在美國宇航局(NASA)存在之前,科幻小說作家阿瑟·C·克拉克就在1945年構思了一艘可以利用光束往地球發送信息的太空飛船。如今,經曆了幾十年的挫折和碰壁之後,利用光束發送信息的技術終於(yu) 成熟了。
以下兩(liang) 艘太空飛船跟太空激光信息傳(chuan) 輸有關(guan) :一艘是美國宇航局的“月球大氣和塵埃環境探測器(LADEE)”,於(yu) 當地時間9月6日發射,任務目標是從(cong) 月球發回視頻和科學數據;另外一艘是歐洲航天局的“阿爾法衛星(Alphasat)”,已於(yu) 7月25日發射,負責從(cong) 其他衛星收集科學數據。
新的地球觀測衛星可望每年發送大量數據,但由於(yu) 太空飛船跟地球的距離變化不定,會(hui) 造成數據下載速度不穩定,使航天任務發回的數據量受到限製。光學領域最新的研究進展開始扭轉這種局勢。“該技術已經成熟”,德國特薩特空間通信公司(Tesat-Spacecom)首席科學家弗蘭(lan) 克·海涅說。
20世紀80年代,歐洲利用改良激光器和光學探測器開始研製首個(ge) 激光通信係統——半導體(ti) 衛星間激光連接實驗(SILEX)。歐洲航天局的“月亮女神”號(Artemis)衛星裝上這個(ge) 係統後,在2001年從(cong) 一顆法國人造衛星上每秒鍾接收50兆比特的信息,此後在2005年跟日本的一顆人造衛星交換過信息。該項目使工程師學會(hui) 了如何在太空中固定和調節激光器的方向。
此後,為(wei) 了人造衛星之間的通信,海涅的研究小組在特薩特空間通信公司研製了一台激光終端設備,花費了德國航空航天中心9500萬(wan) 歐元。這種激光終端設備通過現代光導纖維技術加強後,獲得了數瓦的電能。相比之下,SILEX僅(jin) 僅(jin) 能夠達到幾十毫瓦的電能。2008年,兩(liang) 顆人造衛星上安裝的終端設備可以在幾千公裏的距離上使信息傳(chuan) 輸速度達到每秒鍾數十億(yi) 比特。
歐洲航天局的阿爾法衛星處於(yu) 對地同步的位置上,可以將激光終端設備的信息輸送距離延長到數萬(wan) 公裏。然而,歐洲的太空激光器有一個(ge) 嚴(yan) 重的缺陷:盡管它們(men) 能夠在太空飛船間傳(chuan) 遞信息,但是跟地麵之間的通信仍有問題,必須通過無線電波來完成。
LADEE航天任務中的激光器可以直接與(yu) 地球通信。美國宇航局希望LADEE衛星能夠使激光通信延伸至月球和其他行星。目前,深太空的航天任務仍然靠無線電傳(chuan) 播。
盡管LADEE衛星的調幅光學係統善於(yu) 穿越地球上充滿湍流的大氣,但是在多雲(yun) 的日子裏激光被阻時,仍然需要備用無線電連接。為(wei) 了盡量減少這樣的問題,LADEE主要地麵接收站位於(yu) 大部分時間無雲(yun) 的墨西哥沙漠中。
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