Jak bezpiecznie i szybko przesyłamy dane – telekomunikacja laserowa w Scanway

W jaki sposób przesłać z kosmosu na Ziemię gigabity danych w mniej niż dziesięć minut i zrealizować to w sposób bezpieczny?

Jak bezpiecznie i szybko przesyłamy dane – telekomunikacja laserowa w Scanway

Projekt

Prace badawcze nad bezpieczną telekomunikacją laserową.

Wyzwanie

Działanie każdego urządzenia w przestrzeni kosmicznej, w tym satelitów do obserwacji Ziemi, takich jak projektowany przez nas nanosatelita ScanSAT (link), wymaga przesyłania danych do stacji odbiorczych. W jaki sposób szybko wysłać gigabity informacji? Co jeśli te dane są wrażliwe i jest potrzeba zabezpieczenia całego procesu komunikacji? Te i inne problemy rozwiązuje telekomunikacja laserowa.

Rozwiązanie

Systemy wizyjne

Systemy wizyjne

Obserwacje zdalne

Obserwacje zdalne

Telekomunikacja laserowa działa analogicznie do tej, w której używany jest światłowód – również w niej występuje nadajnik i odbiornik. Fotony niosące informacje nie podróżują w zamkniętej przestrzeni światłowodu, ale docierają do stacji odbiorczej przez atmosferę.

 case-study-photo-2

Rozwiązanie

Komunikacja laserowa i radiowa – jak działają?

 

Tradycyjna komunikacja radiowa odbywa się poprzez odpowiednie modulowanie fali elektromagnetycznej, rozchodzącej się w każdym kierunku i zapewniającej ostatecznie pokrycie bardzo dużego obszaru Ziemi. Komunikacja laserowa działa podobnie do komunikacji światłowodowej – z punktu A do punktu B. Wpuszczone w światłowód z nadajnika fotony trafiają jedynie do docelowego punktu na końcu medium (światłowodu) – czyli do odbiornika. W przypadku aplikacji kosmicznych wiązka laserowa korzysta z atmosfery jako medium, ale odpowiednio przygotowany moduł do telekomunikacji laserowej jest w stanie przesłać wiązkę w określony, relatywnie niewielki punkt na Ziemi.

 

Dlaczego telekomunikacja radiowa już nam nie wystarcza?

 

Przesyłanie informacji w sposób konwencjonalny – radiowo – niesie za sobą szereg problemów. Dane przesyłane są z wykorzystaniem określonej częstotliwości, przyporządkowaną do jednego tylko nadajnika poprzez odpowiednie regulacje Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego. Oznacza to, że z biegiem czasu zmniejsza się zasób możliwych do przyznania częstotliwości. Wymusza to nadawanie informacji w innych pasmach, do tej pory zarezerwowanych np. do celów wojskowych. Niesie to za sobą konieczność rozbudowania sieci stacji odbiorczych i ciągle postępujące prace badawczo-rozwojowe. Telekomunikacja radiowa, wykorzystywana w aplikacjach rządowych i militarnych musi być szyfrowana, aby uniknąć podsłuchu przez inne stacje odbiorcze. Ponadto nie jest w stanie zapewnić odpowiednich przepustowości przesyłania danych bez różnego rodzaju kompromisów, takich jak np. zwiększanie mocy nadawania (potrzebna większa moc na pokładzie satelity, lepsze odprowadzanie ciepła itp.), większej średnicy anteny lub zapewnienia odpowiedniego poziomu przetwarzania danych na pokładzie satelity.

 

Zalety telekomunikacji laserowej

 

Telekomunikacja laserowa rozwiązuje te problemy. Nie występuje przy niej konieczność regulowania prawnego procesu wymiany informacji dzięki faktowi, że promień lasera pada w określone miejsce na Ziemi. Umożliwia to bezpieczny oraz unikalny sposób przesyłania informacji, w którym podsłuchanie informacji jest możliwe tylko wtedy, gdy podsłuchujący znajduje się fizycznie obok odbiornika. Dzięki bardzo dużej koncentracji energii, moc nadawcza potrzebna w takim systemie jest znacznie mniejsza niż w konwencjonalnej telekomunikacji. Największą zaletą telekomunikacji laserowej nie jest ani jej bezpieczeństwo, ani brak konieczności regulacji użytkowania spektrum elektromagnetycznego, ale za to ogromna przepustowość. Możliwe do osiągnięcia są prędkości rzędu gigabitów na sekundę – są to wartości o rząd większe od tych, używanych za pomocą konwencjonalnej, radiowej telekomunikacji w paśmie X (np. satelity Sentinel uzyskują maksymalnie ponad 500 MBit/s) lub innych.

Efekty

Testy systemu telekomunikacji laserowej

 

Scanway w ramach projektowania nanosatelity ScanSAT (link) przetestował system telekomunikacji laserowej, złożony z dostosowanych do specyficznych aplikacji modułów dostępnych na rynku. Testy terenowe takiego systemu umożliwiły uzyskanie przepustowości rzędu 919 MBit/s. Nie był to system ostateczny lub dedykowany do aplikacji kosmicznych, a pierwsza iteracja prototypu powstałego w ramach prac B+R prowadzonych przez firmę. Działania te, prowadzone zarówno samodzielnie, jak i z partnerami, mają doprowadzić do powstania zestandaryzowanego modułu telekomunikacji laserowej, przeznaczonego do integracji w różnych aplikacjach – od pojazdów wojskowych i infrastruktury, przez drony, aż do zastosowań kosmicznych.

Aktualnie prowadzone są prace nad zastosowaniem telekomunikacji laserowej w satelicie ScanSAT. Umieszczenie nadajnika laserowego w tak małym satelicie, którego głównym zadaniem jest obrazowanie Ziemi, to nowość na skalę światową.

 

Telekomunikacja laserowa – szybkość i bezpieczeństwo

Warto zauważyć, że systemy telekomunikacji laserowej, ze względu na swoją przepustowość oraz brak możliwości podsłuchu, są idealnym rozwiązaniem dla aplikacji wojskowych oraz tych z zakresu bezpieczeństwa państwowego, przy których bezpieczeństwo procesu przekazywania informacji jest kluczowe. Również w tym kierunku Scanway rozwija swoje kompetencje i produkty.

Jaki Twój problem możemy pomóc rozwiązać?

Zobacz inne case studies: