Στις 30 Ιανουαρίου, ο δορυφόρος Eutelsat 9B εκτοξεύτηκε σε τροχιά. Έγινε ο πρώτος δορυφόρος εξοπλισμένος με το σύστημα EDRS (European Data Relay System). Θέλοντας να μάθει περισσότερα για τη νέα τεχνολογία, ένας ανταποκριτής της Mediasat πήγε στο γραφείο του προγραμματιστή της ενότητας EDRS, Tesat, που βρίσκεται στη μικρή γερμανική πόλη Backnang. Επικεφαλής του τμήματος τεχνολογίες λέιζερΟ Mathias Motsigemba μας έκανε μια ξενάγηση στην επιχείρηση και μίλησε για την τεχνολογία επικοινωνίας με λέιζερ, η οποία είναι ακόμα ελάχιστα γνωστή στον κόσμο.

Με την υποστήριξη της Γερμανικής Διαστημικής Υπηρεσίας, η Tesat ανέπτυξε το Laser Communications Terminal (LCT), το οποίο παρέχει υποστήριξη για μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας μεταξύ των δορυφόρων Low Earth Orbit (LEO) και Geostationary Earth (GEO). Το τερματικό καθιστά δυνατή τη μετάδοση δεδομένων με ταχύτητα 1,8 Gbit/sec σε απόσταση έως και 45.000 χιλιομέτρων. Αυτά τα τερματικά LCT θα πρέπει να αποτελέσουν τη βάση των κύριων καναλιών μετάδοσης δεδομένων στο σύστημα EDRS, το οποίο θα πρέπει να διασφαλίζει τη μετάδοση δεδομένων μεταξύ των δορυφόρων LEO και GEO.

Ματίας Μοτσιγκέμπα: «Τώρα έχουμε την ευκαιρία να παρέχουμε υπηρεσίες Υψηλή ποιότητασε λειτουργία κοντά σε πραγματικό χρόνο. Αυτό κάνει τεράστια διαφορά! Ο δορυφόρος LEO παίρνει μια φωτογραφία και τη στέλνει στον δορυφόρο GEO, ο οποίος με τη σειρά του τη στέλνει στο έδαφος μέσω ραδιοσυχνότητας. Η ακτίνα λέιζερ είναι μια εξαιρετική λύση στο κενό, ωστόσο, σε ατμοσφαιρικές συνθήκες δεν είναι η καλύτερη η καλύτερη επιλογή, καθώς τα σύννεφα μπορεί να προκαλέσουν παρεμβολές. Για φρουρά Τηλεοπτικό σήμαμπορείτε να χρησιμοποιήσετε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων και οπτική τεχνολογία χωρίς παρεμβολές στη γραμμή τροφοδοσίας. Η έλευση της τεχνολογίας επικοινωνιών με λέιζερ μπορεί να συγκριθεί με την αρχή της χρήσης οπτικών ινών αντί του χαλκού».

Η τηλεμεταφορά του Συστήματος Παρατήρησης Γης μπορεί να είναι μια ξένη υπηρεσία που χρησιμοποιεί επίγειες μη ασφαλείς γραμμές.
Υπηρεσία οπτικής μετάδοσης δεδομένων (LEO σε GEO και GEO σε επίγειο σταθμό μετάδοσης).
Ο επίγειος σταθμός μπορεί να βρίσκεται στη χώρα του εντός της οπτικής γωνίας του δορυφόρου GEO.
S/C – κυριαρχία των πληροφοριών σας.

Η ανάγκη ανάπτυξης αυτής της τεχνολογίας υπαγορεύτηκε από την αυξανόμενη ζήτηση για ικανότητα μετάδοσης δεδομένων για πολιτικούς και στρατιωτικούς δορυφόρους επιτήρησης, αποστολές HALE. Η ιδέα της δημιουργίας του συστήματος EDRS προτάθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, η οποία συμμετέχει ήδη στον αστερισμό των δορυφόρων Sentinel, το πρόγραμμα Copernicus. Το επόμενο βήμα θα πρέπει να είναι η δημιουργία διαδορυφορικών καναλιών επικοινωνίας. Η Eutelsat προσέφερε δυνατότητες για τη μονάδα επικοινωνίας on Δορυφόρος Eutelsat 9Β. Μετά από επτά χρόνια ανάπτυξης των LCT πρώτης και δεύτερης γενιάς, το σύστημα LCT κυκλοφόρησε στην Alphasat τον Ιούλιο του 2013. Το σύστημα LCT στον δορυφόρο Sentinel-1A ενσωματώθηκε με επιτυχία τον Δεκέμβριο του 2013. Τον Δεκέμβριο του 2014 εκτοξεύτηκε και τέθηκε σε λειτουργία ο δορυφόρος Sentinel 1A. Τον Νοέμβριο του 2014, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος και η Tesat πραγματοποίησαν κοινή παρουσίαση στο ζω, κατά την οποία μια εικόνα σχεδόν σε πραγματικό χρόνο στάλθηκε από το ραντάρ του δορυφόρου Sentinel-1A μέσω Alphasat σε απόσταση 41.700 χιλιομέτρων σε έναν επίγειο σταθμό.

«Τεχνικά, δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ του εξοπλισμού επικοινωνιών λέιζερ που είναι εγκατεστημένος στο Alphasat και του παρόμοιου εξοπλισμού στο Eutelsat 9B. Ο Alphasat απέδειξε τεχνικές δυνατότητεςέργο, ενώ το σύστημα EDRS στον δορυφόρο Eutelsat 9 B είναι μια εμπορική υπηρεσία που προσφέρεται από την Airbus Defense and Space. Συνήθως, ένας δορυφόρος παρατήρησης της Γης έχει 10 λεπτά για να έρθει σε επαφή με έναν επίγειο σταθμό και 90 λεπτά για να περιφερθεί γύρω από τη Γη. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μόνο το 10% του διαθέσιμου χώρου και σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης ή φυσική καταστροφήΑφιερώνεται πάρα πολύς χρόνος σε αναμονή για επαφή με έναν επίγειο σταθμό παρατήρησης. Τώρα, παρατηρώντας με θαλάσσια σκάφη, για παράδειγμα, μπορείτε να εντοπίσετε ένα πρόβλημα μέσα σε 15 λεπτά" , λέει ο Ματίας Μοτσιγέμπα.

Το βασικό στοιχείο της σειράς προϊόντων είναι το τηλεσκόπιο LCT-135 (135 mm) για τη διαδορυφορική σύνδεση GEO/LEO. Όπως συμβαίνει με προηγούμενο μοντέλο,LCT-125, η συσκευή ενσωματώνει σε μία μονάδα όλες τις οπτικές, μηχανικές και ηλεκτρικές υπομονάδες του τερματικού, όπως το σύστημα διανομής ισχύος, τον ενσωματωμένο επεξεργαστή, τις μονάδες παρακολούθησης και απόκτησης δεδομένων και το σύστημα επεξεργασίας δεδομένων. Τα δεδομένα από τους αισθητήρες AOCS του δορυφόρου μεταδίδονται εύκολα στο LCT μέσω τυπική διεπαφή– LIAU (Μονάδα προσαρμογής διεπαφής λέιζερ).

Παράμετροι LCT:

• Εμβέλεια – 45.000 χλμ.
• Βάρος: 53 kg.
• Ρυθμός μεταφοράς δεδομένων (full duplex):
  για EDRS – 1,8 Gbit/s, για άλλες αποστολές – 5,65 Gbit/s.
• Ισχύς μετάδοσης: 2,2W
• Μέγιστη κατανάλωση ισχύος: 160W
• Διαστάσεις: 0,6 x 0,6 x 0,7 m.

Η ενεργή έρευνα στα μικροκύματα ξεκίνησε στα μέσα του 20ού αιώνα. Ο Αμερικανός φυσικός Τσαρλς Τάουνς αποφάσισε να αυξήσει την ένταση της δέσμης μικροκυμάτων. Έχοντας διεγείρει τα μόρια αμμωνίας σε υψηλά επίπεδα ενέργειας μέσω θερμότητας ή ηλεκτρικής διέγερσης, ο επιστήμονας πέρασε μια αδύναμη δέσμη μικροκυμάτων μέσα από αυτά. Το αποτέλεσμα ήταν ισχυρός ενισχυτήςακτινοβολία μικροκυμάτων, την οποία ο Τάουνς αποκάλεσε «μέιζερ» το 1953. Το 1958, ο Townes και ο Arthur Schawlow έκαναν το επόμενο βήμα: αντί να χρησιμοποιούν μικροκύματα, προσπάθησαν να ενισχύσουν το ορατό φως. Με βάση αυτά τα πειράματα, ο Maiman δημιούργησε το πρώτο λέιζερ το 1960.

Η δημιουργία του λέιζερ κατέστησε δυνατή την επίλυση ενός ευρέος φάσματος προβλημάτων που συνέβαλαν σε σημαντικές εξελίξεις στην επιστήμη και την τεχνολογία. Το οποίο κατέστησε δυνατή στα τέλη του 20ου και στις αρχές του 21ου αιώνα να επιτευχθούν τέτοιες εξελίξεις όπως: οπτικές γραμμέςεπικοινωνίες, ιατρικά λέιζερ, επεξεργασία υλικών με λέιζερ (θερμική επεξεργασία, συγκόλληση, κοπή, χάραξη, κ.λπ.), καθοδήγηση με λέιζερ και προσδιορισμός στόχου, εκτυπωτές λέιζερ, συσκευές ανάγνωσης γραμμωτού κώδικα και πολλά άλλα. Όλες αυτές οι εφευρέσεις έχουν κάνει τη ζωή πολύ πιο εύκολη, όπως και η ζωή. φυσιολογικό άτομο, και μας επέτρεψε να αναπτύξουμε νέες τεχνικές λύσεις.

Αυτό το άρθρο θα απαντήσει στις ακόλουθες ερωτήσεις:

1) Τι είναι η ασύρματη επικοινωνία λέιζερ; Πώς επιτεύχθηκε;

2) Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για τη χρήση επικοινωνιών λέιζερ στο διάστημα;

3) Τι εξοπλισμός χρειάζεται για την υλοποίηση της επικοινωνίας με λέιζερ;

Ορισμός ασύρματης επικοινωνίας λέιζερ, μέθοδοι υλοποίησής της.

Ασύρματη επικοινωνία λέιζερ - άποψη οπτικές επικοινωνίες, χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην οπτική περιοχή (φως) που μεταδίδεται μέσω της ατμόσφαιρας ή του κενού.

Η επικοινωνία με λέιζερ μεταξύ δύο αντικειμένων πραγματοποιείται μόνο μέσω σύνδεσης σημείου προς σημείο. Η τεχνολογία βασίζεται στη μετάδοση δεδομένων χρησιμοποιώντας διαμορφωμένη ακτινοβολία στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος μέσω της ατμόσφαιρας. Ο πομπός είναι μια ισχυρή δίοδος λέιζερ ημιαγωγών. Οι πληροφορίες εισέρχονται στη μονάδα του πομποδέκτη, στην οποία κωδικοποιούνται με διάφορους κωδικούς ανθεκτικούς στο θόρυβο, που διαμορφώνονται από έναν πομπό οπτικού λέιζερ και εστιάζονται από το οπτικό σύστημα του πομπού σε μια στενή ευθυγράμμιση ακτίνα λέιζερκαι μεταδίδεται στην ατμόσφαιρα.

Στην πλευρά λήψης οπτικό σύστημαεστιάζει το οπτικό σήμα σε μια πολύ ευαίσθητη φωτοδίοδο (ή φωτοδίοδο χιονοστιβάδας), η οποία μετατρέπει την οπτική δέσμη σε ηλεκτρικό σήμα. Επιπλέον, όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα (έως 1,5 GHz), τόσο περισσότερο όγκομεταδιδόμενες πληροφορίες. Το σήμα στη συνέχεια αποδιαμορφώνεται και μετατρέπεται σε σήματα διεπαφής εξόδου.

