מחקר ופיתוח

טכנולוגיות אופטיות לווייניות

תאריך פרסום: 
22.10.2015
פיתוח טכנולוגיות לייזר לטובת תקשורת לוויינים, מדידת אוריינטציה ומרחק
שתף: 
  • אילוסטרציה המדגימה תקשורת לוויין באמצעות לייזר | איור: NASA, JPL
מבַצעים: 
אוניברסיטת בן גוריות בנגב

מראשית עידן החלל, לפני יותר משישים שנה, תקשורת חלל היתה טכנולוגיה מרכזית שאפשרה ניצול משמעותי של יכולות הדמאה (imaging), חישה, ניווט, הנעה, שליטה ובקרה, אשר פותחו עבור לוויינים וחלליות. מרבית המערכות משתמשות בגלי רדיו, בדומה לכל סמארטפון מצוי. כיום הדרישות לקצבי אינפורמציה גדלות בקצב אדיר (אפשר לקחת לדוגמה את האופן בו גדלה איכות הווידיאו מ- VGA ל- HD ואז ל- K4) ובמקביל, זמינות אמצעי התקשורת בכל מקום ובכל זמן הופכת להיות הכרח. תקשורת בגלי רדיו אינה מאפשרת לעמוד בדרישות קצב הנתונים, בעיקר בתקשורת בעורקים המרכזים.

לאור כל זאת, בשנים האחרונות נחשפו מספר פרויקטים והדגמות של תקשורת לוויינים באמצעות לייזר. לדוגמה, לאחרונה NASA הדגימה שידור תמונה של מונה לייזר לירח ופרויקטים אירופאים הדגימו תקשורת מהירה מאד בין לוויינים גיאו-סטציונריים (לוויינים הנשארים מעל נקודה קבועה בכדור הארץ בגובה של כ- 36,000 ק"מ). מערכות תקשורת לווייניות משדרות לייזר למרחקים גדולים, ובקצה השני גלאי אלקטרו אופטי ממיר את הקרינה האופטית לסיגנל חשמלי.

מערכות תקשורת לייזר לווייניות מאפשרות קצב אינפורמציה גדול ביותר וגם ממדיהן, משקלן וצריכת האנרגיה שלהן קטנים ביותר. אולם המימוש של מערכות אלו מציב אתגר מאחר שיש לכוון קרן לייזר צרה ביותר למרחקים גדולים ואילו טורבולנציה (כלומר, אי אחידות של האוויר, כמו מערבולות אקראיות) גורמת לדעיכת האות ועננים גורמים לבליעה של האור.

פרופ' שלומי ארנון ועמיתיו, מהמחלקה להנדסת חשמל ומחשבים מאוניברסיטת בן גוריון בנגב, מפתחים מודלים תיאורטיים ועורכים ניסויים על מנת להפיק מאור הלייזר את מרב האינפורמציה האפשרית. החוקרים עושים שימוש בתכונות הסטטיסטיות של מערכת ההצבעה וההכוונה של הלייזר כדי לבצע אופטימיזציה של התבדרות קרן הלייזר, כך שקצב התקשורת יהיה מקסימלי.

אחד האתגרים העומדים בפני החוקרים, הוא לפתח קונספט של מערכת תקשורת לייזר עבור רובוטים ולוויינים שחוקרים את הצד הרחוק של הירח (כלומר האזור של הירח שאינו פונה לכדור הארץ). בפיתוח זה, הנתמך על ידי סוכנות החלל הישראלית, אחד הרעיונות הוא להציב מכשירי מדידה באזור זה של הירח ולבצע מדידות של אותות חלשים מאוד מרחבי היקום. שימוש באותות תקשורת בתדר רדיו בין הרובוטים לבין הלוויינים, היה מחבל במדידת האותות החלשים. אך מערכת תקשורת לייזר, לעומת זאת, תאפשר להעביר אינפורמציה מהירה מאד מהרובוטים וללא הפרעה למדידות. כמו כן, מאחר שלירח יש אטמוספירה מאוד דלילה אין הפרעה לקרינת הלייזר להתפשט.

במחקר אחר, גם הוא בתמיכת סוכנות החלל הישראלית, פיתחו החוקרים רעיון לרכיב המחזיר קרינה אופטית תוך כדי וויסותו. רכיב זה יכול לאפשר בניית מערכות המשתמשות בלייזר אחד לצורך תקשורת לשני הכיוונים. השיטה מאפשרת לייצר מערכות ניידות מצדו האחד של ערוץ התקשורת, שהם מאד קטנות וחסכוניות בצריכת אנרגיה. במחקרים נוספים בשיתוף סוכנות החלל הישראלית, פותחו שיטות למדוד גלגול של לוויין (כלומר, את זווית נטייתו) ובמקביל את המרחק שלו.

אולי תאהבו גם

{{research.img.alt}}
{{research.start}}
{{research.body}}