Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Powstanie laserowy system komunikacji kosmicznej

Recommended Posts

Odebranie na Ziemi zdjęć o wysokiej rozdzielczości wykonanych przez sondę fotografującą Marsa trwa około 90 minut. NASA chce w 2016 roku uruchomić laserowy system transmisji danych, dzięki któremu czas przesyłania zdjęć ulegnie skróceniu do kilku minut. Agencja zatwierdziła właśnie rozpoczęcie prac nad systemem Laser Communications Relay Demonstration (LCRD). Będzie on rozwijany przez specjalistów z Goddard Space Fligh Center i w fazie testów zostanie umieszczony na komercyjnych satelitach telekomunikacyjnych. Mimo, iż NASA opracowała już nowoczesne systemy przesyłania danych za pomocą wyższych częstotliwości radiowych, nowe metody kompresji danych i inne techniki, to nie będą one nadążały za ilością danych przekazywanych w przyszłości przez zaawansowane instrumenty oraz dalekie misje załogowe.

Tak jak w pewnym momencie internet nie mógł już dużej polegać na dostępie wdzwanianym, tak NASA zbliża się do granic możliwości obecnie wykorzystywanych technologii - powiedział Dave Israel, główny naukowiec programu LCRD. Powstał więc pomysł rozszerzenia możliwości wykorzystywanych sieci radiowych, zarówno naziemnych jak i satelitarnych, o technologie optyczne. Powinno to zwiększyć przepustowość tych sieci od 10 do 100 razy.

Prace potrwają wiele lat, ale odniesiemy z tego olbrzymie korzyści w postaci znacznie większej ilości danych, które będziemy mogli przesyłać w obie strony. Szczególnie będą one widoczne przy transmisji danych z dalszych regionów Układu Słonecznego i spoza niego - mówi James Reuther, jeden z dyrektorów w Biurze Głównego Technologa NASA.

Podczas demonstracji możliwości nowego systemu dane zostaną zakodowane w promieniu lasera i wysłane ze stacji bazowej do satelity komunikacyjnego. Satelita zostanie wyposażony w teleskopy. lasery, lustra, czujniki, systemy śledzące, elektronikę kontrolną oraz dwa typy modemów. Jeden ich rodzaj będzie służył do komunikacji z pojazdami odbywającymi misje na krańcach Układu Słonecznego i poza nim oraz z niewielkimi satelitami znajdującymi się na niskiej orbicie Ziemi, które mają do dyspozycji niewiele energii. Drugi rodzaj modemów zostanie przystosowany do odbioru olbrzymiej ilości danych z pobliskich urządzeń.

Israel mówi, że w przyszłości ten drugi rodzaj modemów może odbierać dziesiątki gigabitów w ciągu sekundy.

Wspomniany satelita komunikacyjny, po odebraniu danych będzie przekazywał je do dwóch stacji znajdujących się na Hawajach i w Południowej Kalifornii.

Testy nowego systemu potrwają 2-3 lata.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fale radiowe a fale świetlne to jeden kij i rozchodzą się z tą samą prędkością więc na czym miałoby polegać przyspieszenie?? Już lepiej popracować nad kompresją tych danych.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Chodzi właśnie oto:

 

 

...Powinno to zwiększyć przepustowość tych sieci od 10 do 100

...

Drugi rodzaj modemów zostanie przystosowany do odbioru olbrzymiej ilości danych z pobliskich urządzeń...

Israel mówi, że w przyszłości ten drugi rodzaj modemów może odbierać dziesiątki gigabitów w ciągu sekundy

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fale światła widocznego mają większą częstotliwość (długość fali 400-700nm) od fal radiowych (długość fali 1m-1km), stąd nie trudno sobie wyobrazić jak można w nim więcej "upchnąć" informacji.

Share this post


Link to post
Share on other sites
stąd nie trudno sobie wyobrazić jak można w nim więcej "upchnąć" informacji.

