Pe 30 ianuarie, satelitul Eutelsat 9B a fost lansat pe orbită. A devenit primul satelit echipat cu sistemul EDRS (European Data Relay System). Dorind să afle mai multe despre noua tehnologie, un corespondent Mediasat a mers la biroul dezvoltatorului modulului EDRS, Tesat, care se află în micul oraș german Backnang. Seful departamentului tehnologii laser Mathias Motsigemba ne-a făcut un tur al întreprinderii și a vorbit despre tehnologia de comunicare cu laser, care este încă puțin cunoscută în lume.

Cu sprijinul Agenției Spațiale Germane, Tesat a dezvoltat terminalul de comunicații cu laser (LCT), care oferă suport pentru transmisia de date de mare viteză între sateliții cu orbită terestră joasă (LEO) și Pământul geostaționar (GEO). Terminalul face posibilă transmiterea datelor cu o viteză de 1,8 Gbit/sec pe o distanță de până la 45.000 de kilometri. Aceste terminale LCT ar trebui să devină baza principalelor canale de transmisie a datelor din sistemul EDRS, care ar trebui să asigure transmisia de date între sateliții LEO și GEO.

Mathias Motsigemba: „Acum avem posibilitatea de a oferi servicii Calitate superioarăîntr-un mod aproape de timp real. Acest lucru face o diferență enormă! Satelitul LEO face o fotografie și o trimite către satelitul GEO, care la rândul său o trimite la sol prin frecvență radio. Un fascicul laser este o soluție excelentă în vid, cu toate acestea, în condiții atmosferice nu este cea mai bună cea mai buna alegere, deoarece norii pot provoca interferențe. Pentru pază semnal TV puteți utiliza rate mari de date și tehnologie optică rezistentă la interferențe în linia de alimentare. Apariția tehnologiei de comunicații cu laser poate fi comparată cu începutul utilizării fibrei optice în locul cuprului.”

Teleportul Sistemului de Observare a Pământului poate fi un serviciu străin care utilizează linii terestre nesecurizate.
Serviciu de transmisie optică a datelor (LEO la GEO și GEO la stația de transmisie terestră).
Stația de la sol poate fi amplasată în propria țară în raza vizuală a satelitului GEO.
S/C – suveranitatea activelor dumneavoastră informaționale.

Necesitatea dezvoltării acestei tehnologii a fost dictată de cererea tot mai mare de capacitate de transmisie a datelor pentru sateliții de supraveghere civili și militari, misiunile HALE. Ideea creării sistemului EDRS a fost propusă de Comisia Europeană, care este deja implicată în constelația de sateliti Sentinel, programul Copernicus. Următorul pas ar trebui să fie crearea canalelor de comunicații inter-sateliți. Eutelsat a oferit capacități pentru modulul de comunicare activat Satelitul Eutelsat 9B. După șapte ani de dezvoltare a LCT-urilor de prima și a doua generație, sistemul LCT a fost lansat pe Alphasat în iulie 2013. Sistemul LCT de pe satelitul Sentinel-1A a fost integrat cu succes în decembrie 2013. În decembrie 2014, satelitul Sentinel 1A a fost lansat și pus în funcțiune. În noiembrie 2014, Agenția Spațială Europeană și Tesat au susținut o prezentare comună în Trăi, timp în care o imagine aproape în timp real a fost trimisă de la radarul satelitului Sentinel-1A prin Alphasat pe o distanță de 41.700 de kilometri până la o stație terestră.

„Din punct de vedere tehnic, nu există nicio diferență între echipamentele de comunicații laser instalate pe Alphasat și echipamente similare pe Eutelsat 9B. Alphasat a demonstrat capabilități tehnice proiect, în timp ce sistemul EDRS de pe satelitul Eutelsat 9 B este un serviciu comercial oferit de Airbus Defence and Space. De obicei, un satelit de observare a Pământului are 10 minute pentru a contacta o stație terestră și 90 de minute pentru a orbita Pământul. Asta înseamnă că poți folosi doar 10% din activul spațial, iar în caz de urgență sau dezastru natural Se petrece prea mult timp așteptând contactul cu o stație de observare la sol. Acum, în timp ce observăm de nave maritime, de exemplu, puteți detecta o problemă în 15 minute" , spune Mathias Motsigemba.

Elementul cheie al liniei de produse este LCT-135 (telescop 135 mm) pentru legătura intersatelit GEO/LEO. Așa cum este cazul cu modelul anterior,LCT-125, dispozitivul integrează într-o singură unitate toate submodulele optice, mecanice și electrice ale terminalului, cum ar fi sistemul de distribuție a energiei, procesorul de bord, modulele de urmărire și achiziție de date și sistemul de procesare a datelor. Datele de la senzorii AOCS ai satelitului sunt transmise cu ușurință la LCT prin intermediul interfata standard– LIAU (Laser Interface Adaptation Unit).

Parametrii LCT:

• Autonomie – 45.000 km.
• Greutate: 53 kg.
• Rata de transfer de date (full duplex):
  pentru EDRS – 1,8 Gbit/s, pentru alte misiuni – 5,65 Gbit/s.
• Putere de transmisie: 2,2 W
• Consum maxim de energie: 160W
• Dimensiuni: 0,6 x 0,6 x 0,7 m.

Cercetarea activă a microundelor a început la mijlocul secolului al XX-lea. Fizicianul american Charles Townes a decis să mărească intensitatea fasciculului cu microunde. După ce a excitat moleculele de amoniac la niveluri ridicate de energie prin căldură sau stimulare electrică, omul de știință a trecut apoi un fascicul slab de microunde prin ele. Rezultatul a fost amplificator puternic radiația cu microunde, pe care Townes a numit-o „maser” în 1953. În 1958, Townes și Arthur Schawlow au făcut următorul pas: în loc să folosească cuptorul cu microunde, au încercat să amplifice lumina vizibilă. Pe baza acestor experimente, Maiman a creat primul laser în 1960.

Crearea laserului a făcut posibilă rezolvarea unei game largi de probleme care au contribuit la evoluții semnificative în știință și tehnologie. Ceea ce a făcut posibilă la sfârșitul secolului XX și începutul secolului XXI obținerea unor dezvoltări precum: fibre- linii optice comunicații, lasere medicale, prelucrare cu laser a materialelor (tratare termică, sudură, tăiere, gravare etc.), ghidare cu laser și desemnare a țintei, imprimante laser, cititoare de coduri de bare și multe altele. Toate aceste invenții au făcut viața mult mai ușoară, la fel ca viața. persoana normalași ne-a permis să dezvoltăm noi soluții tehnice.

Acest articol va răspunde la următoarele întrebări:

1) Ce este comunicarea laser fără fir? Cum s-a realizat?

2) Care sunt condițiile de utilizare a comunicațiilor laser în spațiu?

3) Ce echipament este necesar pentru implementarea comunicațiilor cu laser?

Definirea comunicației laser wireless, metode de implementare a acesteia.

Comunicare laser wireless - vizualizare comunicatii optice, folosind unde electromagnetice în domeniul optic (lumină) transmise prin atmosferă sau vid.

Comunicarea laser între două obiecte se realizează numai printr-o conexiune punct la punct. Tehnologia se bazează pe transmisia de date folosind radiații modulate în partea infraroșie a spectrului prin atmosferă. Emițătorul este o diodă laser semiconductoare puternică. Informația intră în modulul transceiver, în care este codificată cu diverse coduri rezistente la zgomot, modulate de un emițător optic laser și focalizate de sistemul optic al emițătorului într-un colimat îngust. raza laserși se transmite în atmosferă.

