MIT新激光器有助于衛(wèi)星處理大量數(shù)據(jù)的下行

麻省理工學(xué)院的一個團隊正在研究一種新的瞄準系統(tǒng)，該系統(tǒng)將允許CubeSat使用激光與地球進行高帶寬通信。

新的激光指向平臺使用第二個定向光束保持主要數(shù)據(jù)光束聚焦，使CubeSat能夠傳輸大量數(shù)據(jù)，從而無需重型天線或浪費推進劑。CubeSats的尺寸經(jīng)常小于一條吐司面包，但卻具有巨大的潛力，可以徹底改變科學(xué)，商業(yè)和軍事的空間探索和開發(fā)。 CubeSats可以在需要時立即發(fā)送，也可以在巨大的衛(wèi)星陣列中發(fā)送，用于全球范圍內(nèi)的天氣預(yù)報或反導(dǎo)防御等事件，單個的大衛(wèi)星盡管單體性能強大但卻沒有這種能力。

但CubeSat的一個主要缺點是它們在發(fā)送數(shù)據(jù)方面不是很好。由于缺乏強大的無線電發(fā)射器和較大的天線，CubeSats一次只能發(fā)送相當于幾張圖像的數(shù)據(jù)。然而，為了使它們更實用，CubeSats需要能夠快速地發(fā)回大量高光譜圖像等內(nèi)容。這意味著需要設(shè)法讓其能夠以高速率傳輸回上TB的數(shù)據(jù)。

即使是傳統(tǒng)的無線電也存在這種數(shù)據(jù)流的問題，而CubeSats由于只能有限地訪問必要的無線電頻率，因此近年來空間工程師將激光視為更快的通信手段，例如NASA此前在進行類似的實驗。根據(jù)麻省理工學(xué)院的最新結(jié)論，激光不僅在帶寬方面更有優(yōu)勢，而且比無線電設(shè)備的外形更緊湊，功率效率更高。但由于CubeSats的體積小，如何對準和發(fā)射激光也存在問題。傳統(tǒng)航天器或國際空間站（ISS）的激光實驗已經(jīng)精心設(shè)計了瞄準機制，使它們專注于接收地球站，但CubeSat系統(tǒng)必須傾斜整個衛(wèi)星以對準波束。這會浪費大量時間，能量和推進劑。

在航空和航天學(xué)副教授Kerri Cahoy的帶領(lǐng)下，麻省理工學(xué)院的團隊正在開發(fā)一種精確指向激光并將其保持在目標狀態(tài)的新方法，無需移動CubeSat或配備高功率激光器。激光指向平臺在距離僅有幾英寸的一側(cè)，使用另一個小型激光器，從一個小的，現(xiàn)成的，可操縱的MEMS反射鏡反射，將其對準地面接收器。這種方法聰明的一點是，系統(tǒng)不僅瞄準激光，而且有助于將其鎖定在目標上，這樣就無需在軌道上重新校準它。這套激光系統(tǒng)是通過發(fā)射兩種不同顏色的激光來實現(xiàn)的。一個是數(shù)據(jù)光束，另一個是校準光束。當光束被鏡子反射時，校準光束通過一個特殊的光學(xué)元件，根據(jù)光線的顏色分割光束。

發(fā)生這種情況時，校準光束將被發(fā)送到CubeSat上的板載相機，而數(shù)據(jù)光束將前往目標。該攝像機還接收從地面站發(fā)送的參考光束。通過比較這兩者，系統(tǒng)可以調(diào)整發(fā)射器的鏡子，使激光器保持鎖定狀態(tài)。到目前為止，該系統(tǒng)已經(jīng)在實驗室條件下進行了測試，模擬衛(wèi)星在400公里（250英里）的高度通過頭頂10分鐘。通過改變參考光束的角度，團隊最終能夠?qū)⑿始性?.05毫弧度范圍內(nèi)?！斑@表明你可以安裝一個低功率系統(tǒng)，可以在這個微小的平臺上制作這些窄光束，比以前做過的任何東西都要小10到100倍，”Cahoy說。 “唯一比實驗室結(jié)果更令人興奮的事情就是從軌道上看到這一點，希望這研究和試驗結(jié)果能真的激發(fā)了這些系統(tǒng)的構(gòu)建并將它們帶到了那里?！?/p>