Το μεγαλύτερο μήκος κύματος εφαρμοζόμενα συστήματαποικίλλει μεταξύ 700-950 nm ή 1550 nm, ανάλογα με την εφαρμογή δίοδος λέιζερ.

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι τα βασικά στοιχεία οργάνων για την επικοινωνία με λέιζερ είναι μια δίοδος λέιζερ ημιαγωγών και μια πολύ ευαίσθητη φωτοδίοδος (φωτοδίοδος χιονοστιβάδας). Ας δούμε την αρχή της λειτουργίας τους λίγο πιο αναλυτικά.

Η δίοδος λέιζερ είναι ένα λέιζερ ημιαγωγών που κατασκευάζεται με βάση μια δίοδο. Το έργο του βασίζεται στην εμφάνιση πληθυσμιακής αντιστροφής στην περιοχή διασταύρωση p-nκατά την έγχυση φορέων φορτίου. Ένα παράδειγμα σύγχρονης διόδου λέιζερ παρέχεται στο σχήμα 1.

Οι φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας είναι εξαιρετικά ευαίσθητες συσκευές ημιαγωγών που μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρικό σήμα λόγω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Μπορούν να θεωρηθούν ως φωτοανιχνευτές που παρέχουν εσωτερική ενίσχυση μέσω του φαινομένου πολλαπλασιασμού της χιονοστιβάδας. ΜΕ λειτουργικό σημείοΑπό μια προοπτική, είναι ανάλογα στερεάς κατάστασης φωτοπολλαπλασιαστών. Οι φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας έχουν μεγαλύτερη ευαισθησία σε σύγκριση με άλλους φωτοανιχνευτές ημιαγωγών, γεγονός που τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται για την καταγραφή δυνάμεων χαμηλού φωτισμού (≲ 1 nW). Ένα παράδειγμα σύγχρονης φωτοδιόδου χιονοστιβάδας παρέχεται στο Σχήμα 2.

Προϋποθέσεις χρήσης επικοινωνιών λέιζερ στο διάστημα.

Ενας από υποσχόμενες κατευθύνσειςανάπτυξη συστημάτων διαστημικές επικοινωνίες, είναι συστήματα που βασίζονται στη μετάδοση πληροφοριών μέσω καναλιού λέιζερ, καθώς αυτά τα συστήματα μπορούν να παρέχουν μεγαλύτερη απόδοση με λιγότερη κατανάλωση ενέργειας, συνολικές διαστάσειςκαι βάρος του εξοπλισμού πομποδέκτη από εκείνους που χρησιμοποιούνται αυτή τη στιγμήσυστήματα ραδιοεπικοινωνίας.

Δυνητικά, τα διαστημικά συστήματα επικοινωνίας λέιζερ μπορούν να προσφέρουν εξαιρετικά υψηλή ταχύτηταροή πληροφοριών – από 10-100 Mbit/s έως 1-10 Gbit/s και άνω.

Ωστόσο, υπάρχει ένας αριθμός τεχνικά προβλήματαπου πρέπει να λυθούν προκειμένου να εφαρμοστούν κανάλια επικοινωνίας λέιζερ μεταξύ διαστημόπλοιο(KA) και Γη:

• Απαιτείται υψηλή ακρίβεια καθοδήγησης και αμοιβαία παρακολούθηση σε αποστάσεις από μισή χιλιάδα έως δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα και όταν οι μεταφορείς κινούνται με κοσμικές ταχύτητες.
• Οι αρχές λήψης και μετάδοσης πληροφοριών μέσω καναλιού λέιζερ γίνονται σημαντικά πιο περίπλοκες.
• Ο οπτικο-ηλεκτρονικός εξοπλισμός γίνεται πιο περίπλοκος: οπτική ακριβείας, μηχανική ακριβείας, λέιζερ ημιαγωγών και ινών, δέκτες υψηλής ευαισθησίας.

Πειράματα για την εφαρμογή διαστημικών επικοινωνιών λέιζερ

Τόσο η Ρωσία όσο και οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής διεξάγουν πειράματα σχετικά με την εφαρμογή συστημάτων επικοινωνίας με λέιζερ για τη μετάδοση μεγάλων ποσοτήτων πληροφοριών.

Σύστημα επικοινωνίας με λέιζερ RF (SLS)

Το 2013, πραγματοποιήθηκε το πρώτο ρωσικό πείραμα για τη μετάδοση πληροφοριών χρησιμοποιώντας συστήματα λέιζερ από τη Γη στο ρωσικό τμήμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (RS ISS) και πίσω.

Το διαστημικό πείραμα "SLS" πραγματοποιήθηκε με σκοπό τη δοκιμή και την επίδειξη Ρωσική τεχνολογίακαι εξοπλισμός λήψης και μετάδοσης πληροφοριών μέσω διαστημικής γραμμής επικοινωνίας λέιζερ.

Οι στόχοι του πειράματος είναι:

• δοκιμή, υπό συνθήκες διαστημικής πτήσης στον ISS RS, των κύριων τεχνολογικών και σχεδιαστικών λύσεων που είναι ενσωματωμένες στον τυπικό εξοπλισμό του διαδορυφορικού συστήματος μετάδοσης πληροφοριών με λέιζερ·
• ανάπτυξη τεχνολογίας λήψης και μετάδοσης πληροφοριών χρησιμοποιώντας γραμμή επικοινωνίας λέιζερ·
• μελέτη της δυνατότητας και των συνθηκών λειτουργίας των γραμμών επικοινωνίας λέιζερ «επί του διαστημόπλοιου – επίγειου σταθμού» υπό διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες.

Το πείραμα προγραμματίζεται να διεξαχθεί σε δύο στάδια.

Στο πρώτο στάδιο, ένα σύστημα λήψης και μετάδοσης πληροφοριών ρέει κατά μήκος των γραμμών "στο RS ISS-Earth" (3, 125, 622 Mbit/s) και "Earth-on-board the RS ISS" (3 Mbit/ ιθ) αναπτύσσεται.

Στο δεύτερο στάδιο, σχεδιάζεται να αναπτυχθεί ένα σύστημα καθοδήγησης υψηλής ακρίβειας και ένα σύστημα μετάδοσης πληροφοριών κατά μήκος της γραμμής «στο δορυφόρο αναμετάδοσης ISS RS».

Το σύστημα επικοινωνίας με λέιζερ στο πρώτο στάδιο του πειράματος SLS περιλαμβάνει δύο κύρια υποσυστήματα:

• Ενσωματωμένο τερματικό επικοινωνίας λέιζερ (BTLS), εγκατεστημένο στο ρωσικό τμήμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (Εικόνα 3).
• Επίγειο τερματικό λέιζερ (GLT) εγκατεστημένο στον οπτικό σταθμό παρατήρησης Arkhyz στον Βόρειο Καύκασο (Εικόνα 4).

Αντικείμενα μελέτης στο στάδιο 1 του FE:

• Ενσωματωμένος τερματικός εξοπλισμός επικοινωνίας λέιζερ (BTLN).
• Εξοπλισμός τερματικού σταθμού επικοινωνίας λέιζερ εδάφους (GLT).
• κανάλι διάδοσης της ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας.

Εικόνα 4. Επίγειο τερματικό λέιζερ: περίπτερο astro με οπτικο-μηχανική μονάδα και τηλεσκόπιο ευθυγράμμισης

Σύστημα επικοινωνίας λέιζερ (LCS) - στάδιο 2.

Το δεύτερο στάδιο του πειράματος θα πραγματοποιηθεί μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του πρώτου σταδίου και την ετοιμότητα εξειδικευμένου διαστημικού σκάφους τύπου «Luch» στο GEO με ενσωματωμένο τερματικό του διαδορυφορικού συστήματος μετάδοσης πληροφοριών λέιζερ. Δυστυχώς, πληροφορίες σχετικά με το εάν το δεύτερο στάδιο πραγματοποιήθηκε ή όχι δεν μπόρεσαν να βρεθούν σε ανοιχτές πηγές. Ίσως τα αποτελέσματα του πειράματος ταξινομήθηκαν ή το δεύτερο στάδιο δεν πραγματοποιήθηκε ποτέ. Το σχήμα μεταφοράς πληροφοριών φαίνεται στο σχήμα 5.

Έργο OPALS ΗΠΑ

Σχεδόν ταυτόχρονα, η αμερικανική διαστημική υπηρεσία NASA ξεκινά την ανάπτυξη του συστήματος λέιζερ OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science).

«Το OPALS αντιπροσωπεύει την πρώτη πειραματική τοποθεσία για την ανάπτυξη τεχνολογιών διαστημικών επικοινωνιών με λέιζερ και ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός θα χρησιμεύσει ως χώρος δοκιμών για το OPALS», δήλωσε ο Michael Kokorowski, διευθυντής έργου OPALS και μέλος του Jet Propulsion Laboratory (JPL) της NASA. Jet Propulsion Laboratory, JPL), - «Future Laser συστήματα επικοινωνίας, που θα αναπτυχθούν με βάση τις τεχνολογίες OPALS, θα μπορούν να ανταλλάσσουν μεγάλους όγκους πληροφοριών, οι οποίες θα εξαλείψουν κώλυμα, που σε ορισμένες περιπτώσεις συγκρατεί Επιστημονική έρευνακαι εμπορικές επιχειρήσεις».

Το σύστημα OPALS είναι ένα σφραγισμένο δοχείο που περιέχει ηλεκτρονικά, μέσω οπτικό καλώδιοσχετίζεται με μια συσκευή εκπομπής και λήψης λέιζερ (Εικόνα 6). Αυτή η συσκευή περιλαμβάνει έναν ρυθμιστή λέιζερ και μια κάμερα παρακολούθησης τοποθετημένη σε μια κινούμενη πλατφόρμα. Η εγκατάσταση OPALS θα σταλεί στον ISS με το διαστημόπλοιο Dragon, το οποίο θα εκτοξευτεί στο διάστημα τον Δεκέμβριο του τρέχοντος έτους. Μόλις παραδοθεί, το δοχείο και ο πομπός θα εγκατασταθούν έξω από το σταθμό και θα ξεκινήσει ένα πρόγραμμα επιτόπιων δοκιμών 90 ημερών για το σύστημα.

Αρχή λειτουργίας του OPALS:

Από τη Γη, ειδικοί από το Εργαστήριο Οπτικών Επικοινωνιών Τηλεσκοπίου θα στείλουν μια δέσμη φωτός λέιζερ προς τον διαστημικό σταθμό, η οποία θα λειτουργεί ως φάρος. Ο εξοπλισμός του συστήματος OPALS, έχοντας πιάσει αυτό το σήμα, χρησιμοποιώντας ειδικούς δίσκους, θα στοχεύσει τον πομπό του σε ένα επίγειο τηλεσκόπιο, το οποίο θα χρησιμεύει ως δέκτης και θα εκπέμπει ένα σήμα απόκρισης. Εάν δεν υπάρχει παρεμβολή στη διαδρομή των ακτίνων φωτός λέιζερ κανάλι επικοινωνίαςθα εγκατασταθεί και θα ξεκινήσει η μετάδοση βίντεο και τηλεμετρικών πληροφοριών, η οποία για πρώτη φορά θα διαρκέσει περίπου 100 δευτερόλεπτα.

European Data Relay System με συντομογραφία EDRS.