Częstotliwości światła widzialnego to teraHz a najszybszy tranzystor to gdzieś koło 60GHz (nie ma czym detektować pojedynczych grzbietów fal widzialnych ani czym tego modulować - chyba że już jest czym to gratulacje). 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      „Niemożliwy” unipolarny (jednobiegunowy) laser zbudowany przez fizyków z University of Michigan i Universität Regensburg może posłużyć do manipulowania kwantową informacją, potencjalnie zbliżając nas do powstania komputera kwantowego pracującego w temperaturze pokojowej. Laser taki może też przyspieszyć tradycyjne komputery.
      Światło, czyli promieniowanie elektromagnetyczne, to fala oscylująca pomiędzy grzbietami a dolinami, wartościami dodatnimi a ujemnymi, których suma wynosi zero. Dodatni cykl fali elektromagnetycznej może przesuwać ładunki, jak np. elektrony. Jednak następujący po nim cykl ujemny przesuwa ładunek w tył do pozycji wyjściowej. Do kontrolowania przemieszania informacji kwantowej potrzebna byłaby asymetryczna – jednobiegunowa – fala światła. Optimum byłoby uzyskanie całkowicie kierunkowej, unipolarnej „fali”, w której występowałby tylko centralny grzbiet, bez oscylacji. Jednak światło, jeśli ma się przemieszczać, musi oscylować, więc spróbowaliśmy zminimalizować te oscylacje, mówi profesor Mackillo Kira z Michigan.
      Fale składające się tylko z grzbietów lub tylko z dolin są fizycznie niemożliwe. Dlatego też naukowcy uzyskali falę efektywnie jednobiegunową, która składała się z bardzo stromego grzbietu o bardzo wysokiej amplitudzie, któremu po obu stronach towarzyszyły dwie rozciągnięte doliny o niskiej amplitudzie. Taka konstrukcja powodowała, że grzbiet wywierał silny wpływ na ładunek, przesuwając go w pożądanym kierunku, a doliny były zbyt słabe, by przeciągnąć go na pozycję wyjściową.
      Taką falę udało się uzyskać wykorzystując półprzewodnik z cienkich warstw arsenku galu, w którym dochodzi do terahercowej emisji dzięki ruchowi elektronów i dziur. Półprzewodnik został umieszczony przed laserem. Gdy światło w zakresie bliskiej podczerwieni trafiło w półprzewodnik, doszło do oddzielenia się elektronów od dziur. Elektrony poruszyły się w przód. Następnie zostały z powrotem przyciągnięte przez dziury. Gdy elektrony ponownie łączyły się z dziurami, uwolniły energię, którą uzyskały z impulsu laserowego. Energia ta miała postać silnego dodatniego półcyklu w zakresie teraherców, przed i po którym przebiegał słaby, wydłużony półcykl ujemny.
      Uzyskaliśmy w ten sposób zadziwiającą unipolarną emisję terahercową, w którym pojedynczy dodatni półcykl był czterokrotnie wyższy niż oba cykle ujemne. Od wielu lat pracowaliśmy nad impulsami światła o coraz mniejszej liczbie oscylacji. Jednak możliwość wygenerowania terahercowych impulsów tak krótkich, że efektywnie składały się z mniej niż pojedynczego półcyklu oscylacji była czymś niewyobrażalnym, cieszy się profesor Rupert Hubner z Regensburga.
      Naukowcy planują wykorzystać tak uzyskane impulsy do manipulowania elektronami w materiałach kwantowych w temperaturze pokojowej i badania mechanizmów kwantowego przetwarzania informacji. Teraz, gdy wiemy, jak uzyskać unipolarne terahercowe impulsy, możemy spróbować nadać im jeszcze bardziej asymetryczny kształt i lepiej przystosować je do pracy z kubitami w półprzewodnikach, dodaje doktorant Qiannan Wen.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA zapowiedziała, że pierwsze kolorowe zdjęcia z Teleskopu Webba opublikuje 12 lipca. Jednocześnie upublicznione zostaną dane spektroskopowe. Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba to największe i najbardziej złożone obserwatorium, jakie człowiek wysłał w przestrzeń kosmiczną. Od sześciu miesięcy urządzenie jest przygotowywane do rozpoczęcia badań naukowych.
