По информации Центра космических применений и инженерных технологий Академии наук Китая, на днях Китай добился важного прорыва в экспериментальной задаче лазерной связи Земля—Луна, успешно установив двусторонний лазерный канал на расстоянии более 400 000 км между Землёй и Луной и впервые осуществив двустороннюю высокоскоростную лазерную связь Земля—Луна. Это знаменует собой официальный переход китайской космической лазерной связи с околоземной орбиты на уровень дальнего космоса.

Двусторонняя высокоскоростная лазерная связь Земля—Луна

Какие технические проблемы необходимо преодолеть?

Космическая лазерная связь — это способ передачи информации с помощью лазера, обладающий такими преимуществами, как широкая полоса пропускания, высокая скорость, точная направленность и хорошая защищённость. Однако чем больше расстояние, тем серьёзнее технические вызовы.

Как известно, в области лазерной связи дальнего космоса всегда существовало несколько основных проблем: расстояние в сотни тысяч километров делает крайне сложным точное наведение лазерного луча; сигнал, достигая Земли, настолько ослаблен, что его практически невозможно принять; скорость передачи не удаётся повысить.

Для решения проблемы неточного наведения научная группа разработала новый метод: с учётом орбиты спутника, ошибок установки телескопа, атмосферной рефракции, времени полёта лазера и других факторов, спутник на орбите и наземный телескоп постоянно сохраняют точное наведение в движении, обеспечивая попадание лазера в заданную точку. Это подобно тому, как на расстоянии 400 000 км точно пропустить тончайший луч света через быстро движущееся «игольное ушко».

Как решить проблему слабого сигнала? Исследователи использовали «сверхчувствительные детекторы», способные регистрировать одиночные фотоны, и разработали сложный алгоритм распознавания сигнала, позволяющий «выуживать» полезный сигнал из огромного объёма шумов. Это подобно тому, как в шумной и многолюдной суете за тысячи километров точно расслышать звук падения иголки.

Последним сложным этапом стало повышение скорости передачи. Благодаря серии технических решений исследователям удалось значительно повысить эффективность обработки данных. В ходе данного эксперимента первоначально удалось достичь скорости связи 1,25 Мбит/с (мегабит в секунду) в восходящем канале и 100 Мбит/с в нисходящем. Для передачи одного изображения поверхности Луны в сверхвысоком разрешении 8K по традиционному микроволновому каналу потребовалось бы около 4–5 минут, а при использовании лазерной связи со скоростью 100 Мбит/с — всего около 12 секунд.

Соответствующий технический прорыв знаменует официальный переход китайской космической лазерной связи с околоземной орбиты на уровень дальнего космоса и обеспечит важную техническую поддержку для пилотируемой высадки Китая на Луну, строительства лунной научно-исследовательской станции и исследования дальнего космоса.