Το Ευρωπαϊκό Σύστημα Αναμετάδοσης Δεδομένων (EDRS) είναι ένα έργο που σχεδιάστηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος για τη δημιουργία ενός αστερισμού σύγχρονων γεωστατικών δορυφόρων που θα μεταφέρουν πληροφορίες μεταξύ δορυφόρων, διαστημοπλοίων, μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAV) και επίγειων σταθμών, παρέχοντας ταχύτερη από παραδοσιακές μεθόδουςταχύτητα μεταφοράς δεδομένων, ακόμη και σε συνθήκες φυσικών και ανθρωπογενών καταστροφών.

Το EDRS θα χρησιμοποιήσει νέα τεχνολογίαεπικοινωνία λέιζερ Τερματικό επικοινωνίας λέιζερ (LCT). Το τερματικό λέιζερ θα επιτρέπει τη μετάδοση πληροφοριών με ταχύτητα 1,8 Gbit/s. Η τεχνολογία LCT θα επιτρέψει στους δορυφόρους EDRS να μεταδίδουν και να λαμβάνουν περίπου 50 terabytes δεδομένων την ημέρα σε σχεδόν πραγματικό χρόνο.

Ο πρώτος επικοινωνιακός δορυφόρος EDRS έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί σε γεωστατική τροχιά στις αρχές του 2016 από το κοσμοδρόμιο του Μπαϊκονούρ με ένα ρωσικό όχημα εκτόξευσης Proton. Μόλις βρεθεί σε γεωσύγχρονη τροχιά πάνω από την Ευρώπη, ο δορυφόρος θα διεξάγει συνδέσεις επικοινωνίας με λέιζερ μεταξύ των τεσσάρων μη επανδρωμένων δορυφόρων Sentinel-1 και Sentinel-2 που λειτουργούν ως μέρος του διαστημικού προγράμματος παρατήρησης της Γης Copernicus. αεροσκάφος, καθώς και επίγειους σταθμούς στην Ευρώπη, την Αφρική, τη Λατινική Αμερική, τη Μέση Ανατολή και τη βορειοανατολική ακτή των Ηνωμένων Πολιτειών.

Ένας δεύτερος, παρόμοιος δορυφόρος θα εκτοξευθεί το 2017 και η εκτόξευση ενός τρίτου δορυφόρου έχει προγραμματιστεί για το 2020. Μαζί, αυτοί οι τρεις δορυφόροι θα μπορούν να καλύψουν ολόκληρο τον πλανήτη με επικοινωνίες λέιζερ.

Προοπτικές για την ανάπτυξη των επικοινωνιών με λέιζερ στο διάστημα.

Πλεονεκτήματα της επικοινωνίας λέιζερ σε σύγκριση με την ραδιοεπικοινωνία:

• μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις
• υψηλή ταχύτητα μετάδοσης
• συμπαγής και ελαφρότητα του εξοπλισμού μετάδοσης δεδομένων
• ενεργειακής απόδοσης

Μειονεκτήματα της επικοινωνίας με λέιζερ:

• την ανάγκη για ακριβή κατάδειξη των συσκευών λήψης και μετάδοσης
• ατμοσφαιρικά προβλήματα (συννεφιά, σκόνη κ.λπ.)

Η επικοινωνία με λέιζερ καθιστά δυνατή τη μετάδοση δεδομένων σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις σε σχέση με την ραδιοεπικοινωνία, την ταχύτητα μετάδοσης λόγω της υψηλής συγκέντρωσης ενέργειας και πολλά άλλα υψηλή συχνότηταΟ φορέας (κατά τάξεις μεγέθους) είναι επίσης υψηλότερος. Η ενεργειακή απόδοση, το χαμηλό βάρος και η συμπαγή είναι επίσης αρκετές φορές ή τάξεις μεγέθους καλύτερα. Οι δυσκολίες με τη μορφή της ανάγκης για ακριβή καθοδήγηση των συσκευών λήψης και μετάδοσης μπορούν να επιλυθούν με σύγχρονα τεχνικά μέσα. Επιπλέον, οι επίγειες συσκευές λήψης μπορούν να βρίσκονται σε περιοχές της Γης όπου ο αριθμός των ημερών με συννεφιά είναι ελάχιστος.

Εκτός από τα προβλήματα που παρουσιάστηκαν παραπάνω, υπάρχει ένα άλλο πρόβλημα - η απόκλιση και η εξασθένηση της δέσμης λέιζερ όταν διέρχεται από την ατμόσφαιρα. Το πρόβλημα επιδεινώνεται ιδιαίτερα όταν η δοκός διέρχεται από στρώματα με διαφορετικές πυκνότητες. Όταν διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ των μέσων, μια δέσμη φωτός, συμπεριλαμβανομένης μιας δέσμης λέιζερ, αντιμετωπίζει ιδιαίτερα ισχυρές διαθλάσεις, σκέδαση και εξασθένηση. Σε αυτή την περίπτωση, μπορούμε να παρατηρήσουμε ένα είδος φωτεινής κηλίδας που προκύπτει ακριβώς από τη διέλευση μιας τέτοιας διεπαφής μεταξύ των μέσων. Υπάρχουν πολλά τέτοια όρια στην ατμόσφαιρα της Γης - σε υψόμετρο περίπου 2 km (ενεργό καιρικό ατμοσφαιρικό στρώμα), σε υψόμετρο περίπου 10 km και σε υψόμετρο περίπου 80-100 km, δηλαδή ήδη στα όρια του διαστήματος . Τα ύψη των στρωμάτων δίνονται για τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη το καλοκαίρι. Για άλλα γεωγραφικά πλάτη και άλλες εποχές, τα ύψη και ο ίδιος ο αριθμός των διεπαφών μεταξύ των μέσων μπορεί να διαφέρουν πολύ από αυτά που περιγράφονται.

Έτσι, όταν εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης, μια ακτίνα λέιζερ, η οποία προηγουμένως είχε διανύσει ήρεμα εκατομμύρια χιλιόμετρα χωρίς απώλειες (εκτός ίσως από μια μικρή αποεστίαση), χάνει τη μερίδα του λέοντος από τη δύναμή της σε μερικές ατυχείς δεκάδες χιλιόμετρα. Ωστόσο, αυτό το γεγονός, κακό εκ πρώτης όψεως, μπορούμε να το μετατρέψουμε προς όφελός μας. Αφού αυτό το γεγονός μας επιτρέπει να κάνουμε χωρίς καμία σοβαρή στόχευση της δέσμης στον δέκτη. Επειδή ως τέτοιος δέκτης, ή μάλλον ως πρωτεύων δέκτης, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ακριβώς αυτά τα όρια μεταξύ επιπέδων και μέσων. Μπορούμε να στρέψουμε το τηλεσκόπιο στο σημείο φωτός που προκύπτει και να διαβάσουμε πληροφορίες από αυτό. Φυσικά, αυτό θα αυξήσει σημαντικά το μέγεθος των παρεμβολών και θα μειώσει τον ρυθμό μεταφοράς δεδομένων. Και θα το καταστήσει εντελώς αδύνατο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αλλά αυτό θα καταστήσει δυνατή τη μείωση του κόστους του διαστημικού σκάφους εξοικονομώντας το σύστημα καθοδήγησης. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για δορυφόρους σε μη σταθερές τροχιές, καθώς και για διαστημόπλοια για έρευνα στο βάθος του διαστήματος.

Προς το παρόν, αν λάβουμε υπόψη τη σύνδεση "Γη - διαστημόπλοιο και διαστημόπλοιο - Γη", βέλτιστη λύσηείναι η συνέργεια λέιζερ και ραδιοεπικοινωνιών. Είναι αρκετά βολικό και πολλά υποσχόμενο να μεταδίδονται δεδομένα από το διαστημόπλοιο στη Γη χρησιμοποιώντας επικοινωνίες λέιζερ και από τη Γη στο διαστημόπλοιο χρησιμοποιώντας ραδιοεπικοινωνίες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μονάδα λήψης λέιζερ είναι ένα αρκετά ογκώδες σύστημα (τις περισσότερες φορές ένα τηλεσκόπιο), το οποίο συλλαμβάνει την ακτινοβολία λέιζερ και τη μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα, τα οποία στη συνέχεια ενισχύονται με γνωστές μεθόδους και μετατρέπονται σε ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ. Ένα τέτοιο σύστημα δεν είναι εύκολο να εγκατασταθεί σε ένα διαστημόπλοιο, αφού τις περισσότερες φορές οι απαιτήσεις είναι συμπαγής και χαμηλό βάρος. Ταυτόχρονα, ο πομπός σήματος λέιζερ είναι μικρός σε μέγεθος και βάρος σε σύγκριση με τις κεραίες για τη μετάδοση ραδιοφωνικών σημάτων.

Τα συστήματα μετάδοσης δεδομένων λέιζερ έχουν σχεδιαστεί για να οργανώνουν μονόδρομα και αμφίδρομη επικοινωνίαμεταξύ αντικειμένων εντός οπτικού πεδίου.
Free Space Optics - Η τεχνολογία FSO, η οποία περιλαμβάνει ατμοσφαιρική οπτική επικοινωνία (AOLC) και ασύρματο οπτικό κανάλι επικοινωνίας (BOX) είναι ένας τρόπος ασύρματη μετάδοσηπληροφορίες στο τμήμα βραχέων κυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Βασίζεται στην αρχή της μεταφοράς ψηφιακό σήμαμέσα από την ατμόσφαιρα (ή χώρος) διαμορφώνοντας την ακτινοβολία (υπέρυθρη ή ορατή) και την επακόλουθη ανίχνευση της από έναν οπτικό φωτοανιχνευτή.
Η τρέχουσα κατάσταση των ασύρματων οπτικών επικοινωνιών καθιστά δυνατή τη δημιουργία αξιόπιστων καναλιών επικοινωνίας σε αποστάσεις από 100 έως 1500-2000 m στην ατμόσφαιρα και έως 100.000 km στο διάστημα, για παράδειγμα, για επικοινωνία μεταξύ δορυφόρων. Να εισαι εναλλακτική λύσηΣε σχέση με την οπτική ίνα, οι ατμοσφαιρικές οπτικές γραμμές μετάδοσης δεδομένων (AODL) σας επιτρέπουν να δημιουργήσετε γρήγορα ένα ασύρματο κανάλι οπτικής επικοινωνίας.

