सार:
अतीत में, चंद्रमा की कक्षा से वापस भेजे जाने वाले चंद्रमा की 8K अल्ट्रा-हाई-डेफिनिशन पैनोरमिक तस्वीर के लिए जमीनी कर्मियों को चार से पांच मिनट तक इंतजार करना पड़ता था। आज वही फोटो करीब 12 सेकेंड में भेजी जा सकती है. यह बदलाव हाल ही में पूरा हुआ पृथ्वी-चंद्रमा दो-तरफा उच्च गति लेजर संचार परीक्षण के कारण हुआ। इस परीक्षण ने पृथ्वी और चंद्रमा के बीच 400,000 किलोमीटर की दूरी पर एक स्थिर और उच्च गति वाला लेजर लिंक स्थापित किया, जो पृथ्वी और चंद्रमा के बीच एक "सूचना राजमार्ग" स्थापित करने के बराबर है।
पृथ्वी-चंद्रमा पैमाने पर दो-तरफा लेजर संचार का योजनाबद्ध आरेख। छवि स्रोत: अंतरिक्ष अनुप्रयोग इंजीनियरिंग और प्रौद्योगिकी केंद्र, चीनी विज्ञान अकादमी
सीआईएस-चंद्र लेजर संचार के क्या फायदे हैं? पृथ्वी और चंद्रमा के बीच दो-तरफ़ा लेजर संचार प्राप्त करने के लिए किन तकनीकी कठिनाइयों को दूर किया जाना चाहिए? इसके बाद क्या परिवर्तन होंगे? इन मुद्दों पर ध्यान केंद्रित करते हुए, 1 सितंबर को साइंस एंड टेक्नोलॉजी डेली के संवाददाताओं ने संबंधित विशेषज्ञों का साक्षात्कार लिया।
पहला प्रश्न: पृथ्वी-चंद्रमा लेजर संचार के क्या फायदे हैं?
पारंपरिक रेडियो फ्रीक्वेंसी संचार रेडियो तरंगों पर निर्भर करता है, जबकि लेजर संचार प्रकाश तरंग संचरण का उपयोग करता है, जो सिद्धांत रूप में ऑप्टिकल फाइबर ब्रॉडबैंड के करीब है। लेज़र संचार का सबसे बड़ा लाभ बड़ी बैंडविड्थ और तेज़ गति है। जब उपग्रह पर स्थापित उपकरण आकार, वजन और बिजली की खपत में समान होते हैं, तो लेजर संचार की दर पारंपरिक माइक्रोवेव संचार की तुलना में 10 से 100 गुना तेज हो सकती है।
"रेडियो फ़्रीक्वेंसी एक सामान्य राजमार्ग की तरह है जिसमें सीमित लेन और यातायात की आसान संतृप्ति है; लेजर एक बहु-लेन राजमार्ग की तरह है, जो एक ही समय में बहुत बड़ी मात्रा में डेटा संचारित कर सकता है।" चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के सेंटर फॉर स्पेस एप्लीकेशन इंजीनियरिंग एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ता यांग लेई ने बताया कि पृथ्वी और चंद्रमा के बीच की दूरी पर, पारंपरिक रेडियो फ्रीक्वेंसी संचार उच्च-परिभाषा वीडियो या बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक डेटा संचारित करना बहुत मुश्किल है, जबकि लेजर संचार आसानी से काम कर सकता है।
लेजर संचार का एक अन्य लाभ यह है कि रहस्यों को लीक करना आसान नहीं है। लेज़र किरण विशेष रूप से केंद्रित होती है और रेडियो तरंगों की तरह चारों ओर "प्रसारित" नहीं होती है। ऊर्जा हर जगह यात्रा नहीं करती है, जिससे दूसरों के लिए सिग्नल को आधे रास्ते में रोकना मुश्किल हो जाता है। "लेजर एक टॉर्च की तरह है, जहां भी चमकती है वहां चमकती है। माइक्रोवेव एक लाउडस्पीकर प्रसारण की तरह है, जिसकी रेंज बड़ी होती है, लेकिन हर कोई इसे सुन सकता है।" यांग लेई ने स्पष्टता से कहा।
दूसरा प्रश्न: 400,000 किलोमीटर के दो-तरफा लेजर संचार में किन समस्याओं को दूर करने की आवश्यकता है?
