Новые горизонты для Интернета: передача данных по лазерной связи через спутник
В настоящее время инфраструктура Интернета опирается на дорогостоящие подводные кабели, соединяющие континенты, что требует значительных затрат. Однако новая воздушная альтернатива может в будущем снизить эти расходы. Недавно ученые совершили технологический прорыв, используя лазерную передачу данных через спутник, что открывает возможность более дешевого и быстрого соединения.
Прорыв стал результатом сотрудничества между компанией Thales Alenia Space, специализирующейся на лазерном целеуказании, аэрокосмическим исследовательским институтом ONERA и исследовательской группой ETH Zürich (Швейцария) под руководством профессора Юрга Лойтхольда.
В рамках демонстрации ученые установили связь между двумя отдельными точками: альпийской вершиной Юнгфрау и швейцарским городом Берн, расположенными в 53 км друг от друга. Целью было установление оптической связи через спутник, хотя в этом испытании лазер не использовался непосредственно с орбитальным спутником. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature.
Короткие волны
Передача данных через спутники и наземные станции достигает предела из-за использования радиотехнологий. Эти передачи происходят в микроволновом диапазоне спектра, используя длины волн в несколько сантиметров. В отличие от этого, лазерная технология, разработанная исследователями, использует волны в 10 000 раз короче, что позволяет передавать больше данных в единицу времени.
Важность этого прорыва подчеркнул профессор Юрг Лойтхольд, представляя результаты исследования на Европейской конференции по оптическим коммуникациям (ECOC) в Базеле, Швейцария. Он сказал: "Наша система представляет собой значительный прорыв. До сих пор были доступны только два варианта: установление соединений на больших расстояниях с пропускной способностью, ограниченной несколькими гигабитами, или соединения на коротких расстояниях в несколько метров с более высокой пропускной способностью с помощью лазеров в свободном пространстве".
Инновационная система также предполагает использование телескопов большого диаметра, предназначенных для передачи лазерных волн. Основная задача - расширить луч света, который направляется на другой телескоп аналогичного диаметра. Этот процесс обеспечивает сохранение мощности лазерного сигнала при его приеме, гарантируя надежную передачу данных.
Оптимизация скорости передачи данных
Исследователи направили свои усилия на максимизацию скорости передачи данных путем модуляции световой волны. При этом регулируется как амплитуда, так и фазовый угол волны, что позволяет передавать максимальное количество бит информации.
Однако световые волны подвержены колебаниям скорости из-за атмосферной турбулентности, что может привести к ошибочным значениям по прибытии на приемную станцию. Чтобы избежать ошибок и улучшить качество сигнала, в системе используется микросхема микроэлектромеханической системы, разработанная компанией ONERA, ключевым партнером проекта.
Благодаря этому формату модуляции и использованию микросхемы была достигнута высокая скорость передачи данных даже в неблагоприятных погодных условиях или при низкой мощности лазера. Эта технология продемонстрировала свою способность поддерживать оптимальную производительность в сложных условиях.
Следует отметить, что система потенциально может быть легко масштабирована до скорости 40 терабайт в секунду. Однако исследовательская группа пока не собирается сосредотачиваться на этом потенциале, предпочитая вместо этого улучшать производительность текущей системы.