1. Ατμοσφαιρικός οπτικός σύνδεσμος επικοινωνίας

Η ταχεία ανάπτυξη της αγοράς τηλεπικοινωνιών απαιτεί γραμμές μετάδοσης δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Ωστόσο, η τοποθέτηση οπτικών ινών απαιτεί σημαντική επένδυση και κατ' αρχήν δεν είναι πάντα δυνατή.
Μια φυσική εναλλακτική σε αυτή την περίπτωση είναι οι ασύρματες γραμμές επικοινωνίας μικροκυμάτων, αλλά το πρόβλημα είναι έγκαιρη παραλαβήΟι άδειες συχνότητας περιορίζουν απότομα τις προοπτικές χρήσης τους, ειδικά στις μεγάλες πόλεις.
Ενας άλλος τρόπος ασύρματη επικοινωνίαείναι γραμμές οπτικής επικοινωνίας (λέιζερ ή οπτική επικοινωνία) που χρησιμοποιούν τοπολογία σημείου προς σημείο ή τρόπο πρόσβασης σημείου προς πολλαπλά σημεία. Η οπτική επικοινωνία πραγματοποιείται με τη μετάδοση πληροφοριών χρησιμοποιώντας Ηλεκτρομαγνητικά κύματαοπτικό εύρος. Παράδειγμα οπτικής επικοινωνίας είναι η μετάδοση μηνυμάτων που χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν χρησιμοποιώντας φωτιές ή σηματοφόρο αλφάβητο. Στη δεκαετία του '60 του 20ου αιώνα δημιουργήθηκαν λέιζερ και κατέστη δυνατή η κατασκευή ευρυζωνικών συστημάτων οπτικής επικοινωνίας. Η πρώτη γραμμή ατμοσφαιρικής επικοινωνίας (ALC) στη Μόσχα εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του '60: ξεκίνησε τηλεφωνική γραμμήμεταξύ του κτιρίου του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας στους λόφους Λένιν και της πλατείας Zubovskaya μήκους άνω των 5 χιλιομέτρων. Ποιότητα μεταδιδόμενο σήμασυμμορφώνεται πλήρως με τα πρότυπα. Τα ίδια χρόνια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με ALS στο Λένινγκραντ, στο Γκόρκι, στην Τιφλίδα και στο Ερεβάν. Σε γενικές γραμμές, οι δοκιμές ήταν επιτυχείς, αλλά εκείνη την εποχή οι ειδικοί θεώρησαν ότι οι κακές καιρικές συνθήκες καθιστούσαν την επικοινωνία με λέιζερ αναξιόπιστη και θεωρήθηκε απίθανη.
Η χρήση σημάτων με συνεχή (αναλογική) διαμόρφωση, που χρησιμοποιούνταν εκείνα τα χρόνια, οδήγησε σε ανώμαλη εξασθένηση του οπτικού σήματος λόγω της επίδρασης της ατμόσφαιρας.
Η σύγχρονη ευρεία χρήση του ALS σε πολλές χώρες του κόσμου ξεκίνησε το 1998, όταν δημιουργήθηκαν φθηνά λέιζερ ημιαγωγών ισχύος 100 mW και άνω, και η χρήση ψηφιακή επεξεργασίασήμα κατέστησε δυνατή την αποφυγή της μη φυσιολογικής εξασθένησης του σήματος και την απόδοση αναμετάδοσηπακέτο πληροφοριών όταν εντοπιστεί σφάλμα.
Ταυτόχρονα, προέκυψε η ανάγκη για επικοινωνίες με λέιζερ, καθώς άρχισαν να αναπτύσσονται ραγδαία ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ της ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Ο αριθμός των συνδρομητών που απαιτούν την παροχή τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών όπως Διαδίκτυο, IP τηλεφωνία, καλωδιακή τηλεόρασηΜε ένας μεγάλος αριθμόςκανάλια, δίκτυα υπολογιστώνκ.λπ. Ως αποτέλεσμα, προέκυψε το πρόβλημα «τελευταίο μίλι» (σύνδεση ευρυζωνικό κανάλισύνδεση με τελικός χρήστης). Τοποθέτηση νέων καλωδιακά δίκτυααπαιτεί μεγάλες επενδύσεις κεφαλαίου και σε ορισμένες περιπτώσεις, ιδιαίτερα σε πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές, είναι πολύ δύσκολο έως και αδύνατον.
Η βέλτιστη λύση στο πρόβλημα του τελευταίου τμήματος είναι η χρήση ασύρματων γραμμών μετάδοσης.
Τα πλεονεκτήματα των γραμμών ασύρματης επικοινωνίας είναι προφανή: είναι οικονομικά αποδοτικές (δεν χρειάζεται να σκάβετε χαρακώματα για να τοποθετήσετε καλώδια και να νοικιάσετε γη). χαμηλό λειτουργικό κόστος· υψηλός διακίνησηκαι ποιότητα ψηφιακές επικοινωνίες; ταχεία ανάπτυξη και αλλαγή της διαμόρφωσης του δικτύου. εύκολο ξεπέρασμα εμποδίων - σιδηρόδρομοι, ποτάμια, βουνά κ.λπ.
Οι ασύρματες επικοινωνίες στην εμβέλεια του ραδιοφώνου περιορίζονται λόγω της συμφόρησης και της σπανιότητας εύρος συχνοτήτων, ανεπαρκής μυστικότητα, ευαισθησία σε παρεμβολές, συμπεριλαμβανομένων σκόπιμων και από παρακείμενα κανάλια, αυξημένη κατανάλωση ενέργειας. Επιπλέον, οι ραδιοεπικοινωνίες απαιτούν μακρά έγκριση και εγγραφή με την εκχώρηση συχνοτήτων από την Κρατική Αρχή Εποπτείας Επικοινωνιών της Ρωσικής Ομοσπονδίας, ενοικίαση του καναλιού και υποχρεωτική πιστοποίηση ραδιοεξοπλισμού από την Κρατική Επιτροπή Ραδιοσυχνοτήτων. Η χρήση μέσων λέιζερ εξαλείφει αυτό το δύσκολο ζήτημα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, πρώτον, η συχνότητα της ακτινοβολίας από τα συστήματα επικοινωνίας λέιζερ υπερβαίνει το εύρος στο οποίο είναι απαραίτητος ο συντονισμός (στη Ρωσία) και, δεύτερον, η έλλειψη πρακτικών δυνατοτήτων για τον εντοπισμό και την αναγνώρισή τους ως μέσα ανταλλαγής πληροφοριών .
Βασικές ιδιότητες συστημάτων λέιζερ:
σχεδόν απόλυτη ασφάλεια του καναλιού από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση και, κατά συνέπεια, υψηλό επίπεδοθόρυβος και ατρωσία θορύβου λόγω της δυνατότητας συγκέντρωσης ολόκληρης της ενέργειας σήματος σε γωνίες κλασμάτων λεπτών τόξου (σε λέιζερ διαστημικά συστήματαεπικοινωνίες) έως και δεκάδες μοίρες (πλήρως προσβάσιμα συστήματα επικοινωνιών εσωτερικών χώρων).
υψηλός δοχεία πληροφοριώνκανάλια (έως δεκάδες Gbit/s)
δεν υπάρχουν καθυστερήσεις στη μετάδοση πληροφοριών (ping<1ms) как у радиолиний
η απουσία έντονων σημάτων αποκάλυψης (κυρίως παράπλευρης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) και η δυνατότητα πρόσθετου καμουφλάζ, που καθιστά δυνατή την απόκρυψη όχι μόνο των μεταδιδόμενων πληροφοριών, αλλά και του ίδιου του γεγονότος της ανταλλαγής πληροφοριών.
Επιπλέον, πολλοί ειδικοί σημειώνουν τη βιολογική ασφάλεια αυτών των συστημάτων, καθώς η μέση πυκνότητα ισχύος ακτινοβολίας σε συστήματα λέιζερ για διάφορους σκοπούς είναι περίπου 3-6 φορές μικρότερη από την ακτινοβολία που δημιουργεί ο Ήλιος, καθώς και την απλότητα των αρχών τους. κατασκευή και λειτουργία, και το σχετικά χαμηλό κόστος σε σύγκριση με τα παραδοσιακά μέσα μετάδοσης πληροφοριών για παρόμοιο σκοπό.
Σχέδιο:
Η γραμμή επικοινωνίας λέιζερ αποτελείται από δύο πανομοιότυπους σταθμούς εγκατεστημένους ο ένας απέναντι από τον άλλο εντός οπτικού πεδίου (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Σχέδιο ALS

Η δομή όλων των σταθμών ALS είναι σχεδόν η ίδια: μονάδα διασύνδεσης, διαμορφωτής, λέιζερ, οπτικό σύστημα πομπού, οπτικό σύστημα δέκτη, μονάδα διασύνδεσης αποδιαμορφωτή και δέκτη. Ο πομπός είναι ένας πομπός που βασίζεται σε μια παλμική δίοδο λέιζερ ημιαγωγών (μερικές φορές ένα κανονικό LED). Ο δέκτης στις περισσότερες περιπτώσεις βασίζεται σε μια φωτοδίοδο καρφίτσας υψηλής ταχύτητας ή σε μια φωτοδίοδο χιονοστιβάδας.
Η ροή δεδομένων που μεταδίδεται από τον εξοπλισμό χρήστη πηγαίνει στη μονάδα διασύνδεσης και στη συνέχεια στον διαμορφωτή εκπομπού. Το σήμα στη συνέχεια μετατρέπεται από ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό λέιζερ έγχυσης σε υπέρυθρη οπτική ακτινοβολία, ευθυγραμμίζεται από τα οπτικά σε μια στενή δέσμη και μεταδίδεται μέσω της ατμόσφαιρας στον δέκτη. Στο αντίθετο σημείο, η λαμβανόμενη οπτική ακτινοβολία εστιάζεται από έναν φακό λήψης στη θέση ενός εξαιρετικά ευαίσθητου φωτοανιχνευτή υψηλής ταχύτητας (φωτοδιόδους χιονοστιβάδας ή πείρου), όπου και ανιχνεύεται. Μετά από περαιτέρω ενίσχυση και επεξεργασία, το σήμα αποστέλλεται στη διεπαφή του δέκτη και από εκεί στον εξοπλισμό χρήστη. Ομοίως, στη λειτουργία διπλής όψης, η ροή δεδομένων μετρητή λαμβάνει χώρα ταυτόχρονα και ανεξάρτητα.
Δεδομένου ότι η δέσμη λέιζερ μεταδίδεται μεταξύ των σημείων επικοινωνίας στην ατμόσφαιρα, η κατανομή της εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές συνθήκες, την παρουσία καπνού, σκόνης και άλλων ατμοσφαιρικών ρύπων. Ωστόσο, παρά τα προβλήματα αυτά, η ατμοσφαιρική επικοινωνία λέιζερ έχει αποδειχθεί αρκετά αξιόπιστη σε αποστάσεις αρκετών χιλιομέτρων και είναι ιδιαίτερα ελπιδοφόρα για την επίλυση του προβλήματος του «τελευταίου μιλίου».
Ας εξετάσουμε την επίδραση της ατμόσφαιρας στην ποιότητα των ασύρματων υπέρυθρων επικοινωνιών. Η διάδοση της ακτινοβολίας λέιζερ στην ατμόσφαιρα συνοδεύεται από μια σειρά από φαινόμενα γραμμικής και μη γραμμικής αλληλεπίδρασης του φωτός με το μέσο. Με βάση καθαρά ποιοτικά χαρακτηριστικά, αυτά τα φαινόμενα μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριες ομάδες:
1. απορρόφηση (άμεση αλληλεπίδραση δέσμης φωτονίων με μόρια της ατμόσφαιρας).
2. διασπορά από αερολύματα (σκόνη, βροχή, χιόνι, ομίχλη).
3. διακυμάνσεις ακτινοβολίας λόγω ατμοσφαιρικών αναταράξεων.

Η επικοινωνία με δέσμη λέιζερ μέσω της ατμόσφαιρας έχει γίνει πλέον πραγματικότητα. Εξασφαλίζει τη μετάδοση μεγάλου όγκου πληροφοριών με υψηλή αξιοπιστία σε αποστάσεις έως και 5 km και επιλύει πολλά δύσκολα προβλήματα. Ως εκ τούτου, το ενδιαφέρον για αυτό το είδος επικοινωνίας έχει αυξηθεί πρόσφατα.

