ΜΕΓΑΛΟ’Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) χρησιμοποιεί την ακρίβεια του Οπτικά μήκη κύματος Yokogawa για να διασφαλιστεί ο ακριβής συντονισμός των λέιζερ που χρησιμοποιούνται στις επικοινωνίες μεταξύ Γης και διαστήματος.

Η ESA διαχειρίζεται ένα δίκτυο γεωστατικών δορυφόρων που είναι γνωστό ως Ευρωπαϊκό Σύστημα Αναμετάδοσης Δεδομένων (EDRS). Αυτοί οι δορυφόροι επικοινωνούν με έναν αστερισμό δορυφόρων Ευρωπαϊκής Χαμηλής Γης Τροχιάς (LEO) που ονομάζεται Sentinel, που χρησιμοποιείται για Εφαρμογές παρακολούθησης της γης.

Οι δορυφόροι EDRS χρησιμοποιούν ραδιοεπικοινωνία για να ανεβάσουν δορυφορικές εικόνες LEO και άλλα δεδομένα σε επίγειους διακομιστές.

ο πρόκληση του αυξανόμενου όγκου πληροφοριών από LEO και γεωστατικούς δορυφόρους και από αστερισμούς δορυφόρων, θα οδηγήσει στο γεγονός ότι το διαθέσιμο εύρος ζώνης για συνδέσεις ραδιοεπικοινωνίας θα είναι σύντομα πολύ χαμηλό για να καλύψει τις ανάγκες μεταφοράς δεδομένων της ESA.

ο απάντηση φανερός είναι η οπτική επικοινωνία που βασίζεται στο laser, μια τεχνική που χρησιμοποιείται ήδη για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ δορυφόρων LEO και του δικτύου EDRS. Οι οπτικές επικοινωνίες είναι μια δοκιμασμένη τεχνολογία στη Γη και αποτελούν τη ραχοκοκαλιά του Διαδικτύου.

Ωστόσοοπτικές επικοινωνίες σε ελεύθερο χώρο μεταξύ της Γης και ενός δορυφόρου απαιτούν ειδική τεχνολογία λέιζερ.

Αυτό συμβαίνει επειδή τα οπτικά σήματα που μεταδίδονται μεταξύ της Γης και του διαστήματος υπόκεινται σε παρεμβολές από διάφορες πηγές, όπως σύννεφα ή άλλα μετεωρολογικά φαινόμενα.

Επιπλέον, τα οπτικά σήματα στον ελεύθερο χώρο δεν μπορούν να προστατεύονται από εξωτερικές πηγές οπτικής παρεμβολής από το φυσικό μέσο μέσω του οποίου ταξιδεύουν, όπως μια οπτική ίνα στη Γη.

Τα συστήματα οπτικής επικοινωνίας πρέπει να επιτυγχάνουν επαρκή λόγο σήματος προς θόρυβο για διατηρεί τη σύνδεση μεταξύ πομπού και δέκτη. Στο EDRS της ESA, τα σήματα μεταδίδονται σε ένα πολύ ακριβές μήκος κύματος υπέρυθρων 1064,625 nm (νανόμετρα) ± 11 μ.μ. (πικόμετρα), με σχεδόν μηδενική διακύμανση στο μήκος κύματος κορυφής . Αυτό επιτρέπει στον δέκτη να κλειδώσει στο μεταδιδόμενο σήμα στενής ζώνης και να εξαλείψει τα σήματα παρεμβολής. Με αυτήν την τεχνολογία, ο δορυφόρος EDRS μπορεί να λειτουργήσει ακόμα και όταν ο ήλιος βρίσκεται στο οπτικό του πεδίο.

Η ESA εφαρμόζει την τεχνολογία οπτικών επικοινωνιών Γη-δορυφόρος στον οπτικό επίγειο σταθμό του (OGS) στην ισπανική νήσο Τενερίφη και στο τηλεσκόπιο Αρίσταρχος 2,2 m στο αστεροσκοπείο Χελμός στην Πελοπόννησο στην Ελλάδα.

Η διατήρηση του ακριβούς μήκους κύματος του πομπού είναι ένα κρίσιμο μέρος της λειτουργίας του Σύστημα Αρίσταρχος, επιτυγχάνεται με μια τεχνική στην οποία το λέιζερ πομπού αντλείται από μια δίοδο λέιζερ 808 nm για να παράγει ακριβή έξοδο 1064,625 nm ± 11 μ.μ. Αυτό το μήκος κύματος ελέγχεται προσεκτικά ρυθμίζοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας λέιζερ του πομπού.