400,000 किलोमीटर पृथ्वी के भूमध्य रेखा के 10 चक्कर के बराबर है, और चंद्रमा से पृथ्वी तक प्रकाश की यात्रा में 1 सेकंड से अधिक समय लगता है। इतनी लंबी दूरी पर दो-तरफा लेजर संचार प्राप्त करने के लिए, हमें तीन बाधाओं को पार करना होगा: कमजोर सिग्नल, लक्ष्य करने में कठिनाई और धीमा संचरण।
हालाँकि लेज़र किरण एक दिशा में केंद्रित है, फिर भी यह 400,000 किलोमीटर की यात्रा के बाद भी बहुत दूर तक फैल जाएगी। जब यह ग्राउंड टेलीस्कोप तक पहुंचेगा, तो इसमें लॉन्च के समय की तुलना में केवल थोड़ा सा ही रह जाएगा और यह बहुत कमजोर हो जाएगा। ग्राउंड रिसीविंग एंड को पृष्ठभूमि शोर से कमजोर फोटॉन को "पहचानने" के लिए अत्यधिक संवेदनशील डिटेक्टर का उपयोग करना चाहिए। "इस उद्देश्य के लिए, हमने एक सुपरकंडक्टिंग नैनोवायर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर ऐरे का निर्माण किया। यह एक अति-संवेदनशील 'आंख' की तरह है जो फोटॉन को पकड़ सकता है। इसमें बहुत कम शोर है और यह बहुत तेजी से प्रतिक्रिया करता है। एक स्व-विकसित सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम के साथ मिलकर, भले ही सिग्नल इतना कमजोर हो कि यह शोर से लगभग 'डूब' गया हो, इसे बहुत सारे हस्तक्षेप से 'बाहर निकाला' जा सकता है।" यांग लेई ने कहा।
उसी समय, लेजर किरण बहुत संकीर्ण होती है, पृथ्वी और चंद्रमा लगातार घूम रहे हैं, और उपग्रह प्लेटफ़ॉर्म स्वयं भी थोड़ा कंपन करता है। ग्राउंड स्टेशन और उपग्रह हमेशा सटीक रूप से संरेखित होने चाहिए; यदि वे थोड़ा सा भी दूर हैं, तो लिंक टूट सकता है। यांग लेई ने एक सादृश्य बनाया: "यह चंद्रमा पर एक छोटे से गतिशील बिंदु पर बीजिंग से लेजर बीम को इंगित करने और इसे बंद रखने के बराबर है।"
छवि स्रोत: विज़ुअल चाइना
इस समस्या को हल करने के लिए, अनुसंधान दल ने कई तरीके अपनाए: सबसे पहले, उपग्रह की कक्षा की सटीक गणना करना और स्थिति की पहले से भविष्यवाणी करना, ताकि दोनों तरफ के दूरबीनों को पता चले कि किधर इशारा करना है और लक्ष्य चूक न जाए; दूसरा, ग्राउंड स्टेशन कई लेजर बीमों को एक में जोड़ता है और उन्हें बाहर भेजता है। , और फिर उपग्रह पर स्थिर लैंडिंग सुनिश्चित करने के लिए तापमान और ऊंचाई कोण में परिवर्तन के अनुसार वास्तविक समय में दिशा को सही करें; तीसरा, डिटेक्टर को अंधा करने से निकलने वाले मजबूत लेजर को रोकने के लिए ट्रांसमिटिंग और रिसीविंग दोनों सिरों पर मजबूत ऑप्टिकल अलगाव बनाया जाता है, ताकि एक साथ प्रकाश सिग्नल प्राप्त करने और प्राप्त करने में एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप न हो।
सिग्नल प्राप्त हो गया है, और ट्रांसमिशन गति बरकरार रहनी चाहिए। कठिनाई यह है कि ये फोटॉन नियमित कतार में नहीं आते, बल्कि विरल और रुक-रुक कर आते हैं। उन्हें पूरी जानकारी में एक साथ रखने के लिए, समय बहुत सटीक, पिकोसेकंड स्तर तक सटीक होना चाहिए। पिकोसेकंड की अवधारणा क्या है? एक सेकंड का एक खरबवां हिस्सा, जो आपकी पलकें झपकाने में लगने वाले समय से अनगिनत गुना कम है। टीम ने विशेष रूप से पिकोसेकंड-स्तरीय समय पहचान और बड़े-बैंडविड्थ संचार प्रसंस्करण तकनीक विकसित की है, जो प्रत्येक फोटॉन को एक सुपर-सटीक "टाइम स्टैम्प" निर्दिष्ट करने के बराबर है, ताकि उन्हें बिना किसी गड़बड़ी के एक साथ रखा जा सके।
प्रश्न 3: यह तकनीक भविष्य के चंद्र अन्वेषण और गहरे अंतरिक्ष अभियानों में कैसे मदद करेगी?
"भविष्य में, हम एक अंतरराष्ट्रीय चंद्र वैज्ञानिक अनुसंधान स्टेशन का निर्माण करेंगे और उस पर विभिन्न वैज्ञानिक प्रयोग (परीक्षण) करेंगे। ये वैज्ञानिक प्रयोग (परीक्षण) भारी मात्रा में डेटा उत्पन्न करेंगे। डेटा को पृथ्वी पर वापस कैसे प्रसारित किया जा सकता है यह हमेशा एक संचार बाधा रही है जो वैज्ञानिक अनुसंधान की प्रगति को रोकती है। यह तकनीकी सफलता बाधा को तोड़ने में बहुत महत्वपूर्ण है।" चीनी विज्ञान अकादमी के अंतरिक्ष अनुप्रयोग इंजीनियरिंग और प्रौद्योगिकी केंद्र के उप निदेशक वांग कियांग ने कहा।
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि पृथ्वी और चंद्रमा के बीच की दूरी केवल शुरुआती बिंदु है। यांग लेई ने कहा कि इस बार सत्यापित उच्च-परिशुद्धता ट्रैकिंग, कमजोर सिग्नल का पता लगाने और हाई-स्पीड सिंगल फोटॉन सिग्नल प्रोसेसिंग जैसी प्रौद्योगिकियों को मंगल ग्रह, क्षुद्रग्रहों और यहां तक कि गहरे अंतरिक्ष मिशनों तक बढ़ाया जा सकता है, और अधिक मूल वैज्ञानिक परिणाम प्राप्त करने के लिए मेरे देश के गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण का प्रभावी ढंग से समर्थन करेगा।
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