Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Modem laserowy NASA

ghost666 16 Lut 2016 12:42 1848 0
  • Modem laserowy NASA
    Zespół inżynierów z NASA skonstruował nowy rodzaj systemu komunikacyjnego, wykorzystujący nowoczesne rozwiązania technologiczne, które za jakiś czas mogą zmienić oblicze telekomunikacji, obrazowania medycznego, systemów produkcyjnych czy obronności. Na czym opiera się rewolucyjność nowego modemu komunikacyjnego stworzonego przez naukowców?

    Opracowany przez badaczy z Amerykańskiej Agencji Kosmicznej modem jest pierwszym na świecie zintegrowanym urządzeniem wykorzystującym rozwiązania fotoniczne. Układ ten testowany będzie między innymi na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) na początku roku 2020. Projekt fotonicznego modemu komunikacyjnego jest częścią szerszego projektu NASA. Demonstracja Komunikacji Laserowej (ang. Laser Communications Relay Demonstration, LCRD) to wieloletni projekt mający za zadanie zaprezentować możliwość realizacji w pełni optycznych połączeń do przekazu danych z ekstremalnie dużą prędkością przy wykorzystaniu technologii fotonicznej. System komunikacji, nie większy od zwykłego smartfona, posiada zintegrowane w sobie wszystkie elementy potrzebne do nawiązania komunikacji optycznej - lasery, przełączniki optyczne i inne. Wszystkie elementy fotoniczne zintegrowane są w postaci układu scalonego, podobnego do układów elektronicznych, jakie znamy z urządzeń dookoła nas.

    Zintegrowany system LCRD dedykowany do pracy na niskiej orbicie umieszczony zostanie na stacji kosmicznej ISS; zawiera on w sobie modem i wzmacniacz. Wykorzystanie i testowanie tego elementu pozwoli na stworzenie terminala LCRD dla NASA, co ma umożliwić prezentację i testowanie ultraszybkiej komunikacji opartej o laser.

    Nowoczesna technologia wymaga ogromnych przepustowości

    Od czasu sformowania w 1958 roku NASA w swoich projektach opierała się wyłącznie na transmisji radiowej. Aktualnie, gdy misje kosmiczne wymagają ogromnych przepustowości do przesyłania danych, konieczność stworzenia nowego, szybszego standardu transmisji, takiego jak LCRD, stała się faktem, mówi Don Cornwell, dyrektor oddziału NASA odpowiedzialnego za zaawansowanego systemy komunikacji i nawigacji. W ramach programu Komunikacji i Nawigacji Kosmicznej, rozwijają oni projekt LCRD.

    Wykorzystanie technologii LCRD sporo obiecuje, jeśli chodzi o transformowanie sposobu wysyłania i odbierania danych, filmów i innych informacji, jakie przesyła NASA. Opisywany system wykorzystywać będzie światło lasera do przenoszenia informacji z prędkością od 10 do 100 razy większą niż w obecnie wykorzystywanych systemach, a jednocześnie układ ma pobierać mniej mocy z zasilania. Taki skok technologiczny może sprawić, że jakość pomiarów, zdjęć i nagrywanych filmów w misjach kosmicznych w całym Układzie Słonecznym istotnie się poprawi. Polepszenie jakości tych danych przełoży się na pracę naukową - lepszej jakości zdjęcia pozwolą naukowcom na bardziej precyzyjne analizowanie obrazowanych zjawisk na innych planetach, podobnie jak możliwe to jest teraz, na Ziemi, gdy klimatolodzy analizują zdjęcia naszej planety monitorując np. zmiany klimatyczne.

    Opisywany projekt ma być w pełni funkcjonalny w roku 2019. Nie jest to jednak pierwszy projekt komunikacyjny wykorzystujący technologie laserowe, jakie NASA ma na swoim koncie. Przy okazji wysyłania na Księżyc sondy badającej atmosferę i pył księżyca (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, LADEE) inżynierowie z NASA testowali rekordowe łącze oparte o światło laserowe. Testy przeprowadzone trzy lata temu pozwoliły na nawiązanie komunikacji z księżycem z prędkością 622 megabitów na sekundę (download) / 20 megabitów na sekundę (upload).

    System LCRD zaprojektowano nie tylko do demonstrowania nowego rodzaju komunikacji. Po dwuletnim okresie testowania system ma przejść do normalnej służby. W ramach systemu komunikacyjnego wystrzelone w kosmos zostaną systemy nadawcze i odbiorcze, a na powierzchni ziemi wybudowane zostaną dedykowane stacje komunikacyjne. Po wstępnych testach system ILLUMA zainstalowany na stacji kosmicznej ISS ma zostać wykorzystany do komunikacji pomiędzy obiektami na orbicie geostacjonarnej i niskiej orbicie okołoziemskiej.

    Wyjątkowy terminal komunikacyjny

    ILLUMA wykorzystuje zupełnie nowatorską technologię - zintegrowane układy fotoniczne. Spodziewać się można, że nowoczesne systemy wykorzystujące światło zmienią oblicze elektroniki w najbliższym czasie, nie tylko w zakresie komunikacji w Internecie, ale także spektrometrii, detektorów chemicznych i systemów monitoringu.

    Don Cornwell komentuje następująco nowatorskie rozwiązanie: "Zintegrowane układy fotoniczne są bardzo podobne do elektronicznych układów scalonych, z tą tylko różnicą, że zamiast elektronów wykorzystują fotony do realizacji wielu funkcji optycznych (...) Technologia ta wykorzystana może zostać we wszystkich typach misji kosmicznych NASA".

