Одним из активно развиваемых направлений использования лазерной связи являются системы космической связи. Оптические каналы позволяют обеспечить большую пропускную способность, а достижимая скорость передачи данных 10 Гбит/с и выше. При этом оборудование является небольшим, легким и энергоэкономичным.
Беспроводная лазерная связь – это технология, использующая в качестве несущей электромагнитные волны оптического диапазона. Принцип работы основывается на передаче данных модулированным излучением в инфракрасной части спектра. В качестве передатчика выступает мощный полупроводниковый лазерный диод. Данные в приемопередатчике кодируются различными помехоустойчивыми кодами, модулируются лазерным излучателем, фокусируются оптической системой в узкий компилированный луч и передаются в атмосферу. Приемник фокусирует оптический сигнал на лавинном фотодиоде, который преобразует оптический пучок в электрический сигнал, демодулируется и преобразуется в сигналы выходного интерфейса. Причем объем передаваемой информации зависит от частоты- чем она выше (до 1,5 ГГц), тем больше информации можно передать.
В настоящий момент существует ряд факторов, не позволяющих использовать лазеры для связи между спутниками и Землей, в том числе сложность точного наведения на больших расстояниях. В связи с этим усложняется оборудование и принципы приема-передачи сигнала. Однако, несмотря на это, эксперименты по осуществлению космической лазерной связи ведутся во многих странах мира.
Российская система лазерной связи (СЛС)
В России первая передача данных с помощью оптических систем состоялась еще в 2011 году. Эксперимент был проведен в рамках программы отработки технологии приема-передачи информации по космическим лазерным каналам связи между Землей и МКС. Были протестированы конструктивные решения для межспутниковой лазерной системы, а также исследованы возможности и условия работоспособности линий лазерной связи Земля-космический аппарат (КА) в различных атмосферных условиях. Было проведено более 100 сеансов связи. В системе была достигнута скорость передачи данных 600 Мбит/с (75 Мбайт/с).
Во втором эксперименте, который пройдет в 2022 году, планируется достичь скорости порядка 10 Гбит/с в канале Земля-МКС, и 1.2 Гбит/с – в канале между МКС и спутником связи.
Проекты лазерных коммуникаций NASA
В 2014 году на МКС прошла тестирование система оптической связи OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science). Специалисты провели 18 успешных сеансов связи, в которых была достигнута скорость 50 Мбит/с. Было протестировано влияние различных атмосферных явлений на качество связи, отработаны методы обработки искаженных данных, а также прошла апробацию схема установки оборудования.
В настоящий момент NASA ведет работу над проектом демонстрации ретранслятора лазерной связи (LCRD). С помощью ретранслятора планируется организовать двунаправленную связь между спутниками и наземными станциями. После успешной демонстрации технология будет передана в промышленное производство. Эксперимент запланирован на 2021 год, стоимость проекта $310.5 млн.
Европейская система передачи данных (EDRS)
ESA разрабатывает проект по созданию высокоскоростной системы оптической связи в космосе более 15 лет. Сеть EDRS будет состоять из, как минимум, одного специализированного спутника и системы лазерных терминалов, расположенных на других коммерческих спутниках связи. Высокоскоростная оптическая связь свяжет спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с аппаратами на геостационарной орбите, которые будут получать снимки и передавать их на Землю практически в режиме онлайн по традиционным радиоканалам в Ка-диапазоне. Скорость передачи данных между спутниками составит 1,8 Гбит/с.
Первый лазерный терминал EDRS-А был размещен на геостационарном спутнике Eutelsat 9B. Помимо всего, EDRS-А предназначен для связи с МКС и начнет выполнять данную функцию после установки приёмопередатчика в модуле Колумбус.
В мае 2020 года ESA объявило о том, что лазерный терминал EDRS-C – второй узел системы – прошел проверку и готов ко вводу в эксплуатацию. Спутник , на котором установлено оборудование для лазерной связи, совмещает в себе коммерческую нагрузку и оптические терминалы.
