Gần đây, để cải thiệnthông tin liên lạc không gian của NASAkhả năng của mình, NASA có kế hoạch gửi một cuộc trình diễn công nghệ có tên là Thiết bị đầu cuối khuếch đại và modem người dùng quỹ đạo Trái đất thấp LCRD tích hợp (ILLUMA-T) tới trạm vũ trụ vào năm 2023. Cùng với đó, ILLUMA-T và Trình diễn Rơle Truyền thông Laser (LCRD) sẽ được thực hiện ra mắt vào tháng 12 năm 2021, sẽ hoàn thiện hệ thống chuyển tiếp laser hai chiều, từ đầu đến cuối đầu tiên của NASA.
Ưu điểm của hệ thống truyền thông Laser
Hệ thống liên lạc laser sử dụng ánh sáng hồng ngoại vô hình để gửi và nhận thông tin với tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều. Trong khi hệ thống tần số vô tuyến ban đầu mất khoảng chín tuần để gửi bản đồ sao Hỏa hoàn chỉnh về Trái đất thì phải mất khoảng chín ngày khi sử dụng tia laser. Do đó, với tốc độ dữ liệu cao hơn, sứ mệnh có thể gửi nhiều hình ảnh và video hơn tới Trái đất trong một lần truyền. Sau khi được lắp đặt trên trạm vũ trụ, ILLUMA-T sẽ chứng minh lợi ích của tốc độ truyền dữ liệu cao hơn đối với các sứ mệnh LEO. Truyền thông bằng laser mang lại sự linh hoạt cao hơn cho sứ mệnh và cách nhanh chóng để truy cập dữ liệu từ không gian. NASA hiện đang tích hợp công nghệ này trong các cuộc trình diễn gần Trái đất, mặt trăng và không gian sâu.
Ngoài lợi ích về tốc độ dữ liệu nhanh hơn, hệ thống laser còn mang lại những lợi thế chính trong thiết kế tàu vũ trụ do trọng lượng nhẹ hơn và giảm mức tiêu thụ năng lượng. ILLUMA-T, có kích thước xấp xỉ một chiếc tủ lạnh tiêu chuẩn, sẽ được gắn chặt vào một mô-đun bên ngoài trên trạm vũ trụ để trình diễn thông qua LCRD. Hiện tại, LCRD đang chứng minh lợi ích của rơle laser trong quỹ đạo địa không đồng bộ (22,{2}} dặm từ Trái đất) để cải tiến hơn nữa khả năng laser của NASA bằng cách truyền dữ liệu và tiến hành thí nghiệm giữa hai trạm mặt đất. Khi ILLUMA-T vào trạm, thiết bị đầu cuối sẽ gửi dữ liệu có độ phân giải cao, bao gồm hình ảnh và video, tới LCRD với tốc độ 1.200 megabit/giây. Dữ liệu sau đó sẽ được gửi từ LCRD đến các trạm mặt đất ở Hawaii và California. Cuộc trình diễn này sẽ cho thấy truyền thông laser có thể mang lại lợi ích như thế nào cho các sứ mệnh NEO.
ILLUMA-T đang được phóng như một trọng tải cho sứ mệnh Dịch vụ Tiếp tế Thương mại lần thứ 29 của SpaceX cho NASA. Trong hai tuần đầu tiên sau khi phóng, ILLUMA-T sẽ được đưa ra khỏi thân tàu vũ trụ Dragon và được lắp đặt trên Cơ sở Tiếp xúc Mô-đun Thí nghiệm Nhật Bản (JEM-EF) của trạm vũ trụ. Sau khi tải trọng được cài đặt, nhóm ILLUMA-T sẽ tiến hành các thử nghiệm ban đầu và kiểm tra trên quỹ đạo. Sau khi hoàn tất, nhóm sẽ tiến tới ánh sáng đầu tiên của trọng tải - một cột mốc quan trọng đối với sứ mệnh sẽ truyền ánh sáng laser đầu tiên tới LCRD thông qua kính viễn vọng quang học của nó. Khi ánh sáng đầu tiên xuất hiện, các thí nghiệm truyền dữ liệu và liên lạc bằng laser sẽ bắt đầu và tiếp tục trong suốt sứ mệnh đã lên kế hoạch.
Thử nghiệm tia laser trong các tình huống khác nhau
Trong tương lai, hoạt động liên lạc bằng laser sẽ bổ sung cho các hệ thống tần số vô tuyến mà nhiều sứ mệnh không gian vẫn dựa vào để truyền dữ liệu về Trái đất. Mặc dù ILLUMA-T không phải là sứ mệnh đầu tiên thử nghiệm thông tin liên lạc bằng laser trong không gian nhưng nó đưa NASA tiến một bước gần hơn đến ứng dụng thực tế của công nghệ này.
Ngoài LCRD, các hệ thống tiền thân của ILLUMA-T bao gồm Hệ thống phân phối hồng ngoại TeraByte 2022, hiện đang thử nghiệm liên lạc bằng laser trên một CubeSat nhỏ ở quỹ đạo gần Trái đất và Trình diễn liên lạc bằng laser trên mặt trăng, trong Môi trường bụi và khí quyển mặt trăng năm 2014. Nhiệm vụ thám hiểm, gửi dữ liệu qua lại giữa quỹ đạo mặt trăng và Trái đất; và trọng tải quang học Lasercomm Science 2017, chứng minh cách liên lạc bằng laser có thể tăng tốc luồng thông tin giữa Trái đất và không gian so với tín hiệu vô tuyến.
Việc kiểm tra khả năng liên lạc bằng laser để tạo ra tốc độ truyền dữ liệu cao hơn trong nhiều tình huống khác nhau sẽ giúp cộng đồng hàng không vũ trụ cải tiến hơn nữa khả năng cho các sứ mệnh trong tương lai tới Mặt trăng, Sao Hỏa và không gian sâu.
