راه‌اندازی اولین شبکه ماهواره‌ای مبتنی بر لیزر

شرکت اپتوس ادعا کرده است که سرمایه‌گذاری، تجهیزات ماهواره‌ای و شبکه‌های فیبر زمینی را با لنزهای لیزری ترکیب خواهد کرد که این کار باعث خواهد شد نرخ انتقال داده‌ها 100 برابر بیشتر از سیستم‌های ماهواره‌ای با فرکانس بالای معمول شود.

اپتوس دومین شرکت مخابراتی در استرالیا و متعلق به شرکت مخابرات سنگاپور است. این شرکت در درجه اول، تحت نام تجاری اپتوس فعالیت می‌کند، درحالی‌که در بخش‌های مختلف، از نام‌های تجاری دیگر نیز استفاده می‌کند، که تمامی آنها از شرکت‌های تابعه اپتوس هستند.

رويکرد رايج برای برقراری ارتباط بين ماهواره‌ها و ایستگاه‌های زمینی از طریق شبکه‌های ارتباطی جهانی است که در حال حاضر بر ارتباطات مبتنی بر فرکانس رادیویی (RF) متکی است. در طول سال‌های متمادی، این شبکه‌­های جهانی که متشکل از ایستگاه‌های زمینی و ماهواره‌ها هستند، خدمات ارتباطاتی را به میزان زیادی بهبود بخشیده‌اند؛ اما در ماموریت‌های ارتباطاتی آتی انتظار می رود که نرخ داده بالاتر و سریع‌تر باشد. علاوه بر این، نیازمندی‌های ارتباطاتی ماموریت‌های فعلی گاهی ممکن است بیش از توانمندی‌های شبکه‌های ارتباطاتی فعلی باشند؛ در نتیجه در کنار ارتقا و تجهیز کامل‌تر شبکه‌ فعلی، تحقیقاتی برای یافتن روش‌هایی موثرتر و با قابلیت‌های بیشتر نیز انجام می‌شود.

کل شبکه جهانی هیبریدی نوری یا  «HALO» برای ارتباط با سرعت‌تر و کم هزینه‌تر بین هر دو نقطه در جهان، از طیف نوری به جای فرکانس رادیویی استفاده می‌کند. این توافقنامه شرکت مخابراتی اپتوس را قادر خواهد ساخت که از طریق بهبود نرخ انتقال داده‌ها و ارائه مقرون به صرفه‌تر مدیریت شبکه، پهنای باند بیشتری را برای مشتریان خود ارائه دهد. مجموعه ماهواره‌ای HALO، از 8 الی 10 ماهواره مداری متوسط تشکیل خواهد شد که به شبکه فیبر زمینی و زیر دریایی وصل خواهد شد.

به گفته یکی از مقامات شرکت‌های سرمایه‌گذار، کلیفورد بیک، هدف از این پروژه این است که به جای رقابت با شرکت‌های پیشرو در جهان ارتباطات از راه دور، با آنها همکاری شود تا بتوان زیرساخت ارتباطی یکپارچه و سودمندی را ارائه داد. این سرمایه‌گذاری یک گام مهم رو به جلو برای ارائه اتصالات مکمل زمینی در کل استرالیا است.

به گفته پل شریدان معاون رئیس شرکت مخابراتی اپتوس: «فناوری ماهواره‌ای همیشه نقش مهمی در ارائه خدمات ارتباطی در استرالیا ایفا می‌کند و این توافق یک فرصت فوق‌العاده برای ارائه خدمات تکمیلی ارتباطی و گسترش کاربردهای وابسته به پهنای باند بالا را در سراسر استرالیا فراهم خواهد کرد.»

 

ارتباطات لیزری یا نوری

لیزر به معنی «تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» است که در واقع ابزاری است که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع‌کننده یا فعال کنده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرزی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند. نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) را انیشتن داد و کار لیزر به این گونه‌ است که با تابش یک فوتون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون) برانگیخته، یک فوتون دیگر نیز آزاد می‌شود که این دو فوتون با هم، هم فرکانس هستند. با ادامه این روند شمار فوتون‌ها افزایش می‌یابد که می‌توانند باریکه‌ای از فوتون‌ها را به وجود بیاورند.

لیزر از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد شده از دیگر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده در علوم گوناگون به ویژه صنعت و پزشکی ایجاد کرده‌است. پیشرفت دانش بدون تکنولوژی لیزر امکان‌پذیر نیست.

مهم‌ترین بخش فیزیک اتمی، بحث فیزیک لیزر است. با دادن انرژی به الکترون‌های یک اتم می‌توان آن‌ها را به مدارهای بالاتر برد. اما این خانه جدید برای الکترون‌ها جایگاه چندان پایداری نیست و الکترون‌ها ترجیح می‌دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خود برگردند. این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می‌شود. یعنی یک واحد انرژی. نور از همین فوتون‌ها ساخته می‌شود. پس اگر با تعداد زیادی از اتم‌ها هم‌زمان این کار را انجام دهیم، می‌توانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم. علاوه بر اینکه با روش‌ها و دقت‌هایی می‌توان پرتوهای هم فاز تولید کرد. این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. ویژگی‌های منحصربفرد لیزر آن را از نورهای دیگر متمایز می‌سازد که در هیچ منبع نور دیگری یافت نمی‌شود. این ویژگی‌ها، همدوسی، تک رنگی، واگرایی کم و موازی بودن پرتو است.

