9 ноября разработанный Лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института терминал лазерной связи стартовал к МКС. На станции прибор, получивший название ILLUMA-T (Integrated LCRD Low Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal), будет участвовать в демонстрации технологии лазерной связи для миссий, находящихся на низкой околоземной орбите. Команда проекта хочет доказать, что ILLUMA-T может обеспечить высокую скорость передачи данных с МКС на запущенный ранее спутник LCRD на геосинхронной орбите, а с него — на наземные станции на Земле, и наоборот.
Лазер как предчувствие
Радиоволны использовались с самого начала освоения космоса и до сих пор являются основным средством связи центров управления полетами с кораблями на орбите Земли (и далеко за ее пределами).
Однако по мере того, как космические миссии генерируют и собирают все больше данных, первостепенной стала потребность в передаче большого массива информации за приемлемое время. Радиосистема «Вояджера-1», например, от орбиты Юпитера передавала информацию со скоростью 115,2 килобита в секунду, а с орбиты Сатурна — всего 45.
МКС «общается» с Землей на значительно большей скорости. NASA обеспечивает связь со станцией через систему спутников TDRS (Tracking and Data Relay Satellites), находящихся на высокой орбите, и наземных станций Space Network. В 2019 году администрация в два раза увеличила скорость обмена данными — до 600 мегабит в секунду. Российский сегмент МКС с 2020 года использует собственную многофункциональную космическую систему ретрансляции «Луч», которая обеспечивает скорость до 105 мегабит в секунду.
Оптическая связь, как ожидается, увеличит пропускную способность в 10–100 раз по сравнению с радиочастотными системами. Кроме того, ее модули имеют меньшие размеры, вес, а также потребляют меньше энергии. Это значит, что их использование сделает космические запуски дешевле, а в аппаратах станет больше места для размещения научных инструментов. Меньшая потребляемая мощность означает меньший расход заряда батарей.
Однако, в отличие от радиочастотной связи, оптические сигналы не могут проникать сквозь облака. Чтобы избежать перебоев из-за погоды, упомянутый в начале спутник LCRD передает данные, полученные от других аппаратов, на две наземные станции: Столовую Гору в Калифорнии и Халеакале на Гавайях. Эти места были выбраны из-за минимальной облачности.
Передайте побыстрее
Лазерная связь использует невидимый инфракрасный свет для отправки и получения информации с более высокой скоростью передачи данных, предоставляя космическим аппаратам возможность отправлять больше данных на Землю за одну передачу.
В 2014 году аппарат Lunar Laser Communications Demonstration передавал с помощью лазера данные от миссии по исследованию спутника Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer. Эксперимент показал, что между Землей и Луной можно передавать данные на скорости до 622 мегабит в секунду, при этом космический аппарат весил меньше и потреблял меньше энергии, чем радиопередатчик. В том же году аппарат OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science) пытался установить лазерную связь между МКС, передавая на Землю видео. Однако из 26 попыток 18 оказались неудачными.
В 2022 году NASA запустила кубсат TBIRD — TeraByte InfraRed Delivery, — который в 2023 году поставил рекорд по скорости передачи данных с орбиты, составивший 200 гигабит в секунду.
LCRD, запущенный в декабре 2021 года, — это демонстратор технологий, который должен по-настоящему проложить путь для использования оптической связи будущими миссиями. Команды, которые решат использовать оптическую связь, потенциально смогут использовать LCRD в качестве ретранслятора. Одним из первых операционных пользователей LCRD и станет интегрированный низкоорбитальный пользовательский модем и терминал усилителя LCRD (ILLUMA-T), который разместят на МКС. Терминал будет получать научные данные в высоком разрешении от экспериментов и приборов на борту станции, а затем передаст их в LCRD, который в свою очередь отправит их на наземную станцию.
Но пока не запущен хотя бы один зонд-пользователь, LCRD практикуется в отправке тестовых данных на свои наземные станции и обратно. Они включают информацию о состоянии космического аппарата, данные слежения, телеметрии и команд и образец пользовательских данных, которые позволяют убедиться в правильной работе LCRD.
ILLUMA-T
Оптический модуль ILLUMA-T состоит из телескопа и двухосного подвеса, который позволяет отслеживать LCRD на геосинхронной орбите и наводиться на него. Сам оптический модуль сопоставим по размерам с микроволновой печью, а общий размер аппарата не превышает по габаритам бытовой холодильник. ILLUMA-T c помощью манипуляторов установят на японский сегмент МКС.
Как только ILLUMA-T передаст первый луч лазера на LCRD, начнется экспериментальное функционирование установки. Если эта фаза завершится успешно, ILLUMA-T может стать полноценной частью космической станции и существенно увеличить объем данных, которые NASA cможет отправлять на орбиту и получать обратно.
Лазерная связь может существенно облегчить жизнь ученым на Земле, по чьему заказу проводятся научно-технические исследования на борту МКС. При планируемой скорости 1,2 гигабита в секунду ILLUMA-T может передать объем данных, эквивалентный среднему фильму, менее чем за минуту.