Laserkanali eelised raadiokanali ees on see, et esiteks ei tekita see raadiohäireid; teiseks on see konfidentsiaalsem; kolmandaks saab seda kasutada kõrge elektromagnetilise kiirgusega kokkupuute tingimustes.

Skemaatiline diagramm saatja on näidatud joonisel 1. Saatja koosneb ATtiny2313 mikrokontrolleril (DD1) tehtud käsukooderist, BC847V transistoride (VT1, VT2) väljundplokist ja RS-232 liidesest, mis omakorda koosneb DB9-F pistikust (kaabli jaoks) (XP1) ja taseme muundur - mudelil MAX3232 (DD3).

Mikrokontrolleri lähtestusahel koosneb elementidest DD2 (CD4011B), R2, C7. Väljundplokk on transistoril VT1 valmistatud elektrooniline lüliti, mille kollektori vooluringis on see ühendatud transistori VT2 voolupiiraja kaudu. laserkursor. Saatja toiteallikaks on konstantne stabiliseeritud pinge 9 - 12 V. Mikroskeeme DD1, DD2, DD3 toiteallikaks on 5 V pinge, mille määrab stabilisaator 78L05 (DA1).

DD1 kontroller on programmeeritud BASCOM-i keskkonda, mis võimaldab tal käske saata personaalarvuti(PC) RS-232 liidese kaudu Bascomi terminalist, kasutades funktsiooni "kaja".

Mikrokontrolleril on kella sagedus 4 MHz sisemisest ostsillaatorist. Väljundplokki suunatakse OS0A (PB2) väljundist umbes 1,3 kHz sagedusega impulsside paketid. Impulsside arv paketis määratakse arvutist saadud käsu numbri järgi.
Käsu sisestamiseks tuleb vajutada arvuti klaviatuuril suvalist klahvi, seejärel kui ilmuvad sõnad “Kirjuta käsk” ja “Sisesta nr 1...8”, sisestage number vahemikus 1 kuni 8 ja vajutage sisestusklahvi. võti.

Saatja mikrokontrolleri programm “TXlaser” koosneb põhiahelast (DO...LOOP) ja kahest katkestuse töötlemise rutiinist: vastuvõtuks (Urxc) ja taimeri 0 ülevooluks (Timer0).

Väljundsageduse 1,3 KHz saamiseks on taimer konfigureeritud sagedusjaotusteguriga (Eelskaala) = 1024. Lisaks algab loendamine madalamast väärtusest Z = 253 (kõrgel tasemel PB2-l) ja jõuab 255-ni. Taimer ülevoolukatkestus tekib siis, kui mille töötlemisel lülitub PB2 väljund ja taimer seatakse uuesti väärtusele Z = 253. Seega ilmub PB2 väljundisse signaal sagedusega 1,3 KHz (vt joonis 2). Samas alamprogrammis võrreldakse PB2 impulsside arvu määratud impulssiga ja kui need on võrdsed, siis taimer peatub.

Vastuvõtukatkestuse töötlemise alamprogrammis määratakse edastatavate impulsside arv (1–8). Kui see arv on suurem kui 8, kuvatakse terminalis teade “ERROR”.

Alamprogrammi töötamise ajal on PD6 viik olemas madal tase(HL1 LED ei põle) ja taimer peatub.
Põhiahelas kontakti PD6 juures - kõrge tase ja HL1 LED põleb.
Programmi "TXlaser" tekst:

$regfile = "attiny2313a.dat"
$ kristall = 1000000
$ hwstack = 40
$swstack = 16
$ raami suurus = 32

Config Pind.0 = Sisend "UART - RxD
Config Portd.1 = Väljund "UART - TxD
Config Portd.6 = Väljund "LED HL1
Config Portb.2 = Väljund "väljund OC0A

"taimeri konfiguratsiooni 0-jaotustegur = 1024:
Config Timer0 = taimer, eelskaala = 1024
Stop Timer0 "peatage taimer

Dim N As Byte "muutuja definitsioon"
Dim N0 baitina

Const Z = 253" väljundsageduse taimeri loenduse alumine piir = 1,3 KHz
Taimer0 = Z

Urxc Rxd "vastuvõtu katkestuse töötlemise alamprogramm
Taimer0 impulsi "ülevoolukatkestuse rutiin"

Lubage Urxc
Taimer0 lubamine

Tehke "põhisilmus
Seadistage Portd.6 "lülitage HL1 LED sisse
Loop

Rxd: "vastuvõtu katkestuse töötlemise alamprogramm
Peata taimer0
M1:
Trüki "Kirjuta koma"
Sisend "Sisesta nr 1...8:" , N0 "käsu sisend
Kui N0 > 8, siis piirake käskude arvu
Trüki "Viga"
Minge M1-le
Lõpeta Kui
N0 = N0 * 2
N0 = N0 - 1" seatud väärtus impulsside arv pakendis
Portb.2 sisse- ja väljalülitamine
Käivitage taimer0 "käivitage taimer
Tagasi

Pulss: "ülevoolukatkestuse töötlemise rutiin"
Peata taimer0
Portb.2 sisse- ja väljalülitamine
Lähtesta Portd.6 "lülitage LED välja
Taimer0 = Z
N = N + 1 "impulsside arvu juurdekasv
Kui N = N0 Siis "kui impulsside arv = määratud
N = 0
N0 = 0
Ootab 500 tolli viivitust 0,5 s
Muidu
Käivitage Timer0 "muidu jätkake loendamist
Lõpeta Kui
Tagasi
Lõpeta "lõpeta programm

Saatja on valmistatud trükkplaadile mõõtudega 46x62 mm (vt joonis 3). Kõik elemendid, välja arvatud mikrokontroller, on SMD tüüpi. Mikrokontrollerit ATtiny2313 kasutatakse DIP-paketis. Soovitatav on asetada see DIP-kiipide TRS (SCS) - 20 paneelile, et seda oleks võimalik “valutult” ümber programmeerida.

Trükkplaat Saatja TXD.PCB asub kaustas “FILE PCAD”.
Laserkanali vastuvõtja skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 4. Esimese võimendi DA3.1 (LM358N) sisendis summutab elementidest CE3, R8, R9 moodustatud madalpääsfilter, mille piirsagedus on 1 KHz, taustmüra 50-100 KHz alates. valgustusseadmed. Võimendid DA3.2 ja DA4.2 võimendavad ja pikendavad vastuvõetud impulsside kestust kasulik signaal. DA4.1 komparaator genereerib väljundsignaali (ühe), mis tarnitakse CD4011D (DD2) kiibi inverterite kaudu - DD2.1, DD2. Signaal saabub sünkroonselt mikrokontrolleri ATtiny2313 (DD1) – T0 (PB4) ja PB3 kontaktidele. Seega käivitatakse sünkroonselt välises impulsside loendusrežiimis töötav Timer0 ja selle loendamise aega mõõtev Timer1. Dekoodri funktsiooni täitev kontroller DD1 kuvab vastuvõetud käsud 1...8, seadistades PORTB viigudele log.1 vastavalt PB0...PB7, samas kui järgmise käsu saabumine lähtestab eelmise. Kui PB7-le saabub käsk “8”, kuvatakse log.1, mis abiga elektrooniline võti transistoril VT1 lülitab sisse relee K1.

Vastuvõtja toide on pideva pingega 9 -12V. Analoog- ja digitaalosade toiteallikaks on 5 V pinge, mille määravad 78L05 DA5 ja DA2 tüüpi stabilisaatorid.

Programmis RXlaser on Timer0 konfigureeritud väliste impulsside loendurina ja Timer1 taimerina, mis loendab maksimaalse võimaliku impulsside arvu läbimise perioodi (käsk 8).

Põhitsüklis (DO...LOOP) lülitatakse Timer1 sisse esimese käsuimpulsi vastuvõtmisel (K=0), lähtestatakse taimeri Z=1 kaasamise lubamise tingimus.
Katkestuse töötlemise alamprogrammis, kui Timer1 loendus langeb kokku maksimaalse võimaliku loenduse väärtusega, loetakse käsu number ja seadistatakse see PORTB-s. Seadistatud on ka Timer1 kaasamise lubamise tingimus - Z=0.
Programmi RXlaser tekst:

$regfile = "attiny2313a.dat"
$ kristall = 4000000
$ hwstack = 40
$swstack = 16
$ raami suurus = 32

Ddrb = 255 "PORTB - kõik väljundid
Portb = 0
Ddrd = 0 "PORTD-sisend
Portd = 255" ülestõmmatav PORTD
Config Timer0 = loendur , eelskaala = 1 , serv = langev "pulsiloendurina
Config Timer1 = taimer, eelskaala = 1024, Clear Timer = 1" kui taimer
Peata taimer 1
Taimer1 = 0
Loendur0 = 0

"muutuja määratlus:
Dim X Byte
Dim Comm Byte
Dim Z As Bit
Dim K As Bit

X = 80
Võrdle1a = X "impulsside arv vasteregistris
Z=0

Võrdle1a Pulse "katkestage rutiin juhuse tõttu

Katkestuste lubamine
Luba Võrdle1a

Tehke "põhisilmus
Kui Z = 0 Siis "esimene tingimus taimeri sisselülitamiseks
K = Portd.3
Kui K = 0 Siis "teine ​​tingimus taimeri sisselülitamiseks
Käivitage taimer1
Z=1
Lõpeta Kui
Lõpeta Kui
Loop

Impulss: "alamprogrammi katkestuse töötlemine juhuslikult
Peata taimer 1
Comm = Counter0 "lugemine välisest impulssloendurist
Comm = Comm - 1 "bitinumbri definitsioon pordis
Portb = 0 "pordi nullimine
Määrake Portb.comm "käsu numbrile vastav bitt
Z=0
Loendur0 = 0
Taimer1 = 0
Tagasi
Lõpeta "lõpeta programm

Programmid "TXlaser" ja "RXlaser" asuvad Lazer_prog kaustas.

Vastuvõtja asub tahvlil mõõtmetega 46x62 mm (vt joonis 5). Kõik komponendid on SMD tüüpi, välja arvatud mikrokontroller, mis tuleb asetada TRS(SCS) - 20 tüüpi DIP-kiipide paneelile.