Pe partea de primire sistem optic concentrează semnalul optic pe o fotodiodă foarte sensibilă (sau fotodiodă de avalanșă), care transformă fasciculul optic într-un semnal electric. Mai mult, cu cât frecvența este mai mare (până la 1,5 GHz), cu atât mai mult volum informatiile transmise. Semnalul este apoi demodulat și convertit în semnale de interfață de ieșire.

Cea mai mare lungime de undă sisteme implementate variază între 700-950 nm sau 1550 nm, în funcție de aplicație dioda laser.

Din cele de mai sus rezultă că elementele cheie ale instrumentului pentru comunicarea cu laser sunt o diodă laser cu semiconductor și o fotodiodă foarte sensibilă (fotodiodă avalanșă). Să ne uităm puțin mai detaliat la principiul funcționării lor.

Dioda laser este un laser semiconductor construit pe baza unei diode. Lucrarea sa se bazează pe apariția inversării populației în regiune joncțiune p-n la injectarea purtătorilor de încărcare. Un exemplu de diodă laser modernă este oferit în Figura 1.

Fotodiodele de avalanșă sunt dispozitive semiconductoare foarte sensibile care transformă lumina într-un semnal electric datorită efectului fotoelectric. Ele pot fi considerate fotodetectoare care asigură amplificare internă prin efectul de multiplicare a avalanșei. CU punct functional Dintr-o perspectivă, sunt analogi în stare solidă ai fotomultiplicatorilor. Fotodiodele de avalanșă au o sensibilitate mai mare în comparație cu alte fotodetectoare cu semiconductor, ceea ce le permite să fie utilizate pentru înregistrarea puterilor luminoase scăzute (≲ 1 nW). Un exemplu de fotodiodă modernă pentru avalanșă este oferit în Figura 2.

Condiții de utilizare a comunicațiilor laser în spațiu.

Unul dintre direcții promițătoare dezvoltarea sistemelor comunicații spațiale, sunt sisteme bazate pe transmiterea de informații printr-un canal laser, deoarece aceste sisteme pot oferi un randament mai mare cu un consum mai mic de energie, dimensiunile per totalși greutatea echipamentului transceiver decât cele utilizate în acest moment sisteme de comunicații radio.

Potenţial, sistemele de comunicaţii laser spaţiale pot oferi excepţionale de mare viteză fluxul de informații – de la 10-100 Mbit/s la 1-10 Gbit/s și mai mult.

Cu toate acestea, există un număr probleme tehnice care trebuie rezolvate pentru a implementa canale de comunicare laser între nava spatiala(KA) și Pământ:

• este necesară o precizie ridicată a ghidării și urmăririi reciproce la distanțe de la jumătate de mie la zeci de mii de kilometri și atunci când transportatorii se deplasează la viteze cosmice.
• Principiile de primire și transmitere a informațiilor prin intermediul unui canal laser devin semnificativ mai complicate.
• Echipamentele opto-electronice devin din ce în ce mai complexe: optică de precizie, mecanică de precizie, lasere cu semiconductor și fibră, receptoare foarte sensibile.

Experimente privind implementarea comunicațiilor laser spațiale

Experimentele privind implementarea sistemelor de comunicații cu laser pentru transmiterea unor cantități mari de informații sunt efectuate atât de Rusia, cât și de Statele Unite ale Americii.

Sistem de comunicații cu laser RF (SLS)

În 2013, a fost efectuat primul experiment rusesc pentru a transmite informații folosind sisteme laser de pe Pământ către segmentul rusesc al Stației Spațiale Internaționale (RS ISS) și înapoi.

Experimentul spațial „SLS” a fost realizat cu scopul de a testa și demonstra Tehnologia rusăși echipament pentru recepția și transmiterea informațiilor printr-o linie de comunicație laser spațială.

Obiectivele experimentului sunt:

• testarea, în condiții de zbor spațial pe ISS RS, a principalelor soluții tehnologice și de proiectare încorporate în dotarea standard a sistemului de transmisie a informațiilor laser intersatelit;
• dezvoltarea tehnologiei de recepție și transmitere a informațiilor folosind o linie de comunicație laser;
• studiul posibilității și condițiilor de funcționare a liniilor de comunicație laser „la bordul navei spațiale – stația terestră” în diferite condiții atmosferice.

Experimentul este planificat să fie realizat în două etape.

În prima etapă, un sistem de recepție și transmitere a informațiilor circulă pe liniile „la bordul RS ISS-Earth” (3, 125, 622 Mbit/s) și „Earth-on-board RS ISS” (3 Mbit/s). s) este în curs de dezvoltare.

În a doua etapă, este planificată dezvoltarea unui sistem de ghidare de înaltă precizie și a unui sistem de transmitere a informațiilor de-a lungul liniei „la bordul satelitului ISS RS – releu”.

Sistemul de comunicare cu laser din prima etapă a experimentului SLS include două subsisteme principale:

• terminal de comunicații laser de bord (BTLS), instalat pe segmentul rus al Stației Spațiale Internaționale (Figura 3);
• terminal laser la sol (GLT) instalat la stația de observare optică Arkhyz din Caucazul de Nord (Figura 4).

Obiecte de studiu la etapa 1 a FE:

• echipament terminal de comunicații laser de bord (BTLN);
• echipamente terminale de comunicații laser la sol (GLT);
• canal de propagare a radiației atmosferice.

Figura 4. Terminal laser la sol: pavilion astro cu unitate optic-mecanică și telescop de aliniere

Sistem de comunicare cu laser (LCS) - etapa 2.

A doua etapă a experimentului va fi efectuată după finalizarea cu succes a primei etape și pregătirea unei nave spațiale specializate de tip „Luch” pe GEO cu un terminal la bord al sistemului de transmitere a informațiilor laser inter-sateliți. Din păcate, informații despre dacă a doua etapă a fost efectuată sau nu nu au putut fi găsite în sursele deschise. Poate că rezultatele experimentului au fost clasificate sau a doua etapă nu a fost niciodată efectuată. Schema de transfer de informații este prezentată în Figura 5.

Proiect OPALS SUA

Aproape simultan, agenția spațială americană NASA începe să implementeze sistemul laser OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science).

„OPALS reprezintă primul loc experimental pentru dezvoltarea tehnologiilor de comunicații spațiale cu laser, iar Stația Spațială Internațională va servi drept loc de testare pentru OPALS”, a declarat Michael Kokorowski, manager de proiect OPALS și membru al Laboratorului de propulsie cu reacție (JPL) al NASA. Jet Propulsion Laboratory, JPL), - „Laser viitor sisteme de comunicatii, care va fi dezvoltat pe baza tehnologiilor OPALS, va putea face schimb de volume mari de informatii, ceea ce va elimina blocaj, care în unele cazuri reține Cercetare științificăși întreprinderi comerciale”.

Sistemul OPALS este un container etanș care conține electronice, prin cablu optic asociat cu un dispozitiv de transmitere și recepție laser (Figura 6). Acest dispozitiv include un colimator laser și o cameră de urmărire montată pe o platformă în mișcare. Instalația OPALS va fi trimisă la ISS la bordul navei spațiale Dragon, care va fi lansată în spațiu în decembrie anul acesta. Odată livrate, containerul și transmițătorul vor fi instalate în afara stației și va începe un program de testare pe teren de 90 de zile pentru sistem.

Principiul de funcționare al OPALS:

De pe Pământ, specialiștii de la Laboratorul Telescopului de Comunicații Optice vor trimite un fascicul de lumină laser către stația spațială, care va acționa ca un far. Echipamentul sistemului OPALS, care a captat acest semnal, folosind unități speciale, își va îndrepta emițătorul către un telescop de la sol, care va servi drept receptor și va transmite un semnal de răspuns. Dacă nu există interferențe în calea fasciculelor de lumină laser canal de comunicare va fi instalat și va începe transmiterea informațiilor video și telemetrice, care pentru prima dată va dura aproximativ 100 de secunde.

