasate în aer liber, transceiver-urile pot fi instalate pe acoperiș sau pe suprafețele pereților. Laserul este montat pe un suport rigid special, de obicei metalic, care este atașat de peretele clădirii. Suportul oferă, de asemenea, posibilitatea de a regla unghiul de înclinare și azimutul fasciculului.

În acest caz, pentru ușurința instalării și întreținerii sistemului, conectarea acestuia se face prin cutii de distribuție (RK). Ca cabluri de conectare De obicei, fibra optică este utilizată pentru circuitele de transmisie a datelor și cablurile de cupru pentru circuitele de putere și control. Dacă echipamentul nu are o interfață optică de date, atunci este posibil să se utilizeze un model cu o interfață electrică sau un modem optic extern.

Unitatea de alimentare (PSU) a transceiver-ului este întotdeauna instalată în interior și poate fi montată pe un perete sau într-un rack care este utilizat pentru echipamente LAN sau cu structură transversală. sisteme de cabluri. În apropiere poate fi instalat și un monitor de stare, care servește la monitorizarea de la distanță a funcționării transceiverelor din familiile OB2000 și OB4000. Utilizarea sa permite diagnosticarea canalului laser, indicarea mărimii semnalului, precum și buclarea semnalului pentru a-l verifica.

Când instalați transceiver-uri laser în interior, este necesar să rețineți că puterea radiației laser scade la trecerea prin sticlă (cel puțin 4% pe fiecare sticlă). O altă problemă o reprezintă picăturile de apă care curg pe exteriorul paharului când plouă. Acestea acționează ca lentile și pot provoca împrăștierea fasciculului. Pentru a reduce acest efect, se recomandă instalarea echipamentului lângă partea superioară a sticlei.

Pentru a asigura o comunicare de înaltă calitate, este necesar să se țină cont de unele cerințe de bază.

Cel mai important dintre ele, fără de care comunicarea va fi imposibilă, este că clădirile trebuie să fie în raza de vedere și să nu existe obstacole opace în calea de propagare a fasciculului. În plus, deoarece fasciculul laser din zona receptorului are un diametru de 2 m, este necesar ca transceiver-urile să fie amplasate deasupra pietonilor și traficului la o înălțime de cel puțin 5 m. Acest lucru se datorează respectării normelor de siguranță. Transportul este, de asemenea, o sursă de gaze și praf, care afectează fiabilitatea și calitatea transmisiei. Fasciculul nu trebuie proiectat în imediata apropiere sau încrucișat liniile electrice. Este necesar să se țină cont de posibila creștere a copacilor, de mișcarea coroanelor lor în timpul rafalelor de vânt, precum și de influența precipitațiilor și posibilele perturbări din cauza păsărilor zburătoare.

Alegerea corectă a transceiver-ului garantează funcționarea stabilă a canalului în întreaga gamă de condiții climatice din Rusia. De exemplu, un diametru al fasciculului mai mare reduce probabilitatea defecțiunilor cauzate de precipitații.

Echipamentul laser nu este o sursă de radiație electromagnetică (EMR). Cu toate acestea, dacă este plasat lângă dispozitive cu EMR, electronica laserului va capta această radiație, ceea ce poate provoca o schimbare a semnalului atât în receptor, cât și în transmițător. Acest lucru va afecta calitatea comunicației, așa că nu este recomandat să amplasați echipamente laser în apropierea surselor EMR, cum ar fi stații radio puternice, antene etc.

La instalarea unui laser, este recomandabil să evitați transceiver-urile laser orientate în direcția est-vest, de câteva zile pe an. razele solare poate bloca radiația laser timp de câteva minute, iar transmisia va deveni imposibilă, chiar și cu filtre optice speciale în receptor. Știind cum se mișcă soarele pe cer într-o anumită zonă, puteți rezolva cu ușurință această problemă.

Vibrația poate determina deplasarea transceiver-ului laser. Pentru a evita acest lucru, nu se recomandă instalarea sisteme laser lângă motoare, compresoare etc.

Figura 1. Amplasarea și conectarea transceiver-urilor laser.

Mai multe metode tipice de includere

Comunicarea cu laser va ajuta la rezolvarea problemei comunicării pe distanță scurtă în conexiunile punct la punct. Ca exemple, să ne uităm la câteva opțiuni sau metode tipice de includere. Deci, aveți un birou central (CO) și o sucursală (F), fiecare dintre ele având o rețea de calculatoare.