Vastuvõtja seadistamine taandub ots-otsa edastusteguri ja komparaatori reageerimisläve seadistamisele. Esimese probleemi lahendamiseks on vaja ühendada ostsilloskoop DA4.2 viiguga 7 ja valides väärtuseks R18, seada selline ots-otsani edastustegur, mille juures kuvatakse ekraanil maksimaalne müraemissiooni amplituud. ei ületa 100 mV. Seejärel lülitub ostsilloskoop DA4.1 viigule 1 ja takisti (R21) valimine seab komparaatori nulltaseme. Lülitades sisse saatja ja suunates laserkiire fotodioodile, pead selles veenduma ristkülikukujulised impulsid komparaatori väljundis.
Vastuvõtja trükkplaat RXD.PCB asub samuti kaustas FILE PCAD.

Laserkanali mürakindlust on võimalik tõsta, moduleerides signaali alamkandja sagedusega 30 – 36 KHz. Saatjas toimub impulsside modulatsioon, samas kui vastuvõtja sisaldab ribapääsfiltrit ja amplituudidetektor.

Sellise saatja (saatja 2) skeem on näidatud joonisel 6. Erinevalt ülalkirjeldatud saatjast 1 on saatjal 2 alamkandja generaator, mis on häälestatud sagedusele 30 kHz ja mis on kokku pandud pesadesse DD2.1, DD2.4. Generaatori abil saab moduleerida positiivsete impulsside puhanguid.

Alamkandja sagedusega laserkanali vastuvõtja (vastuvõtja 2) on sisse monteeritud kodune mikroskeem K1056UP1 (DA1). Vastuvõtja ahel on näidatud joonisel 7. Käsuimpulsside eraldamiseks monteeritud madalsagedusfiltri ja impulsside normaliseerijaga amplituudidetektor loogilised elemendid DD3.1, DD3.2, dioodikomplekt DA3 ja C9, R24. Vastasel juhul langeb vastuvõtja 2 vooluahel kokku vastuvõtja 1 vooluringiga.

Raadiolained ei ole ainsad sidevahendid maaväliste tsivilisatsioonidega. On ka teisi viise, näiteks valgussignaale. Kuna valgussignaal peab läbima tohutu vahemaa, peavad sellel olema vajalikud omadused: sellel peab olema piisavalt energiat selle tee ületamiseks. On lihtne näha, et optilised projektorid ei sobi selliste valgussignaalide saatmiseks. Nad loovad lahknevaid valguskiiri. Seega, mida kaugemale prožektorist, seda laiemaks valgusvihk muutub. Suurte vahemaade tagant on see ka väga suur. See tähendab, et energia pindalaühiku kohta on väga väike.

Kui kasutada kõige kaasaegsemat optilist prožektorit, mis tekitab vaid poole kraadi laiuse valgusvihu (kiire), siis juba 50 kilomeetri kaugusel on prožektori tekitatud valgustäpp 450 meetrit. Selline Maale paigaldatud prožektor loob Kuule heleda laigu läbimõõduga 3000 kilomeetrit! Selge on see, et sel juhul hajub valgusenergia suurele alale ja pinna valgustatus muutub palju väiksemaks, kui see koht oleks vaid 10 või 100 meetri kaugusel. Maa prožektori poolt moodustatud laiku Kuu pinnal ei ole võimalik tuvastada. Kuid Kuu on meie kõrval. Mis jääb energiatihedusest alles sadade valgusaastate kaugusel? Peaaegu mitte midagi. Seetõttu pole mõtet nii triviaalset valgussignaalide allikat pikemalt käsitleda. Aga vajalik optilised signaalid saab luua laserite abil, mis olid Aleksei Tolstoi (insener Garini hüperboloid) ja H. Wellsi (marslaste soojuskiir) ideede kehastuseks.

Mis puudutab laserkiirgust kui tulnukatega suhtlemise vahendit, siis selle kaks omadust on siin olulised. Esimene on võime väljastada praktiliselt mittelahkunevat valgusvihku (kiirt), mida, nagu nägime, ei saa teha tavapäraste prožektorite abil. Teine on võime luua võimsaid valgussignaale, mis võivad jõuda sadade ja tuhandete valgusaastate kaugusel asuvate tähtedeni.

Laserkiirguse oluline omadus on selle monokromaatilisus (sõna otseses mõttes "üks värv"). Füüsiliselt tähendab see, et kiirgusel on rangelt konstantne lainepikkus ja seega ka värvus. Samas on lasereid, mis kiirgavad ühte rangelt määratletud lainepikkust, mille väärtuse määrab laseri “tööaine”. Selline aine võib olla gaasiline, vedel või tahke. Alguses kasutati peamiselt sünteetilist rubiinkristalli. Neodüümiga aktiveeritud klaasi kasutamisel on kiirguse lainepikkus 1,06 mikronit. Tööainena kasutatakse eelkõige süsihappegaasi CO2 ja paljusid teisi aineid. Vedellaserid võimaldavad kiirata erinevatel lainepikkustel (teatud vahemikus). Kiirgus toimub vaheldumisi, igal ajahetkel kiirgub üks rangelt määratletud lainepikkus.

