Laser veiledning systemet vil hjelpe små satellitter til å overføre data til Jorden

Den Nye plattformen laser veiledning utviklet av Massachusetts Institute of technology, kunne hjelpe små satellitter til å spille høy hastighets data overføring. I 1998 ble lansert nesten 2000 satellitter på størrelse med en skoeske, kjent som . På grunn av sin miniatyr form og det faktum at de kan være satt sammen av ferdige deler, Disse er mye billigere å bygge og kjøre enn den tradisjonelle monstre som koster hundrevis av millioner av dollar.

Disse endrede prinsipper for etablering av satellitter, fordi du kan kjøre dem i pakker for billige overvåking av store områder av Jordens overflate. Men siden CubeSat utstyrt med flere og mer avanserte verktøy, et lite romskip ikke har tid til å effektivt overføre store mengder data til Jorden på grunn av restriksjoner i kraft og størrelse.

CubeSat: små messenger Jorden

Nye laser-guidede plattform for CubeSat, er beskrevet i detalj i tidsskriftet Optisk Engineering, "cubitum" pass dataene ned og bruke færre ombord-ressurser ved mye høyere hastigheter enn det som er mulig i dag. I stedet for å måtte sende flere bilder, hver gang "cubsat" passerer gjennom ground station, satellittene vil ha muligheten til å overføre tusenvis av bilder med høy oppløsning av hver span.

"for å få verdifull informasjon fra Earth observation, kan vi bruke en hyperspektral avbildning som tar bilder ved flere bølgelengder av lys og generere terabyte med data, deres "cubitum" det er svært vanskelig å passere, sier Kerry Kakha, associate Professor of Aeronautics og Romfart ved MIT. "Men med høy hastighet systemet lasercom vi vil være i stand til å sende disse detaljerte bilder raskt nok. Og jeg tror denne evnen vil gjøre hele tilnærming CubeSat, ved hjelp av et mangfold av satellitter i bane, mer realistisk, slik at vi kan få en global og umiddelbar dekning."

utenfor fordelingen

Den Satellitter vanligvis overføre data til jorden ved hjelp av radiobølger; høyere hastighet linjer forbundet med store bakkebaserte antenner. Alle de store satellitt i verdensrommet kommuniserer i høy-frekvens radio som gjør det mulig å raskt overføre store mengder data. Men store satellitter kan tilpasse seg til store radiotracer og matriser, som støtter high-speed overføring. "De var lansert" for små og har begrenset tilgang til frekvensbånd som støtter høyhastighets-tilkoblinger.

"Små satellitter kan ikke bruke disse bandene, fordi jeg trenger å løse en rekke regulatoriske forhold til oppløsning, dette er vanligvis involvert de store aktørene som store geostationary satellitter, sier Kakha.

Videre, sendere som trengs for høyhastighets dataoverføring, kan du bruke mer energi enn du har råd til å slippe små satellitter som støtter arbeidet med fylling. For denne grunn, ingeniører har slått til lasere som en alternativ form for kommunikasjon for "kube-Sats", fordi lasere er mye mer kompakt og mer effektiv i energiforbruket – de komprimere mer data i en nøye fokusert bjelker.

Imidlertid laser kommunikasjon, det er også problemer: siden bjelker er mye smalere enn bjelker av radiobølger kreves mye mer nøyaktighet direkte til bjelkene til en mottaker på jorden.

"Tenk deg at du står på slutten av en lang korridor og etablere tykk stråle ut fra en lommelykt til et mål med bullseye i den andre enden," sier Kakha. "Jeg kan bevege meg i armen, og strålen vil fortsatt treffe jugularis. Men hvis jeg tar en laserpeker, strålen kan lett komme opp med bullseye hvis jeg gjør et trekk. Utfordringen er hvordan å holde laser i bullseye, selv om satellitt-will rock".

