Laser vejledning system, der vil hjælpe små satellitter til at sende data til Jorden

Den Nye platform laser vejledning, der er udviklet af Massachusetts Institute of technology, kan hjælpe de små satellitter til at spille high-speed data overførsel. I 1998 blev lanceret næsten 2.000 satellitter på størrelse med en skotøjsæske, også kendt som . På grund af sin miniature form og det faktum, at de kan samles fra færdige dele, Disse er langt billigere at bygge og drive end det traditionelle monstre, der koster hundredvis af millioner af dollars.

Disse ændrede principper for etablering af satellitter, fordi du kan køre dem i pakker for billige overvågning af store områder af Jordens overflade. Men da CubeSat udstyret med mere og mere avancerede værktøjer, en lille rumfartøj ikke har tid til effektivt at overføre store mængder data til Jorden på grund af restriktioner i kraft og størrelse.

CubeSat: lille messenger Jorden

Den Nye laser-guidede platform for CubeSat, er beskrevet i detaljer i tidsskriftet Optical Engineering, "cubitum" pass data ned, ved hjælp af færre on-Board-ressourcer ved meget højere hastigheder end det er muligt på nuværende tidspunkt. I stedet for at skulle sende flere billeder, hver gang, "cubsat" passerer gennem jorden station, satellitter vil have mulighed for at overføre tusinder af billeder i høj opløsning af hver span.

"for at få værdifulde oplysninger fra observation af Jorden, kan vi bruge en hyperspectral billede at tage billeder på flere bølgelængder af lys og generere terabytes af data, deres "cubitum" det er meget vanskeligt at passere," siger Kerry Kakha, associate Professor of Aeronautics and Astronautics på MIT. "Men med high-speed-system lasercom vi vil være i stand til at sende disse detaljerede billeder hurtigt nok. Og jeg tror, at denne evne vil gøre hele tilgang CubeSat, ved hjælp af et væld af satellitter i kredsløb, mere realistisk, så vi kan få en global og øjeblikkelig dækning."

uden for distribution

De Satellitter, som regel til at sende data til jorden ved hjælp af radio bølger; højere hastighed på linjer, der er forbundet med store jordbaserede antenner. Alle større satellit i det ydre rum kommunikerer i høj-frekvens radio, der gør det hurtigt at overføre store mængder af data. Men store satellitter, der kan tilpasse sig til store radiotracer og arrays, der understøtter high-speed transmission. "De blev lanceret," for lille og har begrænset adgang til frekvensbåndene, der understøtter højhastigheds-forbindelser.

"Små satellitter kan ikke bruge disse bands, fordi jeg har brug for at løse en masse af lovgivningsmæssige spørgsmål til beslutning, er dette som regel involveret de store spillere som store geostationære satellitter," siger Kakha.

Derudover, de sendere, der er nødvendige for high-speed data overførsel, kan du bruge mere energi end du har råd til at frigive små satellitter, der understøtter arbejdet i fyldet. Af denne grund, ingeniører har henvendt sig til lasere, som en alternativ form for kommunikation "cube-Sats", fordi lasere er meget mere kompakt og mere effektiv energi udgifter – de komprimere mere data i en omhyggeligt fokuseret bjælker.

Men, laser meddelelse, der er også problemer, da de bjælker, der er meget smallere end de stråler af radio bølger, der kræves langt mere nøjagtighed direkte bjælker til en modtager på jorden.

"Forestil dig selv stående på enden af en lang korridor og etablere tyk stråle ud fra en lommelygte for at et mål med bullseye i den anden ende," siger Kakha. "Jeg kan bevæge min arm og bom vil stadig ramt af halsen. Men hvis jeg tager en laser pointer, strålen kan nemt komme op med bullseye, hvis jeg laver et træk. Udfordringen er, hvordan at holde laser i bullseye selv hvis satellitten vil rock".