Figura 2 prezintă o variantă de organizare a unui canal de comunicare pentru cazul în care este necesară combinarea F și CO, folosind ca protocol de rețea Ethernet și ca mediu fizic - cablu coaxial (gros sau subțire). În CO există un server LAN, iar în F sunt computere care trebuie conectate la acest server. Cu sisteme laser precum modelele LOO-28/LOO-28S sau OB2000E, puteți rezolva cu ușurință această problemă. Puntea este instalată în centrul central, iar repetorul în F. Dacă puntea sau repetorul are o interfață optică, atunci nu este necesar un minimodem optic. Transceiverele laser sunt conectate prin fibră optică duală. Modelul LOO-28S vă va permite să comunicați la o distanță de până la 213 m, iar LOO-28 - până la 1000 m cu un unghi de recepție „încrezător” de 3 mrad. Modelul OB2000E acoperă o distanță de până la 1200 m cu un unghi de recepție „încrezător” de 5 mrad. Toate aceste modele funcționează în modul full duplex și oferă o viteză de transfer de 10 Mbit/s.

Figura 2. Conectarea unui segment la distanță LAN Ethernet bazat pe cablu coaxial.

O opțiune similară pentru a combina două Rețele Ethernet, folosind ca mediu fizic pereche răsucită(10BaseT) este prezentat în Figura 3. Diferența sa este că, în loc de o punte și un repetor, se folosesc concentratoare (hub-uri) care au numărul necesar de conectori 10BaseT și o interfață AUI sau FOIRL pentru conectarea transceiver-urilor laser. În acest caz, este necesar să instalați un transceiver laser LOO-38 sau LOO-38S, care oferă viteza de transmisie necesară în modul full duplex. Modelul LOO-38 poate suporta distante de comunicare de pana la 1000 m, iar modelul LOO-38S poate comunica pana la 213 m.

Figura 3. Conectarea unui segment LAN Ethernet la distanță bazat pe pereche răsucită.

Figura 4 prezintă o variantă de transmisie combinată de date între două rețele LAN (Ethernet) și un flux digital de grup E1 (PCM30) între două PBX-uri (în CO și F). Pentru a rezolva această problemă, este potrivit modelul OB2846, care oferă transmisie de date și voce la o viteză de 12 (10+2) Mbit/s pe o distanță de până la 1200 m LAN este conectat la transceiver folosind fibră optică duală printr-un conector SMA standard și trafic telefonic transmis prin cablu coaxial de 75 Ohm prin conector BNC. Trebuie remarcat faptul că multiplexarea datelor și a fluxurilor de vorbire nu necesită echipamente suplimentareși este realizat de transceiver fără reducere lățime de bandă fiecare dintre ele separat.

Figura 4. Integrarea rețelelor de calculatoare și telefonie.

Realizare transmisie de mare viteză datele între două rețele LAN (LAN „A” în CO și LAN „B” în F) folosind comutatoare ATM și transceiver-uri cu laser sunt prezentate în Figura 5. Modelul OB4000 va rezolva problema comunicării de mare viteză pe distanță scurtă într-un mod optim. Veți avea posibilitatea de a transmite fluxuri E3, OC1, SONET1 și ATM52 la vitezele necesare pe o distanță de până la 1200 m și 100 Base-VG sau VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX sau Fast Ethernet(802.3), FDDI, TAXI 100/140, OC3, SONET3 și ATM155 cu vitezele necesare - pe o distanță de până la 1000 m Datele transmise sunt livrate la transceiver-ul laser folosind o fibră optică dublă conectată printr-un conector SMA. .

Figura 5. Consolidarea rețelelor de telecomunicații de mare viteză.

Exemplele date nu sunt exhaustive opțiuni posibile utilizarea echipamentelor laser.

Care este mai profitabil?

Să încercăm să determinăm locul comunicării laser printre altele prin cablu și solutii wireless, evaluând pe scurt avantajele și dezavantajele acestora (Tabelul 3).

Tabelul 3.