¹Διακυμάνσεις (από το λατινικό fluctuatio - fluctuation), τυχαίες αποκλίσεις φυσικών μεγεθών από τις μέσες τιμές τους.
²Πηγή Διαδικτύου: http://laseritc.ru/?id=93

2. Ασύρματο οπτικό κανάλι επικοινωνίας

Το ασύρματο οπτικό κανάλι επικοινωνίας (BOX) είναι μια συσκευή που μεταδίδει δεδομένα μέσω της ατμόσφαιρας. Έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί ένα κανάλι μετάδοσης δεδομένων του προτύπου Ethernet. Το BOXING αποτελείται από δύο πανομοιότυπους πομποδέκτες (οπτικούς σωλήνες) που είναι εγκατεστημένοι και στις δύο πλευρές του καναλιού επικοινωνίας. Κάθε μονάδα αποτελείται από μια μονάδα πομποδέκτη, ένα γείσο, ένα καλώδιο διασύνδεσης (μήκους 5 m), ένα σύστημα καθοδήγησης, ένα βραχίονα, ένα τροφοδοτικό και μια μονάδα πρόσβασης.
Η μονάδα πομποδέκτη περιλαμβάνει έναν πομπό υψηλής κατευθυντικής οπτικής ακτινοβολίας στην περιοχή IR (που αποτελείται από ένα υπέρυθρο LED ημιαγωγού) και έναν δέκτη - ένα LED υψηλής ευαισθησίας. Τα LED λειτουργούν σε μήκος κύματος 0,87 microns. Πολλά παραδείγματα εγχώριων κατασκευαστών συστημάτων BOX και τα χαρακτηριστικά τους περιγράφονται στον Πίνακα 1.
Πίνακας 1. Συσκευές δημιουργίας οπτικών καναλιών επικοινωνίας

Ονομα της συσκευής	Κατασκευαστής	Πρότυπα σημάτων	Απόσταση	Τύπος εκπομπού	Τιμή, δολάρια
LAL2+	ITC, Νοβοσιμπίρσκ	G.703, IEEE802.3	από 1000 m έως 5000 m	Λέιζερ	7030 9230
ΓΕΦΥΡΑ 100/500	Εργοστάσιο κατασκευής οργάνων Ryazan	G.703, IEEE802.3, IEEE802.3u	1200-1400 μ	Λέιζερ	4890
BOX-10M	"Κάθαρση"	IEEE802.3	500 μ	Δίοδος εκπομπής φωτός	2450
BOX-10MPD	"Κάθαρση"	G.703, IEEE802.3	1000 μ	Δίοδος εκπομπής φωτός	4344

Το σχήμα 2 δείχνει καθαρά το BOX-10M.

Ρύζι. 2. BOX-10M

Αρχή λειτουργίας:
Ας εξετάσουμε τη διαδικασία μετάδοσης δεδομένων χρησιμοποιώντας ένα οπτικό κανάλι (Εικ. 3). Το ηλεκτρικό σήμα από τη θύρα Ethernet ταξιδεύει μέσω του καλωδίου διασύνδεσης στον πομπό, όπου το LED το μετατρέπει σε ακτινοβολία υπερύθρων, η οποία διέρχεται από τον διαχωριστή δέσμης και εστιάζει από τον φακό σε μια στενή δέσμη. Έχοντας περάσει από την ατμόσφαιρα, μέρος της ακτινοβολίας προσπίπτει στον φακό ενός άλλου πομποδέκτη, εστιάζεται και αποστέλλεται στον δέκτη μέσω ενός διαχωριστή δέσμης. Ο δέκτης μετατρέπει την ακτινοβολία υπερύθρων σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο αποστέλλεται μέσω ενός καλωδίου διασύνδεσης στη θύρα Ethernet. Το τροφοδοτικό τροφοδοτεί τον πομπό, τον δέκτη, τη μονάδα οθόνης και το σύστημα προστασίας από την ομίχλη/πάγο του φακού.

Ρύζι. 3. Γενική αρχή λειτουργίας της συσκευής οικογένειας BOX.

Η αξιοπιστία μετάδοσης επιτυγχάνεται κυρίως μέσω σωστής καθοδήγησης και αποθεμάτων ενέργειας. Με σωστή στόχευση, το απόθεμα ενέργειας του συστήματος θα πρέπει να είναι τετραπλάσιο για τα μοντέλα BOX-10ML και BOX-10M (με άλλα λόγια, καλύπτοντας τα 4/5 των αντικειμενικών φακών, έχουμε ένα αξιόπιστο κανάλι 100% σε καλό καιρό). Το μοντέλο BOX-10MPD έχει 16πλάσιο απόθεμα ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, η διαθεσιμότητα του καναλιού καθ' όλη τη διάρκεια του έτους θα είναι 99,7-99,9%. Όσο μεγαλύτερο είναι το ενεργειακό απόθεμα του συστήματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η αξιοπιστία του καναλιού, που ιδανικά φτάνει το 99,99%.
Επιπλέον, η αξιόπιστη λειτουργία του συστήματος οφείλεται στη μέθοδο πρόσβασης μέσων CSMA/CD που χρησιμοποιείται στα δίκτυα Ethernet. Οποιαδήποτε σύγκρουση - επιδείνωση καιρικών συνθηκών ή εμφάνιση βραχυπρόθεσμου εμποδίου οδηγεί σε αναμετάδοση του πακέτου σε φυσικό επίπεδο, αλλά ακόμα κι αν συμβεί ότι η σύγκρουση δεν θα ακουστεί (αυτό είναι δυνατό, για παράδειγμα, στο BOX- Τα μοντέλα 10ML και BOX-10M λόγω του γεγονότος ότι ο χρόνος εναλλαγής από τη λήψη στη μετάδοση είναι, φυσικά, ίσος με 4 μs) και το πακέτο έχει χαθεί, τότε πρωτόκολλα υψηλότερου επιπέδου που λειτουργούν με εγγύηση παράδοσης θα παρακολουθούν αυτό το περιστατικό και το αίτημα θα επαναληφθεί.
Μια σύνδεση μέσω της ατμόσφαιρας δεν παρέχει ποτέ 100% εγγύηση σύνδεσης, επομένως είναι πιθανό, για παράδειγμα, σε κακές καιρικές συνθήκες (έντονη χιονόπτωση, πολύ πυκνή ομίχλη, δυνατή βροχή κ.λπ.) το κανάλι να μην λειτουργεί. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, η διακοπή της επικοινωνίας θα είναι προσωρινή και αφού βελτιωθούν οι συνθήκες, η σύνδεση θα αποκατασταθεί από μόνη της. Για να μειωθεί η πιθανότητα απώλειας επικοινωνίας λόγω καιρικών συνθηκών, είναι απαραίτητο να εγκατασταθούν μοντέλα με μεγαλύτερη απόσταση λειτουργίας, γεγονός που αυξάνει την ενέργεια της ροής φωτός και, ως εκ τούτου, την αξιοπιστία του συστήματος στο σύνολό του.
Μια άλλη προϋπόθεση για αξιόπιστη και σταθερή λειτουργία του συστήματος είναι η σύμπτωση του κέντρου του γεωμετρικού σημείου φωτισμού του πομπού με το κέντρο του φακού του δέκτη. Τα φορτία ανέμου, καθώς και οι μηχανικοί και εποχικοί κραδασμοί του στηρίγματος μπορούν να απομακρύνουν το σύστημα από την περιοχή του ελαφρού σημείου, με αποτέλεσμα η σύνδεση να εξαφανιστεί. Ολόκληρος ο σχεδιασμός των συστημάτων και το μέγεθος του σημείου φωτισμού από τον πομπό συντονίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να ελαχιστοποιείται η πιθανότητα απώλειας επικοινωνίας λόγω των παραπάνω λόγων. Κατά την κατάδειξη, επιλύεται το ακόλουθο γεωμετρικό πρόβλημα: από το σημείο που προκύπτει κατά την ακατέργαστη κατάδειξη, απαιτείται να μετακινηθεί το σύστημα στο γεωμετρικό κέντρο του σημείου φωτισμού από τη ροή φωτός του πομπού, στερεώνοντας τελικά το σύστημα κατάδειξης σε αυτή τη θέση. Χρησιμοποιώντας ένα τυπικό σύστημα καθοδήγησης, αυτό το πρόβλημα επιλύεται σε 35 επαναλήψεις.
Εγκατάσταση:
Οι πομποδέκτες μπορούν να εγκατασταθούν σε επιφάνειες στέγης ή τοίχου. Το BOX είναι τοποθετημένο σε μεταλλικό στήριγμα, το οποίο σας επιτρέπει να ρυθμίζετε τη γωνία κλίσης οριζόντια και κάθετα (Εικ. 4). Ο πομποδέκτης συνδέεται μέσω μιας ειδικής μονάδας συνεστραμμένου ζεύγους κατηγορίας 5 (UTP) που χρησιμοποιείται συνήθως ως καλώδια σύνδεσης. Στην πλευρά του οπτικού καναλιού, η μονάδα πρόσβασης συνδέεται με τον πομποδέκτη μέσω ενός καλωδίου διασύνδεσης, το οποίο χρησιμοποιεί ένα κανονικό καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους εξοπλισμένο με ειδικούς συνδέσμους. Από την άλλη πλευρά, η μονάδα πρόσβασης συνδέεται με υπολογιστή ή συσκευή δικτύου (δρομολογητή ή μεταγωγέα).
Η μονάδα πρόσβασης και το τροφοδοτικό του πομποδέκτη είναι πάντα εγκατεστημένα σε εσωτερικούς χώρους το ένα δίπλα στο άλλο. Μπορούν να τοποθετηθούν στον τοίχο ή να τοποθετηθούν στα ίδια ράφια που χρησιμοποιούνται για εξοπλισμό LAN.
Για αξιόπιστη λειτουργία, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες συστάσεις:
τα κτίρια πρέπει να βρίσκονται εντός οπτικού πεδίου (η δοκός δεν πρέπει να συναντά αδιαφανή εμπόδια σε όλη τη διαδρομή).
είναι καλύτερα εάν η συσκευή βρίσκεται όσο το δυνατόν ψηλότερα από το έδαφος και σε δυσπρόσιτο μέρος.
κατά την εγκατάσταση του συστήματος, θα πρέπει να αποφύγετε τον προσανατολισμό των πομποδεκτών στην κατεύθυνση ανατολής-δύσης (αυτή η συγκεκριμένη απαίτηση εξηγείται πολύ απλά: οι ακτίνες του ήλιου κατά την ανατολή ή τη δύση του ηλίου μπορεί να εμποδίσουν την ακτινοβολία για αρκετά λεπτά και η μετάδοση θα σταματήσει).
Δεν πρέπει να υπάρχουν κινητήρες, συμπιεστές κ.λπ. κοντά στο σημείο τοποθέτησης, καθώς η δόνηση μπορεί να οδηγήσει σε μετατόπιση του σωλήνα και διακοπή της σύνδεσης.

Ρύζι. 4. Διάγραμμα συστήματος καθοδήγησης

Τύποι σύνδεσης:
Το σχήμα 5 δείχνει τους πιθανούς τύπους συνδέσεων BOX.

Ρύζι. 5. Τύποι συνδέσεων BOX

Σε διάφορες πηγές υπάρχει μεγάλος αριθμός ονομάτων εξοπλισμού για ασύρματη μετάδοση δεδομένων στην περιοχή μήκους κύματος υπέρυθρων. Στο εξωτερικό, αυτή η κατηγορία συστημάτων ονομάζεται συνήθως FSO - Free Space Optics στον μετασοβιετικό χώρο, υπάρχουν διάφορες ονομασίες για συστήματα ασύρματης οπτικής επικοινωνίας. Ως βάση, θα πρέπει να πάρετε τη συντομογραφία BOX - ασύρματο οπτικό κανάλι επικοινωνίας, όπως αντικατοπτρίζεται στο πιστοποιητικό του συστήματος επικοινωνίας (CCS).

Οπτικές ίνες και επικοινωνίες λέιζερ

Από την αρχαιότητα, το φως χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση μηνυμάτων. Στην Κίνα, την Αίγυπτο και την Ελλάδα χρησιμοποιούσαν καπνό την ημέρα και φωτιά τη νύχτα για να μεταδώσουν σήματα. Ανάμεσα στα πρώτα ιστορικά στοιχεία οπτικών επικοινωνιών, μπορούμε να θυμηθούμε την πολιορκία της Τροίας. Στην τραγωδία του «Αγαμέμνων», ο Αισχύλος δίνει μια λεπτομερή περιγραφή της αλυσίδας των φώτων σηματοδότησης στις κορυφές των βουνών Ίδη και Άντος. Μασίστο, Αιγιπλάντο και Αράκναια, καθώς και στα βράχια της Λήμνου και των Κηφαρά, για να μεταφέρουν στην Αργώ την είδηση ​​της κατάληψης της Τροίας από τους Αχαιούς.

Σε μεταγενέστερους αλλά αρχαίους χρόνους, ο Ρωμαίος Αυτοκράτορας Τιβέριος, ενώ βρισκόταν στο Κάπρι, χρησιμοποιούσε φωτεινά σήματα για να επικοινωνήσει με την ακτή.

Στο Κάπρι μπορείτε ακόμα να δείτε τα ερείπια του αρχαίου «Φάρου» (φως) κοντά στη βίλα του αυτοκράτορα Τιβέριου στο όρος Τιβέριο.

Στη Βόρεια Αμερική, ένα από τα πρώτα συστήματα οπτικής επικοινωνίας εγκαταστάθηκε πριν από περίπου 300 χρόνια στην αποικία της Νέας Γαλλίας (τώρα στην επαρχία του Κεμπέκ στον Καναδά). Η περιφερειακή κυβέρνηση, φοβούμενη την πιθανότητα επίθεσης από τον αγγλικό στόλο, ίδρυσε μια σειρά από θέσεις φάρων σε πολλά χωριά κατά μήκος του ποταμού Αγίου Λαυρεντίου. Δεν υπήρχαν λιγότερα από 13 σημεία σε αυτή την αλυσίδα, η οποία ξεκινούσε από το Ile Verte, περίπου 200 χιλιόμετρα κατάντη από το Κεμπέκ. Από τις αρχές του 1700. Σε καθένα από αυτά τα χωριά, κάθε βράδυ της περιόδου ναυσιπλοΐας, υπήρχε ένας φρουρός που είχε ως αποστολή να παρατηρεί το σήμα που εστάλη από το χωριό κατάντη και να το μεταδώσει περαιτέρω. Με ένα τέτοιο σύστημα, οι αναφορές για τη βρετανική επίθεση το 1759 έφτασαν στο Κεμπέκ πριν να είναι πολύ αργά.

Το 1790, ένας Γάλλος μηχανικός, ο Claude Chappe, εφηύρε σηματοφόρους (οπτικό τηλέγραφο), που βρίσκονταν σε πύργους τοποθετημένους ο ένας στον άλλον, οι οποίοι επέτρεπαν την αποστολή μηνυμάτων από τον έναν πύργο στον άλλο. Το 1880, ο Alexander Graham Bell (1847-1922) έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ένα «φωτόφωνο», μια συσκευή που χρησιμοποιούσε το ανακλώμενο ηλιακό φως για να μεταδώσει τον ήχο σε έναν δέκτη. Η ένταση του ανακλώμενου φωτός διαμορφώθηκε από τις ταλαντώσεις μιας ανακλαστικής μεμβράνης που τοποθετήθηκε στο άκρο του σωλήνα στον οποίο μίλησε ο Bell. Το φως διένυσε απόσταση περίπου 200 μέτρων και χτύπησε ένα στοιχείο σεληνίου (φωτοανιχνευτής) που ήταν συνδεδεμένο με το τηλέφωνο. Αν και ο Μπελ θεωρούσε το φωτόφωνο ως τη σημαντικότερη εφεύρεσή του, η χρήση του ήταν περιορισμένη από τις καιρικές συνθήκες. Ωστόσο, αυτή η περίσταση δεν εμπόδισε τον Μπελ να γράψει στον πατέρα του:

«Άκουσα κατανοητή ομιλία που παράγεται από το φως του ήλιου!... Μπορεί κανείς να φανταστεί ότι αυτή η εφεύρεση έχει ένα εγγυημένο μέλλον!... Θα μπορούμε να μιλάμε με τη βοήθεια του φωτός σε οποιαδήποτε απόσταση ορατό, χωρίς καλώδια... Στον πόλεμο συνθήκες τέτοιας επικοινωνίας δεν μπορεί να διακοπεί ή να υποκλαπεί."

Η εφεύρεση του λέιζερ προκάλεσε αυξημένο ενδιαφέρον για τις οπτικές επικοινωνίες. Ωστόσο, σύντομα αποδείχθηκε ότι η ατμόσφαιρα της Γης παραμόρφωσε τη διάδοση του φωτός λέιζερ με ανεπιθύμητους τρόπους. Εξετάστηκαν διάφορα συστήματα, όπως σωλήνες φακών αερίου και διηλεκτρικοί κυματοδηγοί, αλλά όλα εγκαταλείφθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1960 όταν αναπτύχθηκαν οπτικές ίνες χαμηλής απώλειας.

Η κατανόηση ότι οι λεπτές ίνες γυαλιού μπορούσαν να μεταφέρουν το φως μέσω της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης ήταν μια παλιά ιδέα που χρονολογείται από τον 19ο αιώνα. χάρη στον Άγγλο φυσικό John Tyndall (1820-1893) και χρησιμοποιήθηκε σε όργανα και φωτισμό. Ωστόσο, τη δεκαετία του 1960. Ακόμη και τα καλύτερα γυαλιά είχαν μεγάλη εξασθένηση του φωτός που μεταδόθηκε μέσω της ίνας, γεγονός που περιόριζε πολύ το μήκος διάδοσης. Εκείνη την εποχή, η τυπική τιμή εξασθένησης ήταν ένα ντεσιμπέλ ανά μέτρο, που σημαίνει ότι μετά από διαδρομή 1 m, η μεταδιδόμενη ισχύς μειώθηκε έως και 80%. Επομένως, ήταν δυνατή μόνο η διάδοση κατά μήκος μιας ίνας μήκους πολλών δεκάδων μέτρων και η μόνη εφαρμογή ήταν η ιατρική, όπως τα ενδοσκόπια. Το 1966, ο Charles Kao και ο George Hockham του Standard Telecommunications Laboratory (Ηνωμένο Βασίλειο) δημοσίευσαν μια σημαντική εργασία που έδειχνε ότι εάν οι ακαθαρσίες στο τηγμένο πυρίτιο αφαιρούνταν προσεκτικά και η ίνα περιβαλλόταν από μια επένδυση με χαμηλότερο δείκτη διάθλασης, η εξασθένηση θα μπορούσε να μειωθεί σε -20 dB/km. Αυτό σημαίνει ότι μετά από διαδρομή μήκους 1 km, η ισχύς της δέσμης μειώνεται στο ένα εκατοστό της ισχύος εισόδου. Αν και αυτή είναι μια πολύ μικρή τιμή, είναι αποδεκτή για πολλές εφαρμογές.

Όπως συμβαίνει συχνά σε τέτοιες καταστάσεις, ξεκίνησαν εντατικές προσπάθειες στο Ηνωμένο Βασίλειο, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ για την απόκτηση ινών με βελτιωμένα χαρακτηριστικά. Η πρώτη επιτυχία σημειώθηκε το 1970 από τους E. P. Capron, Donald Keck και Robert Mayer της Corning Glass Company. Παρήγαγαν ίνες που είχαν απώλεια 20 dB/km σε μήκος κύματος 6328 A° (το μήκος κύματος ενός λέιζερ He-Ne). Την ίδια χρονιά, ο I. Hayashi και οι συνεργάτες του ανέφεραν μια δίοδο λέιζερ που λειτουργούσε σε θερμοκρασία δωματίου.

Το 1971, ο I. Jacobs διορίστηκε διευθυντής του Εργαστηρίου Ψηφιακών Επικοινωνιών στην AT&T Bell Laboratories (Holmdel, New Jersey, Η.Π.Α.), και του ανατέθηκε η ανάπτυξη συστημάτων μεταφοράς πληροφοριών υψηλής ταχύτητας. Τα αφεντικά του, W. Danielson και R. Kompfner, μετέφεραν μέρος του προσωπικού σε ένα άλλο εργαστήριο, με επικεφαλής τον S. Miller, προκειμένου να «παρακολουθήσουν» τι συνέβαινε στον τομέα των οπτικών ινών. Τρία χρόνια αργότερα, ο Danielson και ο Kompfner ανέθεσαν στον Jacobs να σχηματίσει μια ερευνητική ομάδα για να μελετήσει τη σκοπιμότητα των επικοινωνιών οπτικών ινών. Ήταν σαφές ότι η πιο οικονομική, αρχική εφαρμογή συστημάτων που χρησιμοποιούν φως ήταν στην επικοινωνία των τηλεφωνικών κέντρων στις μεγάλες πόλεις. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν καλώδια για αυτό και οι πληροφορίες μεταδίδονταν ψηφιακά κωδικοποιώντας τις με μια σειρά παλμών. Οι ίνες, με την ικανότητά τους να μεταδίδουν τεράστιες ποσότητες πληροφοριών, φαινόταν σαν μια ιδανική αντικατάσταση των ηλεκτρικών καλωδίων. Τα γραφεία και τα τηλεφωνικά κέντρα στις μεγάλες πόλεις βρίσκονται σε αποστάσεις πολλών χιλιομέτρων το ένα από το άλλο και ακόμη και εκείνη τη στιγμή θα μπορούσαν να συνδεθούν χωρίς προβλήματα, ακόμη και χρησιμοποιώντας ίνες με σχετικά υψηλές απώλειες.

Έτσι, ένα προκαταρκτικό πείραμα έγινε στα μέσα του 1976 στην Ατλάντα με καλώδια οπτικών ινών τοποθετημένα σε συμβατικούς σωλήνες καλωδίων. Η αρχική επιτυχία αυτών των προσπαθειών οδήγησε στη δημιουργία ενός συστήματος που συνέδεε δύο τηλεφωνικά κέντρα στο Σικάγο. Με βάση αυτά τα αρχικά αποτελέσματα, το φθινόπωρο του 1977, η Bell Labs αποφάσισε να αναπτύξει ένα οπτικό σύστημα για ευρεία χρήση. Το 1983, δημιουργήθηκε η επικοινωνία μεταξύ Ουάσιγκτον και Βοστώνης, αν και αυτό συνδέθηκε με πολλές δυσκολίες. Αυτό το σύστημα επικοινωνίας λειτουργούσε με ταχύτητα μετάδοσης 90 Mbit/s. Χρησιμοποιούσε πολύτροπη ίνα σε μήκος κύματος 825 nm.

Εν τω μεταξύ, η NTTC (η ιαπωνική εταιρεία τηλεγραφίας και τηλεφωνίας) μπόρεσε να τραβήξει ίνες με απώλειες μόνο 0,5 dB/km σε μήκη κύματος 1,3 και 1,5 μm και το εργαστήριο MIT Lincoln έδειξε τη λειτουργία μιας διόδου λέιζερ InGaAsP ικανή για συνεχή λειτουργία κυμαίνονται μεταξύ 1,0 και 1,7 μm σε θερμοκρασία δωματίου. Η χρήση ινών χαμηλής απώλειας 1,3 micron επέτρεψε τη δημιουργία πιο προηγμένων συστημάτων. Τα συστήματα κατασκευάστηκαν με απόδοση 400 Mbit/s στην Ιαπωνία και 560 Mbit/s στην Ευρώπη. Το ευρωπαϊκό σύστημα μπορούσε να χειριστεί 8.000 τηλεφωνικά κανάλια ταυτόχρονα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες παρήχθησαν περισσότερα από 3,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα ινών. Το μόνο μέρος που εξακολουθεί να χρησιμοποιεί χάλκινο σύρμα είναι η σύνδεση μεταξύ του σπιτιού και του τηλεφωνικού κέντρου. Αυτό το «τελευταίο μίλι», όπως έγινε γνωστό, γίνεται επίσης το επίκεντρο των επικοινωνιών οπτικών ινών.

