Японский Национальный институт информационных и коммуникационных технологий (NICT) объявил об успешном эксперименте, в ходе которого был продемонстрирован новый международный рекорд передачи данных по лазерному каналу связи в атмосфере. Впервые удалось реализовать скорость 2 терабита в секунду (2 Tbit/s) при передаче сигнала между двумя компактными оптическими терминалами, которые могут быть установлены на спутниках и высоко-альтитудных платформах.
Что было сделано
В эксперименте были использованы два миниатюрных лазерных терминала связи, разработанных NICT:
- FX (Full Transceiver) — полный трансивер, установленный на исследовательской площадке в Токио,
- ST (Simple Transponder) — упрощённый терминал, расположенный в лабораторном испытательном комплексе примерно 7,4 км от первого.
Они работали в оптическом диапазоне и передавали данные напрямую по лазерному лучу — без кабелей и физической инфраструктуры, через атмосферу в городской среде. Благодаря технологии мультиплексирования по длинам волн (Wavelength Division Multiplexing, WDM) сигнал был разделён на пять каналов по 400 Gbit/s каждый, что обеспечило итоговую скорость передачи 2 Tbit/s.
Значение эксперимента
Результат является первым в мире случаем, когда такая высокая скорость связи была достигнута с помощью аппаратуры, достаточно компактной для установки на космические аппараты или высотные платформы над уровнем земли (HAPS). До сих пор многотерабитные скорости демонстрировались лабораторно с использованием крупных стационарных систем, которые не подходят для работы в космосе или на движущихся платформах.
Преодоление этой технической границы важно по нескольким причинам:
- обеспечивает высокую пропускную способность данных, необходимую для передачи больших объёмов научной информации с орбитальных миссий;
- открывает путь к созданию новых сетей связи следующего поколения (Beyond 5G/6G) с участием космоса, воздушных платформ и наземных терминалов;
- сокращает зависимость от традиционных радиочастотных каналов, спектр которых ограничен.
Технологические особенности
Основные технические решения, позволившие добиться столь высокой скорости, включают:
- миниатюризация оптических компонентов, чтобы терминалы могли быть установлены на небольшие спутники (например, формата CubeSat);
- внедрение активной системы выравнивания лазерного луча с высокой точностью, которая поддерживает стабильную связь в условиях **атмосферной турбулентности и колебаний среды;
- адаптивное управление параметрами лазерного луча, что улучшает надёжность передачи данных.
Такие технические решения важны для связи между движущимися объектами, поскольку лазерный луч должен точно «видеть» приёмник на расстоянии километров, а условия городской атмосферы вызывают значительные искажения сигнала.
Следующие шаги в развитии
NICT планирует продолжить развитие технологии в ближайшие годы. В рамках следующих этапов разработок предусмотрены:
- миниатюризация терминалов для установки на орбитальные аппараты, включая **6U-CubeSat;
- демонстрация оптической связи со скоростью до 10 Gbit/s между спутником на низкой околоземной орбите и наземной станцией в **2026 году;
- проведение эксперимента по двунаправленной оптической связи между спутником и HAPS в 2027 году.
Эти планы направлены на проверку работоспособности системы в реальных условиях космических миссий, когда терминалы находятся в движении и в условиях вакуума, что требует устойчивости и точности отслеживания сигнала.
Применение и перспективы
Достижение скорости 2 Tbit/s в компактной оптической системе связи имеет широкие применения:
- космические миссии: быстрый обмен данными (телеметрия, научные изображения, видео) между спутниками и Землёй без задержек, характерных для радиосвязи;
- глобальные сети связи: интеграция космической оптики в архитектуры сетей Beyond 5G/6G для создания высокоскоростной информации инфраструктуры;
- аварийные и экспедиционные сети: обеспечение связи в труднодоступных районах и в ходе чрезвычайных ситуаций.
Преимущества оптических каналов связи включают более высокую пропускную способность и отсутствие необходимости использовать радиочастотный спектр, который регулируется и ограничен. Это делает такие системы перспективным дополнением к традиционным радиоканалам связи.
Ограничения и технические вызовы
Несмотря на успех, технология остаётся технически сложной для широкого применения в космосе из-за требований:
- очень точного наведения лазерного луча на приёмник;
- компенсации атмосферных и средовых искажений при передаче через атмосферу;
- необходимости миниатюризации и защиты оптических компонентов от воздействия космической среды.
Устранение этих препятствий требует дополнительных исследований и инженерных решений, но уже достигнутые результаты дают основание для дальнейшего развития.
Заключение
Эксперимент, проведённый NICT, стал первым в мире подтверждением возможности передачи данных на уровне 2 Tbit/s с помощью компактных лазерных терминалов, пригодных для использования на спутниках и высоких платформах. Он демонстрирует, что высокоскоростная оптическая связь между космосом, атмосферой и землёй может быть реализована не только в лабораторных условиях, но и с аппаратурой, пригодной для реальных миссий. Развитие таких технологий рассматривается как один из ключевых элементов будущих сетей связи нового поколения и инфраструктуры обмена данными в космосе и на Земле.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.eurekalert.org/news-releases/1109643
