लेजर मार्गदर्शन प्रणाली में मदद मिलेगी छोटे उपग्रहों के लिए डाटा संचारित करने के लिए पृथ्वी

नया मंच लेजर मार्गदर्शन द्वारा विकसित प्रौद्योगिकी के मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट मदद कर सकता है, छोटे उपग्रहों खेलने के लिए उच्च गति डेटा संचरण । 1998 में शुरू किया गया था लगभग 2,000 उपग्रहों एक shoebox के आकार, के रूप में जाना जाता है . इसकी वजह से छोटे आकार का फार्म और तथ्य यह है कि वे इकट्ठा किया जा सकता से समाप्त भागों में, इन बहुत सस्ता कर रहे हैं का निर्माण करने के लिए और चलाने के लिए की तुलना में पारंपरिक राक्षसों है कि लागत में करोड़ों डॉलर के सैकड़ों है.

ये बदल सिद्धांतों की स्थापना के लिए उपग्रहों, क्योंकि आप कर सकते हैं उन्हें चलाने के पैक में सस्ते के लिए निगरानी के बड़े क्षेत्रों में पृथ्वी की सतह की. लेकिन जब से क्यूबसैट के साथ सुसज्जित और अधिक उन्नत उपकरण, एक छोटे अंतरिक्ष यान के लिए समय नहीं है कुशलता से डेटा की बड़ी मात्रा हस्तांतरण करने के लिए पृथ्वी के कारण प्रतिबंध में शक्ति और आकार का है.

क्यूबसैट: छोटे दूत पृथ्वी

नई लेजर-निर्देशित मंच के लिए क्यूबसैट है, विस्तार से वर्णित जर्नल में ऑप्टिकल इंजीनियरिंग, "cubitum पास" डेटा का उपयोग कर, कम पर बोर्ड संसाधनों में बहुत अधिक गति से संभव है वर्तमान में है । होने के बजाय भेजने के लिए कई छवियों, हर समय "cubsat" गुजरता के माध्यम से जमीन स्टेशन, उपग्रहों का अवसर होगा हस्तांतरण करने के लिए हजारों की उच्च संकल्प छवियों के साथ हर काल में.

"प्राप्त करने के लिए बहुमूल्य जानकारी से पृथ्वी अवलोकन, हम का उपयोग कर सकते हैं एक हाइपरस्पेक्ट्रल छवि है कि तस्वीरें लेने में एकाधिक तरंग दैर्ध्य के प्रकाश और उत्पन्न डेटा के terabytes, "cubitum" यह बहुत मुश्किल है पारित करने के लिए कहते हैं," केरी Kakha, एसोसिएट प्रोफेसर एयरोनॉटिक्स और Astronautics के एमआईटी में है । "लेकिन उच्च गति के साथ प्रणाली lasercom हम भेजने में सक्षम हो जाएगा इन विस्तृत चित्र तेजी से पर्याप्त है । और मुझे लगता है कि इस क्षमता कर देगा पूरे दृष्टिकोण क्यूबसैट, का उपयोग कर के एक भीड़ कक्षा में उपग्रहों, और अधिक यथार्थवादी, इसलिए है कि हम प्राप्त कर सकते हैं एक वैश्विक और तत्काल कवरेज."

बाहर का वितरण

उपग्रहों आमतौर पर डाटा संचारित करने के लिए पृथ्वी रेडियो तरंगों का उपयोग; उच्च गति लाइनों के साथ जुड़े बड़े भूमि आधारित एंटेना. हर प्रमुख उपग्रह बाह्य अंतरिक्ष में संचार में उच्च आवृत्ति रेडियो की अनुमति देता है कि यह करने के लिए जल्दी से डेटा की बड़ी मात्रा हस्तांतरण. लेकिन बड़े उपग्रहों को अनुकूलित कर सकते हैं बड़ी radiotracer और सरणियों का समर्थन है जो उच्च-गति संचरण. "वे थे शुरू किया" बहुत छोटे और सीमित उपयोग किया है करने के लिए आवृत्ति बैंड है कि समर्थन उच्च गति कनेक्शन है.

"छोटे उपग्रहों का उपयोग नहीं कर सकते इन बैंड है, क्योंकि मैं करने के लिए की जरूरत के एक बहुत हल विनियामक मुद्दों का समाधान करने के लिए, यह आम तौर पर शामिल बड़े खिलाड़ियों की तरह बड़ा भू-स्थिर उपग्रहों," कहते हैं Kakha.

