Мандрівні фотони

Мандрівні фотони
Нова лазерна технологія може покращити космічну комунікацію, розширюючи у такий спосіб межі пізнання – пише Джоана Томпсон у журналі Scientific American. 

Сучасні системи космічного зв’язку базуються на радіохвилях. Долаючи величезні відстані, вони дифрагуються і розпорошуються, зрештою, як і світло та інші типи електромагнітного випромінювання. Пучок радіохвиль, надісланий з Місяця, на Землі “збільшується до розмірів континенту”, пояснює Пітер Андрексон, спеціаліст у сфері фотоніки із Шведського технічного університету Чалмерса та співавтор праці, опублікованої нещодавно у Light: Science and Applications. Для порівняння: на такій самій дистанції “лазерний пучок розширюється до приблизно 2 км”.

Щоб вловити достатньо багато радіохвиль, які доходять, наприклад, з Марса, потрібна потужна параболічна антена. Браян Робінсон, інженер систем оптичної комунікації з Лабораторії Лінкольна (МТІ), який не брав участі у дослідженні, пояснює, що найбільші антени NASA мають діаметр 70 м: “Це наче футбольне поле, встановлене на шарнір Cardana та скероване на Марс”.

Застосовуючи лазер,можна було б скоротити діаметр приймача приблизно до 20 см, тобто більш-менш до розмірів малої піци. Водночас пересилання інформації буде швидшим, ніж за допомогою радіохвиль. На жаль, надіслані лазерні сигнали мають меншу потужність, тож їхнє прийняття вимагає надзвичайно серйозного підсилення. 

У приймачі нового типу, який спроєктували дослідники, використано технологію фазочутливого (PSA– phase sensitive amplification) підсилення, яку було реалізовано завдяки взаємовпливам між фотонами. Робінсон визнає, що це рішення є надзвичайно цікавим, оскільки сучасні стандартні підсилювачі вносять “шум”, який спотворює сигнал. Дослідна система PSA виявилася достатньо чутливою, щоб у симульованих у лабораторії умовах міжпланетного простору, які передбачають відповідну до пройденої віддалі дифракцію пучка, приймати дані зі швидкістю 10,5 гігабайта на секунду. Наступним викликом буде розв’язання проблеми деформацій, створених атмосферою.

У 2013 році дослідники з Лабораторії Лінкольна та NASA протестували іншу систему лазерної трансмісії між космічним кораблем і Землею. Там було застосовано приймач, який лічив фотони і реагував на кожну частку світла, що надходила. Рішення виявилося дуже ефективним у випадку передачі даних, які можуть бути закодовані числами, але для праці вимагає охолодження до температури -269°C. Приймачі PSA працюють за кімнатної температури.

Таня Гаррісон, яка спеціалізується на дослідженні планет і не брала участі у жодному зі згаданих проєктів, визнає, що з огляду на наявні потреби з вдосконалення систем оптичної комунікації, це було б значним досягненням. Гаррісон творить мапи Марса на основі даних, що надходять із супутників, і відчуває значну фрустрацію через обмежену швидкість радіотрансмісії. Параметри зв’язку між Марсом і Землею нагадують швидкість і надійність модемів з початку 1990-х. Супутник, що кружляє навколо Червоної планети, пояснює Гаррісон, “збирає вдесятеро більше даних, аніж може послати на Землю. Система оптичної комунікації дозволила б суттєво інтенсифікувати дослідження, які ми проводимо”.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *


З ЦИМ МАТЕРІАЛОМ ЧИТАЮТЬ


Ножиці для ДНК Звідки такі валуни?