Китайские учёные провели лазерную связь между Землёй и Луной

Исследователи из Центра технологий и инженерии для космического применения при Китайской академии наук завершили орбитальный эксперимент по лазерной связи между Землёй и Луной. В ходе испытаний была подтверждена работоспособность двунаправленного высокоскоростного лазерного канала связи в космосе.

Расширение границ лазерных коммуникаций

По данным центра, опубликованным агентством «Синьхуа» в субботу, после более чем года орбитальных тестов группа установила двустороннюю лазерную связь на расстоянии свыше 400 тысяч километров. Этот результат знаменует переход от лазерных коммуникаций на низких околоземных орбитах к глубокому космосу — в частности, к лунному пространству.

Преимущества и системные вызовы

В сравнении с традиционной микроволновой связью лазерные системы обеспечивают более высокие скорости передачи данных, расширенную полосу пропускания, повышенный уровень информационной безопасности, а также компактность и меньшую массу оборудования. Однако реализация лазерной связи на межпланетном расстоянии Земля–Луна требует решения трёх фундаментальных задач: точной наведённости лазерного луча, компенсации чрезвычайно слабого сигнала и обеспечения высокой скорости передачи.

Точность наведения как главный барьер

Ян Ли, исследователь центра и руководитель группы по лазерной связи, отметил, что «связь между Землёй и Луной подобна протягиванию нити сквозь игольное ушко на расстоянии в тысячу миль». Из-за колоссального удаления даже минимальные вибрации спутников или атмосферные возмущения на Земле способны вызвать отклонение лазерного пучка. При этом ничтожное угловое отклонение приводит к ошибке в определении цели на несколько километров уже на лунной поверхности.

Инновационная система захвата и сопровождения

Для решения этой задачи команда разработала оригинальную схему захвата и сопровождения, объединяющую коррекцию задержек, обусловленных орбитальной динамикой, атмосферными искажениями и распространением оптических сигналов. Такая интегрированная система позволяет наземным и космическим приёмопередающим устройствам поддерживать высокоточную взаимную наведённость в условиях относительного движения.

Обнаружение единичных фотонов

После прохождения 400-тысячекилометрового пути в обратном направлении лазерный сигнал становится настолько слабым, что наземные телескопы регистрируют лишь несколько фотонов за один сеанс приёма. Дополнительные помехи создают лунный свет, звёздный фон и городское освещение. Центр сравнивает эту задачу с попыткой услышать падение булавки в шумном базаре.

Высокочувствительные методы детектирования

Учёные внедрили технологию сверхбыстрого обнаружения одиночных фотонов на основе сверхпроводящих детекторов, а также высокочувствительные алгоритмы, позволяющие выделять полезные сигналы связи из мощного фонового шума.

Скорость и кодирование

Для преодоления ограничений по скорости передачи команда разработала специализированные методы обработки широкополосных сигналов и применила уникальные схемы кодирования, устойчивые к шуму. В результате эксперимента были достигнуты двунаправленные скорости связи: 1,25 Мбит/с в восходящем канале и 100 Мбит/с в нисходящем.

Перспективы для лунных миссий

Центр подчеркнул, что с приближением пилотируемых посадок на Луну и строительства лунной исследовательской станции объём научных данных — включая наблюдательные изображения и измерения — возрастёт многократно. Традиционные радиоканалы не смогут обеспечить необходимую пропускную способность. «Информационная магистраль» на основе лазерной связи Земля–Луна откроет новый высокоскоростной путь для передачи данных будущих лунных миссий.