इसके अलावा, आवश्यक ट्रांसमीटरों के लिए उच्च गति डेटा संचरण का उपयोग कर सकते हैं और अधिक ऊर्जा की तुलना में आप खर्च कर सकते हैं जारी करने के लिए छोटे उपग्रहों का समर्थन है कि काम को भरने के. इस कारण के लिए, इंजीनियरों के लिए बदल गया है लेज़रों के रूप में एक विकल्प के रूप में संचार के लिए "घन-Sats", क्योंकि लेज़रों कर रहे हैं और अधिक कॉम्पैक्ट और अधिक कुशल ऊर्जा के क्षेत्र में व्यय – वे सेक और अधिक डेटा में एक ध्यान केंद्रित मुस्कराते हुए.

हालांकि, लेजर संचार, वहाँ भी कर रहे हैं समस्या: के बाद से मुस्कराते हुए कर रहे हैं तुलना में काफी संकरा मुस्कराते हुए रेडियो तरंगों के लिए आवश्यक बहुत अधिक सटीकता के लिए प्रत्यक्ष मुस्कराते हुए एक रिसीवर के लिए पृथ्वी पर.

"अपने आप कल्पना पर खड़े एक लंबे गलियारे के अंत और स्थापित मोटी बीम तरह से करने के लिए एक टॉर्च के साथ एक लक्ष्य बुल्सआई दूसरे छोर पर," कहते हैं Kakha. "मैं कर सकते हैं मेरे हाथ बढ़ने और किरण अभी भी मारा कंठ है । लेकिन अगर मैं एक लेजर सूचक, बीम आसानी से आ सकते हैं के साथ बुल्सआई अगर मैं एक चाल बनाने के लिए है । चुनौती है कि कैसे रखने के लिए लेजर में बुल्सआई यहां तक कि अगर उपग्रह पत्थर होगा".

प्रदर्शन के ऑप्टिकल संचार और सेंसर, नासा का उपयोग करता है एक लेजर संचार प्रणाली के लिए क्यूबसैट, जो स्वाभाविक रूप से झुक जाता है और धक्का पूरे उपग्रह संरेखित करने के लिए अपने लेजर बीम के साथ एक जमीन स्टेशन है । लेकिन इस स्टीयरिंग प्रणाली की आवश्यकता है समय और संसाधनों, और प्राप्त करने के लिए उच्च डेटा संचरण की गति, एक अधिक शक्तिशाली लेजर, जो कर सकते हैं, यदि आवश्यक हो तो, उपयोग के एक बड़े हिस्से उपग्रह की शक्ति और उत्पन्न एक महत्वपूर्ण राशि गर्मी के बोर्ड पर है.

Kakha और उसकी टीम को विकसित करने का फैसला एक सही लेजर मार्गदर्शन, जो कम से कम ऊर्जा की मात्रा और समय के लिए आवश्यक डेटा संचरण के लिए, और पृथ्वी की अनुमति होगी के उपयोग कम शक्तिशाली लेज़रों संकीर्ण है, लेकिन प्राप्त करने के लिए उच्च संचरण की दर.

टीम विकसित किया गया है के लिए एक मंच लेजर निर्देशित, की तुलना में थोड़ा बड़ा "Rubik है घन" भी शामिल है, जो छोटे और तैयार संचालित एमईएमएस दर्पण है । एक दर्पण है, जो के आकार की तुलना में कम है कुंजी कुंजीपटल पर है कि धर्मान्तरित करने के लिए एक छोटे से लेजर एक कोण पर स्थित है इतना है कि लेजर बंद उछाल कर सकते हैं दर्पण अंतरिक्ष में और नीचे जाने के लिए जमीन के लिए रिसीवर.

"यहां तक कि अगर पूरे उपग्रह है, थोड़ा स्थानांतरित कर दिया, यह सही किया जा सकता है की मदद के साथ इस दर्पण कहते हैं," एक टीम के सदस्य हैं । "लेकिन एमईएमएस दर्पण नहीं आप प्रतिक्रिया देने के लिए जहां पर संकेत दिया है । उदाहरण के लिए, दर्पण में ऑफसेट अपने सिस्टम, यह कारण हो सकता है कुछ करने के लिए कंपन के दौरान लॉन्च किया गया । हम कैसे इसे ठीक कैसे पता लगाने के लिए वास्तव में, जहां हम निर्दिष्ट?".