به این ترتیب در اوایل دهه 70 میلادی و در سایه ابداع لیزر و فیبرهای شیشه‌ای، با اتلاف مطلوب 20 دسی‌بل بر کیلومتر در آن زمان، شبکه‌های نوری به رقیبی مناسب برای شبکه‌های الکترونیکی بدل شدند. فرکانس‌های نوری مورد استفاده در این شبکه‌ها به طوری‌ که بسیار بزرگتر از پهنای باند سیگنال در شبکه‌های مخابراتی نوری در مقایسه با همتایان الکتریکی خود هستند، برای جلب رضایت روزافزون تقاضا برای پهنای باند بسیار مناسب هستند.

 در دو دهه اخیر، مقادیر قابل توجهی لینک فیبری با تضعیف پایین به کار گرفته شده‌اند. در ابتدا این لینک‌ها، لینک‌های دیجیتالی شامل خطوط صوتی 34 مگابایت بر ثانیه‌ای برای دکل‌های تلفن بودند. بعدها در نرخ بیت‌های بسیار بالاتر و تکنیک‌های انتقال پیچیده‌تری مورد توجه واقع شدند.

برای کاهش تعداد تکرارکننده‌ها و تقویت‌کننده‌های گران‌قیمت در شبکه‌های نوری، تضعیف سیگنال نوری باید تا جای ممکن کوچک باشد. از آنجا که کمترین تضعیف فیبر در طول موج‌های نزدیک به 1550 نانومتر رخ می‌دهد (0.15 dB/cm)، پنجره طول موج 1550  نانومتر نسبت به پنجره 1300 نانومتری با پاشندگی صفر ترجیح داده می‌شود. در دسترس بودن تقویت کننده‌های فیبری آلائیده به عنصر اربیم (EDFA) جهت تقویت سیگنال در بازه طول موجی 1530 تا 1560 نانومتر مزیت دیگر استفاده از پنجره  1550 نانومتر است.

پنجره طول موجی EDFA پهنای باندی در حدود 4 گیگاهرتز دارد و این مفهوم را می‌رساند که حامل سیگنال نوری در 1550 نانومتر به صورت تئوری حداکثر ظرفیت انتقالی در حدود 8 ترابیت بر ثانیه خواهد داشت. پنجره طول موجی 1550 نانومتر که از پنجره EDFAگسترده‌تر است به صورت تئوری حتی با داشتن حداکثر ظرفیت انتقال 6 برابر (~50Tb/s) قبل از تلفات فیبر نیز انتقال را محدود می‌کند.

در طول چند دهه‌ گذشته، حجم داده‌ها در ماموریت‌های فضایی نیز به طور سرسام‌آوری افزایش یافته است و انتظار می رود که حتی در نرخ‌های بزرگ‌تری نیز ادامه یابد. اگرچه ارتباطات مبتنی بر فرکانس رادیویی در حال حاضر قابل‌اعتمادترین شکل از ارتباطات فضایی هستند، بخش‌های رادیویی و مایکروویو از طیف الکترومغناطیسی در حال نزدیک شدن به پایان ظرفیت خود هستند. ارتباطات لیزری باعث می‌شود که برقراری ارتباط در بخش جدیدی از طیف الکترومغناطیسی که شلوغی کمتری دارد انجام شود. یکی دیگر از انگیزه‌های کاوش در مورد ارتباطات لیزری، توسعه‌ تجهیزات ارتباطات فضایی کارآمدتر و با صرفه‌ اقتصادی بیشتر است. از آنجا که طول موج‌های رادیویی بلندتر هستند، اندازه‌ی پرتوی انتقال آنها منطقه‌ وسیع‌تری (حدود 100 مایل) را پوشش می‌دهد، بنابراین آنتن­های انتقال داده در فرکانس رادیویی باید بسیار بزرگ باشند. طول موج‌های لیزری 10000 بار کوتاه‌تر هستند که همین امر امکان انتقال داده از طریق پرتوهای باریک‌تر را فراهم می‌کند. در ارتباطات مبتنی بر لیزر طول موج کوچک‌تر امن‌تر است و نیز همان اندازه توان سیگنال را به آنتن‌های جمع‌آوری بسیار کوچک‌تر تحویل می‌دهد.

کاهش اندازه‌ آنتن هم برای گیرنده‌ زمینی و هم گیرنده‌ فضایی اعمال می‌شود که اندازه و جرم ماهواره را کاهش می‌دهد. پایانه‌های ارتباطی لیزری می‌توانند نرخ دادهای بالاتر با جرم، حجم و قدرت پایین­تر را پشتیبانی نمایند و همچنین در هزینه‌ ماموریت‌های آتی صرفه­جویی نمایند. برای اینکه ارتباطات لیزری به استاندارد تبدیل شود، باید ابتدا اثبات شود که این روش یک گزینه قابل دوام است.

مهندسین انتظار دارند که در ماموریت‌های فضایی آتی از تکنولوژی ارتباطات لیزری به میزان زیادی بهره بگیرند. این توانایی جدید افزایش انتقال داده در ارتباطات زمان واقعی و ویدیوهای سه بعدی با کیفیت بالا را فراهم می‌کند، درحالی‌که مزایایی مانند جرم کمتر در مدار و مصرف توان پایین تر را نیز به همراه دارد.

منبع

 

No tags for this post.