      Zbliżamy się do końca przygotowań, jesteśmy w przededniu początku niezwykle ekscytującego okresu badań wszechświata. Publikacja pierwszych kolorowych zdjęć będzie unikatowym przeżyciem, zobaczymy cuda, jakich ludzkość nigdy wcześniej nie oglądała, mówi Eric Smith, jeden z naukowców pracujących przy teleskopie. Zdjęcia te będą kulminacją dekad pracy i marzeń, ale jednocześnie będą dopiero początkiem.
      Decyzja o tym, co powinno być pierwszym celem badań Webba nie była łatwa. Międzynarodowy zespół złożony ze specjalistów z NASA, Europejskiej Agencji Kosmicznej, Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej i Space Telescope Science Institute już pięć lat temu zaczął zastanawiać się nad celem pierwszej fotografii. Pierwsze zdjęcie i dane mają pokazać możliwości instrumentów Webba oraz to, co może osiągnąć na polu nauki. Jesteśmy pewni, że zarówno środowisko astronomów, jak i opinia publiczna, będą zachwycone, dodaje Klaus Pontoppidan z STScI.
      Gdy już każde z urządzeń Webba zostanie skalibrowane, przetestowane i otrzyma zgodę na podjęcie pracy, teleskop wykona pierwsze zdjęcia i obserwacje spektroskopowe. Obsługa teleskopu weźmie na cel obiekty, które zostały wstępnie wybrane przez międzynarodowy zespół w celu wykazania możliwości teleskopu. Następnie dane trafią do zespołu specjalistów, który przetworzy surowe dane na obrazy przydatne astronomom i opinii publicznej.
      Mam ten przywilej, że jestem częścią tego procesu, mówi Alyssa Pagan odpowiedzialna za wizualizację danych naukowych w STScL. Zwykle proces obróbki surowych danych z teleskopu i uzyskanie z nich dobrej jakości obrazu może trwać od kilku tygodni do miesiąca, dodaje uczona.
      Nowy teleskop jest tak potężny, że nie wiadomo, jak będą wyglądały pierwsze zdjęcia. Oczywiście spodziewamy się zobaczyć pewne rzeczy, ale to nowy teleskop, który będzie dostarczał danych o wysokiej rozdzielczości w podczerwieni. Po prostu nie wiemy, co zobaczymy, dodaje lider zespołu wizualizacji danych naukowych Jospeph DePasquale.
      Już pierwsze obrazy uzyskane podczas ustawiania zwierciadła głównego pokazały, jak ostry obraz można uzyskać z Webba. Jednak w lipcu otrzymamy pełnokolorowe zdjęcia reprezentujące pełne możliwości naukowe teleskopu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Krwawienie z naczyń krwionośnych podczas operacji neurochirurgicznych to poważny problem. Krew zasłania pole widzenia i konieczne jest jej usuwanie. Dlatego pole operacyjne, w którym nie pojawiałaby się krew czyniłoby cały zabieg bardziej precyzyjnym i bezpiecznym. Naukowcy z University of Texas w Austin i University of California, Irvine, opracowali właśnie laserową platformę do bezkrwawej resekcji tkanki mózgowej.
      Obecnie podczas zabiegów neurochirurgicznych, by zapewnić dobre pole widzenia, wykorzystuje się ultradźwiękowe aspiratory, po których stosuje się przyżeganie (elektrokauteryzację). Jako jednak, że obie metody stosowane są jedna po drugiej, wydłuża to operację. Ponadto przyżeganie może prowadzić do uszkodzenia części tkanki.
      Specjaliści z Teksasu i Kalifornii wykazali podczas eksperymentów na myszach, że ich nowy laser pozwala na bezkrwawą resekcję tkanki. Ich system składa się z urządzenia do koherencyjnej tomografii optycznej (OCT), które zapewnia obraz w mikroskopowej rozdzielczości, bazującego na iterbie lasera do koagulacji naczyń krwionośnych oraz wykorzystującego tul lasera do cięcia tkanki.
      Maksymalna moc lasera iterbowego wynosi 3000 W, a urządzenie pozwala na dobranie częstotliwości i długości trwania impulsów w zakresie od 50 mikrosekund do 200 milisekund, dzięki czemu możliwa jest skuteczna koagulacja różnych naczyń krwionośnych. Laser ten emituje światło o długości 1,07 mikrometra. Z kolei laser tulowy pracuje ze światłem o długości fali 1,94 mikrometra, a jego średnia moc podczas resekcji tkanki wynosi 15 W. Twórcy nowej platformy połączyli oba lasery w jednym biokompatybilnym włóknie, którym można precyzyjnie sterować dzięki OCT.