European Data Relay System abreviat EDRS.

Sistemul European de Releu de Date (EDRS) este un proiect planificat de Agenția Spațială Europeană pentru a crea o constelație de sateliți geostaționari moderni care vor transfera informații între sateliți, nave spațiale, vehicule aeriene fără pilot (UAV) și stații terestre, furnizând mai rapid decât metode tradiționale viteza de transfer de date, chiar și în condiții de dezastre naturale și provocate de om.

EDRS va folosi tehnologie nouă comunicații laser Terminal de comunicații laser (LCT). Terminalul laser va permite transmiterea informațiilor la o viteză de 1,8 Gbit/s. Tehnologia LCT va permite sateliților EDRS să transmită și să primească aproximativ 50 de terabytes de date pe zi aproape în timp real.

Primul satelit de comunicații EDRS este programat să se lanseze pe orbită geostaționară la începutul anului 2016 de la Cosmodromul Baikonur pe un vehicul rusesc de lansare Proton. Odată ajuns pe orbita geosincronă deasupra Europei, satelitul va efectua legături de comunicații laser între cei patru sateliți Sentinel-1 și Sentinel-2 fără pilot, care operează ca parte a programului spațial de observare a Pământului Copernicus. aeronave, precum și stații terestre din Europa, Africa, America Latină, Orientul Mijlociu și coasta de nord-est a Statelor Unite.

Un al doilea satelit similar va fi lansat în 2017, iar lansarea unui al treilea satelit este planificată pentru 2020. Împreună, acești trei sateliți vor putea acoperi întreaga planetă cu comunicații laser.

Perspective pentru dezvoltarea comunicațiilor laser în spațiu.

Avantajele comunicației cu laser în comparație cu comunicațiile radio:

• transmiterea de informații pe distanțe mari
• viteză mare de transfer
• compactitatea și ușurința echipamentelor de transmisie a datelor
• eficienta energetica

Dezavantajele comunicării cu laser:

• necesitatea punctării precise a dispozitivelor de recepție și transmisie
• probleme atmosferice (înnorire, praf etc.)

Comunicarea cu laser face posibilă transmiterea datelor pe distanțe mult mai mari în raport cu comunicația radio, viteza de transmisie datorită concentrației mari de energie și multe altele frecventa inalta purtător (după ordine de mărime) este de asemenea mai mare. Eficiența energetică, greutatea redusă și compactitatea sunt, de asemenea, de câteva ori sau ordine de mărime mai bune. Dificultățile sub forma necesității unei ghidări precise a dispozitivelor de recepție și de transmisie pot fi rezolvate cu mijloace moderne. mijloace tehnice. În plus, dispozitivele de recepție de la sol pot fi amplasate în zone ale Pământului în care numărul de zile înnorate este minim.

Pe lângă problemele prezentate mai sus, mai există o problemă - divergența și atenuarea fasciculului laser la trecerea prin atmosferă. Problema se agravează mai ales când fasciculul trece prin straturi cu densități diferite. Când trece prin interfața dintre medii, un fascicul de lumină, inclusiv un fascicul laser, experimentează refracții deosebit de puternice, împrăștiere și atenuare. În acest caz, putem observa un fel de spot luminos rezultat tocmai din trecerea unei astfel de interfețe între medii. Există mai multe astfel de limite în atmosfera Pământului - la o altitudine de aproximativ 2 km (stratul atmosferic de vreme activă), la o altitudine de aproximativ 10 km și la o altitudine de aproximativ 80-100 km, adică deja la limita spațiului. . Înălțimile straturilor sunt date pentru latitudini medii vara. Pentru alte latitudini și alte anotimpuri, înălțimile și chiar numărul de interfețe dintre medii pot diferi foarte mult de cele descrise.

Astfel, la intrarea în atmosfera Pământului, un fascicul laser, care a parcurs cu calm milioane de kilometri fără pierderi (cu excepția poate o ușoară defocalizare), își pierde partea leului din puterea sa în câteva zeci de kilometri nefericite. Cu toate acestea, putem transforma acest fapt, rău la prima vedere, în avantajul nostru. Deoarece acest fapt ne permite să facem fără nicio țintire serioasă a fasciculului către receptor. Pentru că, ca atare receptor, sau mai degrabă un receptor primar, putem folosi tocmai aceste limite între straturi și media. Putem îndrepta telescopul spre punctul de lumină rezultat și putem citi informații din acesta. Desigur, acest lucru va crește semnificativ cantitatea de interferență și va reduce rata de transfer de date. Și va face totul imposibil în timpul zilei. Dar acest lucru va face posibilă reducerea costului navei spațiale prin economisirea sistemului de ghidare. Acest lucru este valabil mai ales pentru sateliții pe orbite non-staționare, precum și pentru navele spațiale pentru cercetarea în spațiul adânc.

În acest moment, dacă luăm în considerare conexiunea „Pământ - navă spațială și navă spațială - Pământ”, soluție optimă este sinergia comunicațiilor laser și radio. Este destul de convenabil și promițător să transmiteți date de la navă spațială pe Pământ folosind comunicații laser și de la Pământ la navă spațială folosind comunicații radio. Acest lucru se datorează faptului că modulul de recepție laser este un sistem destul de voluminos (cel mai adesea un telescop), care captează radiația laser și o convertește în semnale electrice, care sunt apoi amplificate folosind metode cunoscute și convertite în Informatii utile. Un astfel de sistem nu este ușor de instalat pe o navă spațială, deoarece cel mai adesea cerințele sunt compactitatea și greutatea redusă. În același timp, transmițătorul de semnal laser este mic ca dimensiune și greutate în comparație cu antenele pentru transmiterea semnalelor radio.

Sistemele de transmisie de date cu laser sunt concepute pentru a organiza unidirecțional și comunicare duplexîntre obiectele aflate în raza vizuală.
Free Space Optics - tehnologia FSO, care include comunicația optică atmosferică (AOLC) și canalul de comunicație optică fără fir (BOX) este o modalitate transmisie fără fir informații în partea de unde scurte a spectrului electromagnetic. Se bazează pe principiul transferului semnal digital prin atmosferă (sau spaţiu) prin modularea radiației (infraroșii sau vizibile) și detectarea ulterioară a acesteia de către un fotodetector optic.
Starea actuală a comunicațiilor optice fără fir face posibilă crearea unor canale de comunicație fiabile la distanțe de la 100 la 1500-2000 m în atmosferă și până la 100.000 km în spațiul cosmic, de exemplu, pentru comunicarea între sateliți. Fiind solutie alternativaÎn ceea ce privește fibra optică, liniile de transmisie a datelor optice atmosferice (AODL) vă permit să creați rapid un canal de comunicație optică fără fir.