एक समाधान के रूप में, वैज्ञानिकों ने विकसित की एक विधि अंशांकन, जो निर्धारित करता है कि कैसे लेजर सापेक्ष ऑफसेट के उद्देश्य के लिए अपनी जमीन स्टेशन, औरस्वचालित रूप से ठीक हो जाती है । दर्पण के कोण को सही करने के लिए प्रत्यक्ष लेजर करने के लिए अपने रिसीवर के साथ.

इस विधि में सक्षम बनाता है अतिरिक्त लेजर रंग, या तरंग दैर्ध्य में, एक ऑप्टिकल प्रणाली है । इस प्रकार, के बजाय सिर्फ एक बंडल के डेटा भेजा और दूसरी अंशांकन बीम के एक अलग रंग है । दोनों किरण उछाल के दर्पण और अंशांकन प्रकाश के माध्यम से गुजरता है "dichroic बीम फाड़नेवाला", एक ऑप्टिकल तत्व है कि deflects एक निश्चित तरंगदैर्ध्य के प्रकाश — इस मामले में, पूरक रंग से मुख्य बीम. जब बाकी के लेजर विकिरण के लिए चला जाता है एक जमीन स्टेशन के लिए, निर्दिष्ट बीम निर्देशित है वापस करने के लिए पर बोर्ड कैमरा. इस कैमरे भी ले जा सकते हैं ऊपर की ओर की एक लेजर बीम, या बीकन से सीधे, जमीन स्टेशनों; यह मदद मिलेगी उपग्रह करने के लिए धुन करने के लिए सही जमीन लक्ष्य है.

यदि प्रकाशस्तंभ बीम और अंशांकन बीम गिरावट में वास्तव में एक ही जगह पर डिटेक्टर कैमरे के पक्ष में, प्रणाली गठबंधन है, और शोधकर्ताओं यकीन है कि हो सकता है कि लेजर है सही ढंग से तैनात है के साथ संचार के लिए जमीन स्टेशन है । हालांकि, अगर किरणों में गिरावट का एक अलग हिस्सा डिटेक्टर कैमरे के लिए, एक विशेष एल्गोरिथ्म का निर्देशन एकीकृत एमईएमएस दर्पण इतना है कि यह झुक जाता है और अंशांकन लेजर बीम के साथ गठबंधन किया है के बिंदु बीकन जमीन स्टेशन है.

"यह ऐसा है जैसे एक बिल्ली और चूहे के दो अंक में आ रहा है, आप की जरूरत करने के लिए झुकाव दर्पण इतना है कि एक डॉट दिखाई दिया."

सटीकता को सत्यापित करने की विधि, वैज्ञानिकों ने विकसित किया है एक प्रयोगशाला के साथ खड़े हो जाओ एक लेजर ओर इशारा करते हुए मंच और एक लेजर संकेत के प्रकार के अनुसार बीकन. स्थापना अनुकरण करने के लिए एक परिदृश्य में जो उपग्रह की ऊंचाई पर उड़ता है 400 किलोमीटर की दूरी पर जमीन के ऊपर स्टेशन और डेटा स्थानांतरित करता है एक 10-मिनट के सत्र.

वैज्ञानिकों ने निर्धारित किया है न्यूनतम आवश्यक की ओर इशारा करते हुए सटीकता में milliradian के 0.65 — उपाय के कोणीय त्रुटि स्वीकार्य है उनके डिजाइन के लिए. अंत में, अंशांकन विधि हमें की अनुमति प्राप्त करने के लिए एक की सटीकता 0.05 milliradians है, जो ज्यादा सटीक आवश्यकता से मिशन द्वारा.

"यह पता चलता है कि इस तरह के एक छोटे से मंच के साथ, आप प्रणाली स्थापित कर सकते हैं के साथ कम बिजली की खपत और संकीर्ण मुस्कराते हुए, और यह हो जाएगा 10-100 बार की तुलना में छोटे कुछ भी है कि कभी इकट्ठा किया गया इस से पहले की तरह कहते हैं," Kakha. "केवल बात यह है कि हो जाएगा और अधिक दिलचस्प प्रयोगशाला के परिणाम को देखने के लिए — यह हो रहा से कक्षा. है कि क्या प्रेरित के इस तरह के निर्माण सिस्टम और आउटपुट उन्हें वहाँ में है."

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