      Opracowanie tej platformy możliwe było dzięki postępowi w dwóch kluczowych dziedzinach. Pierwszą jest laserowa dozymetria, wymagana do koagulacji naczyń krwionośnych o różnych rozmiarach. Wcześniej duże naczynia, o średnicy 250 mikrometrów i większej, nie poddawały się laserowej koagulacji z powodu szybkiego wypływu krwi. Mój kolega Nitesh Katta położył podstawy naukowe pod metodę dozymetrii laserowej pozwalającej na koagulowanie naczyń o średnicy do 1,5 milimetra, mówi główny twórca nowej platformy, Thomas Milner.
      Drugie osiągnięcie to odpowiednia metodologia działań, która pozwala na osiągnięcie powtarzalnej i spójnej ablacji różnych typów tkanki dzięki głębiej penetrującym laserom. Jako, że laserowa ablacja jest zależna od właściwości mechanicznych tkanki, cięcia mogą być niespójne, a w niektórych przypadkach mogą skończyć się katastrofalną niestabilnością cieplną. Nasza platforma rozwiązuje oba te problemy i pozwala na powtarzalne spójne cięcie tkanki miękkiej jak i sztywnej, takiej jak tkanka chrzęstna.
      Na łamach Biomedical Optics Express twórcy nowej platformy zapewniają, że w polu operacyjnym nie pojawia się krew, jakość cięcia jest odpowiednia i obserwuje się jedynie niewielkie uszkodzenia termiczne tkanki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Łazik Perseverance wylądował na Marsie po trwającej ponad pół roku podróży. W tym czasie był narażony na oddziaływanie dużych dawek promieniowania kosmicznego, które dodatkowo mogło zostać gwałtownie zwiększone przez koronalne wyrzuty masy ze Słońca. Na takie właśnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie narażeni będą astronauci podróżujący na Marsa. W przeciwieństwie do załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie będą oni chronieni przez ziemską magnetosferę. Dlatego też wszelkie metody skrócenia podróży są na wagę zdrowia i życia.
      Emmanuel Duplay i jego koledzy z kanadyjskiego McGill University zaprezentowali na łamach Acta Astronautica interesującą koncepcję laserowego systemu napędowy, który mógłby skrócić załogową podróż na Marsa do zaledwie 45 dni.
      Pomysł na napędzanie pojazdów kosmicznych za pomocą laserów nie jest niczym nowym. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, że system napędowy... pozostaje na Ziemi. Jedną z rozważanych technologii jest wykorzystanie żagla słonecznego przymocowanego do pojazdu. Żagiel taki wykorzystywałby ciśnienie fotonów wysyłanych w jego kierunku z laserów umieszczonych na Ziemi. W ten sposób można by rozpędzić pojazd do nieosiągalnych obecnie prędkości.
      Jednak system taki może zadziałać wyłącznie w przypadku bardzo małych pojazdów. Dlatego Duplay wraz z zespołem proponują rozwiązanie, w ramach którego naziemny system laserów będzie rozgrzewał paliwo, na przykład wodór, nadając pęd kapsule załogowej.
      Pomysł Kanadyjczyków polega na stworzeniu systemu laserów o mocy 100 MW oraz pojazdu załogowego z odłączanym modułem napędowym. Moduł składałby się z olbrzymiego lustra i komory wypełnionej wodorem. Umieszczone na Ziemi lasery oświetlałby lustro, które skupiałoby światło na komorze z wodorem. Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową, nadając pęd kapsule załogowej. W ten sposób, w ciągu kilkunastu godzin ciągłego przyspieszania kapsuła mogłaby osiągnąć prędkość około 14 km/s czyli ok. 50 000 km/h, co pozwoliłoby na dotarcie do Marsa w 45 dni. Sam system napędowy, po osiągnięciu przez kapsułę odpowiedniej prędkości, byłby od niej automatycznie odłączany i wracałby na Ziemię, gdzie można by go powtórnie wykorzystać.
      Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa. Naukowcy z McGill mówią, że można to zrobić korzystając z oporu stawianego przez atmosferę Czerwonej Planety, jednak tutaj wciąż jest sporo niewiadomych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jednym z powodów, dla których NASA od wielu lat wspiera rozwój prywatnego przemysłu kosmicznego jest chęć skupienia się na eksploracji dalszych części przestrzeni kosmicznej i pozostawienie w prywatnych rękach wszelkich działań na niskiej orbicie okołoziemskiej. Jednym z takich działań może być zastąpienie przez sieć Starlink starzejącej się konstelacji TDRS (Tracking and Date Relay Satellite), która zapewnia łączność z Międzynarodową Stacją Kosmiczną.