Demonstrasjon av optisk kommunikasjon og sensorer, NASA bruker en laser communications system for CubeSat, som iboende vipper og presser hele satellitt-for å justere sitt laserstråle med en mottakerstasjon. Men dette styresystem krever tid og ressurser, og for å oppnå høyere hastigheten på dataoverføringen, en kraftigere laser, som kan, hvis nødvendig, bruk en stor del av satellitt-makt og generere betydelig varme på Bordet.

Kakha og hennes team bestemte seg for å utvikle en presis laser veiledning, som minimere mengden av energi og tid som kreves for dataoverføring til jorden, og ville tillate bruk av mindre kraftige lasere smal, men for å oppnå høyere overføringshastigheter.

Laget har utviklet en plattform for laserstyrte, litt større enn "rubiks cube", som omfatter små og klar drevet MEMS speil. Et speil som størrelse er mindre enn tasten på tastaturet som konverterer til en liten laser ligger i en vinkel, slik at laseren kan sprette av speil i verdensrommet, og for å gå ned til bakken mottaker.

"Selv om hele satellitt-er litt forskjøvet, kan det korrigeres ved hjelp av dette speilet," sier en av lagets medlemmer. "Men MEMS speil ikke gi deg tilbakemelding på hvor det er angitt. For eksempel, speilet offset i systemet, dette kan oppstå på grunn av noen vibrasjoner under lanseringen. Hvordan kan vi løse dette, hvordan å finne ut nøyaktig hvor vi spesifiserer?".

Som en løsning, forskere har utviklet en metode for kalibrering, som bestemmer hvordan laser er forskjøvet i forhold til formålet med sin første stasjon, ogkorrigerer automatisk vinkel av speil nøyaktig direkte laser til sin mottaker.

Denne metoden gir ytterligere laser farge, eller bølgelengde, i et optisk system. Dermed, i stedet for bare å passere en bunt av data som er sendt og andre kalibrering stråle av en annen farge. Både strålen reflekteres fra speilet og kalibrering lyset passerer gjennom "dichroic beam splitter", en optisk element som avleder en viss bølgelengde av lys — i dette tilfellet, den komplementære fargen er fra de største bredde. Når resten av laser stråling går til en mottakerstasjon, utpekt bredde er rettet tilbake til on-Board kamera. Dette kameraet kan også ta oppover av en laserstråle, eller fyrtårn, direkte fra bakken stasjoner; det vil hjelpe satellitt-for å lytte til den riktige bakken mål.

Hvis fyret bredde og kalibrering strålen faller akkurat på samme sted på detektoren side av kameraet, systemet er innrettet, og forskere kan være sikker på at laser er riktig posisjonert for kommunikasjon med bakken-banestasjon. Imidlertid, hvis stråler faller i en annen del av detektor kamera, en spesiell algoritme leder integrert MEMS speil slik at den vipper og kalibrering laserstrålen er på linje med det punktet av beacon ground station.

"Det er som en katt-og-mus-to poeng som kommer inn i kameraet, må du vippe speil slik at en prikk dukket opp over den andre."

For å bekrefte nøyaktigheten av metoden, forskere har utviklet et laboratorium stå med en laser peker plattform og en laser-signal i henhold til type av beacon. Installasjonen var å simulere en situasjon der satellitt flyr i en høyde på 400 kilometer over bakken-banestasjon og overfører data over en 10-minutters økt.

Forskere har funnet et minimum av nødvendige peker nøyaktighet i milliradian av 0.65 — tiltaket av kantete feil som er akseptabelt for sin design. I slutten, kalibrering metode som tillater oss å oppnå en nøyaktighet på 0,05 milliradians, som er mye mer nøyaktige enn det som kreves av oppdraget.

"Dette viser at på et så lite plattformen, du kan installere systemet med lavt strømforbruk og smale bjelker, og det vil være 10 til 100 ganger mindre enn alt som noen gang har blitt samlet som dette før, sier Kakha. "Det eneste som ville være mer interessant lab resultater — å se at det skjer fra bane. Det er hva som motiverer etablering av slike systemer og utgang dem i det."

Enig, det er kult? Fortell oss i vår