by Thông tin laser đã chứng tỏ khả năng truyền đưa lượng dữ liệu cực lớn trong thông tin quang và các nhà kỹ thuật tin rằng nó có thể sử dụng trong thông tin vũ trụ và truyền đưa dữ liệu đạt tốc độ 622 Mbit/s.
DỰ ÁN LLCD CỦA NASA
Kể từ năm 1957, khi vệ tinh Sputnik bay vào không gian, việc thông tin trong vũ trụ (không gian) chủ yếu dựa vào sóng vô tuyến. Thông tin vô tuyến trong vũ trụ có độ tin cậy cao nhưng lại có rất nhiều hạn chế. Trong thập kỷ qua số lượng dữ liệu gửi đi đã tăng lên theo cấp số mũ và theo NASA xu thế này vẫn tiếp tục. Các hệ thống thông tin hiện có đã đạt đến giới hạn của nó, vì vậy NASA cũng như cơ quan nghiên cứu không gian châu Âu (ESA) đã phát triển một giải pháp nhằm thay thế cho thông tin vô tuyến.
Thông tin laser đã chứng tỏ khả năng truyền đưa lượng dữ liệu cực lớn trong thông tin quang và các nhà kỹ thuật tin rằng nó có thể sử dụng trong thông tin vũ trụ và truyền đưa dữ liệu đạt tốc độ 622 Mbit/s. Một ưu điểm khác của thông tin laser là nó sử dụng bước sóng nhỏ hơn bước sóng vô tuyến 10.000 lần. Điều đó có nghĩa là thông tin laser tập trung vào một búp sóng nhỏ và chỉ cần anten rất nhỏ so với thông tin vô tuyến để có cùng cường độ tín hiệu như nhau. Tất cả những điều đó cho phép chế tạo hệ thống thiết bị nhỏ hơn ở cả hai đầu và tất nhiên dẫn đến hiệu quả kinh tế cao hơn. Ngoài ra cũng cần nói thêm, với búp sóng tập trung và nhỏ hơn, thông tin laser trong vũ trụ sẽ có tính bảo mật cao hơn.
NASA đã tiến vào kỷ nguyên mới của thông tin vũ trụ sử dụng laser với sự bắt đầu bằng dự án LLCD (Lunar Laser Communications Demonstration) tạo ra một khả năng mã hóa các dữ liệu vào trong một tia ánh sáng laser và nếu thành công thì một dạng "thông tin quang“ trong vũ trụ sẽ trở thành hiện thực. Thuật ngữ "thông tin quang“ ở đây để chỉ việc sử dụng ánh sáng như là công cụ truyền đưa dữ liệu. Mục tiêu chính của LLCD là sử dụng các tia laser hồng ngoại có độ tin cậy cao (tương tự như dùng cáp quang để truyền đưa dữ liệu tốc độ cao đến nơi làm việc hoặc đến tận nhà) thiết lập thông tin 2 chiều tốc độ cao trên quỹ đạo mặt trăng và thăm dò môi trường bụi khí quyển trên bề mặt mặt trăng (LADEE - Lunar Attmostphere Dust Environment Explore).
Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu 2 thành phần quan trọng nhất trong dự án LLCD của NASA là trạm đầu cuối trong vũ trụ và trạm đầu cuối mặt đất.
Các dữ liệu dưới dạng hàng trăm triệu xung ánh sáng ngắn được gửi đi trong mỗi giây từ trạm đầu cuối vũ trụ (LLST-Lunar Lasercomm Space Terminal) đặt trên tàu vũ trụ LADEE. Các chuỗi dữ liệu này sẽ được tải xuống bởi kính viễn vọng mặt đất ở 3 địa điểm là New Mexico, California và Tây Ban Nha. LLST do Phòng thí nghiệm Lincoln của Viện Công nghệ Masachusetts (MIT) phát triển bao gồm 3 module; module quang học, module modem và module điều khiển điện tử. Toàn bộ hệ thống nặng khoảng 65 pound, module quang được lắp phía ngoài tàu vũ trụ LADEE và có một kính viễn vọng có đường kính 4 inch đặt trên khớp các-đăng 2 trục. Vị trí này cho phép LLCD hướng tia laser chuẩn xác về mặt đất khi tàu vũ trụ đang bay ở bất cứ vị trí nào.
Module modem được lắp bên trong LADEE và có một máy phát laser hồng ngoại 0,5 W, nó sẽ truyền dữ liệu từ mặt trăng về trái đất với tốc độ 622 Mbit/s. Modem cũng có một máy thu có độ nhạy cao để tiếp nhận các xung ánh sáng dữ liệu gửi từ các kính viễn vọng mặt đất lên với tốc độ 20 Mbit/s. Module điều khiển điện tử được lắp bên trong tàu vũ trụ LADEE, là bộ óc của LLST, thực hiện điều khiển tìm hướng mặt đất cho module quang. Nó cũng thực hiện việc ra lệnh và đo thử từ xa giữa LLST và tàu vũ trụ LADEE.