Cost estimat	Cablu de cupru	Fibră optică	Canal radio	Canal laser
Cost estimat	de la 3 la 7 mii de dolari. pentru 1 km	până la 10 mii de dolari pentru 1 km	de la 7 la 100 de mii de dolari. pe set	12-22 mii de dolari. pe set
Timp de pregătire și instalare	Pregatirea lucrarilor si montajului - pana la 1 luna; instalarea modemurilor HDSL - câteva ore

4 octombrie 2012 la 15:54

Pentru prima dată, informațiile în bandă largă au fost transmise de la bordul ISS printr-un canal laser către o stație la sol

tehnologii wireless,
Standarde de comunicare

Pe 2 octombrie 2012, de pe segmentul rusesc al Stației Spațiale Internaționale, pentru prima dată, informațiile în bandă largă au fost transmise printr-un canal laser către o stație terestră

Ca parte a experimentului spațial (SLS) pentru a testa echipamentele și a demonstra Tehnologia rusă crearea sistemelor de transmitere a informațiilor cu laser spațial realizată de OJSC NPK SPP împreună cu OJSC RSC Energia, s-a desfășurat o sesiune de transfer de informații de la terminalul de comunicații instalat la bordul RS ISS către terminalul laser al punctului de sol al observației optice Arkhyz stație din Severny Caucaz (filiala OJSC NPK SPP).
Informațiile cu un volum total de 2,8 Gigaocteți au fost transferate cu o viteză de 125 Mbit/s.
Acest pas deschide calea către implementare pe scară largăîn liniile de comunicație cu laser din tehnologia spațială rusă, care, cu parametrii de greutate și dimensiune mai mici ai echipamentelor de bord, pot oferi o viteză excepțional de mare fluxul de informații(până la zeci de gigabiți pe secundă).
Știri de la Agenția Spațială Federală

Internet pe ISS

Hmm, m-am gândit, acolo (pe ISS) cu siguranță există deja Internet. Camerele web funcționează, astfel încât să vă puteți uita la televizor acasă în timp ce luați cina. De ce ai nevoie de un sistem laser? La urma urmei, necesită o țintire precisă, iar vremea aici pe Pământ nu este întotdeauna plăcută. Și când noi, oamenii, suntem fericiți, laserele încă nu ne aduc prea multă bucurie. Să mergem să ne uităm.

Da, chiar există internet pe ISS. Poate fi folosit de astronauți, este chiar distribuit prin Wi-Fi la bord. Dar se pare că nu a fost acolo atât de mult. Total din 2010. Și la viteze de dial-up. Problema, spun ei, nu este cu o legătură proastă, ci cu viteza relativă enormă a stației. Datele nu pot ține pasul. Imaginile cu pisici zboară în spațiu, dar astronauții au plecat deja.

„Puteți suna de la bordul ISS folosind un telefon satelit către oriunde de pe Pământ. Principalul lucru este să ai timp liber și comunicații prin satelit. Din păcate, acest lucru nu este întotdeauna posibil. De asemenea, prin acest canal de comunicare (banda KU) putem lucra cu Internetul. Viteza este mică, dar puteți vedea știrile. Pentru comoditate, există și la bord program de mail. Înainte de lansare, trimitem liste cu adrese de e-mail de la care vom primi e-mail în timpul zborului la o adresă specială NASA. Listele pot fi ajustate în timpul unei misiuni. Acest e-mail ne este trimis în timpul așa-numitei sincronizări, de aproximativ 3-4 ori pe zi”, a menționat Shkaplerov.
www.ria.ru 20.02.2012

Comunicare radio

Este chiar atât de rău cu comunicațiile radio?
Informațiile de la Voyager sunt transmise pe Pământ, atașate rigid de cocă antenă parabolică cu un diametru de 3,65 metri, care ar trebui să fie orientat exact spre planeta natală. Două transmițătoare radio cu o putere de 23 de wați fiecare trimit semnale prin el la frecvențe de 2295 MHz și 8418 MHz. Pentru fiabilitate, fiecare dintre ele este duplicat. Majoritatea datelor sunt transmise pe Pământ cu o viteză de 160 bps - aceasta este doar de trei până la patru ori mai rapidă decât viteza de tastare a unui dactilograf profesionist și de 300 de ori mai lentă decât un modem telefonic. Pentru a recepționa semnalul pe Pământ, se folosesc antene de 34 de metri ale rețelei de comunicații în spațiul profund a NASA, dar în unele cazuri sunt folosite cele mai mari antene de 70 de metri, iar apoi viteza poate fi mărită la 600 și chiar 1400 bps. Pe măsură ce o stație se îndepărtează, semnalul ei slăbește, dar mai important, puterea generatoarelor de radioizotopi care alimentează emițătoarele scade treptat. Este de așteptat ca stația să poată transmite date științifice pentru cel puțin încă 10 ani, după care comunicațiile cu aceasta vor înceta.
„Legături radio spațiale

