【技术创新】国际空间站激光通信系统原型有望将加大研究回报
来源: http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/opals_communication/
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2014-12-24

      当前航天器使用无线电波将数据传回地球,但激光通信系统原型(OPALS)将尝试使用激光光学装置把信息传回地球。从使用无线电波传播信息转换为使用比其窄百千倍的激光束传播信息,可把通信数据速率提高10到100个数量级。未来如果使用这种先进方法,在相同动力资源情况下可增加数据的传输量,这将优化研究工作的回报。

      美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室(JPL)OPALS计划组近期表示, OPALS代表激光通信向前迈出了一大步,国际空间站为开展该实验提供了非常好的平台。未来激光通信运行系统可以从航天器上向地球传回更多的数据,有望减轻科学研究和商业探险活动的重大瓶颈问题。

      在测试过程中,当国际空间站过境时,激光信标将在OPALS和一架位于加州Wrightwood 的JPL地面站光学通信望远镜实验室的望远镜之间传输数据。OPALS的星载摄影系统跟踪设备和望远镜之间的视线,同时,一个两轴框架平台和闭环系统控制上行信标。每次示范操作大约持续两分钟,在这期间,OPALS用调制激光束向下传输经过预编码的视频文件。它的精度是对光学通信的真正挑战,它被称为“lasercomm”。这就好像要求人在走路时,从30英尺外将激光笔瞄准一个直径象人头发丝大小的点并持续2分钟时间。

      OPALS包括三个主要组件。第一个组件是用于装载激光和电子设备的密闭容器。这个容器通过电缆连接到设备的第二个组件-安装光端机的两轴框架平台,光端机包括摄影接收机和用于向地传输的平行激光发射机。第三个组件是飞行脱模附件机制(FRAM),密闭容器和光端机平台都架在这个组件上。FRAM也向空间站和运载火箭提供电气连接和机械连接。

      OPALS这个特殊的有效载荷实际上是要尝试按照光学通信标准作一些相对来说不大的改进。试验侧重于开展光学通信方面的尝试,而不太关注提高数据传输速率。光学通信的数据传输速率将比目前典型家用网速快10到50倍。

      尽管OPALS现在只是示范阶段,将来这项技术的应用将拓展从空间站向地传输科学数据的带宽,同时也可用于深空和星际通信。这种优化考虑了提高地球人类接收近地或深空资源高清视频文件的因素,将提高交互作用并积累相关经验。同时,在轨测试也能帮助地面的工程技术人员改进光学通信仪器的设计。

      近期,OPALS从JPL转移到位于佛罗里达的NASA肯尼迪航天中心接受最终接口测试,之后将于2013年末由SpaceX开发的补给舱运送至空间站。该设备将被安装在空间站外部的快速后勤舱(ELC)里,在那里它将运行90天,执行光学通信技术测试。研究人员将对技术数据进行分析,并判定硬件水平程度。

      随着空间站的满负荷运转,研究项目的数量及随之产生的数据量持续增长。同样的,技术进展比如传输高清视频文件也需要更大的通信能力。诸如OPALS的优化可能意味着研究工作将得到更大的回报,当科学家为开展各种学科的研究而寻求答案时能为他们提供更多的数据。

     使用OPALS测试信息的目的是改进光学通信系统的设计。该设备在改善航天器与未来的科学探索任务或商业活动中的通信方面具有很大潜力。

(黄铭瑞编译,殷永元审核)