Samuti on oluline, et lasersüsteemid võimaldaksid kiirata väga lühikesi valgusimpulsse. See on väga oluline teabe edastamiseks (impulsside jadade järgi). Impulsi pikkus võib olla nii väike, et ühe sekundi jooksul saab “kuhjata” kuni tuhat miljardit impulssi. Emissiooni ajal järgivad impulsid üksteist teatud viivitusega. Kaasaegsed laserid võimaldavad toota suure võimsusega impulsse. Seega võib isegi ülaltoodud lühikeste impulsside energia olla üle 10 džauli! Mida pikem on pulss, seda suuremat energiat see sisaldab. "Vaba genereerimise" režiimis, kui laser ise reguleerib väljastatavate impulsside pikkust ja see on suurusjärgus sekundituhandik, võib iga impulsi energia ulatuda mitme tuhande džaulini. Laserid võimaldavad kiirata mitte ainult lühikesi valgusimpulsse, vaid ka pidevalt. Näiteks süsinikdioksiidiga töötavad gaasilaserid võivad töötada pidevas laserirežiimis. Sel juhul iseloomustab kiirgust mitte iga impulsi energia (kuna üksikuid impulsse pole), vaid energia ajaühiku kohta ehk teisisõnu võimsus. Seega ulatub süsinikdioksiidil töötavate laserite võimsus mitmekümne kilovatini.

Laserkiirgus on samuti hajutatud, kuid palju vähem kui prožektorite oma. Selle määrab tööaine suurus. Töötava aine pinnalt lähtuv kiirgus toimub rangelt sama faasiga (faasis) kogu selle pinnal. Seetõttu sõltub laseri poolt saadetava kiire laius "tööaine" ploki suurusest, st mida suurem on pind, seda kitsam on kiiratava valgusvihk. Kiire laiuse sõltuvus lainepikkusest on otsene: mida lühem on lainepikkus, seda laiem on laseri poolt saadetav kiir. Kuid isegi tavaliste laserite puhul, milles töötava aine suurus on umbes 1 sentimeeter, on valgusvihu nurk 200 korda väiksem kui prožektoril. See on 10 kaaresekundit. Muidugi on lasereid, mille valguse emissiooninurk on oluliselt väiksem.

Kiirte lahknemisest vabanemiseks peate kasutama optiline süsteem teleskoobi tüüp, mis suunab kiirte teed. Kui laserkiirguse kiir lastakse läbi objektiivi, mille fookuskaugus on võrdne selle läbimõõduga, on kiire tegelik kujutis fookustasandil mõõtmetega pikkusega võrdne lained. Järgmisena asetame selle tegeliku kiire kujutise saamise kohta teise objektiivi (või peegli) fookuse, mille läbimõõt on palju suurem kui esimene. Teise objektiivi puhul võib fookuskaugus olla suurem kui selle läbimõõt, kuid võib olla ka sellega võrdne (nagu esimese objektiivi puhul). Selline kahe läätse kombinatsioon toob kaasa asjaolu, et teisest suurest läätsest (peeglist) väljub kiir, mille lahknemisnurk väheneb (võrreldes esialgsega, mis teleskoopi siseneb) sama mitu korda kui teise läätse läbimõõt. (peegel) on suurem kui kiiratava laine pikkus. Seega on täiesti võimalik laserkiire lahknemisnurka soovikohaselt vähendada.

Tulnukatega suhtlemiseks nii ühele laserile ehitatud sidesüsteemid kui ka sellele ehitatud sidesüsteemid kogu süsteem laserite (patarei). Kui kasutate pidevalt kiirgavat laserit võimsusega 10 kilovatti ja lisaks suurt 5-meetrise läbimõõduga peeglit, saate kiirenurka kitsendada 0,02 kaaresekundile.

Võite kasutada mitte ühte suurt peeglit, vaid teatud arvu väikese läbimõõduga (näiteks 10 sentimeetrit) peegleid. Siis peab süsteem sisaldama nii palju lasereid, kui on peegleid. Kõik see peab olema väga jäigalt orienteeritud. Kui võtate 25 laserit, saate saavutada ühe kaaresekundiga võrdne valgusvihu.

Eelis lasersüsteemid(patareid) jaoks kosmoseside on see, et selle töötamise ajal on võimalik välistada Maa atmosfääri mõju. Kui töötate ühe laseriga, siis atmosfäärihäirete tõttu muutub kiire nurk oluliselt suuremaks kui sellise mõju puudumisel. Sellest efektist saab üle, kui lasersüsteem on paigutatud nii laserkiir ei läbinud atmosfääri, st asetage see tehissatelliitplatvormile. Sel juhul ei ole vaja kasutada lasersüsteemide akut.

Esmakordselt analüüsis laserkiire abil maaväliste tsivilisatsioonidega suhtlemise võimalust teaduslikult 1961. aastal Nobeli preemia laureaat C.H. Townsom ja R.I. Schwartz. Sellest ajast peale on lasertehnoloogia maailmas paranenud ja tingimused lasersuhtluseks muutunud soodsamaks. Peamine, mida see tehnika peab tagama, on piisav kiirgusvõimsus ja võime eraldada tulnukate poolt meile saadetud laserkiirgus tähtede kiirgusest. Kuidas eraldada laservalgust tähevalgusest? See küsimus pole sugugi lihtne ja seda saab lahendada ainult tänu laserkiirguse erilisele omadusele – selle suurele monokromaatilisusele. Täht (näiteks Päike) kiirgab valgust erinevatel lainepikkustel. Laser kiirgab ainult rangelt määratletud lainepikkusel, näiteks 0,5 mikronit. Sellel lainepikkusel Päike kiirgab suurim energia. Sellegipoolest on laserkiirgus 25 korda suurem kui Päikesel või mõnel muul sarnasel tähel. Loomulikult kehtib see ainult selle konkreetse lainepikkuse kohta. Teistel lainepikkustel (nagu spektri ultraviolett- ja infrapunapiirkonnad) oleks see suhe veelgi suurem, kuna nendel lainepikkustel kiirgab Päike vähem kui umbes rohelist valgust (0,5 µm).