Một nguồn tin từ NASA cho biết: LLCD đã có đủ khả năng thu và phát tín hiệu thị tần với độ phân giải cao. Quá trình phát tín hiệu hình ảnh lên bộ đo thử ở mặt trăng rồi quay trở vể mặt đất chỉ bị trễ vài giây.
Trạm đầu cuối mặt đất của hệ thống thông tin laser ở mặt trăng (Lunar Lasercomm Ground Terminal - LLGT) cũng do MIT nghiên cứu phát triển. Nó bao gồm một dàn 8 kính viễn vọng thu và phát được lắp trên khớp các-đăng đơn. Các kính viễn vọng và khớp các-đăng kết nối với phòng điều khiển, trong phòng điều khiển có các máy thu, phát thông tin quang và các thiết bị điện tử khác. Bốn kính viễn vọng có thể giảm xuống 6 inch được dùng để gửi dữ liệu và tín hiệu dẫn lên LLST. Bốn kính viễn vọng phản xạ 17 inch thu nhận và tập trung các tín hiệu quang của dữ liệu từ LLST gửi xuống và được cáp quang dẫn đến các bộ tách sóng ở phòng điều khiển. Trạm đầu cuối mặt đất có thể di chuyển được. Vài tháng trước khi phóng tàu vũ trụ LADEE, LLGT được di chuyển đến vị trí vận hành ở gần MIT để tiện hiệu chỉnh và theo dõi.
THỬ NGHIỆM THÀNH CÔNG, KẾT QUẢ VƯỢT NGOÀI MONG ĐỢI
Ngày 31/12/2013, NASA thông báo dự án LLCD tiến hành 30 ngày thử nghiệm đã thành công mỹ mãn và vượt ra ngoài mong đợi. Ông Don Cornwell chịu trách nhiệm về dự án LLCD của NASA cho biết: "Trong suốt quá trình thử nghiệm, chúng tôi không phát hiện sự cố nào có thể gây trở ngại cho việc đưa công ngệ mới này vào sử dụng trong thời gian sắp tới“.
Ban ngày thì LLCD có thể tiến hành thông tin mà không có bất cứ sai sót nào. Khi mặt trăng gần với đường chân trời, tức nếu nhìn từ trạm mặt đất, góc ngẩng nhỏ hơn 4 độ, LLCD vẫn có thể tiến hành thông tin có chất lượng. Thử nghiệm cũng cho thấy, gió và chuyển động của khí quyển không có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của LLCD. Quá trình thử nghiệm cũng cho thấy khả năng tải xuống của bản thân tàu vũ trụ LADEE. Ông Don Cornwell cho biết: "Trong vòng chưa đầy 5 phút, chúng tôi có thể cho tải xuống toàn bộ các dữ liệu kho họ lưu giữ trong LADEE và dữ liệu của tàu vũ trụ (1 Gbit), hạn chế duy nhất là tốc độ kết nối 40 Mbit/s trong nội bộ LADEE. Nếu dùng hệ thống thông tin vô tuyến thì phải mất vài ngày mới có thể tải xuống hết các dữ liệu đó. Ngoài điểu đó, LLCD còn chứng minh sự hoàn chỉnh của kỹ thuật thông tin laser. Thông tin laser không những có thể truyển đưa dữ liệu lớn với tốc độ cao mà còn có thể từ tàu vũ trụ phát đi hoặc phát đến tàu vũ trụ các thông tin vể đo thử từ xa hoặc các mệnh lệnh điểu khiển một cách chính xác.
Một trong những thành công có tính đột phá khác của lần thử nghiệm LLCD này là có thể lập trình: đánh thức LLCD và bắt nó đến thời gian quy định tự động kết nối thông tin với trạm đầu cuối mặt đất mà không cần các thông tin mệnh lệnh bằng vô tuyến. Điểu này có nghĩa là thông tin laser sẽ trở thành hệ thống thông tin chủ yếu trong các nhiệm vụ của NASA trong tương lai.
Một nguồn tin từ NASA cho biết: LLCD đã có đủ khả năng thu và phát tín hiệu thị tần với độ phân giải cao. Quá trình phát tín hiệu hình ảnh lên bộ đo thử ở mặt trăng rồi quay trở vể mặt đất chỉ bị trễ vài giây.
Nhiệm vụ tiếp theo của NASA trong dự án thông tin laser trong vũ trụ là "Thực nghiệm khả năng tiếp chuyển của thông tin laser (LRCD - Lasercomm Repeating Capability Demonstration): MIT sẽ tổ chức thông tin laser giữa 2 trạm mặt đất với vệ tinh nhân tạo đặt trên quỹ đạo đồng bộ với mặt đất để kiểm chứng khả năng tiếp chuyển thông tin giữa 2 trạm khi thông tin laser truyển tín hiệu với tốc độ Gbit/s. Điểu quan trọng trong thử nghiệm này là LRCD sẽ thử nghiệm kéo dài trong 5 năm, qua đó tăng thêm lòng tin vào khả năng hoàn hảo của thông tin laser.
0 comments: