Представьте себе направление лазерного луча с расстояния в миллионы километров в пустом космосе прямо на Землю. Перед предложенной ЕКА миссией по соударению с астероидом (AIM) стоит задача: продемонстрировать возможности лазерной связи на огромных расстояниях.
Asteroid Impact Mission, проект которой точно уточняется до принятия окончательного решения о реализации миссии, которую Совет министров ЕКА возьмет на себя в декабре 2016 года, является миссией, задачей которой является демонстрация новых технологий в области связи в космосе. В то же время это будет первый в истории человечества зонд для изучения системы из двух астероидов.
Лазерная связь может позволить отправлять результаты зонда на Землю в несколько раз быстрее, чем при использовании стандартных радиосигналов.
«Оптическая связь еще недостаточно хорошо интегрирована в космические технологии, и Европейская система ретрансляции данных (EDRS) ЕКА станет первым практическим применением этой технологии», — объясняет инженер по оптике ЕКА Зоран Содник.
«В 2013 году наземная оптическая станция ЕКА на Тенерифе участвовала в двусторонней связи с лунным орбитальным аппаратом LADEE в 400 000 км от нас. Однако AIM придется работать на гораздо больших расстояниях: для этого зонда мы планируем максимальную дальность 75 миллион километров, т. е. половина расстояния от Земли до Солнца. Это может показаться огромным расстоянием, но если мы захотим однажды использовать эту технологию на Марсе, расстояния будут еще больше».
Лазерный луч, излучаемый установленным на борту АИМ лазерным телескопом диаметром 13,5 см, на таком расстоянии на Земле сформирует круг порядка 1100 км — это тоже вроде бы большой размер, но сравнимый луч радиоволн на таком расстоянии вблизи Земли имел бы пучок большего диаметра, чем диаметр Земли.
«Гораздо более высокая частота лазерного излучения дает нам гораздо лучшую направленность», — добавляет инженер-лазер ЕКА Клеменс Хиз.
«В то же время многие фотоны будут потеряны по пути, поэтому нам нужны передовые методы подсчета фотонов, которые позволят нам надежно обнаруживать сигнал с помощью наземного телескопа диаметром около 1 метра».
Для решения этих и других задач команда миссии AIM в этом месяце подписала контракты с компаниями, чтобы начать предварительную работу по разработке технологии строительства телескопов, созданию детекторной электроники и высокоточных систем наведения лазерного луча. Зонд AIM должен будет направлять сигнал с точностью, необходимой для передачи сигнала с Земли на объект диаметром с марсианский диск, видимый в нашем небе.
«При массе 39,3 кг лазерная система AIM будет самой большой частью полезной нагрузки зонда», — говорит Андрес Гальвес, курирующий программу фундаментальных исследований ЕКА.
«Мы собираемся получить максимальную отдачу от этой лазерной системы, используя ее также для исследований — лазер может быть отличным высотомером для измерения поверхности астероида».
За проектированием всей системы следит компания RUAG Space (Швейцария), которая основывает ее на современном семействе лазерных терминалов связи Optel, последний из которых предназначен для передачи данных с мини-спутников непосредственно на Землю.