Η μέτρηση των συστημάτων οπτικής επικοινωνίας πραγματοποιείται συνήθως χρησιμοποιώντας α αναλυτής οπτικού φάσματος (OSA), ένα εξαιρετικά ακριβές και αξιόπιστο όργανο που αναλύει το οπτικό μήκος κύματος εκτός από άλλες παραμέτρους.

OSA όπως π.χAQ6370D Η Yokogawa επιτυγχάνει ακρίβεια μέτρησης μήκους κύματος ± 10 pm (πικόμετρα) σε μήκος κύματος αναφοράς 1550 nm και ± 100 pm στα 1064,625 nm. Αν και αυτό είναι εξαιρετικά ακριβές, εξακολουθεί να μην είναι αρκετά ακριβές για να καλύψει τις ανάγκες της εγκατάστασης Aristarcos.

Ο Zoran Sodnik είναι επικεφαλής Τεχνολογίας Οπτικών Επικοινωνιών στη Διεύθυνση Τηλεπικοινωνιών και Ολοκληρωμένων Εφαρμογών της ESA. Είναι υπεύθυνος για το σύστημα οπτικών επικοινωνιών που εγκαταστάθηκε με το τηλεσκόπιο Aristarchus. Ο Sodnik δηλώνει: “Το EDRS λειτουργεί σε συχνότητες που μετρώνται σε πολλαπλάσια terahertz και τα μήκη κύματος του πομπού και του δέκτη δεν απέχουν περισσότερο από 28 Gigahertz. Αυτό σημαίνει ότι η συχνότητα του λέιζερ πρέπει να ρυθμιστεί με ακρίβεια από Gigahertz και επομένως να μετρηθεί με το ίδιο επίπεδο ακρίβειας και ακρίβεια».

Σε συνεργασία με Simac ElectronicsΟλλανδός πάροχος τεχνολογιών συνδεσιμότητας και μέτρησης, Η ESA επέλεξε έναν εξειδικευμένο μετρητή οπτικού μήκους κύματος, τον AQ6151B της Yokogawa (παρακάτω).

Το όργανο χρησιμοποιεί ένα συμβολόμετρο Michelson ικανό να μετρήσει το μήκος κύματος με μεγάλη ακρίβεια. Στο AQ6151B, το μοντέλο υψηλής ακρίβειας της σειράς AQ6150, η ακρίβεια καθορίζεται σε ± 0,2 ppm. Διαθέσιμο σε τρεις περιοχές μηκών κύματος, η εγκατάσταση Aristarchos χρησιμοποιεί το Έκδοση ευρείας εμβέλειας καλύπτοντας μήκη κύματος από 900 nm έως 1700 nm.

Η σειρά AQ6150 προσφέρει υψηλή ταχύτητα με δυνατότητα λήψης, ανάλυσης και μεταφοράς μιας μέτρησης σε υπολογιστή μέσα σε 0,2 δευτερόλεπτα. Εκτός από την υψηλή ακρίβειά της, η σειρά AQ6150 προσφέρει ταυτόχρονες μετρήσεις έως και 1024 μήκη κύματος και χειρίζεται ισχύ σήματος εισόδου έως -40 dBm.

Το AQ6151B έχει επίσης λειτουργίες ολοκληρωμένης ανάλυσης και δεν απαιτεί προγραμματισμό, κάτι που το καθιστά εύκολο στη χρήση.

Ο Sodnik ήταν πεπεισμένος ότι η χρήση του μετρητή οπτικού μήκους κύματος Yokogawa θα έδινε τα αποτελέσματα που αναζητούσε η ESA: “Η ESA έχει χρησιμοποιήσει εκτενώς τα όργανα Yokogawa στο παρελθόν και πάντα τα έβρισκε εξαιρετικά ακριβή και αξιόπιστα. Απαιτήθηκε η τελευταία εγκατάσταση στο αστεροσκοπείο Chelmos εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια. Δεν δίστασα να επιλέξω ένα προϊόν Yokogawa: ανταποκρίθηκε πλήρως στις προσδοκίες μου.”

Χρησιμοποιώντας το ακριβές AQ6151B για τον συντονισμό των λέιζερ, η ESA προβλέπει ότι η οπτική μετάδοση θα μπορούσε να αναλάβει το βάρος του χειρισμού της κυκλοφορίας υψηλού εύρους ζώνης, αντικαθιστώντας την ραδιοεπικοινωνία ως το κύριο μέσο αποστολής και λήψης δεδομένων από δορυφόρους.