1. Legătură de comunicație optică atmosferică

Dezvoltarea rapidă a pieței de telecomunicații necesită linii de transmisie de date de mare viteză. Cu toate acestea, așezarea fibrei optice necesită o investiție semnificativă și, în principiu, nu este întotdeauna posibilă.
O alternativă naturală în acest caz sunt liniile de comunicație fără fir cu microunde, dar problema este primire promptă permisele de frecvență limitează drastic perspectivele de utilizare a acestora, în special în orașele mari.
Altă cale comunicații fără fir sunt linii de comunicații optice (laser sau comunicații optice) care utilizează o topologie punct la punct sau un mod de acces punct la multipunct. Comunicarea optică se realizează prin transmiterea de informații folosind undele electromagnetice domeniul optic. Un exemplu de comunicare optică este transmiterea de mesaje folosite în trecut folosind focuri de tabără sau alfabet semafor. În anii 60 ai secolului XX au fost create lasere și a devenit posibilă construirea de sisteme optice de comunicații în bandă largă. Prima linie de comunicație atmosferică (ALC) din Moscova a apărut la sfârșitul anilor 60: a fost lansată linie telefonicaîntre clădirea Universității de Stat din Moscova de pe Dealurile Lenin și Piața Zubovskaya cu o lungime de peste 5 km. Calitate semnal transmis respectat pe deplin standardele. În aceiași ani, au fost efectuate experimente cu SLA la Leningrad, Gorki, Tbilisi și Erevan. În general, testele au avut succes, dar la acea vreme experții considerau că condițiile meteorologice nefavorabile făceau ca comunicarea cu laser să fie nesigură și era considerată nepromițătoare.
Utilizarea semnalelor cu modulație continuă (analogică), care era folosită în acei ani, a dus la atenuarea anormală a semnalului optic datorită influenței atmosferei.
Utilizarea modernă pe scară largă a SLA în multe țări din întreaga lume a început în 1998, când au fost create lasere semiconductoare ieftine cu o putere de 100 mW sau mai mult și utilizarea prelucrare digitală semnal a făcut posibilă evitarea atenuării anormale a semnalului și efectuarea retransmisie pachet de informații atunci când este detectată o eroare.
În același timp, a apărut nevoia de comunicații cu laser, deoarece acestea au început să se dezvolte rapid tehnologia de informație. Numărul de abonați care necesită furnizarea de servicii de telecomunicații precum Internet, telefonie IP, televiziune prin cablu Cu un numar mare canale, retele de calculatoare etc. Ca urmare, a apărut problema „ultimul mile” (conexiune canal de bandă largă conexiune la Utilizator final). Culcat nou rețele de cablu necesită investiții mari de capital, iar în unele cazuri, mai ales în zonele urbane dense, este foarte dificilă sau chiar imposibilă.
Soluția optimă la problema ultimei secțiuni este utilizarea liniilor de transmisie fără fir.
Avantajele liniilor de comunicații fără fir sunt evidente: sunt rentabile (nu este nevoie să săpați șanțuri pentru a pune cabluri și a închiria teren); costuri de operare reduse; înalt debitului si calitate comunicatii digitale; implementarea rapidă și schimbarea configurației rețelei; depasirea usoara a obstacolelor - cai ferate, rauri, munti etc.
Comunicațiile fără fir în spectrul radio sunt limitate de aglomerație și deficit gama de frecvente, secret insuficient, susceptibilitate la interferențe, inclusiv intenționate și de la canalele adiacente, consum crescut de energie. În plus, comunicațiile radio necesită aprobare îndelungată și înregistrare cu atribuirea de frecvențe de către Autoritatea de Stat de Supraveghere a Comunicațiilor din Federația Rusă, închiriere pentru canal și certificare obligatorie a echipamentelor radio de către Comisia de Stat pentru Frecvențe Radio. Utilizarea mijloacelor laser elimină această problemă dificilă. Acest lucru se datorează faptului că, în primul rând, frecvența radiațiilor de la sistemele de comunicație cu laser depășește intervalul în care este necesară coordonarea (în Rusia) și, în al doilea rând, lipsa posibilităților practice de detectare și identificare a acestora ca mijloace de schimb de informații. .
Proprietățile de bază ale sistemelor laser:
securitate aproape absolută a canalului împotriva accesului neautorizat și, în consecință, nivel inalt imunitate la zgomot și imunitate la zgomot datorită posibilității de a concentra întreaga energie a semnalului în unghiuri de fracțiuni de minute de arc (în laser sisteme spațiale comunicații) până la zeci de grade (sisteme de comunicații interioare complet accesibile);
înalt containere de informații canale (până la zeci de Gbit/s)
nu există întârzieri în transmiterea informațiilor (ping<1ms) как у радиолиний
absența semnelor de demascare pronunțate (în principal radiații electromagnetice colaterale) și posibilitatea de camuflaj suplimentar, care face posibilă ascunderea nu numai a informațiilor transmise, ci și a faptului însuși al schimbului de informații.
În plus, mulți experți notează siguranța biologică a acestor sisteme, deoarece densitatea medie a puterii radiației în sistemele laser pentru diverse scopuri este de aproximativ 3-6 ori mai mică decât iradierea creată de Soare, precum și simplitatea principiilor lor. construcție și exploatare, precum și costul relativ scăzut în comparație cu mijloacele tradiționale de transmitere a informațiilor într-un scop similar.
Proiecta:
Linia de comunicație cu laser constă din două stații identice instalate una față de cealaltă în cadrul liniei de vedere (Fig. 1).

Orez. 1. Design ALS

Structura tuturor stațiilor ALS este aproape aceeași: modul de interfață, modulator, laser, sistem optic transmițător, sistem optic receptor, demodulator și modul de interfață receptor. Emițătorul este un emițător bazat pe o diodă laser cu semiconductor în impulsuri (uneori un LED obișnuit). Receptorul în cele mai multe cazuri se bazează pe o fotodiodă cu pin de mare viteză sau pe o fotodiodă de avalanșă.
Fluxul de date transmis de la echipamentul utilizatorului merge la modulul de interfață și apoi la modulatorul emițătorului. Semnalul este apoi convertit de un laser de injecție extrem de eficient în radiație optică infraroșie, colimată de optică într-un fascicul îngust și transmis prin atmosferă către receptor. În punctul opus, radiația optică recepționată este focalizată de o lentilă de recepție pe locul unui fotodetector de mare viteză foarte sensibil (fotodiode de avalanșă sau pin), unde este detectată. După amplificare și procesare ulterioară, semnalul este trimis către interfața receptorului și de acolo către echipamentul utilizatorului. În mod similar, în modul duplex, fluxul de date de contor are loc simultan și independent.
Deoarece raza laser este transmisă între punctele de comunicare din atmosferă, distribuția sa este foarte dependentă de condițiile meteorologice, de prezența fumului, a prafului și a altor poluanți ai aerului. Cu toate acestea, în ciuda acestor probleme, comunicația laser atmosferică s-a dovedit a fi destul de fiabilă pe distanțe de câțiva kilometri și este deosebit de promițătoare pentru rezolvarea problemei „ultimul mile”.
Să luăm în considerare influența atmosferei asupra calității comunicațiilor wireless în infraroșu. Propagarea radiației laser în atmosferă este însoțită de o serie de fenomene de interacțiune liniară și neliniară a luminii cu mediul. Pe baza caracteristicilor pur calitative, aceste fenomene pot fi împărțite în trei grupuri principale:
1. absorbția (interacțiunea directă a unui fascicul de fotoni cu moleculele atmosferice);
2. împrăștiere prin aerosoli (praf, ploaie, zăpadă, ceață);
3. fluctuaţiile radiaţiilor datorate turbulenţelor atmosferice.

Comunicarea cu fascicul laser prin atmosferă a devenit acum o realitate. Asigură transmiterea unei cantități mari de informații cu fiabilitate ridicată pe distanțe de până la 5 km și rezolvă multe probleme dificile. Prin urmare, interesul pentru acest tip de comunicare a crescut recent.