Το πρώτο υπερατλαντικό τηλεγραφικό καλώδιο τέθηκε σε λειτουργία το 1858. Σχεδόν εκατό χρόνια αργότερα, το 1956, τοποθετήθηκε το πρώτο τηλεφωνικό καλώδιο, το TAT-1. Το 1988 άρχισε να λειτουργεί η πρώτη γενιά υπερατλαντικών καλωδίων που χρησιμοποιούν οπτικές ίνες (έγιναν γνωστά ως TAT-8). Λειτουργούν σε μήκος κύματος 1,3 μικρά και συνδέουν την Ευρώπη, τη Βόρεια Αμερική και τον Ανατολικό Ειρηνικό. Το 1991 ξεκίνησε η εγκατάσταση της δεύτερης γενιάς επικοινωνιών οπτικών ινών, TAT-9, η οποία λειτουργεί στα 1,3 μικρά και συνδέει τις ΗΠΑ και τον Καναδά με το Ηνωμένο Βασίλειο, τη Γαλλία και την Ισπανία. Μια άλλη γραμμή λειτουργεί μεταξύ των ΗΠΑ και του Καναδά και της Ιαπωνίας.

Υπάρχουν πολλές άλλες γραμμές οπτικών ινών σε όλο τον κόσμο. Για παράδειγμα, η οπτική υποβρύχια σύνδεση μεταξύ Αγγλίας και Ιαπωνίας καλύπτει 27.300 km στον Ατλαντικό Ωκεανό, τη Μεσόγειο Θάλασσα, την Ερυθρά Θάλασσα, τον Ινδικό Ωκεανό, τον Ειρηνικό Ωκεανό και έχει 120.000 ενδιάμεσους ενισχυτές ανά ζεύγος ινών. Συγκριτικά, το πρώτο υπερατλαντικό τηλεφωνικό καλώδιο το 1956 χρησιμοποιούσε 36 μετατροπείς και το πρώτο οπτικό καλώδιο πέρα ​​από τον Ατλαντικό Ωκεανό χρησιμοποιούσε 80.000.

Σήμερα, μετά από 30 χρόνια έρευνας, οι οπτικές ίνες έχουν φτάσει στα φυσικά τους όρια. Οι ίνες χαλαζία μπορούν να μεταδώσουν παλμούς υπερύθρων σε μήκος κύματος 1,5 micron με ελάχιστη απώλεια 5% ανά χιλιόμετρο. Αυτές οι απώλειες δεν μπορούν να μειωθούν λόγω των φυσικών νόμων της διάδοσης του φωτός (νόμοι του Maxwell) και της θεμελιώδους φύσης του γυαλιού.

Ωστόσο, υπάρχει μια πρόοδος που θα μπορούσε να βελτιώσει ριζικά την κατάσταση. Αυτή είναι η δυνατότητα άμεσης ενίσχυσης των οπτικών σημάτων σε μια ίνα, δηλ. χωρίς να χρειάζεται να τα εξαγάγετε πρώτα από τις ίνες. Προσθέτοντας το ινώδες υλικό με κατάλληλα στοιχεία, όπως το έρβιο, και διεγείροντάς τα με κατάλληλο φως αντλίας που περνά μέσα από την ίδια την ίνα, είναι δυνατό να επιτευχθεί μια αντιστροφή πληθυσμού μεταξύ δύο επιπέδων ερβίου με μια μετάβαση που αντιστοιχεί ακριβώς σε 1,5 μm. Το αποτέλεσμα είναι ότι ο παλμός φωτός σε αυτό το μήκος κύματος μπορεί να ενισχυθεί καθώς διαδίδεται μέσω της ίνας. Ένα κομμάτι τέτοιας ενεργής ίνας τοποθετείται ανάμεσα στα δύο άκρα των ινών μέσω των οποίων διαδίδεται το σήμα. Χρησιμοποιώντας έναν οπτικό συζεύκτη, η ακτινοβολία της αντλίας κατευθύνεται επίσης σε αυτό το κομμάτι. Στην έξοδο, το υπόλοιπο της ακτινοβολίας της αντλίας διαφεύγει και το ενισχυμένο σήμα συνεχίζει να διαδίδεται στην ίνα. Χρησιμοποιώντας αυτήν την προσέγγιση, οι ενδιάμεσοι ηλεκτρονικοί ενισχυτές μπορούν να εξαλειφθούν. Σε παλαιότερα συστήματα ηλεκτρονικών ενισχυτών, το φως έβγαινε από την ίνα, ανιχνεύτηκε από έναν φωτοηλεκτρικό δέκτη, το σήμα ενισχύθηκε και μετατράπηκε σε φως που συνέχιζε να διαδίδεται στο επόμενο τμήμα της ίνας.

Από το βιβλίο Space Earth Connections and UFOs συγγραφέας Ντμίτριεφ Αλεξέι Νικολάεβιτς

Από το βιβλίο Physical Chemistry: Lecture Notes συγγραφέας Berezovchuk A V

3. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής. Θερμιδικοί συντελεστές. Σχέση των συναρτήσεων CP και Cv Δηλώσεις του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής.1. Η συνολική παροχή ενέργειας σε ένα απομονωμένο σύστημα παραμένει σταθερή.2. Διαφορετικές μορφές ενέργειας μετασχηματίζονται η μία στην άλλη με αυστηρά ισοδύναμο τρόπο

Από το βιβλίο των Αποκαλύψεων του Νίκολα Τέσλα από τον Tesla Nikola

Από το βιβλίο Μυστικά του Χώρου και του Χρόνου συγγραφέας Komarov Victor

Από το βιβλίο Νετρίνο - το απόκοσμο σωματίδιο ενός ατόμου του Ισαάκ Ασίμοφ

Κεφάλαιο 4. Η σύνδεση μεταξύ μάζας και ενέργειας Μη διατήρηση της μάζας Η νέα κατανόηση της δομής του ατόμου ενίσχυσε την πεποίθηση των φυσικών ότι οι νόμοι της διατήρησης ισχύουν όχι μόνο στον καθημερινό κόσμο γύρω μας, αλλά και στον τεράστιο κόσμο που οι αστρονόμοι μελέτη. Αλλά

Από το βιβλίο Αστρονομία της Αρχαίας Αιγύπτου συγγραφέας Kurtik Gennady Evseevich

Παρατηρήσεις του Σείριου και η σύνδεσή του με το ημερολόγιο. Οι παρατηρήσεις του Σείριου έπαιξαν ιδιαίτερο ρόλο στην ιστορία του αρχαίου αιγυπτιακού ημερολογίου. Οι αρχαιότερες μαρτυρίες τους χρονολογούνται στην Α' Δυναστεία (αρχές της 3ης χιλιετίας π.Χ.). Σώζεται ένα δισκίο από ελεφαντόδοντο που χρονολογείται από αυτή την ημερομηνία.

Από το βιβλίο Η Εξέλιξη της Φυσικής συγγραφέας Αϊνστάιν Άλμπερτ

Οπτικά φάσματα Γνωρίζουμε ήδη ότι όλη η ύλη αποτελείται από σωματίδια, ο αριθμός των ποικιλιών των οποίων είναι μικρός. Τα ηλεκτρόνια ήταν τα πρώτα στοιχειώδη σωματίδια ύλης που ανακαλύφθηκαν. Αλλά τα ηλεκτρόνια είναι επίσης στοιχειώδη αρνητικά κβάντα

Από το βιβλίο NIKOLA TESLA. ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ. ΑΡΘΡΑ. από τον Tesla Nikola

II - ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΑΔΙΑΠΕΡΑΣΤΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ Οι ακτίνες Χ έδειξαν ότι όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα ενός σώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητά του, η αδιαπερατότητα ενός σώματος στις ακτίνες, κάτι που επιβεβαιώθηκε από μεταγενέστερη έρευνα. Αυτή η σημαντική περίσταση μπορεί να εξηγηθεί πειστικά από το μόνο και κανένα άλλο

Από το βιβλίο Τι λέει το φως συγγραφέας Σουβόροφ Σεργκέι Γκεοργκίεβιτς

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΙΑΣ ΝΕΑΣ ΑΡΧΗΣ - Ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ - Η ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΟΛΟΣΣΙΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΙΝΗΣΕΩΝ - Η ΓΗ ΑΠΑΝΤΑ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ - Η ΔΙΑΠΛΑΝΗΤΙΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΕΙΝΑΙ ΤΩΡΑ ΠΙΘΑΝΗ Αποφάσισα να επικεντρώσω τις προσπάθειές μου σε αυτό

Από το βιβλίο History of the Laser συγγραφέας Μπερτολότι Μάριο

Μετατροπείς ηλεκτρονίων-οπτικών φωτός Ας περιγράψουμε εν συντομία μια από τις μεθόδους για τη μετατροπή του υπέρυθρου φωτός σε ορατό φως, χρησιμοποιώντας τους λεγόμενους οπτικούς μετατροπείς ηλεκτρονίων. Το 43 δείχνει το απλούστερο διάγραμμα ενός τέτοιου μετατροπέα. Αυτός είναι

Από το βιβλίο Perpetual Motion Machine - πριν και τώρα. Από την ουτοπία στην επιστήμη, από την επιστήμη στην ουτοπία συγγραφέας Μπροντιάνσκι Βίκτορ Μιχαήλοβιτς

Αναγνώστες οπτικών πληροφοριών στο εμπόριο Επί του παρόντος, κάθε σούπερ μάρκετ και τα περισσότερα καταστήματα χρησιμοποιούν ένα καθολικό σύστημα ανάγνωσης κωδικών. Το σύστημα λέιζερ διαβάζει τον κωδικό που αναγράφεται στα εμπορεύματα με τη μορφή συστήματος γραμμών (bar code). Τα οφέλη από αυτό

Από το βιβλίο Asteroid-Comet Hazard: Yesterday, Today, Tomorrow συγγραφέας Σούστοφ Μπόρις Μιχαήλοβιτς

Από το βιβλίο The King's New Mind [Σχετικά με τους υπολογιστές, τη σκέψη και τους νόμους της φυσικής] από τον Penrose Roger

2.3. Συνδέσεις και διαφορές μεταξύ μικρών σωμάτων Μερικές φορές στο μεγάλο βιβλίο των μυστικών της φύσης καταφέρνω να διαβάσω κάτι. W. Shakespeare. «Αντώνιος και Κλεοπάτρα» Όπως σημειώθηκε νωρίτερα, σύμφωνα με τη γενικά αποδεκτή υπόθεση, οι κομήτες είναι υπολείμματα πρωτοπλανητικής ύλης που δεν περιλαμβανόταν

4 Οκτωβρίου 2012 στις 3:54 μ.μ

Για πρώτη φορά, ευρυζωνικές πληροφορίες μεταδόθηκαν από το ISS μέσω ενός καναλιού λέιζερ σε έναν επίγειο σταθμό

• Ασύρματες τεχνολογίες,
• Πρότυπα επικοινωνίας

Στις 2 Οκτωβρίου 2012, από το ρωσικό τμήμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, για πρώτη φορά, ευρυζωνικές πληροφορίες μεταδόθηκαν μέσω καναλιού λέιζερ σε επίγειο σταθμό

