«Информационная магистраль» Земля—Луна открыта! Как стало известно из Центра космических применений и технологий Академии наук Китая, в ходе экспериментальной миссии по лазерной связи Земля—Луна достигнут важный прорыв: на расстоянии более 400 000 километров успешно установлен двусторонний лазерный канал, впервые реализована двусторонняя высокоскоростная лазерная связь Земля—Луна. Это знаменует официальный переход китайской космической лазерной связи с околоземной орбиты на лунное пространство.
▲Схема двусторонней лазерной связи в масштабе Земля—Луна.
Космическая лазерная связь — это способ передачи информации с помощью лазерного излучения, обладающий такими преимуществами, как широкая полоса пропускания, высокая скорость, точность наведения и высокая защищённость. Однако чем больше расстояние, тем серьёзнее технические вызовы. Исследователь Центра космических применений и технологий Академии наук Китая Ян Лэй отметил: «Перед лазерной связью в дальнем космосе всегда стояли три главные преграды: расстояние в сотни тысяч километров, из-за чего крайне сложно точно навести луч; сигнал, достигая Земли, ослабевает настолько, что его почти невозможно принять; а скорость передачи также долго не удавалось повысить».
Первая сложность — «наведение». Связь между Землёй и Луной подобна попытке с расстояния 400 000 километров точно пропустить тончайший луч света через стремительно движущееся «игольное ушко». Даже малейшее угловое отклонение на передающей стороне приводит к ошибке в несколько километров в точке назначения. Для решения этой задачи научная группа разработала новый метод: с учётом орбиты спутника, погрешностей установки телескопа, атмосферной рефракции, времени полёта лазерного луча и других факторов спутник на орбите и наземный телескоп постоянно наводятся друг на друга в движении, обеспечивая точное попадание луча в заданную точку.
После решения проблемы «наведения» возникла новая: к моменту, когда лазерный луч преодолевает 400 000 километров и достигает Земли, он ослабевает до считанных фотонов. Наземный телескоп принимает крайне слабый сигнал, а лунный свет, звёздный свет и городское освещение создают дополнительные помехи. Для этого команда применила «сверхчувствительный детектор», способный регистрировать одиночные фотоны, и разработала сложный алгоритм распознавания сигнала, с помощью которого полезный сигнал буквально «выуживается» из огромного объёма шума. Это подобно тому, как в многолюдном шумном месте за тысячи километров точно расслышать звук падения иголки.
Когда сигнал стал приниматься, потребовалось повысить и скорость передачи. Благодаря техническим разработкам команда значительно повысила эффективность обработки данных. В ходе эксперимента предварительно достигнута скорость связи 1,25 Мбит/с (мегабит в секунду) в восходящем канале и 100 Мбит/с в нисходящем. Ян Лэй привёл пример: «Для передачи одного чёткого изображения лунной поверхности в формате 8K по традиционной микроволновой линии со скоростью 5 Мбит/с потребовалось бы около 4–5 минут; при переходе на лазерную связь со скоростью 100 Мбит/с — всего около 12 секунд».
«В настоящее время "информационная магистраль" между Землёй и Луной проложена, и в будущем мы получим больше научных данных, обладающих оригинальной ценностью», — заявил Ян Лэй. Он также отметил, что соответствующие технологии предоставят новые средства высокоскоростной передачи информации для пилотируемой высадки на Луну, строительства лунной научной станции и исследования дальнего космоса.
Как сообщается, эта миссия реализована под руководством Центра космических применений и технологий Академии наук Китая совместно с Лабораторией Чжицзян, Юньнаньской астрономической обсерваторией Академии наук Китая, Шанхайским институтом микросистем и информационных технологий Академии наук Китая и другими организациями на базе спутника (DRO-A), работающего на дальней ретроградной орбите.