¹Fluctuații (din latină fluctuatio - fluctuație), abateri aleatorii ale mărimilor fizice de la valorile lor medii.
²Sursa Internet: http://laseritc.ru/?id=93

2. Canal de comunicare optic fără fir

Canalul de comunicații optice fără fir (BOX) este un dispozitiv care transmite date prin atmosferă. Este conceput pentru a crea un canal de transmisie de date conform standardului Ethernet. BOXING constă din două transceiver identice (conducte optice) instalate pe ambele părți ale canalului de comunicație. Fiecare unitate constă dintr-un modul transceiver, un vizor, un cablu de interfață (5 m lungime), un sistem de ghidare, un suport, o sursă de alimentare și o unitate de acces.
Modulul transceiver include un transmițător de radiație optică foarte direcțională în domeniul IR (constând dintr-un LED semiconductor în infraroșu) și un receptor - un LED foarte sensibil. LED-urile funcționează la o lungime de undă de 0,87 microni. Câteva exemple de producători autohtoni de sisteme BOX și caracteristicile acestora sunt descrise în Tabelul 1.
Tabel 1. Dispozitive pentru crearea canalelor optice de comunicare

Nume dispozitiv	Producător	Standarde de semnal	Distanţă	Tip emițător	Preț, dolari
LAL2+	ITC, Novosibirsk	G.703, IEEE802.3	de la 1000 m la 5000 m	Laser	7030 9230
PODUL 100/500	Uzina de fabricare a instrumentelor din Ryazan	G.703, IEEE802.3, IEEE802.3u	1200-1400 m	Laser	4890
CUTIE-10M	"Catharsis"	IEEE802.3	500 m	Dioda electro luminiscenta	2450
CUTIE-10MPD	"Catharsis"	G.703, IEEE802.3	1000 m	Dioda electro luminiscenta	4344

Figura 2 arată clar BOX-10M.

Orez. 2. CUTIE-10M

Principiul de funcționare:
Să luăm în considerare procesul de transmitere a datelor folosind un canal optic (Fig. 3). Semnalul electric de la portul Ethernet se deplasează prin cablul de interfață către transmițător, unde LED-ul îl transformă în radiație IR, care trece prin separatorul de fascicul și este focalizată de lentilă într-un fascicul îngust. După ce a trecut prin atmosferă, o parte din radiație lovește lentila altui transceiver, este focalizată și trimisă la receptor printr-un divizor de fascicul. Receptorul convertește radiația IR într-un semnal electric, care este trimis printr-un cablu de interfață către portul Ethernet. Sursa de alimentare alimentează emițătorul, receptorul, unitatea de afișare și sistemul anti-aburire/prevenire a lentilei.

Orez. 3. Principiul general de funcționare al dispozitivului din familia BOX.

Fiabilitatea transmisiei se realizează în primul rând prin ghidare corectă și rezerve de energie. Cu o țintire corectă, rezerva de energie a sistemului ar trebui să fie de patru ori pentru modelele BOX-10ML și BOX-10M (cu alte cuvinte, acoperind 4/5 din lentilele obiectivului, avem un canal de încredere 100% pe vreme bună). Modelul BOX-10MPD are o rezervă de energie de 16 ori. În acest caz, disponibilitatea canalului pe tot parcursul anului va fi de 99,7-99,9%. Cu cât rezerva de energie a sistemului este mai mare, cu atât este mai mare fiabilitatea canalului, care în mod ideal ajunge la 99,99%.
În plus, funcționarea fiabilă a sistemului se datorează metodei de acces media CSMA/CD utilizată în rețelele Ethernet. Orice coliziune - înrăutățirea condițiilor meteorologice sau apariția unui obstacol de scurtă durată duce la retransmiterea pachetului la nivel fizic, dar chiar dacă se întâmplă ca coliziunea să nu fie auzită (acest lucru este posibil, de exemplu, în BOX- Modelele 10ML și BOX-10M datorită faptului că timpul de comutare de la recepție la transmisie este, desigur, egal cu 4 μs) și pachetul este pierdut, atunci protocoalele de nivel superior care funcționează cu garanție de livrare vor urmări acest incident. iar cererea va fi repetată.
O conexiune prin atmosferă nu oferă niciodată o garanție 100% a conexiunii, așa că este posibil ca, de exemplu, în condiții meteorologice nefavorabile (zăpadă abundentă, ceață foarte densă, ploaie abundentă etc.) canalul să nu funcționeze. Dar, în acest caz, încetarea comunicării va fi temporară, iar după ce condițiile se vor îmbunătăți, conexiunea va fi restabilită de la sine. Pentru a reduce probabilitatea pierderii comunicării din cauza condițiilor meteorologice, este necesar să instalați modele cu o distanță de operare mai mare, ceea ce crește energia fluxului luminos și, ca urmare, fiabilitatea sistemului în ansamblu.
O altă condiție pentru funcționarea fiabilă și stabilă a sistemului este coincidența centrului punctului geometric de iluminare al emițătorului cu centrul lentilei receptorului. Încărcările vântului, precum și vibrațiile mecanice și sezoniere ale suportului pot îndepărta sistemul din zona punctului de lumină, drept urmare conexiunea va dispărea. Întregul design al sistemelor și dimensiunea punctului de iluminare de la transmițător sunt coordonate astfel încât să fie redusă la minimum probabilitatea pierderii comunicării din motivele de mai sus. La îndreptare se rezolvă următoarea problemă geometrică: din punctul obținut în timpul punctării brute, este necesară mutarea sistemului în centrul geometric al spotului de iluminare din fluxul luminos al emițătorului, fixând în final sistemul de indicare în această poziție. Folosind un sistem standard de ghidare, această problemă este rezolvată în 35 de iterații.
Instalare:
Transceiverele pot fi instalate pe acoperiș sau pe suprafețele pereților. BOX-ul este montat pe un suport metalic, care vă permite să reglați unghiul de înclinare orizontal și vertical (Fig. 4). Transceiver-ul este conectat printr-o unitate de acces specială, categoria 5 (UTP) este utilizată de obicei ca cabluri de conectare. Pe partea canalului optic, unitatea de acces este conectată la transceiver printr-un cablu de interfață, care utilizează un cablu obișnuit cu pereche răsucită, echipat cu conectori speciali. Pe de altă parte, unitatea de acces se conectează la un computer sau dispozitiv de rețea (router sau switch).
Unitatea de acces și sursa de alimentare a transceiver-ului sunt întotdeauna instalate în interior una lângă alta. Acestea pot fi montate pe perete sau plasate în aceleași rafturi care sunt folosite pentru echipamentele LAN.
Pentru o funcționare fiabilă, trebuie luate în considerare următoarele recomandări:
clădirile trebuie să fie în raza de vizibilitate (fasciul nu trebuie să întâlnească obstacole opace de-a lungul întregului traseu);
este mai bine dacă dispozitivul este amplasat cât mai sus posibil deasupra solului și într-un loc greu accesibil;
la instalarea sistemului, ar trebui să evitați orientarea transceiver-urilor în direcția est-vest (această cerință specifică este explicată destul de simplu: razele soarelui la răsărit sau la apus pot bloca radiația pentru câteva minute, iar transmisia se va opri);
În apropierea punctului de montare nu ar trebui să existe motoare, compresoare etc., deoarece vibrațiile pot duce la deplasarea țevii și ruperea conexiunii.

Orez. 4. Diagrama sistemului de ghidare

Tipuri de conexiune:
Figura 5 prezintă tipurile posibile de conexiuni BOX.

Orez. 5. Tipuri de conexiuni BOX

În diverse surse există un număr mare de denumiri de echipamente pentru transmisia de date fără fir în intervalul de lungimi de undă în infraroșu. În străinătate, această clasă de sisteme este de obicei numită FSO - Free Space Optics în spațiul post-sovietic, există o serie de denumiri pentru sistemele de comunicații optice fără fir. Ca bază, ar trebui să luați abrevierea BOX - canal de comunicație optică fără fir, așa cum se reflectă în certificatul Sistemului de comunicare (CCS).

Fibre optice și comunicații cu laser

Încă din antichitate, lumina a fost folosită pentru a transmite mesaje. În China, Egipt și Grecia au folosit fum în timpul zilei și foc noaptea pentru a transmite semnale. Printre primele dovezi istorice ale comunicațiilor optice, putem aminti asediul Troiei. În tragedia sa „Agamemnon”, Eschil oferă o descriere detaliată a lanțului de lumini de semnalizare de pe vârfurile munților Ida și Antos. Masisto, Egiplanto și Araknea, precum și pe stâncile din Lemno și Kifara, pentru a transmite Argo-ului vestea cuceririi Troiei de către ahei.

