Thử nghiệm thành công hệ thống thông tin Laser trong vũ trụ (P1)

DỰ ÁN LLCD CỦA NASA

Kể từ năm 1957, khi vệ tinh Sputnik bay vào không gian, việc thông tin trong vũ trụ (không gian) chủ yếu dựa vào sóng vô tuyến. Thông tin vô tuyến trong vũ trụ có độ tin cậy cao nhưng lại có rất nhiều hạn chế. Trong thập kỷ qua số lượng dữ liệu gửi đi đã tăng lên theo cấp số mũ và theo NASA xu thế này vẫn tiếp tục. Các hệ thống thông tin hiện có đã đạt đến giới hạn của nó, vì vậy NASA cũng như cơ quan nghiên cứu không gian châu Âu (ESA) đã phát triển một giải pháp nhằm thay thế cho thông tin vô tuyến.Thông tin laser đã chứng tỏ khả năng truyền đưa lượng dữ liệu cực lớn trong thông tin quang và các nhà kỹ thuật tin rằng nó có thể sử dụng trong thông tin vũ trụ và truyền đưa dữ liệu đạt tốc độ 622 Mbit/s. Một ưu điểm khác của thông tin laser là nó sử dụng bước sóng nhỏ hơn bước sóng vô tuyến 10.000 lần. Điều đó có nghĩa là thông tin laser tập trung vào một búp sóng nhỏ và chỉ cần anten rất nhỏ so với thông tin vô tuyến để có cùng cường độ tín hiệu như nhau. Tất cả những điều đó cho phép chế tạo hệ thống thiết bị nhỏ hơn ở cả hai đầu và tất nhiên dẫn đến hiệu quả kinh tế cao hơn. Ngoài ra cũng cần nói thêm, với búp sóng tập trung và nhỏ hơn, thông tin laser trong vũ trụ sẽ có tính bảo mật cao hơn.

NASA đã tiến vào kỷ nguyên mới của thông tin vũ trụ sử dụng laser với sự bắt đầu bằng dự án LLCD (Lunar Laser Communications Demonstration) tạo ra một khả năng mã hóa các dữ liệu vào trong một tia ánh sáng laser và nếu thành công thì một dạng "thông tin quang“ trong vũ trụ sẽ trở thành hiện thực. Thuật ngữ "thông tin quang“ ở đây để chỉ việc sử dụng ánh sáng như là công cụ truyền đưa dữ liệu. Mục tiêu chính của LLCD là sử dụng các tia laser hồng ngoại có độ tin cậy cao (tương tự như dùng cáp quang để truyền đưa dữ liệu tốc độ cao đến nơi làm việc hoặc đến tận nhà) thiết lập thông tin 2 chiều tốc độ cao trên quỹ đạo mặt trăng và thăm dò môi trường bụi khí quyển trên bề mặt mặt trăng (LADEE - Lunar Attmostphere Dust Environment Explore).

Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu 2 thành phần quan trọng nhất trong dự án LLCD của NASA là trạm đầu cuối trong vũ trụ và trạm đầu cuối mặt đất.

Trạm đầu cuối trong vũ trụ (Hình 1):

Các dữ liệu dưới dạng hàng trăm triệu xung ánh sáng ngắn được gửi đi trong mỗi giây từ trạm đầu cuối vũ trụ (LLST-Lunar Lasercomm Space Terminal) đặt trên tàu vũ trụ LADEE. Các chuỗi dữ liệu này sẽ được tải xuống bởi kính viễn vọng mặt đất ở 3 địa điểm là New Mexico, California và Tây Ban Nha. LLST do Phòng thí nghiệm Lincoln của Viện Công nghệ Masachusetts (MIT) phát triển bao gồm 3module; module quang học, module modem và module điều khiển điện tử. Toàn bộ hệ thống nặng khoảng 65 pound, module quang được lắp phía ngoài tàu vũ trụ LADEE và có một kính viễn vọng có đường kính 4 inch đặt trên khớp các-đăng 2 trục. Vị trí này cho phép LLCD hướng tia laser chuẩn xác về mặt đất khi tàu vũ trụ đang bay ở bất cứ vị trí nào.

Module modem được lắp bên trong LADEE và có một máy phát laser hồng ngoại 0,5 W, nó sẽ truyền dữ liệu từ mặt trăng về trái đất với tốc độ 622 Mbit/s. Modem cũng có một máy thu có độ nhạy cao để tiếp nhận các xung ánh sáng dữ liệu gửi từ các kính viễn vọng mặt đất lên với tốc độ 20 Mbit/s. Module điều khiển điện tử được lắp bên trong tàu vũ trụ LADEE, là bộ óc của LLST, thực hiện điều khiển tìm hướng mặt đất cho module quang. Nó cũng thực hiện việc ra lệnh và đo thử từ xa giữa LLST và tàu vũ trụ LADEE.

Nguyễn Ngô Hồng

(còn nữa)