    Ostatnie osiągnięcia w zakresie nanostruktur, metamateriałów i technologii krzemowej rozszerzają liczbę aplikacji dla układów optycznych o wysokim stopniu integracji. Co najważniejsze, dzięki wykorzystaniu technologii litograficznych, układy te można wytwarzać podobnymi metodami na masową skalę jak klasyczne układy elektroniczne: daje to nadzieję na możliwość redukcji kosztów układów fotonicznych produkowanych na masową skalę.

    Mike Krainak, przewodzący projektowi opracowania modemu przez NASA w Greenbelt, w stanie Maryland (USA), opisuje swoje prace prowadzone w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda: "Od dawna nad tym pracujemy. Ta technologia pozwoli uprościć projektowanie systemów optycznych. Zmniejszy wymiary i zredukuje pobór mocy przez układy optyczne, a także poprawi niezawodność tych systemów, jednocześnie zapewniając dodanie nowych funkcji do układów i zmniejszenie kosztów ich produkcji. To oczywiste, że nasza strategia rozwoju zintegrowanych układów fotonicznych doprowadzi do rewolucji w ziemskiej i międzyplanetarnej komunikacji (...) Google, Facebook - wszyscy oni spoglądają już chętnie na naszą technologię. Wraz z postępem zintegrowanych układów fotonicznych i zmniejszaniu ich ceny, stają się one lepszą alternatywą dla komunikacji niż łącza światłowodowe. Wszystko zmierza w tą właśnie stronę".

    Oprócz zaangażowania w projekt ILLUMA, Mike Krainak jest przedstawicielem NASA w pierwszym w Stanach Zjednoczonych konsorcjum założonym w celu wspierania rozwoju zintegrowanych układów fotonicznych. Założony przez amerykański Departament Obrony Amerykański Instytut dla Wytwarzania Zintegrowanych Układów Fotonicznych to organizacja non-profit, której siedziba mieści się w Rocherster w stanie Nowy Jork. Zajmuje się ona skupianiem technologicznych talentów z różnych dziedzin, co ma na celu opracowywanie najnowocześniejszych układów fotonicznych na świecie. Zasadniczym celem Instytutu jest opracowanie technologii pozwalającej na integrację układów fotonicznych i elektronicznych w niedrogim procesie pozwalającym na łatwe skalowanie wielkości i produkcję układów scalonych na skalę przemysłową.

    Mike Krainak zajmuje się także przydzielaniem grantów w ramach Dyrektoriatu Technologii Misji Kosmicznych NASA. Zajmuje się on Programem Grantów Badawczych dla Technologii Kosmicznych, które dedykowany jest wspieraniem prac badawczych będących na pierwszych etapach. Już szereg instytucji otrzymało tego rodzaju granty.

    Pierwsze kroki do praktycznej demonstracji fotoniki

    W ramach projektu NASA, Mike Krainak wraz ze swoim zespołem zdołał zredukować wielkość terminala nadawczo-odbiorczego do urządzenia wielkości "dwóch tosterów", głównie dzięki wykorzystaniu zintegrowanego układu fotonicznego - optycznego analoga układu scalonego. Jakkolwiek w modemie zastosowane będą także światłowody to ILLUMA jest pierwszym krokiem do praktycznej demonstracji realnego działania zintegrowanego układu fotonicznego, który - docelowo - ma posiadać wszystkie potrzebne funkcje zintegrowane w swojej strukturze.

    Misja kosmiczna ILLUMA ma na celu sprawdzenie systemu w realnych warunkach, co jest kluczowym elementem zaprezentowania, że układ tego rodzaju nadaje się do komunikacji z statkami i sondami w przestrzeni kosmicznej. Dodatkowo testowane będą możliwości komunikacji nie tylko pomiędzy satelitami a stacjami na Ziemi, ale także pomiędzy samymi satelitami.

    "To, na czym najbardziej nam zależy, to umożliwienie naukowcom szybszej wymiany danych. Modemy muszą być niedrogie. Muszą być małe i lekkie" - opisuje Krainak. Celem prowadzonego przez niego projektu jest opracowanie i przetestowanie technologii, a następnie udostępnienie jej przemysłowi oraz agencjom rządowym. Pomoże to zmniejszyć koszty tych systemów, gdyż rynek będzie starał się ją zredukować, aby zwiększyć sprzedaż i opłacalność.

    Jakkolwiek zintegrowane systemy fotoniczne obiecują zrewolucjonizować nauki kosmiczne i komunikację miedzyplanetarną, to wpływ tych układów na technologie używane tutaj, na Ziemi, także jest niemały. Jednym z przykładów są centra obliczeniowe, w których duża liczba serwerów połączona jest ze sobą łączami światłowodowymi, mającymi za zadanie przenosić dane pomiędzy systemami. Systemy fotoniczne zapowiadają istotną redukcję wielkości tych systemów komunikacyjnych, integrując w jednym układzie scalonym wszystkie systemy potrzebne do realizacji komunikacji optycznej - podobnie jak teraz robi się to z układami elektronicznymi. Oprócz zmniejszenia kosztów systemów komunikacyjnych, będą one działały szybciej i przy mniejszym poborze prądu.

    Źródło: http://phys.org/news/2016-01-nasa-integrated-photonics-modem.html#jCp

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9964 postów o ocenie 8222, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • Sklep ElwronSklep Elwron