В настоящее время Китай составляет жесткую конкуренцию западным технологическим гигантам, особенно в таких передовых инновационных сегментах, как электромобили, разработка искусственного интеллекта и энергетический переход. Похоже, что Starlink, мировому лидеру в области спутниковой связи, вскоре также придется столкнуться с жесткой конкуренцией со стороны Китая. Группа китайских исследователей продемонстрировала «революционную» спутниковую систему связи, которая достигла максимальной скорости передачи данных 1 Гбит/с с использованием лазеров чрезвычайно малой мощности.
Согласно сообщению South China Morning Post, система, разработанная китайскими учеными, основана на новом типе инфраструктуры беспроводной связи под названием синергия AO-MDR. Но не только скорость отличала это достижение. Команда достигла этого результата, используя 2-ваттную лазерную систему. Для сравнения, в исследовании, опубликованном в журнале IEEE Vehicle Technology Magazine, мощность лазерной передачи спутников Starlink составляет 10 Вт, а мощность радиопередачи Ka-диапазона на Землю — 50 Вт.
Спутники Starlink оснащены оптическими космическими лазерами, обеспечивающими ошеломляющую скорость передачи данных — 200 Гбит/с. Но эти лазерные линии используются для связи между спутниками и не передаются на приемный терминал на Земле.
Секретный соус
Проект является детищем экспертов Пекинского университета почты и телекоммуникаций Китая и Китайской академии наук. Передача была принята с помощью 1,8-метрового (5,9 футов) телескопа, оснащенного 357 микрозеркалами для концентрации лазерного сигнала со спутника. Но почему лазер? Лазерная связь все чаще рассматривается как будущее, поскольку она позволяет передавать значительно больше данных по одному каналу связи по сравнению с системами на основе радиосвязи.
Чуть больше года назад НАСА продемонстрировало TBIRD (TeraByte InfraRed Delivery), который достиг скорости передачи данных 200 Гбит/с за один проход. Китайские ученые использовали аналогичный подход к лазерной передаче для достижения скорости передачи данных 1 Гбит/с. Примечательно, что коммерческая спутниковая компания в Китае уже продемонстрировала лазерную связь «спутник-земля», которая достигла ошеломляющей скорости передачи данных в 100 Гбит/с.
Атмосферные возмущения, такие как дождь, смог и твердые частицы, остаются самой большой проблемой для лазерной связи, поскольку они ухудшают качество сигнала и снижают надежность. Несмотря на это, китайской команде удалось поддерживать спутниковую связь со скоростью 1 Гбит/с даже в неспокойное небо. В их последней работе использовался многоплоскостной преобразователь, который разделял лазерный сигнал на восемь каналов базовой моды. На земле три из этих сигналов были выбраны и объединены с помощью специальных чипов. Этот метод увеличил вероятность сбора полезных сигналов с 72% до более чем 91%, повысив как надежность, так и общую скорость.
Аналогичный результат, связанный с наземно-спутниковой связью на базе лазера, был достигнут японскими учеными ранее в этом году. Группа экспертов, в том числе сотрудники Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), продемонстрировала систему кода с коррекцией ошибок, которая решает проблему затухания лазерных сигналов из-за атмосферной турбулентности. Эти прорывы сигнализируют о том, что лазерная связь является следующим этапом развития спутниковой связи, поскольку были успешно продемонстрированы решения фундаментальной проблемы.
Как избежать астрономической проблемы
Последний прорыв в области спутниковой связи, осуществленный китайскими учеными, позволил достичь скорости передачи нового поколения и одновременно решить важную проблему потери сигнала. Но, оглядываясь назад, можно сказать, что это также позволяет избежать проблемы, которая горячо обсуждается в научном сообществе, — перегруженности спутников на орбите Земли. Экспериментальный спутник с лазерной передачей, использованный в демонстрации, припаркован гораздо дальше, чем модуль Starlink.
Спутники Starlink плавают на низкой околоземной орбите на высоте 550 километров (примерно 341 миля), а спутник, развернутый китайской командой, расположен на расстоянии 36 705 километров (22 807 миль) от приемного телескопа. Проще говоря, он расположен в гораздо менее перегруженном пространстве, и даже если количество таких спутников увеличится, там не будет так многолюдно, как на низкой околоземной орбите.
Астрофизики неоднократно подчеркивали проблему светового загрязнения, вызванного увеличением числа низкоорбитальных спутников, и то, как оно может разрушить радиоастрономию. Оптические помехи от спутников, такие как световые полосы и блики, являются хорошо известной проблемой. Но спутники нового поколения, такие как Starlink, также приводят к радиопомехам. В недавнем анализе эксперты Парижской обсерватории и Нансайской радиоастрономической обсерватории подчеркнули проблему «очень интенсивных внеполосных излучений» от спутников Starlink.
На квадратный градус наблюдаемого неба уже приходится один спутник, и это является причиной. Поскольку такие компании, как SpaceX и Project Kuiper от Amazon, в ближайшем будущем развернут тысячи новых спутников, проблема будет усугубляться. И давайте не будем забывать об их роли в усугублении проблемы космического мусора, способной привести к катастрофам. Спутники на основе лазеров, находящиеся выше (и дальше) на орбите, могут стать более быстрым, эффективным и благоприятным для астрономии вариантом. Еще неизвестно, смогут ли китайские фирмы превзойти SpaceX в его коммерциализации.
