Специалисты Массачусетского технологического института сообщили об установлении абсолютного рекорда по скорости передачи данных из космоса на Землю. Опытная установка размерами с «коробку для обуви» передала информацию со скоростью 100 Гбит/с. На следующем этапе разработчики обещают удвоить скорость передачи, что наделит научные спутники беспрецедентными по скорости каналами связи.
Источник изображений: Lincoln Laboratory / MIT
Самый дорогой тариф спутникового интернета Starlink компании SpaceX обеспечивает нисходящий канал со скоростью до 500 Мбит/с. Предложенное американскими разработчиками решение в 200 раз перекрывает возможности Starlink. Выглядит невероятно, но всё дело в среде передачи — если Starlink связывается с наземной станцией по радиоканалу, то система TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) использует для этого лазерный луч.
За счёт более высокой частоты луч лазера позволяет передать больше данных за единицу времени. Но это не значит, что у предложенного метода нет недостатков — их полно. Земная атмосфера искажает сигнал — вносит в него помехи и ведёт к потере пакетов. Также лазер необходимо предельно точно направлять на приёмник, что не требуется для радиолуча. В проекте TBIRD специалисты MIT должны были преодолеть все эти и другие технологические барьеры, чтобы создать узлы лазерной спутниковой коммуникации по сходной цене и с высокими характеристиками.
Прототип лазерного передатчика с быстрым накопителем, оптическим модемом и оптическим усилителем был собран из коммерчески доступных компонентов, хотя ряд узлов пришлось доработать до условий работы в вакууме (например, отсутствие естественной тепловой конвекции банально плавило оптические волокна). Блок весом чуть больше 11 кг (25 фунтов) был изготовлен компанией Terran Orbital и помещён на шасси кубсата NASA Ames Research Center. На низкую околоземную орбиту высотой 480 км кубсат с лазерным передатчиком был выведен в мае 2022 года ракетой компании SpaceX.
Сигнал лазера принимался метровым телескопом с адаптивной оптикой оптической наземной станцией в Калифорнии. В ходе экспериментов система связи показала рекордную скорость связи до 100 Гбит/с. Кстати, проблему точного наведения лазера на приёмник команда инженеров решила по-простому — они отказались от индивидуального механизма наведения на цель. На приёмник лазер наводит шасси кубсата с помощью двигателей ориентации. При этом сам блок передатчика остаётся простым и компактным, что было одной из задач проекта.
Добавим, команда также разработала свой вариант протокола автоматического запроса повторной передачи (ARQ). Если в передачу вкрадываются ошибки, то обновлённый протокол по медленному исходящему каналу связи запрашивает повтор не всей передачи, а только отдельных блоков с ошибками, что почти не тормозит сеанс связи.
«Далее мы планируем использовать дополнительные возможности системы TBIRD, включая увеличение скорости до 200 гигабит в секунду, что позволит передавать более 2 терабайт данных — эквивалент 1000 фильмов высокой чёткости — за один пятиминутный проход над наземной станцией», — сказал руководитель программы TBIRD Джейд Ванг (Jade Wang).