În vremuri mai târzii, dar străvechi, împăratul roman Tiberius, pe când se afla în Capri, a folosit semnale luminoase pentru a comunica cu coasta.

În Capri se mai pot vedea ruinele vechiului „Faro” (lumină) lângă vila împăratului Tiberius de pe Muntele Tiberio.

În America de Nord, unul dintre primele sisteme de comunicații optice a fost instalat în urmă cu aproximativ 300 de ani în colonia Noua Franță (acum provincia Quebec din Canada). Guvernul regional, temându-se de posibilitatea unui atac al flotei engleze, a stabilit o serie de poziții de baliză în multe sate de-a lungul râului St. Lawrence. Au fost nu mai puțin de 13 puncte în acest lanț, care a început la Ile Verte, la aproximativ 200 km în aval de Quebec. De la începutul anilor 1700. în fiecare dintre aceste sate, în fiecare noapte a perioadei de navigație, era o santinelă a cărei sarcină era să observe semnalul trimis din sat în aval și să-l transmită mai departe. Cu un astfel de sistem, rapoartele despre atacul britanic din 1759 au ajuns în Quebec înainte de a fi prea târziu.

În 1790, un inginer francez, Claude Chappe, a inventat semaforele (telegraful optic), situate pe turnuri instalate unul la altul, care făceau posibilă trimiterea de mesaje de la un turn la altul. În 1880, Alexander Graham Bell (1847-1922) a primit un brevet pentru un „fotofon”, un dispozitiv care folosea lumina reflectată a soarelui pentru a transmite sunetul către un receptor. Lumina reflectată a fost modulată în intensitate de oscilațiile unei membrane reflectorizante plasate la capătul tubului în care vorbea Bell. Lumina a parcurs o distanță de aproximativ 200 m și a lovit o celulă de seleniu (fotodetector) conectată la telefon. Deși Bell a văzut fotofonul ca fiind cea mai importantă invenție a sa, utilizarea sa a fost limitată de condițiile meteorologice. Cu toate acestea, această circumstanță nu l-a împiedicat pe Bell să-i scrie tatălui său:

„Am auzit vorbire inteligibilă produsă de lumina soarelui!... Se poate imagina că această invenție are viitorul garantat!... Vom putea vorbi cu ajutorul luminii la orice distanță la vedere fără fire... În război condițiile unei astfel de comunicări nu pot fi întrerupte sau interceptate.”

Invenția laserului a stimulat un interes sporit pentru comunicațiile optice. Cu toate acestea, s-a demonstrat curând că atmosfera Pământului a distorsionat propagarea luminii laser în moduri nedorite. Au fost luate în considerare diverse sisteme, cum ar fi tuburile lentilelor de gaz și ghidurile de undă dielectrice, dar toate au fost abandonate la sfârșitul anilor 1960, când au fost dezvoltate fibre optice cu pierderi reduse.

Înțelegerea faptului că fibrele subțiri de sticlă pot conduce lumina prin reflexie internă totală a fost o idee veche care datează din secolul al XIX-lea. datorită fizicianului englez John Tyndall (1820-1893) și folosit în instrumente și iluminat. Cu toate acestea, în anii 1960. Chiar și cei mai buni ochelari au avut o mare atenuare a luminii transmise prin fibră, ceea ce a limitat foarte mult lungimea de propagare. La acea vreme, valoarea tipică de atenuare era de un decibel pe metru, ceea ce înseamnă că după o călătorie de 1 m puterea transmisă era redusă cu până la 80%. Prin urmare, numai propagarea de-a lungul unei fibre lungi de câteva zeci de metri a fost posibilă, iar singura aplicație a fost medicina, cum ar fi endoscoapele. În 1966, Charles Kao și George Hockham de la Standard Telecommunications Laboratory (Marea Britanie) au publicat o lucrare fundamentală care arăta că, dacă impuritățile din silice topită erau îndepărtate cu atenție și fibra era înconjurată de o placare cu un indice de refracție mai scăzut, atenuarea ar putea fi redusă la -20 dB/km. Aceasta înseamnă că, după parcurgerea unei lungimi de 1 km, puterea fasciculului este atenuată la o sutime din puterea de intrare. Deși aceasta este o valoare foarte mică, este acceptabilă pentru o serie de aplicații.

Așa cum se întâmplă adesea în astfel de situații, în Marea Britanie, Japonia și SUA au început eforturi intense pentru obținerea de fibre cu caracteristici îmbunătățite. Primul succes a fost obținut în 1970 de E. P. Capron, Donald Keck și Robert Mayer de la Corning Glass Company. Au produs fibre care au avut o pierdere de 20 dB/km la o lungime de undă de 6328 A° (lungimea de undă a unui laser He-Ne). În același an, I. Hayashi și colegii de muncă au raportat că o diodă laser funcționează la temperatura camerei.

În 1971, I. Jacobs a fost numit director al Laboratorului de Comunicații Digitale la AT&T Bell Laboratories (Holmdel, New Jersey, SUA) și a fost însărcinat cu dezvoltarea sistemelor de transfer de informații de mare viteză. Șefii săi, W. Danielson și R. Kompfner, au transferat o parte din personal într-un alt laborator, condus de S. Miller, pentru a „să țină cu ochii” la ceea ce se întâmplă în domeniul fibrelor optice. Trei ani mai târziu, Danielson și Kompfner l-au însărcinat pe Jacobs să formeze un grup de cercetare pentru a studia fezabilitatea comunicațiilor prin fibră. Era clar că cea mai economică aplicație inițială a sistemelor care foloseau lumină era în comunicarea centralelor telefonice din orașele mari. Apoi au fost folosite cabluri pentru aceasta, iar informațiile au fost transmise digital prin codificarea cu o serie de impulsuri. Fibrele, cu capacitatea lor de a transmite cantități enorme de informații, păreau un înlocuitor ideal pentru cablurile electrice. Birourile și centralele telefonice din orașele mari sunt situate la distanțe de câțiva kilometri unul de celălalt și chiar și în acel moment puteau fi conectate fără probleme, chiar folosind fibre cu pierderi relativ mari.

Deci, un experiment preliminar a fost făcut la mijlocul anului 1976 în Atlanta cu cabluri de fibră optică plasate în tuburi de cablu convenționale. Succesul inițial al acestor eforturi a dus la crearea unui sistem care lega două centrale telefonice din Chicago. Pe baza acestor rezultate inițiale, în toamna anului 1977, Bell Labs a decis să dezvolte un sistem optic pentru utilizare pe scară largă. În 1983, comunicarea a fost stabilită între Washington și Boston, deși aceasta a fost asociată cu multe dificultăți. Acest sistem de comunicații a funcționat la o viteză de transmisie de 90 Mbit/s. A folosit fibră multimodală la o lungime de undă de 825 nm.

Între timp, NTTC (compania japoneză de telegraf și telefonie) a reușit să tragă fibre cu pierderi de numai 0,5 dB/km la lungimi de undă de 1,3 și 1,5 μm, iar Laboratorul Lincoln MIT a demonstrat funcționarea unei diode laser InGaAsP capabile să funcționeze continuu în interval între 1,0 și 1,7 µm la temperatura camerei. Utilizarea fibrelor cu pierderi reduse de 1,3 microni a permis crearea unor sisteme mai avansate. Sistemele au fost construite cu un debit de 400 Mbit/s în Japonia și 560 Mbit/s în Europa. Sistemul european ar putea gestiona 8.000 de canale telefonice simultan. Peste 3,5 milioane de kilometri de fibră au fost produși în Statele Unite. Singura parte care mai folosește fir de cupru este legătura dintre casă și centrala telefonică. Această „ultimă milă”, așa cum a ajuns să fie numită, devine, de asemenea, punctul central al comunicațiilor prin fibră.