Ως μέρος του διαστημικού πειράματος (SES) για τη δοκιμή εξοπλισμού και την επίδειξη της ρωσικής τεχνολογίας για τη δημιουργία διαστημικών συστημάτων μετάδοσης πληροφοριών με λέιζερ, που διεξήχθη από την JSC NPK SPP μαζί με την JSC RSC Energia, πραγματοποιήθηκε μια συνεδρία μετάδοσης πληροφοριών από ένα τερματικό επικοινωνίας εγκατεστημένο στο πλοίο το ISS RS , στο τερματικό λέιζερ του επίγειου σημείου του σταθμού οπτικής παρατήρησης Arkhyz στον Βόρειο Καύκασο (υποκατάστημα της OJSC NPK SPP).
Πληροφορίες με συνολικό όγκο 2,8 Gigabyte μεταφέρθηκαν με ταχύτητα 125 Mbit/s.
Αυτό το βήμα ανοίγει το δρόμο για την ευρεία εισαγωγή γραμμών επικοινωνίας λέιζερ στη ρωσική διαστημική τεχνολογία, η οποία, με μικρότερες παραμέτρους βάρους και μεγέθους του εξοπλισμού επί του οχήματος, μπορεί ενδεχομένως να προσφέρει εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα ροής πληροφοριών (έως δεκάδες gigabit ανά δευτερόλεπτο ).
Νέα από την Ομοσπονδιακή Διαστημική Υπηρεσία

Διαδίκτυο στον ISS

Χμ, σκέφτηκα, εκεί (στο ISS) υπάρχει σίγουρα ήδη Internet. Οι κάμερες λειτουργούν, ώστε να μπορείτε να παρακολουθείτε τηλεόραση στο σπίτι ενώ τρώτε δείπνο. Γιατί χρειάζεστε ένα σύστημα λέιζερ; Εξάλλου, απαιτεί ακριβή στόχευση και ο καιρός εδώ στη Γη δεν είναι πάντα ευχάριστος. Και όταν εμείς οι άνθρωποι είμαστε χαρούμενοι, τα λέιζερ εξακολουθούν να μην μας φέρνουν πολλή χαρά. Πάμε να δούμε.

Ναι, υπάρχει πραγματικά Διαδίκτυο στον ISS. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί από αστροναύτες, διανέμεται ακόμη και μέσω Wi-Fi επί του σκάφους. Αλλά αποδεικνύεται ότι δεν ήταν εκεί τόσο πολύ. Σύνολο από το 2010. Και σε ταχύτητες dial-up. Το πρόβλημα, λένε, δεν είναι η κακή σύνδεση, αλλά η τεράστια σχετική ταχύτητα του σταθμού. Τα δεδομένα δεν μπορούν να συμβαδίσουν. Εικόνες με γάτες πετούν στο διάστημα, αλλά οι αστροναύτες έχουν ήδη φύγει.

«Μπορείτε να καλέσετε από το ISS χρησιμοποιώντας δορυφορικό τηλέφωνο προς οπουδήποτε στη Γη. Το κύριο πράγμα είναι η διαθεσιμότητα ελεύθερου χρόνου και δορυφορικής επικοινωνίας. Δυστυχώς, αυτό δεν είναι πάντα δυνατό. Επίσης, μέσω αυτού του καναλιού επικοινωνίας (KU-band) μπορούμε να συνεργαστούμε με το Διαδίκτυο. Η ταχύτητα είναι αργή, αλλά μπορείτε να δείτε τις ειδήσεις. Για ευκολία, υπάρχει επίσης ένα πρόγραμμα email στο πλοίο. Πριν από την εκτόξευση, υποβάλλουμε λίστες με διευθύνσεις email από τις οποίες θα λαμβάνουμε αλληλογραφία κατά τη διάρκεια της πτήσης σε μια ειδική διεύθυνση της NASA. Οι λίστες μπορούν να προσαρμοστούν κατά τη διάρκεια μιας αποστολής. Αυτό το μήνυμα αποστέλλεται σε εμάς κατά τη διάρκεια του λεγόμενου συγχρονισμού, περίπου 3-4 φορές την ημέρα», σημείωσε ο Shkaplerov.
www.ria.ru 20/02/2012

Ραδιοεπικοινωνία

Είναι πραγματικά τόσο κακό με τις ραδιοεπικοινωνίες;
Οι πληροφορίες από το Voyager μεταδίδονται στη Γη από μια παραβολική κεραία με διάμετρο 3,65 μέτρων άκαμπτα συνδεδεμένη με το σώμα, η οποία πρέπει να είναι προσανατολισμένη ακριβώς προς τον πλανήτη. Δύο ραδιοπομποί με ισχύ 23 Watt ο καθένας στέλνουν σήματα μέσω αυτού σε συχνότητες 2295 MHz και 8418 MHz. Για αξιοπιστία, καθένα από αυτά είναι διπλό. Τα περισσότερα από τα δεδομένα μεταδίδονται στη Γη με ταχύτητα 160 bps - αυτή είναι μόνο τρεις έως τέσσερις φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα πληκτρολόγησης ενός επαγγελματία δακτυλογράφου και 300 φορές πιο αργή από ένα μόντεμ τηλεφώνου. Για τη λήψη του σήματος στη Γη, χρησιμοποιούνται κεραίες 34 μέτρων του δικτύου επικοινωνιών βαθέων διαστημάτων της NASA, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται οι μεγαλύτερες κεραίες 70 μέτρων και στη συνέχεια η ταχύτητα μπορεί να αυξηθεί στα 600 και ακόμη και στα 1400 bps. Καθώς ένας σταθμός απομακρύνεται, το σήμα του εξασθενεί, αλλά το πιο σημαντικό, η ισχύς των γεννητριών ραδιοϊσοτόπων που τροφοδοτούν τους πομπούς μειώνεται σταδιακά. Αναμένεται ότι ο σταθμός θα μπορεί να μεταδίδει επιστημονικά δεδομένα για τουλάχιστον άλλα 10 χρόνια, μετά τα οποία θα σταματήσουν οι επικοινωνίες μαζί του.
«Διαστημικές ραδιοφωνικές συνδέσεις

Το Mars Reconnaissance Orbiter, το οποίο εισήλθε στην τροχιά του Άρη στις 10 Μαρτίου 2006, μπορεί να υπερηφανεύεται για την υψηλότερη ταχύτητα μεταφοράς διαπλανητικών δεδομένων σήμερα. Είναι εξοπλισμένο με πομπό 100 watt με παραβολική κεραία τριών μέτρων και μπορεί να μεταδώσει πληροφορίες με ταχύτητες έως και 6 megabit ανά δευτερόλεπτο. Είναι ακόμα δύσκολο να παραδοθεί ένας μεγαλύτερος και πιο ισχυρός πομπός στον Άρη.
"Διαστημικές ραδιοφωνικές γραμμές" ("Aound the World", No. 10 (2805) | Οκτώβριος 2007)

Λέιζερ

Η μόνη διαφορά μεταξύ της ακτινοβολίας λέιζερ και της ραδιοακτινοβολίας είναι η συχνότητα. Συχνότητα φωτός - ~6*10^14Hz, λέιζερ 1,5 micron - 2*10^14Hz. Οι ραδιοπομποί στα διαστημόπλοια λειτουργούν σε συχνότητα πολλών GHz. Το Radio Ultra στη Μόσχα εκπέμπεται στα 100,5 MHz.
Η υψηλή συχνότητα και, κατά συνέπεια, το μικρό μήκος κύματος είναι και το δώρο και η κατάρα της ακτινοβολίας λέιζερ. Χρησιμοποιώντας την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αυτής της συχνότητας για επικοινωνία, μεταφέρουμε όλες τις ασθένειές της στο φορτίο - χαμηλή διεισδυτική ικανότητα, στενή εστίαση (αυτό, φυσικά, μπορεί να μην είναι ασθένεια εάν λυθεί το πρόβλημα της απόκρυψης του καναλιού επικοινωνίας) κ.λπ. Η δέσμη λέιζερ έχει σχήμα Gauss:

Εκείνοι. Όσο πιο μακριά από το έδαφος, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η περιοχή του σημείου λέιζερ και, κατά συνέπεια, τόσο μικρότερο μέρος των φωτονίων θα συμμετέχει στην πραγματική μετάδοση πληροφοριών. Εκείνοι. Ένα λέιζερ, ακόμη και αν ληφθεί υπόψη η απουσία εμποδίων στη διάδοση της ακτινοβολίας στο διάστημα, δεν θα γίνει ακόμα διαστρικό μέσο επικοινωνίας. Τι γίνεται με τα διαπλανητικά;

Η πρώτη επικοινωνία με λέιζερ στο διάστημα πραγματοποιήθηκε στις 21 Νοεμβρίου 2002. Ο ευρωπαϊκός δορυφόρος τηλεπισκόπησης της Γης SPOT 4, που βρίσκεται σε τροχιά σε υψόμετρο 832 χιλιομέτρων, δημιούργησε επαφή με το πειραματικό διαστημόπλοιο Artemis σε τροχιά σε υψόμετρο 31.000 χιλιομέτρων και μετέδωσε εικόνες της επιφάνειας της γης. Και πρόσφατα, το Εργαστήριο Λίνκολν στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), μαζί με τη NASA, άρχισαν να αναπτύσσουν ένα σύστημα λέιζερ για επικοινωνίες στο βάθος του διαστήματος. Το πρώτο δοκιμαστικό λέιζερ επικοινωνιών σχεδιάζεται να σταλεί στον Άρη το 2009. Αναμένεται ότι αυτός ο πομπός 5 watt θα παρέχει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων έως και 30 megabit ανά δευτερόλεπτο κατά την περίοδο της πλανητικής σύγκλισης.
"Διαστημικές ραδιοφωνικές γραμμές" ("Aound the World", No. 10 (2805) | Οκτώβριος 2007)
Πιο πρόσφατες ειδήσεις, ωστόσο, κάνουν λόγο για δοκιμή του καναλιού λέιζερ Mars-Earth το 2012.

Το σύστημα που αντάλλαξε δεδομένα με τη Γη από τον ΔΔΣ στο 2ο κατασκευάζεται από την JSC NPK SPP. Απλά λίγες πληροφορίες σχετικά με το σύστημα (είτε αυτό που βρίσκεται στο ISS, είτε παρόμοιο) μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπό τους. Επιτρέψτε μου να αντιγράψω αυτές τις πληροφορίες εδώ:

Διαδορυφορικά συστήματα μετάδοσης πληροφοριών λέιζερ με ταχύτητες έως 600 Mbit/s και εύρος από 1 έως 6 χιλιάδες km (γραμμές NKA-NKA) από 30 έως 46 χιλιάδες km (γραμμές NKA-GKA):

Τερματικό για τη διεξαγωγή διαστημικών πειραμάτων σε επικοινωνίες λέιζερ στη διαδρομή Board-Earth για το ISS:

Μήκος διαδρομής - έως 2000 km
Βάρος τερματικού με πλαίσιο μεταφοράς - 80 kg
Κατανάλωση ισχύος - 150 W
Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων - έως 600 Mbit/s
Μήκος κύματος πομπού - 1550 nm
Μήκος κύματος φάρου - 810 nm
Μοτίβο πομπού - 50 τόξο. δευτ
Ακρίβεια κατάδειξης - 10 τόξο. δευτ

Αυτό ολοκληρώνει την ομιλία μου. Συγγνώμη για τον μεγάλο όγκο αντιγραφής-επικόλλησης και συνδέσμων, ελπίζω οι πληροφορίες να είναι ενδιαφέρουσες. Κι όμως, είμαι εξοργισμένος: το GLONASS αναφέρεται ως ξεχωριστός κόμβος για εμάς, αλλά η αστροναυτική (όπως το καταλαβαίνω, αυτό είναι ένας μεγάλος όγκος κόμβων για οτιδήποτε έχει να κάνει με το διάστημα) είναι ένας κόμβος εκτός θέματος. Είναι ένα χάος, παιδιά. Θα άλλαζα θέση.