Können wir bei Weltraumsonden nicht Lasersender statt großer Funkschüsseln verwenden?

Ist es nicht möglich, einen Laser als "Antenne" zu verwenden, die Daten überträgt? Das würde einiges an Masse einsparen, da man keine große Schale braucht.

Das einzige Problem, das mir einfällt, ist, wie Sie das Signal modulieren würden, um Bits zu codieren? Aber Laser können ihr Signal doch irgendwie modulieren, oder? Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie die Amplitudenmodulation oder zumindest die Ein / Aus-Taste verwenden könnten.

BEARBEITEN: Ein weiteres Problem besteht darin, dass Laser kein Signal empfangen können. Daher ist eine Schüssel erforderlich, damit die Sonde Signale mit einer angemessenen Verstärkung empfängt.

Spätestens seit dem ersten Laserdrucker im PARC in den 70er Jahren wird die Laserdatenübertragung (nicht im Weltraum) eingesetzt: Eine Teleskoppaarung wurde verwendet, um Daten zum Drucker in einem anderen Gebäude auf der anderen Straßenseite zu übertragen.
@NathanTuggy Kannst du bitte erklären, was eine Teleskoppaarung ist? Wenn es ein Laserstrahl ist, der Licht in einen anderen Laser strahlt, sehe ich nicht, wie es empfangen wird. Ich dachte, Laser können nur Licht aussenden, nicht empfangen (im Gegensatz zu einer normalen Antenne, die beides kann).
Ein Laserstrahl, der durch ein Teleskop, über die Lücke und in ein anderes Teleskop und einen optischen Empfänger strahlt. (Ich glaube, es war eine Simplex-Übertragung, dh unidirektional, aber Strahlteiler und dergleichen können eine Halbduplex- oder sogar Vollduplex-Übertragung praktikabel machen, indem sie zwischen Licht vom lokalen Laser durch das Teleskop oder Licht vom entfernten Laser schalten lassen zu kommen Sie stattdessen durch.)

Antworten (2)

Wir arbeiten daran .

Sie benötigen ein kleines Teleskop auf dem Raumschiff, das als Antenne dient. Sie können Zwei-Wege-Laserkommunikation haben. Es kann tatsächlich wesentlich sein, die erforderliche Richtgenauigkeit zu erreichen. Es gibt viele Modulationsschemata – das ist kein Problem. Pulspositionsmodulation ist ein Spitzenreiter.

Der Vorteil sind viel höhere Datenraten bei gleicher Leistung. ZB zwei Größenordnungen. Der Nachteil ist, dass Sie viel genaueres Zeigen benötigen. Sie brauchen große Teleskope am Boden, um die Rolle der großen DSN-Antennen zu spielen, aber im optischen Bereich. Sie sind viel anfälliger für Wetterbedingungen an den Standorten der Erde.

Aufgrund der hohen Ausrichtungsgenauigkeit möchten Sie wahrscheinlich ein Backup-Funkkommunikationssystem haben, um Probleme beim genauen Ausrichten des Lasers zu beheben.

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Warum muss es ein optischer Laser sein? Können wir nicht Mikrowellen verwenden oder irgendeine Frequenz, die Sie wollen?
Laser sind einfacher als Maser und liefern höhere Datenraten. Was andere Wellenlängen im Allgemeinen betrifft, möchten Sie die höchste Frequenz für die höchste Datenrate, und Sie möchten, dass die Erdatmosphäre dafür transparent ist . Wie Sie der verlinkten Grafik entnehmen können, wäre das sichtbares Licht.

Sie modulieren das Signal für einen Kommunikationslaser auf die gleiche Weise wie für eine Funkantenne (effektiv), sodass dies nicht das Problem ist.

