Эксперты из американского НАСА осуществили дебютный для истории космических телекоммуникаций сеанс передачи данных посредством лазера на аппарат, который расположен за пределами земной орбиты. При помощи световых импульсов ученые отправили цифровую репродукцию работы итальянского художника Леонардо да Винчи «Моны Лизы» на лунный орбитальный зонд LRO. Как проходил этот процесс и что он позволили выяснить ученым из НАСА, - разбирались аналитики раздела «Новости науки» журнала «Биржевой лидер».Суть эксперимента
Хрестоматийное изображение, которое было закодировано исследователями в серии световых импульсов, прошло путь от лазера, размещенного в Годдаровском центре космических полетов, что в Гринбелте, до лазерного альтиметра LOLA. Последний был установлен на борту лунного орбитального зонда НАСА. Благодаря LOLA ученые работают над составлением карты рельефных высот на Луне, а также сверхточного топографирования поверхности земного спутника. Кроме того, лунный приемник позволяет постоянно следить за положением зонда при помощи посылаемых с нашей планеты лазерных импульсов.
Примечательно, что лазерный альтиметр вовсе не предназначен для приема или передачи данных, однако инженеры НАСА решили поэксперементировать и попробовали использовать альтиметр в качестве коммуникационного устройства. В результате был организован первый лазерный сеанс связи с аппаратом, находящимся вне земной орбиты.
Чтобы связь состоялась, а также была проведена слежка за запущенными аппаратами используются только радиоволны, тогда как лазерное слежение и лазерная связь до сих пор были лишь частично тестированы, да и с участием спутников на земной орбите. Сейчас же орбитальный зонд LRO получил статус единственного аппарата на неземной орбите, за которым ведется слежка при помощи лазера на Земле. Эксперты НАСА тестируют данную технологию с тем, чтобы в случае солнечных вспышек или проблем с оборудованием можно было дублировать радиосвязь таким образом.
Главное преимущество оптической связи – это высокая скорость передачи данных, что позволяет быстрыми темпами передавать весомые пакеты очень сжатой информации и защитить ее от прослушивания.Так, перехватить оцифрованный портрет Моны Лизы, отправленный на орбиту Луны, было практически невозможно, так как скорость передачи изображения достигала 300 бит в секунду, что, в тоже время, является очень скромной технической возможностью импульсного лазерного дальномера, который помещен на LRO.
Как действует лазерный дальномер
Принцип действия импульсного дальномера основывается на точно измеренном отрезки времени, который идет на то, чтобы световой луч прошел путь до отражающей поверхности и обратно. Расстояние между лазерной установкой и отражающим объектом рассчитывается по примитивной физической формуле: скорость света в вакууме делится на время прохождения импульса. Правда могут вводиться поправки на показатель преломления света в среде.
Фактически, информация, которая была передана на LRO при помощи лазера, кодировалась не в виде традиционной последовательности импульсов: есть/импульса нет (условные 0 и 1), а при помощи световых импульсов, имеющих различную длительность. Поначалу изображение наложили на сетку с размером в 152х200 пикселей, позже каждый пиксель получил собственную градацию серого в диапазоне значений от 0 до 4095, при этом каждому значению соответствовал световой импульс с определенной длительностью.
При этом передача импульсов вовсе не мешала реализации основной миссии LRO, так как происходила в небольших промежутках между рабочими сессиями отслеживания ситуации и лазерной локации спутника Земли.
Световые сигналы, переданные с Земли, принимались лазерным альтиметром, записывались и реконструировались бортовым компьютером, а на Землю они передавались посредством радиотелеметрии, поскольку мощности бортового лазера LRO не было достаточно для обратного сеанса связи.
Земная атмосфера искажает переданные сигналы. Этот общеизвестный факт был предусмотрен учеными, поэтому они запустили стандартный алгоритм исправления ошибок, который применяется в разных бытовых лазерных проигрывателях. Наличие ошибок не очень опечалило ученых, ведь теперь собранная статистика поможет усовершенствовать будущие устройства для лазерной космической коммуникации.
