با بهرهگیری از لیزری که حتی نوری کمتر از نور یک یخچال دارد، بهسکوتی عملیاتی پنج برابر سریعتر از استارلینک انجام داد — از مکانی که اکثر کارشناسان آن را غیرممکن میدانستند.
در آزمایشی با ارتفاع بالا که میتواند آینده ارتباطات ماهوارهای جهانی را دگرگون کند، چین موفق شد دادهها را با سرعت ۱ گیگابیت بر ثانیه (Gbps) از یک مدار ژئوسینکروتیک با استفاده از لیزر ۲‑وات انتقال دهد. این سیگنال که از ۳۶٬۰۰۰ کیلومتر بالای زمین ارسال میشود، عملکرد استارلینک را پنج برابر پیشی میگیرد — در حالیکه مصرف انرژی بسیار کمتری دارد و نیازی به یک دستهستاره بزرگ ندارند.
پیشرفت به رهبری پژوهشگران دانشگاه پکن و آکادمی علوم چین، با بهرهگیری از یک سیستم نوری نوین امکان حفظ یکپارچگی دادهها را در برابر فاصله وسیع و تحریف سیگنال بهواسطهٔ تلاطم جوی فراهم میکند. این نمایش، چین را به عنوان جایگزینی جذاب برای مدلهای مدار پایین زمین (LEO) که امروز بر صنعت اینترنت ماهوارهای حاکم هستند، معرفی میکند.
این فناوری با موفقیت در رصدخانه لیجیانگ در جنوبغرب چین آزمایش شد و گامی ملموس به سمت شبکههای ماهوارهای مبتنی بر لیزر برداشت — حوزهای که سرعت بالاتر، تأخیر کمتر و پهنای باند گستردهتری نسبت به سیستمهای رادیوفرکانسی (RF) سنتی وعده میدهد.
فراتر از LEO: مدل جدیدی برای انتقال دادههای مداری
سیستم چین از رویکرد شلوغ LEO که توسط شرکتهایی نظیر SpaceX اتخاذ شده است، که به هزاران ماهوارهای که تنها در ارتفاع ۵۵۰ کیلومتری دور زمین میچرخند، جدا میشود. در عوض، دانشمندان چینی یک لینک نوری پرسرعت از یک ماهواره ژئوسینکروتیک که در فاصله بیش از ۳۶٬۷۰۰ کیلومتر قرار دارد، به نمایش گذاشتند.
بر اساس گزارشات South China Morning Post، این آزمایش با استفاده از لیزر ۲‑وات توانست جریان دادهای برابر با ۱ Gbps را فراهم کند و کیفیت سیگنال را در بازهای از انتقال که بهندرت برای چنین پهنای باند بالایی آزمایش میشود، حفظ کند.
سیستم بر پایه راهحل دو‑تکنولوژی به نام همافزایی AO‑MDR استوار است که اپتیک تطبیقی (AO) را برای اصلاح تحریف سیگنال بهصورت زمان‑واقعی با دریافت تنوع مود (MDR) ترکیب میکند تا سیگنالهای لیزری پراکنده را بازیابی نماید. سپس سیگنال اصلاحشده بهوسیلهٔ یک تبدیلکننده نور چندسطحی (MPLC) به هشت کانال انتقال تقسیم میشود، جایی که الگوریتم زمان‑واقعی مسیرهای همگنترین را شناسایی میکند و باعث افزایش قابلیت اطمینان و کاهش خطاهای انتقال میشود.
تحلیل فنی دقیق از طریق Interesting Engineering در دسترس است که تأیید کرد این سیستم نرخ سیگنال قابل استفاده را از ۷۲٪ به ۹۱٫۱٪ ارتقا داد، که نشاندهندهٔ بهبود چشمگیر پایداری عملکرد در فواصل طولانی است.
لیزر در مقابل رادیو
در حالیکه استارلینک به گسترش شبکهٔ LEO خود ادامه میدهد و دسترسی به اینترنت با سرعت متوسط دانلود حدود ۶۷ Mbps را فراهم میکند، آزمایش چینی مدلی را پیشنهاد میکند که میتواند بهطور کارآمدتری مقیاسپذیر باشد. سامانههای اینترنت ماهوارهای سنتی که از سیگنالهای RF استفاده میکنند، بهتدریج تحت فشار ازدحام طیف و محدودیتهای نظارتی قرار میگیرند. در مقابل، سامانههای لیزری نوری پهنای باند بیشتری، تداخل کم و پروفایل پرتوهای باریکتری ارائه میدهند که امکان برقراری اتصالات هدفمند با ظرفیت بالا را فراهم میکند.
علاوه بر این، روش مبتنی بر لیزر وابستگی به سامانههای تقویتکنندهٔ پرمصرف را کاهش میدهد. ماهوارهٔ چینی تنها به ۲ وات — حدود توان یک لامپ LED خانگی — نیاز داشت تا دادههای پرسرعت را از بیش از ۳۶٬۰۰۰ کیلومتر انتقال دهد، در حالیکه سامانههای مبتنی بر RF معمولاً برای فواصل مشابه به صدها وات انرژی نیاز دارند.
به گزارش Acta Optica Sinica که این پژوهش را منتشر کرد، سیستم از ۳۵۷ میکروآینه در آرایه اپتیک تطبیقی برای شکلدادن دوباره به سیگنال ورودی که توسط جو زمین مخدوش شده بود، استفاده کرد. سیگنال حاصل به اندازه کافی قوی و پایدار بود تا در زمان واقعی پردازش و رمزگشایی شود، حتی با وجود تداخلهای طبیعی محیطی.
پایهای برای دفاع و ارتباطات فضاهای عمیق
دلالتهای این نمایش فراتر از پهنباند مدنی است. سیستمهای ارتباطی لیزری با خطای کم و قابلیت اطمینان بالا از مدار ژئوسینکروتیک کاربردهای مستقیم در فرماندهی و کنترل مبتنی بر فضا، ارتباطات نظامی و تلومتری فضاهای عمیق دارند.
ارتباط لیزری همچنین ریسک شناسایی را کاهش میدهد و آن را به گزینهای جذاب برای انتقالات رمزنگاری شدهٔ دولتی تبدیل میسازد. اگرچه این پروژه بهعنوان یک نمایش علمی مطرح شد، سرمایهگذاری گسترده چین در زیرساختهای مبتنی بر ماهواره نشاندهندهٔ اهداف استراتژیک طولانیمدت است.
ارتباطات لیزری همچنین امکان کنترل پاسخگوتر بر ماموریتهای سیاراتی را فراهم میکنند و میتوانند برای مأموریتهای آیندهٔ ماه و مریخ مزایای قابل توجهی داشته باشند. بهدلیل تاخیر کم و نرخ خطای پایین، این سامانهها برای جریانهای دادهٔ با ارزش و زمان واقعی که هر بیت اهمیت دارد، ایدهآل هستند؛ بهویژه در موقعیتهایی که تداخل RF یا فاصلههای طولانی بهصورت سنتی مانع صحت انتقال میشوند.
چالش اصلی اکنون در گسترش مقیاس این سیستم نهفته است. چین باید چندین ماهوارهٔ ارتفاعبالای متعدد را که شامل باربریهای نوری دقیق هستند، مستقر کند و شبکهٔ ایستگاههای زمینی دریافتکننده قابل اطمینان جهانی را حفظ نماید. اما نسبت هزینه‑به‑عملکرد سامانههای لیزری GEO میتواند در نهایت بهسوی کاهش جذابیت صورتهای LEO که برای پوشش کامل به هزاران ماهواره نیاز دارند، پیش برود.