Die Probleme sind:

  • Leistungsstarke Laser sind schwer
  • Sie erfordern ein gewisses Maß an Kraft
  • Sie sind nicht sehr robust im Vergleich zu einer Parabolantenne, die durch sich schnell bewegende Partikel ziemlich Schaden nehmen kann und nur einen schrittweisen Verlust der Signalstärke erleidet
Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihrem 2. Punkt zustimmen kann. Laser müssen eine noch höhere Verstärkung haben als Schüsseln (oder jede andere Antenne für diese Angelegenheit). Wenn dies der Fall ist, würde dies bedeuten, dass für eine gegebene Signalstärke weniger Leistung benötigt wird.
Nein - das ist einfach nicht der Fall. Betrachten Sie es aus der Perspektive der vom Empfänger empfangenen Leistung (da dies eine nette nützliche Maßnahme ist) - Laser benötigen weitaus mehr Leistung, um den gleichen Signalpegel zu erreichen (oder genauer gesagt das Signal-Rausch-Verhältnis gegen Hintergrundgeräusche).
Können Sie ein Zitat angeben, in dem Laser mit Funkschüsseln auf Wattbasis verglichen werden? Es fällt mir schwer zu glauben, dass kohärentes Laserlicht, das alles in eine Richtung emittiert wird (im Gegensatz zu einer Übertragung von einer Antenne), irgendwie weniger Gewinn hat als eine Schüssel.
Sie missbrauchen hier den Begriff „Gewinn“.
Wie sieht es mit der Zielgenauigkeit aus?
Eine Sache, die hinzugefügt werden muss, ist, dass Laserkommunikation eine etwas bessere Zielgenauigkeit erfordert als eine breitere Frontkeulenantenne mit hoher Verstärkung. Die gute Nachricht ist, dass sie viel einfacher zu bewegen sein können (nur die leichtere Frontoptik muss sich bewegen). Übrigens wurde diese genaue Frage kürzlich während einer Pressekonferenz gestellt und beantwortet, ... ich kann mich nicht erinnern, welche (es gab viele), aber ich werde aktualisieren, wenn mir das einfällt. @ DrZ214 Ich glaube, Sie verwechseln den Gewinn mit dem Divergenzwinkel .
@TildalWave ja, poste bitte einen Link zu dieser Pressekonferenz, wenn du ihn findest. Eine Sache, die ich zusätzlich erkannt habe, ist, dass Laser kein Signal empfangen können (glaube ich?). Daher benötigt die Sonde eine Schüssel, um Kommunikation mit einer angemessenen Verstärkung zu empfangen. Ich habe mein OP damit bearbeitet. Aber ich muss sagen, ich glaube nicht, dass Laser merklich schwieriger zu zielen sein werden, weil ihr Strahl in interplanetaren Entfernungen genug divergiert, um die ganze Erde und noch einige mehr abzudecken.
@ DrZ214 Die Schwierigkeit beim Zielen ist die Funktion des Divergenzwinkels, nicht die Größe des Zielflecks. Und ja, es ist möglich, eine Zwei-Wege-Laserkommunikation zu haben. Radio, Laser, Maser, ... Es ist alles elektromagnetische Strahlung, nur bei unterschiedlichen Wellenlängen. Laser-Höhenmesser sind ebenfalls bidirektional.
@TildalWave ja, ich weiß, es ist alles EM-Strahlung, aber ein Laser selbst kann kein Empfänger sein (soweit ich weiß), während eine Schüssel als Sender und Empfänger fungieren kann.
@DrZ214 Der Lasersender kann nicht als Empfänger fungieren, aber auch kein Funksender. Die Optik kann für beides verwendet werden, analog zur Radioschüssel.
@DrZ214 Hochleistungslaser sind eigentlich schrecklich ineffizient. Sie müssten den gesamten Prozess nachlesen, es passt nicht in diese Box, aber das kohärente Licht, das herauskommt, ist nur ein Teil der Energie, die Sie hineinstecken. In einer Röhre gibt es viel Licht, das es nicht ist kohärent und muss herausgefiltert werden, und die Ladungspumpe selbst ist auch nicht gerade effizient. All diese verlorene Energie ist der Grund, warum Sie eine ernsthafte Kühlung benötigen, um ein ernsthaftes Laser-Setup zu betreiben. Diodenlaser sind besser, aber noch nicht annähernd so leistungsstark.
Können wir bei Weltraumsonden nicht Lasersender statt großer Funkschüsseln verwenden?
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