Mars Reconnaissance Orbiter, care a intrat pe orbita lui Marte pe 10 martie 2006, se poate lăuda astăzi cu cea mai mare viteză de transfer de date interplanetare. Este echipat cu un transmițător de 100 de wați cu o antenă parabolică de trei metri și poate transmite informații la viteze de până la 6 megabiți pe secundă. Livrați unul din ce în ce mai mare pe Marte emițător puternic Este încă dificil.
„Linii radio spațiale” („În jurul lumii”, nr. 10 (2805) | octombrie 2007)

Lasere

Singura diferență dintre radiația laser și radiația radio este frecvența. Frecvența luminii - ~6*10^14Hz, laser de 1,5 microni - 2*10^14Hz. Emițătoarele radio de pe navele spațiale funcționează la o frecvență de câțiva GHz. Radio Ultra din Moscova a transmis pe 100,5 MHz.
Frecvența înaltă și, în consecință, lungimea de undă scurtă sunt atât darul, cât și blestemul radiației laser. Folosind radiatii electromagnetice de o astfel de frecvență pentru comunicare, intrăm în sarcină și în toate bolile sale - capacitate scăzută de penetrare, focalizare îngustă (aceasta, desigur, poate să nu fie o boală dacă se rezolvă problema ascunderii canalului de comunicare) etc. Raza laser are o formă gaussiană:

Aceste. Cu cât mai departe de sol, cu atât aria spotului laser va fi mai mare și, în consecință, partea mai mică a fotonilor va lua parte la transmiterea efectivă a informațiilor. Aceste. Un laser, chiar și ținând cont de absența obstacolelor în calea propagării radiațiilor în spațiu, tot nu va deveni un mijloc de comunicare interstelar. Dar interplanetar?

Prima comunicare cu laser în spațiu a fost realizată pe 21 noiembrie 2002. Satelitul european de teledetecție a Pământului SPOT 4, situat pe o orbită la o altitudine de 832 de kilometri, a stabilit contact cu sonda experimentală Artemis, care orbitează la o altitudine de 31.000 de kilometri și a transmis imagini. suprafata pamantului. Și recent, Lincoln Laboratory de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), împreună cu NASA, a început să dezvolte un sistem laser pentru comunicațiile în spațiul profund. Primul laser de testare pentru comunicații este planificat să fie trimis pe Marte în 2009. Este de așteptat ca acest transmițător de 5 wați să ofere rate de transfer de date de până la 30 de megabiți pe secundă în perioada de convergență planetară.
„Linii radio spațiale” („În jurul lumii”, nr. 10 (2805) | octombrie 2007)
Știrile mai recente, totuși, vorbesc despre testarea canalului laser Marte-Pământ în 2012.

Sistemul care a făcut schimb de date cu Pământul de la ISS pe data de 2 este construit de JSC NPK SPP. Doar câteva informații despre sistem (fie cel de la bordul ISS, fie unul similar) pot fi găsite pe site-ul lor. Permiteți-mi să dublez aceste informații aici:

Sisteme de transmitere a informațiilor laser inter-sateliți cu viteze de până la 600 Mbit/s și interval de la 1 la 6 mii km (linii NKA-NKA) de la 30 la 46 mii km (linii NKA-GKA):

Terminal pentru efectuarea de experimente spațiale privind comunicațiile laser pe ruta Board-Earth pentru ISS:

Lungimea traseului - până la 2000 km
Greutatea terminalului cu cadru de transport - 80 kg
Consum de energie - 150 W
Viteza de transfer de date - până la 600 Mbit/s
Lungime de undă emițător - 1550 nm
Lungimea de undă a farului - 810 nm
Modelul emițătorului - 50 arc. sec
Precizie de punctare - 10 arc. sec

Aceasta îmi încheie discursul. Îmi pare rău număr mare copy-paste și linkuri, sper că informațiile sunt interesante. Și totuși, sunt revoltat: GLONASS este listat ca un hub separat în țara noastră, dar astronautica (după cum am înțeles, aceasta este un astfel de amestec de hub-uri pentru tot ceea ce are de-a face cu spațiul) este un hub offtopic. Este o mizerie, băieți. As schimba locurile.