Предложен способ наладить по‑настоящему высокоскоростную цифровую связь с зондами и спутниками, работающими в далеком космосе и у других планет.
Лихо закрученная связь: Гигабайты для Марса

При использовании даже самых последних достижений в области технологий связи скорость коммуникации с Марсом может достигать 270 Мбит/с — а это не так уж и много с учетом всей научной информации, тысяч фотографий и видеозаписей высокого разрешения. Впрочем, недавно предложено решение, позволяющее надеяться, что скоро удастся перейти от мегабит к гигабитам — достаточно использовать «закрученный» лазерный луч.

Организуя связь с космическими аппаратами посредством лазера, используют метод фазово-импульсной модуляции. Информация при этом кодируется задержкой (или упреждением) периодических лазерных импульсов — как правило, речь идет об инфракрасном диапазоне излучения.

Легко понять, что если мы хотим передавать больше информации, мы можем пойти по пути увеличения частоты импульсов, «пакуя» больше данных в тот же временной промежуток. Однако для этого требуется все более сложная и чувствительная электроника, а подходящие лазерные установки будут затрачивать все больше энергии. Подойти к задаче с другой стороны предложил работающий в США Иван Джорджевич (Ivan Djordjevic).

Вспомним, что фаза волны (в том числе электромагнитной) определяет ее состояние в данный момент времени и в данной точке. Иначе говоря, где волна находится — в минимуме ли, в максимуме, в нуле, или в одном из промежуточных положений. Теперь представим набор волн, синхронизированных по фазе — когерентных, как это имеется в лазерном луче. Если мы возьмем в конкретный момент времени срез волн, находящихся в одной фазе, он будет перпендикулярен направлению движения волны.

А теперь представим волны, фазы которых так смещены, что тот же срез расположен под углом — двигаясь вдоль луча, он будет вращаться, «закручиваясь» спирально. Для различных разностей фаз можно добиваться различных, и довольно сложных, видов такого спирального движения. Именно на этот момент и обратил внимание Иван Джорджевич.

В самом деле, «незакрученный» луч позволяет передавать лишь два символа: 1 или 0 (есть сигнал — нет сигнала). Тогда как различная комбинация уже трех спиралей — уже восемь символов. А если добавить сюда несколько уровней интенсивности, которые также могут использоваться для кодировки сигнала, эта цифра еще более вырастет.

Таким образом, благодаря комбинации волн различных форм и интенсивностей каждый импульс лазерного сигнала позволяет передавать в десятки раз больше информации, чем «простой» импульс, используемый сегодня. Причем, по утверждению Джорджевича, подобная система может быть реализована не с нуля, а в качестве модификации современных передатчиков и приемников, которая не будет слишком дорогостоящей.

К сожалению, серьезные ограничения на это усложнение технологий накладывает сама природа. На все эти «тонкие» параметры электромагнитной волны сильное влияние будет оказывать земная атмосфера, причем влияние различное, в зависимости от текущей плотности, температуры и т. п. Однако автор, проведя компьютерное моделирование, утверждает, что и при этих искажениях восстановить исходный сигнал остается вполне реально.

Стоит заметить, что не все специалисты смотрят на предложения Джорджевича столь оптимистично: «Это одна из тех вещей, которые хорошо работают лишь в теории», — полагает Хамид Хеммати (Hamid Hemmati) из NASA.

Читайте также: «Интернет между планет».

По публикации ScienceNOW