Автор: София Чен
В августе прошлого года Масахид Сасаки и его команда настроили спутник на обстрел лазером пригорода Токио. Точнее, не совсем так. Лазерный луч, выполненный из инфракрасного света, был невидим для человеческого глаза. К тому времени, когда он преодолел сотни миль космического пространства и атмосферы, он стал безвредным: луч напоминал прожектор размером примерно 10 футбольных полей. Некоторые частицы света отразились в линзе телескопа и попали в детектор фотонов.
Сасаки надеется, что когда-нибудь что свет станет больше, чем просто невидимой волной, которую улавливает телескоп, — он сможет нести информацию. Сегодня радиоволны, излучаемые в спутниковой связи, имеют ограниченную полосу пропускания, что означает, что они не могут передавать большое количество данных. Но если удастся закодировать сообщение в инфракрасных фотонах, то получится передавать в миллион раз больше данных в секунду. Обо всём этом рассказывает Сасаки, физик из Национального института информационно-коммуникационных технологий в Японии.
В течение многих лет учёные-космонавты предлагали такой вид лазерного луча, который мог бы обеспечить связь с беспилотными космическими аппаратами на далёких планетах быстрее, чем позволяют радиоволны. Но лазерный свет умирает в путешествии на 55 миллионов миль до Марса — только несколько фотонов могут реально добраться до приёмника на аппарате. Поэтому учёные сначала должны получить возможность прочесть закодированную информацию из одного кванта света.
Чтение отдельных фотонов со спутника — сложный эксперимент, на который группа Сасаки потратила семь лет, и оказалась не единственной, кто идёт схожим путём. Физики Китая опубликовали в прошлом месяце в Science сведения о ещё более сложной версии эксперимента, в котором их спутник одновременно передал два фотона в два разных города. Но уникальность работы японской группы, опубликованная в Nature Photonics, заключается в том, что они провели свой эксперимент с использованием маленького спутника, известного как микроспутник — куб, который весит около 100 фунтов, нечто среднее по размеру между микроволновой печью и холодильником. «Микроспутник весит менее одной десятой китайского спутника», — говорит Сасаки.
Эта разница в весе также означает, что такой аппарат намного дешевле запустить: вы можете отправить 100-фунтовый спутник примерно за 2 миллиона долларов, в отличие от сотен миллионов, которые требуются для более крупного аппарата. Эта цена привлекательна для многих компаний. «Многие фирмы, которые не специализируются в области космической техники, могут войти в эту новую для себя сферу», — говорит Сасаки.
Группа Сасаки работает с компанией в Японии, которая хочет запустить сеть небольших спутников. Он хочет исследовать лазерную связь как метод отправки сообщений в своей сети, а также метод шифрования, известный как квантовая криптография для защиты этих сообщений. Сасаки не называет компанию, но это определённо не единственный игрок на поле: американская компания Planet запустила 88 небольших спутников в феврале, хотя её фокус — это изображение, а не связь. Японская компания Axelspace также запустила несколько аппаратов, планируя создать сеть из 50 аппаратов. Даже у Canon есть свой 110-фунтовый аппарат на орбите, несущий фотографическую систему из своих DSLR-камер. Через 10 лет, по ожиданиям Сасаки, 4000 этих крошечных спутников будут постоянно находиться на низкой околоземной орбите, многие из которых будут нуждаться в защищённых коммуникационных технологиях.
Все эти компании заинтересованы в запуске небольших спутников, потому что они дёшевы, и теперь технологии наконец-то достаточно компактны, чтобы поместиться на них (спасибо закону Мура!). «На самом деле вы можете теперь делать значительные вещи на небольших спутниках, которые ранее были возможны только на большом аппарате», — говорит Тодд Харрисон, эксперт по космической безопасности в Центре стратегических и международных исследований.
Харрисон говорит, что американские военные могли бы, например, использовать лазерные лучи для обмена информацией с беспилотными летательными аппаратами. Военные беспилотники снимают много фотографий высокого разрешения и нуждаются в быстрой и надёжной передаче данных. Таким образом, вы можете запустить выделенный микроспутник для доставки данных с дронов. Лазерная связь, в отличие от радиоволн, излучаемых от обычных спутников, обеспечивает целевую передачу.
Эти небольшие спутники могут заменить военные спутниковые сети, состоящие из нескольких обычных крупных спутников. «Мы сильно зависим от каждого отдельного спутника», — говорит Харрисон. «Чтобы сделать [сеть] более устойчивой, вместо того, чтобы строить небольшое количество больших спутников, мы могли бы запустить множество маленьких». На прошлой неделе The New York Times сообщила, что правительство США планировало запустить парк небольших аппаратов для наблюдения за северокорейскими ракетными испытаниями.
Тем не менее, технология коммуникаций Сасаки далека от развёртывания. Чтобы быстро отправить сообщение, они должны иметь возможность улавливать как можно больше фотонов, сейчас же возможно обнаруживать только один из 100 миллионов фотонов, отправленных со спутника. «На этот раз мы решили расширить лазерный луч, чтобы сделать эксперимент более выполнимым», — говорит Сасаки. «Но это своего рода смущающая спецификация». Сейчас они не могут проводить свой эксперимент днём, потому что солнечный свет полностью заглушает их крошечный сигнал даже с фильтрами. Они планируют уменьшить размер лазерного луча, чтобы точнее направить его в телескоп. Тогда, возможно, со временем у нас получится отправить утреннее письмо на Марс.
Оригинал: Wired