Seega võimaldab ka kaasaegne lasertehnoloogia luua kiirgust, mille intensiivsus antud lainepikkusel on piisav kogu tähekiirgusest eraldamiseks. Veelgi parema laserkiirguse eraldumise saavutamiseks tuleb “töötada” Päikese (või mõne muu tähe) neeldumisjoonte läheduses, st vahemikus, kus osa päikesekiirgusest neeldub ja see häirib laserkiirguse vabanemist vähem. . Kui laser töötab lainepikkusel 0,15 mikronit, võib selle spektraalne intensiivsus olla kümneid tuhandeid kordi suurem kui päikesekiirguse intensiivsus sellel lainepikkusel, kuna see asub päikesekiirguse neeldumispiirkonnas. Muidugi ta on laser masin peab asuma väljaspool maakera atmosfääri, vastasel juhul neeldub laserkiirgus atmosfäärigaasi. Seega tuleb kaugete tähtede valgust salvestades ja analüüsides silmas pidada, et selle kiirguse taustal on võimalik tuvastada maaväliste tsivilisatsioonide saadetud laserkiirgust. See kuvatakse kitsa joonena. Kuid selleks on vaja tähtede kiirgust analüüsida kvaliteetsete spektrograafide abil. Kasutada saab ka väga kitsaribalisi filtreid. Loomulikult peavad need optilised seadmed olema väga kvaliteetsed: spektrograafi eraldusvõime peab olema 0,03 A, et saada 10% taustast kõrgemal asuva laserjoone kontrastsust. Kaasaegne optiline tehnoloogia võimaldab seda teha. Seetõttu saame nüüd hakata püüdma kõige võimsamatele teleskoopidele kuuluvaid emissioonijooni laserseadmed maavälised tsivilisatsioonid.

Oleme mitu korda arutanud erinevaid aspekte Doppleri efekti mõju liikuva allika kiirgusele. IN sel juhul seda mõju tuleb ka arvesse võtta, kuna kiirgusvastuvõtjate liikumise tõttu kiirguse enda suunas peaks toimuma kiirgussageduse nihe (Doppleri nihe) ühes või teises suunas. Selle nihutatud sagedusega kiirguse tuvastamiseks on vaja vastava eraldusvõimega spektrograafe.

Seega isegi kaasaegsel tasemel lasertehnoloogia võimaldab vastu võtta lähedalasuvate tähtede lasersignaale ja saata need tagasi. Kuid jääb veel üks, võib-olla kõige olulisem küsimus: kuhu saata signaale ja kuhu neid vastu võtta? Mõlemal juhul peame oma teleskoobid kuhugi suunama ja seda väga suure täpsusega. Sama nõutakse ka meie korrespondentidelt kosmoses. Kui nad asuvad lähimate tähtede (nende planeetide) peal, siis jälgivad nad Maa orbiiti ühe kaaresekundilise nurga all. Selleks, et nende laserkiir Maad tabaks, peavad nad selle sihtima 0,02 kaaresekundilise nurkeraldusvõimega. Selline täpsus on nüüd meie astronoomidele kättesaadav. Seetõttu usume, et see on saavutatav ka maavälistele tsivilisatsioonidele, kes soovivad meiega suhelda.

Loogiline on ette kujutada, et tulnukad, otsides meiega sidet, “kobavad” Päikesesüsteemis laserkiirega. Kui nad teevad laserkiire (kiire) laiuse suuremaks, siis see valgustab Maad kogu aeg ja on suhteliselt lihtsalt salvestatav. Kuid mida laiem on valgusvihk, seda rohkem on vaja energiat väljastada, et sellest piisaks kogu valgustatava pinna katmiseks, et seda saaks registreerida. Kuid võib arvata, et see tulnukate raskus ei ole lahendamatu. Kõrval vähemalt, maapealsetes laborites toimub laserkiirguse võimsuse kasv väga kiiresti.

Eriti tõhus lasersuhtlus saab kasutada päikesesüsteemis. Laserkiire abil on võimalik Marsile tekitada 5–7 kilomeetrise läbimõõduga laik, mis Maalt vaadeldes helendab Veenusest umbes 10 korda heledamalt. Laserikiir võib kanda mis tahes teavet: selle intensiivsust saab ajas muuta vastavalt mis tahes seadusele (ehk laserkiirgust saab vastavalt moduleerida). Kuu pinda valgustas laserkiir. Päikese poolt valgustamata Kuu küljel saadakse 40-meetrise läbimõõduga helendav laik. Seda valgustatakse 100 korda vähem kui otsese päikesevalguse korral.

Sel nädalal avaldas NASA Space Laser Communications Demonstratori (LLCD) tulemused Lunar Atmospheric and Dust Environment Exploreri (või LADEE) kohta, mis käivitati selle aasta septembris ja praegu meie ümber tiirutades looduslik satelliit. Kosmoseagentuuri sõnul on LLCD-süsteem näidanud andmeedastuse väga kõrget efektiivsust umbes 400 tuhande kilomeetri kaugusel ja on juba praegu võimeline töötama mitte halvemini ja võib-olla isegi paremini kui tavalised raadiosaatjad.

Neile, kes ei tea, on LLCD missioon näidata võimalust praktiline kasutamine laserid sõnumite edastamiseks objektide vahelüksteisest väga kaugel ja palju suurematel kiirustel kui tavalised raadiosaatjad suudavad pakkuda. Näidates võimet edastada Maale andmeid kiirusega 622 Mb/s ja vastu võtta 20 Mb/s, püstitas LLCD 20. oktoobril Kuu orbiidilt andmete edastamise kiiruse rekordi. Laserkiire edastatud andmed võttis vastu New Mexico osariigis asuv peamine LLCD maapealne jaam. Maailmas on kolm sarnast jaama. Ülejäänud kaks asuvad Hispaanias ja USA-s.

Kõige tähtsam laserite eelised Raadiosaatjate eelised on see, et need pakuvad palju kõrgemat läbilaskevõime ning lisaks võimalus edastada infot lühiajaliste laserkiirtega, mis tulevikus vähendab üldist energiatarbimise kulu info edastamisel ülipikkadel vahemaadel.

NASA märgib, et LLCD süsteem töötab 30 päeva katserežiim isegi parem, kui temalt oodati. Laser edastas teated maapealsetele jaamadele probleemideta, kui päevavalgus ja isegi siis, kui Kuu kõrvalekalde nurk Päikese suhtes oli neli kraadi. Süsteem töötas ilma vigadeta ka siis, kui Kuu oli horisondist väga madalal, sundides laserit läbima atmosfääri tihedamaid kihte ja puutuma kokku turbulentsi mõjudega. Astronoomid olid samuti üllatunud, kui said teada, et kerged rünkpilved pole laseri jaoks probleemiks.

Lisaks vigade testimisele demonstreeris LLCD võimet lülituda ühelt maapealselt jaamalt teisele, näidates võimet lukustada kindlasse jaama ilma raadiosignaali vajamata.

“Oleme LADEE programmeerinud nii, et see automaatrežiim aktiveeris ja suunas LLCD-süsteemi soovitud punkt lasersignaali Maale edastamiseks, ilma et oleks vaja eelnevalt koos meeskonnaga raadiosignaale sondile saata,“ ütleb Don Cornwell, Goddardi kosmoselennukeskuse LLCD projektijuht.
"Selle missiooni edu võimaldab meil olla optimistlik võimaluse suhtes kasutada sarnaseid süsteeme NASA tulevaste missioonide esmaste sidesüsteemidena."
NASA märgib mitte ainult signaali edastamise edukust, vaid ka sondilt Maale edastatava teabe suurt kiirust. Kõik selle aja jooksul kogutud andmed (ja see on hetkeks gigabaiti teavet) edastati Maale vähem kui viie minutiga. Tavaliselt kulub selle mahu andmete edastamiseks mitu päeva.

Agentuur ütleb, et LLCD missioon on lõpule viidud ja testimise järgmine etapp on 2017. aastal käivitatava LRCD (Laser Communications Relay Demonstration) satelliidi süsteemikontroll. Süsteem on LLCD täiustatud versioon, mis on võimeline edastama andmeid kiirusega kuni 2880 Gb/s. geostatsionaarne orbiit ja on osa viieaastasest programmist, mille eesmärk on testida järgmise põlvkonna sidesüsteeme.

30. jaanuaril saadeti orbiidile satelliit Eutelsat 9B. Sellest sai esimene satelliit, mis oli varustatud EDRS-süsteemiga (European Data Relay System). Soovides rohkem teada saada uus tehnoloogia, läks Mediasati korrespondent EDRS-mooduli arendaja Tesati kontorisse, mis asub Saksamaa väikelinnas Backnangis. Osakonnajuhataja lasertehnoloogiad Mathias Motsigemba tegi meile ettevõtmises ringkäigu ja rääkisst, mida maailmas veel vähe tuntakse.

Saksa kosmoseagentuuri toel on Tesat välja töötanud lasersideterminali (LCT), mis toetab kiiret andmeedastust madala maa orbiidi (LEO) ja geostatsionaarse maa (GEO) satelliitide vahel. Terminal teeb võimalik ülekandmine andmeid kiirusega 1,8 Gbps kuni 45 000 kilomeetri kaugusel. Need LCT terminalid peaksid saama aluseks peamised kanalid andmeedastus EDRS-süsteemis, mis peaks tagama andmeedastuse LEO ja GEO satelliitide vahel.

Mathias Motsigemba: “Nüüd on meil võimalus teenuseid pakkuda Kõrge kvaliteet reaalajale lähedases režiimis. See muudab tohutu erinevuse! LEO satelliit teeb pildi ja saadab selle GEO satelliidile, mis omakorda saadab selle raadiosageduse kaudu maapinnale. Laserkiir on suurepärane lahendus vaakumis, kuid atmosfääritingimustes pole see parim parim valik, kuna pilved võivad häireid tekitada. Valvuriks TV signaal sa võid kasutada suured kiirused andmeedastus ja häireteta optiline tehnoloogia söötmisliinil. Laserkommunikatsioonitehnoloogia tulekut võib võrrelda vase asemel optilise kiu kasutamise algusega.

Maavaatlussüsteemi teleport võib olla välisteenus, mis kasutab maapealseid turvamata liine.
Optiline andmeteenus (LEO GEO-le ja GEO maapealsele ülekandejaamale).
Maapealne jaam võib asuda oma riigis GEO satelliidi vaateväljas.
S/C – teie teabevarade suveräänsus.

Selle tehnoloogia arendamise vajaduse tingis kasvav nõudlus andmeedastusvõimsuse järele tsiviil- ja sõjaliste seiresatelliitide, HALE missioonide jaoks. EDRS-süsteemi loomise idee pakkus välja Euroopa Komisjon, kes on juba kaasatud Sentineli satelliidi konstellatsiooni, Copernicuse programmi. Järgmine samm peaks olema satelliitidevaheliste sidekanalite loomine. Eutelsat pakkus sisse lülitatud sidemooduli võimsusi Eutelsati satelliit 9B. Pärast seitsmeaastast esimese ja teise põlvkonna LCT-de arendamist käivitati LCT-süsteem Alphasatis 2013. aasta juulis. Sentinel-1A satelliidi LCT-süsteem integreeriti edukalt detsembris 2013. 2014. aasta detsembris saadeti orbiidile ja võeti kasutusele satelliit Sentinel 1A. 2014. aasta novembris pidasid Euroopa Kosmoseagentuur ja Tesat ühise otseesitluse, mille käigus saadeti Alphasati kaudu peaaegu reaalajas radaripilt satelliidilt Sentinel-1A 41 700 kilomeetri kaugusele maapealsesse jaama.

“Tehniliselt pole Alphasatile paigaldatud lasersideseadmetel ja Eutelsat 9B sarnastel seadmetel vahet. Alphasat demonstreeris tehnilised võimalused projekt, samas kui Eutelsat 9 B satelliidil olev EDRS-süsteem on kommertsteenus, mida pakub Airbus Defense and Space. Tavaliselt on Maa vaatlussatelliidil maapealse jaamaga ühenduse võtmiseks aega 10 minutit ja ümber Maa orbiidile jõudmiseks 90 minutit. See tähendab, et saad kasutada vaid 10% ruumivarast ning hädaolukorras või looduskatastroof Liiga palju aega kulub maapealse vaatlusjaamaga kontakti ootamisele. Nüüd, jälgides merelaevadega Näiteks saate probleemi tuvastada 15 minuti jooksul" , ütleb Mathias Motsigemba.

Tootesarja põhielement on GEO/LEO satelliitidevahelise ühenduse jaoks mõeldud LCT-135 (135 mm teleskoop). Sarnaselt eelmisele mudelile LCT-125 ühendab seade ühte ühikusse kõik terminali optilised, mehaanilised ja elektrilised alammoodulid, nagu toitejaotussüsteem, pardaprotsessor, jälgimis- ja andmehõivemoodulid ning andmetöötlussüsteem. . Satelliidi AOCS-andurite andmed edastatakse hõlpsalt LCT-le standardliides– LIAU (laserliidese kohandamise üksus).

LCT parameetrid:

• Sõiduulatus – 45 000 km.
• Kaal: 53 kg.
• Andmeedastuskiirus (täisdupleks):
  EDRS-i jaoks – 1,8 Gbit/s, muude missioonide jaoks – 5,65 Gbit/s.
• Edastusvõimsus: 2,2W
• Maksimaalne voolutarve: 160W
• Mõõdud: 0,6 x 0,6 x 0,7 m.

Selles peatükis käsitletakse lasersidevõrkude tehnoloogiat ja selle eeliseid, näiteks kuluefektiivsust; madalad tegevuskulud; digitaalse side kõrge läbilaskevõime ja kvaliteet, samuti kiire kasutuselevõtt ja võrgukonfiguratsiooni muutmine.

Laserseadmed võivad edastada mis tahes võrgu voog, mis tarnitakse neile fiiberoptika või vaskkaabli abil edasi- ja tagasisuunas. Saatja muundab elektrilised signaalid moduleeritud laserkiirguseks infrapunavahemikus lainepikkusega 820 nm ja võimsusega kuni 40 mW. Lasersuhtlus kasutab levikandjana atmosfääri. Seejärel tabab laserkiir vastuvõtjat, mille maksimaalne tundlikkus on kiirguse lainepikkuse vahemikus. Vastuvõtja muudab laserkiirguse kasutatava elektrilise või optilise liidese signaalideks. Nii toimub suhtlus lasersüsteemide abil.

Optiline ulatus on paljude iseloomulike tunnustega ning võimaldab oma lühikese lainepikkuse tõttu saavutada suurt kiirguse suunatavust, oluliselt vähendada antennisüsteemide suurust, moodustada ülikitsaid laserkiire ja saada ruumis kõrge elektromagnetkiirguse kontsentratsioon.

