ما تقنية ناسا الجديدة لنقل البيانات بسرعة فائقة من الفضاء باستخدام الليزر؟

تعمل وكالة الفضاء الأمريكية "ناسا" على تطوير تقنية جديدة لنقل كميات كبيرة من البيانات، وإرسال الصور ومقاطع الفيديو عالية الدقة من وإلى الأرض بسرعة فائقة، باستخدام أطياف غير مرئية من الأشعة تحت الحمراء. 

ويطلق على التقنية الجديدة اسم نظام "الاتصالات الفضائية البصرية - Optical Space Communications" المعروف اختصاراً بـ "أو إس سي"؛ ويتضمن إنشاء روابط اتصال بين الأقمار الصناعية، والمركبات الفضائية، والمحطات الأرضية، لنقل البيانات عبر الليزر المكون من الأشعة تحت الحمراء، بدلاً من الاعتماد على موجات الراديو. 

وتتكون كل من الترددات الراديوية، والأشعة تحت الحمراء من إشعاع كهرومغناطيسي له أطوال موجية موزعة على نقاط مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي، ويحمل كلاهما البيانات المشفرة عبر النبضات الموجية إلى محطات مختلفة، لكن الفارق بين الوسيلتين يكمن في قدرة الأشعة تحت الحمراء في تخزين قدر أكبر من البيانات، ونقلها بسرعات أعلى في موجات أكثر إحكاماً، الأمر الذي يعني إمكانية استقبال المحطات الأرضية مزيد من البيانات في نبضة واحدة من مصدر الإرسال. 

ومن المتوقع أن تضاعف التقنية الجديدة سرعة نقل البيانات بما يتراوح بين 10 أضعاف إلى 100 ضعف مقارنة بأنظمة الترددات الراديوية الحالية، حيث يستغرق إرسال خريطة كاملة للمريخ إلى الأرض باستخدام موجات الراديو اللاسلكية ما يقارب 60 يوماً، بينما سوف يستغرق الأمر حوالي 9 أيام فقط باستخدام الليزر. 

وتكمن فوائد القدرة على استغلال معدلات أسرع لنقل البيانات في زيادة الإمكانيات الهندسية لإنشاء أدوات جديدة عالية الوضوح لجمع كميات أكبر من البيانات، كما أن صغر أحجام محطات استقبال الاتصالات الفضائية البصرية، وقلة أوزانها، تُخفض من استهلاكها للطاقة، مقارنة بالأنظمة التقليدية لنقل الترددات اللاسلكية. 

وربما يكون التحدي الأكبر أمام التقنية الجديدة هو قدرة الحفاظ على التموضع الدقيق بين تليسكوب الاتصالات الليزرية، والمحطة الأرضية الموجه إليها، والتي تبعد الآلاف وربما الملايين من الأميال، حيث تؤدي المحاذاة غير الصحيحة إلى انخفاض كفاءة نقل البيانات؛ كما يمكن أن يؤدي أي انحراف طفيف في التموضع، إلى فقدان الليزر لهدفه بالكامل. 

وتشكل الظروف الجوية عقبة أخرى أمام التقنية الجديدة، فقد تتسبب السحب والأمطار في إضعاف اتصالات الليزر، أو حتى انقطاعها، لكن يمكن التغلب على هذه المشكلة من خلال توفير عدد كاف من محطات الاستقبال الأرضية بحيث يمكن إعادة توجيه موجات البيانات إلى محطات أخرى في أماكن ذات طقسٍ صافٍ. 

ومن المقرر أن تطلق وكالة "ناسا" مهمة "أرتميس 2" في نوفمبر 2024، والتي سوف تزود بنظام اتصال بصري لا يزال قيد التطوير يدعى "أو 2 أو"، وستكون هذه المرة الأولى التي يستخدم فيها رواد الفضاء الاتصالات الليزرية لإرسال مقاطع فيديو عالية الوضوح، بسرعة تصل إلى 260 ميجابت في الثانية (1.95 جيجابايت في الدقيقة). 

المصدر: المجتمع الامريكي لمهندسي الميكانيكا