Demonstration af optisk kommunikation og sensorer, NASA bruger en laser kommunikation for CubeSat, der i sagens natur kan vippes og skubber hele satellit-for at tilpasse sin laserstråle med en jordstation. Men denne styring system kræver tid og ressourcer, og for at opnå højere data overførselshastighed, en mere kraftfuld laser, som kan, hvis det er nødvendigt, at bruge en stor del af satellittens strøm og generer meget varme om Bord.

Kakha og hendes team har besluttet at udvikle en præcis laser vejledning, der skal minimere den mængde energi og tid, der kræves for indberetning af data til jorden, og ville tillade brug af mindre kraftige lasere smalle, men for at opnå højere transmissionshastighed.

Holdet har udviklet en platform for laser-styret, lidt større end den "Rubik' s cube", som omfatter små og klar drevet MEMS spejl. Et spejl af, hvilken størrelse der er mindre end-tasten på tastaturet, der konverterer til en lille laser er beliggende i en vinkel, således at laseren kan bounce off spejle i rummet og til at gå ned til jorden modtager.

"Selv hvis hele satellit er lidt forskudt, kan det være korrigeret ved hjælp af dette spejl," siger en af holdets medlemmer. "Men MEMS spejle ikke give dig feedback på, hvor det er angivet. For eksempel, spejlet modregnes i dit system, dette kan forekomme på grund af nogle rystelser under opsendelsen. Hvordan kan vi løse dette, hvordan at finde ud af præcis, hvor vi angive?".

Som en løsning, forskere har udviklet en metode til kalibrering, som bestemmer, hvordan laseren er forskudt i forhold til formålet med sin ground station, ogkorrigerer automatisk vinkel på spejlene til præcist direkte laser til sin modtager.

Denne metode gør det muligt for yderligere laser farve, eller bølgelængde, i et optisk system. Således, i stedet for blot at passere et bundt af data, der sendes og den anden kalibrering stråle af en anden farve. Både stråle hoppe fra spejlet og kalibrering lys passerer gennem "dichroic beam splitter", et optisk element, der afbøjer et bestemt bølgelængde af lys, i dette tilfælde, den komplementære farve er fra fjernlys. Når resten af laser stråling, der går til en jordstation, der er udpeget stråle er rettet tilbage til on-Board kamera. Dette kamera kan også tage op af en laserstråle, eller beacon, direkte fra jorden stationer; det vil hjælpe satellit-for at lytte til den korrekte jorden målet.

Hvis fyret stråle og kalibrering stråle falder præcis på samme sted på detektoren side af kameraet, systemet er justeret, og forskerne kan være sikker på, at laseren er korrekt placeret i forhold til kommunikation med jorden station. Men hvis stråler falder ind i en anden del af detektor af kameraet, en særlig algoritme, leder af den integrerede MEMS spejl, så den kan vippes og kalibrering laserstråle er i overensstemmelse med punkt af beacon ground station.

"Det er som en kat-og-mus to punkter, der kommer ind i kameraet, skal du vippe spejl, så en prik dukkede op over de andre."

For at bekræfte nøjagtigheden af den metode, forskerne har udviklet et laboratorium, der står med en laser-peger platform og en laser signal i henhold til den type af beacon. Installationen var at simulere en situation, hvor satellitten flyver i en højde af 400 kilometer over jorden station og sender data over en 10-minutters session.

Forskere har fastlagt det nødvendige minimum, der peger nøjagtighed i milliradian på 0,65 — måling af vinkel-fejl er acceptable for deres design. I den sidste ende, kalibrerings metode gjorde det muligt for os at opnå en nøjagtighed på 0,05 milliradianer, som er langt mere præcis end der kræves af mission.

"Dette viser, at på sådan en lille platform, du kan installere et system med lave strømforbrug og smalle bjælker, og det vil være 10-100 gange mindre, end noget der nogensinde er blevet samlet som denne før," siger Kakha. "Den eneste ting, der ville være mere interessant lab resultater — at se, at det sker fra rummet. Det er, hvad der motiverer indførelsen af sådanne systemer og output dem der."

Enig, det er cool? Fortæl os i vores