      NASA już ogłosiła, że w przyszłej dekadzie chce wysłać na emeryturę sześć satelitów tworzących TDRS. A teraz poinformowała o zaproszeniu do współpracy sześciu prywatnych firm, w tym amerykańskich SpaceX i Viasat, brytyjskiej Inmarsat oraz szwajcarskiej SES, które mają zaprezentować swoje pomysły na spełnienie przyszłych wymagań NASA dotyczących komunikacji w przestrzeni kosmicznej.
      Pierwsza konstelacja satelitów TDRS pojawiła się na orbicie w latach 80. ubiegłego wieku. Została ona pomyślana jako wsparcie dla misji wahadłowców kosmicznych. Obecna, trzecia generacja satelitów, została wystrzelona w 2017 roku. Zadaniem TDRS jest zapewnienie nieprzerwanej łączności pomiędzy pojazdem znajdującym się na orbicie planety, a naziemnymi centrami kontroli NASA. Obecne TDRS wspiera misję Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, Teleskopu Hubble'a i inne misje naukowe.
      Do zapewnienia ciągłej łączności konieczna jest obecność co najmniej trzech satelitów na orbicie geostacjonarnej. Znajduje się ona na wysokości 36 000 kilometrów nad Ziemią, a okres orbitalny satelitów odpowiada okresowi obrotowemu Ziemi, dzięki czemu satelity są zawieszone nad tym samym punktem planety.
      Obecnie TDRS składa się z sześciu działających satelitów, ale trzy z nich to satelity drugiej generacji, liczą sobie ponad 20 lat i zbliża się koniec ich pracy. W latach 80., gdy rozwijaliśmy TDRS, komercyjne firmy nie były w stanie zapewnić takiej usługi. Jednak od tamtego czasu prywatny przemysł zainwestował w dziedzinę łączności satelitarnej znacznie więcej, niż NASA. Istnieje bardzo rozbudowana infrastruktura, zarówno na orbicie jak i na Ziemi, która może dostarczyć potrzebnych nam usług, mówi Eli Naffah, menedżer w wydziale Commercial Services Project, który odpowiada za współpracę NASA z partnerami komercyjnymi.
      Sześć zaproszonych do współpracy firm ma trzy lata na stworzenie systemów, za pomocą których zaprezentują NASA swoje możliwości w zakresie zapewnienia łączności z pojazdem na orbicie okołoziemskiej. Naffah mówi, że może to być wyzwaniem. Dotychczas bowiem komercyjne przedsiębiorstwa zajmujące się komunikacją za pomocą satelitów zapewniały łączność dla stacjonarnych anten naziemnych lub obiektów poruszających się ze stosunkowo niewielką prędkością, jak statki czy samoloty pasażerskie. Tymczasem NASA potrzebuje łączności z obiektami znajdującymi się w przestrzeni kosmicznej, która poruszają się ze znacznymi prędkościami. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna okrąża Ziemię z prędkością 28 000 km/h.
      W ciągu najbliższych pięciu lat NASA ma zamiar zainwestować w projekt 278 milionów USD, a komercyjni partnerzy zainwestują w sumie 1,5 miliarda dolarów.
      Mamy nadzieję, że zaoszczędzimy nieco pieniędzy dzięki zakupie komercyjnych usług łączności, zrezygnowania z konieczności rozwoju i utrzymywania własnych satelitów komunikacyjnych i większym skupieniu się na badaniach naukowych i eksploracji kosmosu, dodaje Naffah.
      Rezygnacja z samodzielnego zapewniania łączności z obiektami na orbicie okołoziemskiej to kolejny krok w wycofywaniu się NASA z niskiej orbity okołoziemskiej. Już w tej chwili Agencja kupuje usługi transportowania astronautów i towarów od SpaceX i Northropa Grummana, a jeszcze w bieżącym roku do tej dwójki ma dołączyć Boeing. NASA oświadczyła też, że w roku 2030 wyłączy Międzynarodową Stację Kosmiczną i ma nadzieję, że od tej pory wszelkie prace na niskiej orbicie okołoziemskiej będą spoczywały na barkach prywatnych firm.
       


      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...