Lunar Laser Communication Demonstration

Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) on kosmose ja Maa vahelist lasersidetehnoloogiat demonstreeriv süsteem Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) pardal. Demonstratsiooni eesmärgiks on näidata kahesuunalise laserside võimalikkust Kuu orbiidi ja Maa vahel. Projekt valmis Massachusetts Institute of Technology, Lincoln Laboratory ja NASA Goddard Spaceflight Centeri koostööna ning saadeti üles koos LADEE-ga 7. september 2013. LLCD töötati välja arvestades vajadust suurema andmevahetuskiiruse järgi kosmoses, kuna tänapäevased raadiosidevahendid hakkavad jõudma piirile, kus need ei suuda enam aina kasvava andmemahu edastusega kaasas käia. Laserside on ka vähem tundlik segamistele ja summutamistele kui raadioside, olles seega ka palju turvalisem sidevahend. LLCD on NASA esimene täielikult kahesuunalise andmesidesüsteem, mis loodi Kuu orbiidilt kuuekordse andmemahu saatmiseks, kasutades väiksemat saatjat ja kuni 25% vähem elektrienergiat kui samaväärne moodne raadiosidesüsteem. Kuna laseri lainepikkused on raadiolainetest 10 000 korda lühemad, siis pole vaja ka nii suuri antenne/terminale nende vastuvõtmiseks ja saatmiseks, mis omakorda teeb satelliidi kergemaks ja väiksemaks, vähendades sellega ka satelliidi kogumaksumust. 2013. aasta oktoobris püstitas LLCD andmesidekiiruse rekordi kosmoses, saates Maale andmeid kiirusega 622 Mbit/s ja võttes Maalt saadetud andmeid vastu kiirusega 20 Mbit/s. Lunar Lasercom Space Terminal (LLST) on LADEE pardal kasuliku koormuse (payload) moodulis asuv terminal, mis koosneb optilisest moodulist, modemi moodulist ja elektroonika moodulist. Kogu kosmoseterminal võtab 137 vatti elektrienergiat töötamise ajal ja kaalub 32 kg. Optiline moodul on kinnitatud LADEE kosmoseaparaadi välisküljele, modemi- ja elektroonika moodul asuvad aga selle sisemuses. Optiline moodul on 10 cm diameetriga teleskoop, millel on üks primaarne nõgus ja üks sekundaarne kumer peegel, mis fokuseerivad valguse detektorisse. Teleskoop ise on paigaldatud kaheteljelisele kinnitusele ja stabiliseeritud kasutades magnethüdrodünaamilist inertsi stabilisaatorit, mis eemaldab kõrgsageduslikud vibratsioonid, et hoida optikat stabiilsena. Lainurkne indiumi-galliumi-arseenidetektor tagab optilise üleslingi signaali ruumilise omandamise ja jälgimise. Teleskoop on modemiga ühendatud kiudoptilise kaabliga. Modemis on 0,5 W infrapuna-lasersaatja ja ülitundlik vastuvõtja. Impulssmodulatsiooni kasutades edastab saatja andmeid valgusimpulssideks kuni 622 Mbit/s ning vastuvõtja loeb vastuvõetavaid valgusimpulsse ja kodeerib need andmeteks kuni 20 Mbit/s. Elektroonikamoodul koosneb arvutist, mis kontrollib kõiki LLCD-süsteeme. Arvuti tagab ühenduse ka LLCD ja LADEE vahel. Maa-terminale Lunar Lasercom Ground Terminal (LLGT) on kokku kolm: White Sands New Mexico – primaarne Maa-terminal; Jet Propulsion Laboratory California – sekundaarne Maa-terminal; Euroopa Kosmoseagentuur Tenerife Teide Observatooriumis – sekundaarne Maa-terminal. LLGT koosneb neljast 15 cm läbimõõduga teleskoobist üleslingi jaoks ja neljast 40 cm läbimõõduga teleskoobist allalingi jaoks. Teleskoobid on kiudoptiliste kaabliga ühendatud kontrollruumis asuvate saatjate ja vastuvõtjatega. Iga teleskoop on varustatud kiiresti liikuva peegliga, et tagada allalingi jälgimine ning parandada suunamisel tekkinud võimalikud vead. Kontrollruumis paikneb modem ja elektroonika teleskoopide juhtimiseks ning signaalide saatmiseks ja vastuvõtmiseks. Modemi neli optilist saatjat kasutavad impulssmodulatsiooni 10 W signaali moduleerimiseks üleslingi jaoks. Allalingi vastuvõtja kasutab footoneid lugevat ülijuht nanotraatide kogumeid, mis on krüogeensetel temperatuuridel, suure efektiivsuse (1 bit iga tuvastatud footoni kohta) saavutamiseks footonite tuvastamisel. Signaali demoduleerimine ja dekodeerimine viiakse läbi digitaalelektroonikat kasutades. LADEE – Lunar Laser Communication Demonstration, SPACEFLIGHT101. Space Laser To Prove Increased Broadband Possible, NASA. NASA’s First Space Laser Communication System Demonstration, NASA. NASA Laser System Sets Record with Data Transmission From Moon, Parabolic Arc. About LLCD, Goddard Space Flight Center. Lunar Laser Communication Demonstration on LADEE achieves world-record data download speeds from the moon, Lincoln Laboratory.