Informatsiooni edastamisel moduleeritud elektromagnetlainete abil on vajalik, et modulatsioonisagedus oleks 10...100 korda väiksem kandesagedusest. Lisaks hõivavad modulatsioonisagedused teatud sagedusriba ja selle laiuse määrab ajaühikus edastatava teabe hulk. Näiteks telegraafiteksti edastamiseks on vaja sagedusala 10 Hz, telepildi puhul aga 107 Hz ja kandesagedust vähemalt 108 Hz. Raadioulatus hõlmab sagedusala 104…108 Hz ja on täielikult hallatud. Sidekanali infomaht mikrolainepiirkonnas (109..1012 Hz) on suurem, kuid mikrolainekiirguse atmosfääris levimise iseärasuste tõttu on mikrolainejaamade vaheline side võimalik vaid otsenähtavuse teel. vahemaa. Optilises piirkonnas hõivab sagedusriba 41014 kuni 1015 Hz ainult nähtav piirkond. Laserkiirt kasutades on teoreetiliselt võimalik edastada 1015/107 = 108 telekanalit, mis on tänapäeva vajadustest mitu suurusjärku kõrgem ehk 1013 telefonivestlust. Seega üks eeliseid optilised liinid side on tänu ülilaiale sagedusribale võime edastada suuri infohulki. Optilise ulatuse valdamine: laservalgusallikate, tundlike pooljuht-optilise kiirguse vastuvõtjate loomine ja väikese kadudega fiiberoptiliste LED-ide arendamine avab uued võimalused sidesüsteemide loomiseks.

Optiline ulatus avab võimaluse luua teabe- ja juhtimissüsteeme, mille omadused on põhimõtteliselt kättesaamatud raadiosagedusalas. Praeguseks on mitmesugused maapealsed, lennundus- ja kosmosesüsteemid optilise side jaoks, laserkauguse määramine, lasersüsteemid looduskeskkonna kosmoseseireks, õhuluuresüsteemid, liikuvate objektide kokkupõrke vältimise süsteemid, kosmoselaevade dokkimise lasersüsteemid, laserjuhtimine ja laser on välja töötatud relvade juhtimissüsteemid.

Laserinfosüsteemide, aga ka optiliste teabeedastus- ja -töötlusmeetodite võimalused üldiselt on väga suured. Paljude probleemide puhul on maksimaalsed saavutatavad omadused piiratud ainult kvantefektidega. Kuid tegelikkuses ei saa optilise ulatuse potentsiaalseid võimalusi praktikas alati tõhusalt realiseerida. Sellel on palju põhjuseid.

Päris lasersüsteemide tööomadusi mõjutavad suurel määral laserkiirguse allikate vältimatud kõikumised ja juhuslikud parameetrite muutused. teabeprotsessid, erinevate häirete mõju, fototuvastusoperatsiooni tõenäosuslik olemus. Palju Infosüsteemid optiline vahemik on ehitatud avatud (enamasti atmosfääri) kanali abil. Laserkiirguse puhul on atmosfäärikanaliks juhuslikult ebahomogeense levikeskkonnaga kanal. Optilise kiirguse neeldumise mõju atmosfäärigaaside poolt, molekulide ja aerosooli hajumine, ruumilis-ajalise struktuuri moonutused ja laserkiirguse koherentsuse katkemine – kõik see mõjutab märgatavalt energiapotentsiaali, infosignaali töötlemise põhimõtteid ja ulatust. tegevusest loodud süsteemid. Kõik loetletud omadused näitavad, et laserinfosüsteemide analüüsi ning nende potentsiaalsete ja reaalselt saavutatavate omaduste hindamist ei saa läbi viia ilma infosignaalide struktuuri ja häirete tõenäosusliku uuringuta.

Praeguseks on erinevate lasersüsteemide tõenäosusanalüüsi kohta kogunenud arvukalt tulemusi. Enamus neist tulemustest näivad aga olevat väga lahknevad, need ei põhine ühtsel lähenemisel ning neid on praktilistes probleemides üsna raske kasutada. Vajadus täiendavate üksikasjalike uuringute järele raadiooptika signaalide tõenäosusliku struktuuri, häirete ja üldiselt infoprotsesside kohta on seotud vajadusega täiustada matemaatilisi mudeleid, lahendada signaalide ja süsteemide struktuuri optimeerimise probleeme ning töötada välja uusi paljutõotavaid algoritme. teabe edastamiseks, vastuvõtmiseks, teisendamiseks ja töötlemiseks optilistes infosüsteemides.

Laserside on alternatiiv raadio-, kaabel- ja fiiberoptilisele sidele. Lasersüsteemid võimaldavad luua sidekanali kahe üksteisest kuni 1,2 km kaugusel asuva hoone vahel ning edastada telefoniliiklust (kiirus 2-34 Mbit/s), andmeid (kiirus kuni 155 Mbit/s). ) või nende kombinatsioon. Erinevalt traadita raadiosüsteemidest tagavad lasersidesüsteemid kõrge mürakindluse ja edastussaladuse, kuna volitamata juurdepääsu teabele saab hankida ainult otse transiiverist.

Ettevõte, mis kasutab lasersidet peamise (varu) lähisidekanali loomiseks, ei vabane mitte ainult vajadusest luua uusi juhtmega side, aga ka vajadusest saada luba raadiosageduse kasutamiseks. Lisaks tagab suure jõudlusega sidekanali korraldamise madalad kulud, samuti selle kasutuselevõtuks kuluv lühike aeg investeeringu kiire tasuvuse. Seega teeb laserseadmete lai valik võimalusi ja vaieldamatud eelised selle kasutamise parimaks lahenduseks kahe hoone vahelise usaldusväärse sidekanali korraldamise probleemile.