Primul cablu telegrafic transatlantic a intrat în funcțiune în 1858. Aproape o sută de ani mai târziu, în 1956, a fost pus primul cablu telefonic, numit TAT-1. În 1988, a început să funcționeze prima generație de cabluri transatlantice care utilizează fibre optice (au devenit cunoscute ca TAT-8). Ele operează la o lungime de undă de 1,3 microni și leagă Europa, America de Nord și Pacificul de Est. În 1991, a început instalarea celei de-a doua generații de comunicații prin fibră optică, TAT-9, care funcționează la 1,3 microni și leagă SUA și Canada cu Marea Britanie, Franța și Spania. O altă linie operează între SUA și Canada și Japonia.

Există o serie de alte linii de fibră optică în întreaga lume. De exemplu, legătura submarină optică dintre Anglia și Japonia acoperă 27.300 km în Oceanul Atlantic, Marea Mediterană, Marea Roșie, Oceanul Indian, Oceanul Pacific și are 120.000 de amplificatoare intermediare pe pereche de fibre. Prin comparație, primul cablu telefonic transatlantic din 1956 a folosit 36 ​​de convertoare, iar primul cablu optic de peste Oceanul Atlantic a folosit 80.000.

Astăzi, după 30 de ani de cercetări, fibrele optice și-au atins limitele fizice. Fibrele de cuarț pot transmite impulsuri în infraroșu la o lungime de undă de 1,5 microni cu o pierdere minimă de 5% pe kilometru. Aceste pierderi nu pot fi reduse datorită legilor fizice ale propagării luminii (legile lui Maxwell) și naturii fundamentale a sticlei.

Cu toate acestea, există un progres care ar putea îmbunătăți radical situația. Aceasta este capacitatea de a amplifica direct semnalele optice într-o fibră, adică fără a fi nevoie mai întâi să le extragă din fibre. Prin doparea materialului fibros cu impurități adecvate ale elementului, cum ar fi erbiul, și excitarea lor cu o lumină adecvată de pompă trecută prin fibra însăși, este posibil să se obțină o inversare a populației între două niveluri de erbiu cu o tranziție care corespunde exact la 1,5 μm. Rezultatul este că pulsul de lumină la acea lungime de undă poate fi amplificat pe măsură ce se propagă prin fibră. O bucată dintr-o astfel de fibră activă este plasată între cele două capete ale fibrelor prin care se propagă semnalul. Folosind un cuplaj optic, radiația pompei este, de asemenea, direcționată în această piesă. La ieșire, restul radiației pompei scapă, iar semnalul amplificat continuă să se propage în fibră. Folosind această abordare, amplificatoarele electronice intermediare pot fi eliminate. În sistemele de amplificatoare electronice mai vechi, lumina a ieșit din fibră, a fost detectată de un receptor fotoelectric, semnalul a fost amplificat și transformat în lumină care a continuat să se propagă în următoarea secțiune de fibră.

Din cartea Space Earth Connections and OZN-uri autor Dmitriev Alexey Nikolaevici

Din cartea Physical Chemistry: Lecture Notes autorul Berezovchuk A V

3. Prima lege a termodinamicii. Coeficienții calorici. Relaţia dintre funcţiile CP şi Cv Enunţuri ale primei legi a termodinamicii.1. Furnizarea totală de energie într-un sistem izolat rămâne constantă.2. Diferite forme de energie se transformă unele în altele în strict echivalente

Din cartea Revelații de Nikola Tesla de Tesla Nikola

Din cartea Secretele spațiului și timpului autor Komarov Victor

Din cartea Neutrino - particula fantomatică a unui atom de Isaac Asimov

Capitolul 4. Legătura dintre masă și energie Neconservarea masei Noua înțelegere a structurii atomului a consolidat încrederea fizicienilor că legile conservării se aplică nu numai lumii de zi cu zi din jurul nostru, ci și lumii vaste pe care astronomii studiu. Dar

Din cartea Astronomia Egiptului Antic autor Kurtik Ghenadi Evseevici

Observații despre Sirius și legătura sa cu calendarul. Observațiile lui Sirius au jucat un rol deosebit în istoria calendarului egiptean antic. Cele mai vechi dovezi ale acestora datează din timpul dinastiei I (începutul mileniului al III-lea î.Hr.). O tăbliță de fildeș care datează din această dată a supraviețuit.

Din cartea Evoluția fizicii autor Einstein Albert

Spectre optice Știm deja că toată materia constă din particule, al căror număr de varietăți este mic. Electronii au fost primele particule elementare de materie descoperite. Dar electronii sunt, de asemenea, cuante elementare de negativ

Din cartea NIKOLA TESLA. PRELEGII. ARTICOLE. de Tesla Nikola

II - RELAȚIA DINTRE IMPERMEABILITATE ȘI DENSITATE Razele X au indicat că cu cât densitatea unui corp este mai mare, cu atât este mai mare densitatea acestuia, impermeabilitatea unui corp la raze, ceea ce a fost confirmat de cercetările ulterioare. Această împrejurare importantă poate fi explicată în mod convingător de singurul și nici de altul

Din cartea Ce spune lumina autor Suvorov Serghei Georgievici

DEZVOLTAREA UNUI NOU PRINCIPIUL - OSCILATORUL ELECTRIC - PRODUCEREA MIȘCĂRILOR ELECTRICE COLOSALE - PĂMÂNTUL RĂSPUNDE OMULUI - COMUNICAREA INTERPLANETARĂ ESTE ACUM POSIBILĂ Am decis să-mi concentrez eforturile asupra acestei sarcini oarecum riscante, deși era promițătoare.

Din cartea Istoria laserului autor Bertolotti Mario

Convertoare electron-optice Să descriem pe scurt una dintre metodele de transformare a luminii infraroșii în lumină vizibilă, folosind așa-numitele convertoare electron-optice. 43 prezintă cea mai simplă diagramă a unui astfel de convertor. El este

Din cartea Perpetual Motion Machine - înainte și acum. De la utopie la știință, de la știință la utopie autor Brodiansky Viktor Mihailovici

Cititoare optice de informații în comerț În prezent, fiecare supermarket și majoritatea magazinelor folosesc un sistem universal de citire a codurilor. Sistemul laser citește codul scris pe marfă sub forma unui sistem de linii (cod de bare). Beneficiile acestui lucru

Din cartea Asteroid-Comet Hazard: Yesterday, Today, Tomorrow autor Shustov Boris Mihailovici

Din cartea The King's New Mind [Despre computere, gândire și legile fizicii] de Penrose Roger

2.3. Legături și diferențe între corpurile mici Uneori în marea carte a secretelor naturii reușesc să citesc ceva. W. Shakespeare. „Antony și Cleopatra” După cum sa menționat mai devreme, conform ipotezei general acceptate, cometele sunt rămășițe de materie protoplanetară care nu a fost inclusă în

4 octombrie 2012 la 15:54

Pentru prima dată, informațiile în bandă largă au fost transmise de la bordul ISS printr-un canal laser către o stație la sol

• tehnologii wireless,
• Standarde de comunicare

Pe 2 octombrie 2012, de pe segmentul rusesc al Stației Spațiale Internaționale, pentru prima dată, informațiile în bandă largă au fost transmise printr-un canal laser către o stație terestră

Ca parte a experimentului spațial (SES) pentru testarea echipamentelor și demonstrarea tehnologiei ruse pentru crearea sistemelor de transmisie a informațiilor cu laser spațial, desfășurat de JSC NPK SPP împreună cu JSC RSC Energia, a fost efectuată o sesiune de transmitere a informațiilor de la un terminal de comunicații instalat la bord. ISS RS , la terminalul laser al punctului de sol al stației de observare optică Arkhyz din Caucazul de Nord (filiala OJSC NPK SPP).
Informațiile cu un volum total de 2,8 Gigaocteți au fost transferate la o viteză de 125 Mbit/s.
Acest pas deschide calea către introducerea pe scară largă a liniilor de comunicație cu laser în tehnologia spațială rusă, care, cu parametrii de greutate și dimensiune mai mici ai echipamentelor de bord, poate oferi o viteză excepțional de mare a fluxului de informații (până la zeci de gigabiți pe secundă). ).
Știri de la Agenția Spațială Federală

Internet pe ISS

Hmm, m-am gândit, acolo (pe ISS) cu siguranță există deja Internet. Camerele web funcționează, astfel încât să vă puteți uita la televizor acasă în timp ce luați cina. De ce ai nevoie de un sistem laser? La urma urmei, necesită o țintire precisă, iar vremea aici pe Pământ nu este întotdeauna plăcută. Și când noi oamenii suntem fericiți, laserele încă nu ne aduc prea multă bucurie. Să mergem să ne uităm.

Da, chiar există Internet pe ISS. Poate fi folosit de astronauți, este chiar distribuit la bord prin Wi-Fi. Dar se pare că nu a fost acolo atât de mult. Total din 2010. Și la viteze de dial-up. Problema, spun ei, nu este cu o legătură proastă, ci cu viteza relativă enormă a stației. Datele nu pot ține pasul. Imaginile cu pisici zboară în spațiu, dar astronauții au plecat deja.

„Puteți suna de la bordul ISS folosind un telefon satelit către oriunde de pe Pământ. Principalul lucru este disponibilitatea timpului liber și a comunicațiilor prin satelit. Din păcate, acest lucru nu este întotdeauna posibil. Tot prin acest canal de comunicare (banda KU) putem lucra cu Internetul. Viteza este mică, dar puteți vedea știrile. Pentru confort, există și un program de e-mail la bord. Înainte de lansare, trimitem liste cu adrese de e-mail de la care vom primi corespondență în timpul zborului la o adresă specială NASA. Listele pot fi ajustate în timpul unei misiuni. Acest e-mail ne este trimis în timpul așa-numitei sincronizări, de aproximativ 3-4 ori pe zi”, a menționat Shkaplerov.
www.ria.ru 20.02.2012

Comunicare radio

Este chiar atât de rău cu comunicațiile radio?
Informațiile de la Voyager sunt transmise pe Pământ printr-o antenă parabolică cu un diametru de 3,65 metri atașată rigid de corp, care trebuie să fie orientată exact spre planeta natală. Două transmițătoare radio cu o putere de 23 de wați fiecare trimit semnale prin el la frecvențe de 2295 MHz și 8418 MHz. Pentru fiabilitate, fiecare dintre ele este duplicat. Majoritatea datelor sunt transmise pe Pământ cu o viteză de 160 bps - aceasta este doar de trei până la patru ori mai rapidă decât viteza de tastare a unui dactilograf profesionist și de 300 de ori mai lentă decât un modem telefonic. Pentru a recepționa semnalul pe Pământ, se folosesc antene de 34 de metri ale rețelei de comunicații în spațiul profund a NASA, dar în unele cazuri sunt folosite cele mai mari antene de 70 de metri, iar apoi viteza poate fi mărită la 600 și chiar 1400 bps. Pe măsură ce o stație se îndepărtează, semnalul ei slăbește, dar mai important, puterea generatoarelor de radioizotopi care alimentează emițătoarele scade treptat. Este de așteptat ca stația să poată transmite date științifice pentru cel puțin încă 10 ani, după care comunicațiile cu aceasta vor înceta.
„Legături radio spațiale

Mars Reconnaissance Orbiter, care a intrat pe orbita lui Marte pe 10 martie 2006, se poate lăuda cu cea mai mare viteză de transfer de date interplanetare. Este echipat cu un transmițător de 100 de wați cu o antenă parabolică de trei metri și poate transmite informații la viteze de până la 6 megabiți pe secundă. Este încă dificil să livrezi un transmițător mai mare și mai puternic pe Marte.
„Linii radio spațiale” („În jurul lumii”, nr. 10 (2805) | octombrie 2007)

Lasere

Singura diferență dintre radiația laser și radiația radio este frecvența. Frecvența luminii - ~6*10^14Hz, laser de 1,5 microni - 2*10^14Hz. Emițătoarele radio de pe navele spațiale funcționează la o frecvență de câțiva GHz. Radio Ultra din Moscova a transmis pe 100,5 MHz.
Frecvența înaltă și, în consecință, lungimea de undă scurtă sunt atât darul, cât și blestemul radiației laser. Folosind radiația electromagnetică de această frecvență pentru comunicare, introducem toate bolile sale în sarcină - capacitate de penetrare scăzută, focalizare îngustă (aceasta, desigur, poate să nu fie o boală dacă se rezolvă problema de a ascunde canalul de comunicare) etc. Raza laser are o formă gaussiană:

Acestea. Cu cât mai departe de sol, cu atât aria spotului laser va fi mai mare și, în consecință, partea mai mică a fotonilor va lua parte la transmiterea efectivă a informațiilor. Acestea. Un laser, chiar și ținând cont de absența obstacolelor în calea propagării radiațiilor în spațiu, tot nu va deveni un mijloc de comunicare interstelar. Dar interplanetar?

Prima comunicare cu laser în spațiu a fost realizată pe 21 noiembrie 2002. Satelitul european de teledetecție a Pământului SPOT 4, situat pe o orbită la o altitudine de 832 de kilometri, a stabilit contactul cu sonda experimentală Artemis, care orbitează la o altitudine de 31.000 de kilometri și a transmis imagini ale suprafeței pământului. Și recent, Lincoln Laboratory de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), împreună cu NASA, a început să dezvolte un sistem laser pentru comunicațiile în spațiul profund. Primul laser de testare pentru comunicații este planificat să fie trimis pe Marte în 2009. Este de așteptat ca acest transmițător de 5 wați să ofere rate de transfer de date de până la 30 de megabiți pe secundă în perioada de convergență planetară.
„Linii radio spațiale” („În jurul lumii”, nr. 10 (2805) | octombrie 2007)
Știrile mai recente, totuși, vorbesc despre testarea canalului laser Marte-Pământ în 2012.

Sistemul care a făcut schimb de date cu Pământul de la ISS pe data de 2 este construit de JSC NPK SPP. Doar câteva informații despre sistem (fie cel de la bordul ISS, fie unul similar) pot fi găsite pe site-ul lor. Permiteți-mi să dublez aceste informații aici:

Sisteme de transmitere a informațiilor laser inter-sateliți cu viteze de până la 600 Mbit/s și interval de la 1 la 6 mii km (linii NKA-NKA) de la 30 la 46 mii km (linii NKA-GKA):

Terminal pentru efectuarea de experimente spațiale privind comunicațiile laser pe ruta Board-Earth pentru ISS:

Lungimea traseului - până la 2000 km
Greutatea terminalului cu cadru de transport - 80 kg
Consum de energie - 150 W
Viteza de transfer de date - până la 600 Mbit/s
Lungime de undă emițător - 1550 nm
Lungimea de undă a farului - 810 nm
Modelul emițătorului - 50 arc. sec
Precizie de punctare - 10 arc. sec

Aceasta îmi încheie discursul. Scuze pentru cantitatea mare de copy-paste și link-uri, sper că informațiile sunt interesante. Și totuși, sunt revoltat: GLONASS este listat ca un hub separat pentru noi, dar astronautica (după cum am înțeles, aceasta este un astfel de amestec de hub-uri pentru tot ceea ce are de-a face cu spațiul) este un hub offtopic. Este o mizerie, băieți. As schimba locurile.