Deep Space Optical Communications (DSOC) หรือ การสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์อวกาศ เป็นแนวคิดในการใช้แสงเลเซอร์เพื่อการสื่อสารแทนการใช้คลื่นวิทยุในปัจจุบันซึ่งต้องใช้จานรับสัญญาณขนาดใหญ่เพื่อรับสัญญาณวิทยุอ่อน ๆ และเจือจางจากยานนอกอวกาศ
การสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ส่งแสงเลเซอร์และอุปกรณ์รับแสงเลเซอร์ที่แม่นยำเพื่อรับเลเซอร์จากยานแล้วแปลงเป็นข้อมูล อย่างไรก็ตาม การสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์นั้นมีประสิทธิภาพสูงกว่าการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุ เนื่องจากคลื่นวิทยุเป็นการสื่อสารแบบหลายทิศทาง (Omnidirectional) หมายความว่าคลื่นวิทยุที่ส่งจะกระจายไปหลายทิศทาง เป็นเหตุให้สัญญาณวิทยุมีกำลังอ่อนลงตามระยะทาง ในขณะที่แสงเลเซอร์มีความเข้มสูงและเป็นการสื่อสารแบบเฉพาะเจาะจงต่อทิศทาง (Directional) ทำให้สามารถส่งข้อมูลได้มากขึ้นต่อพลังงานที่ต้องใช้ในการสื่อสาร
ในบทความนี้เราจะมาดู 5 สิ่งที่ต้องรู้เกี่ยวกับการสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์
ยาน Psyche
ยาน Psyche
องค์การนาซา (NASA) กำลังจะทดสอบเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์เป็นครั้งแรกกับยาน Psyche ในภารกิจการสำรวจดาวเคราะห์น้อย ซึ่งจะถือเป็นการใช้เลเซอร์เพื่อการสื่อสารจริงเป็นครั้งแรกในอวกาศของนาซา วิศวกรคาดว่าการสื่อสารด้วยเลเซอร์จะเพิ่มปริมาณในการส่งข้อมูลมากถึง 10-100 เท่า เมื่อเทียบกับระบบเดิมที่ยังใช้อยู่ในยานอวกาศลำอื่น ๆ
การสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์อวกาศ
การสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์อวกาศ
การสื่อสารด้วยเลเซอร์นั้นจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทั้งจากบนโลกและบนยานอวกาศ ไม่ต่างจากการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุ ในกรณีของการสื่อสารด้วยเลเซอร์นั้น ยานอวกาศจำเป็นจะต้องมีอุปกรณ์รับส่งแสงเลเซอร์ เช่นเดียวกันสถานีสื่อสารบนภาคพื้นดิน
อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีหน่วยงานสำรวจอวกาศใดมีโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์ มีเพียงแต่สถานีสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์บางแห่งเพื่อสนับสนุนการสาธิตเทคโนโลยี DSOC เท่านั้น หนึ่งในสถานีสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์ตั้งอยู่ที่ห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนไอพ่น (JPL) ของนาซาในรัฐแคลิฟอร์เนีย
การส่งข้อมูลด้วยแสงเลเซอร์อวกาศ
การส่งข้อมูลด้วยแสงเลเซอร์อวกาศ
DSOC บนยาน Psyche จะต้องส่งข้อมูลที่ระยะทาง 390 ล้านกิโลเมตร เทียบเท่ากับระยะทางไปกลับระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ระหว่างที่ยาน Psyche สำรวจเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยในช่วง 2 ปีแรกของภารกิจ
ยิ่ง Psyche เดินทางออกห่างจากโลกมากเท่าใด แสงเลเซอร์ที่ส่งก็จะยิ่งอ่อนลงมากเท่านั้น จึงทำให้การถอดรหัสข้อมูลนั้นยากขึ้น นอกจากนี้ยังมีความท้าทายด้านความล่าช้าในการเดินทางของแสงอีกด้วย โดยแสงอาจใช้ระยะเวลามากถึง 20 นาทีในการเดินทางระหว่างโลกและตำแหน่งยาน Psyche
ชิปแปลงสัญญาณตรวจจับโฟตอนด้วยเลเซอร์
ชิปแปลงสัญญาณตรวจจับโฟตอนด้วยเลเซอร์
ความแม่นยำที่จำเป็นต่อการใช้งานเทคโนโลยีสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์นั้นสูงมาก หากเปรียบเทียบระยะทางและขนาดของยาน Psyche แล้ว จะเสมือนกับการยิงแสงเลเซอร์ให้โดนเหรียญจากระยะทางกว่ามากกว่า 1 กิโลเมตร ซึ่งถือว่าเป็นความแม่นยำที่สูงมาก ไม่เช่นนั้นแล้วแสงเลเซอร์จะยิงพลาดยานอวกาศไป
อุปกรณ์รับสัญญาณที่พัฒนาโดย JPL นั้นจะถูกใช้ในการคำนวณเวลาที่แสงโฟตอนเดินทางมาถึงเพื่อนำมาถอดรหัส
การพัฒนาเทคโนโลยีสื่อสารด้วยเลเซอร์
การพัฒนาเทคโนโลยีสื่อสารด้วยเลเซอร์
ความพยายามในการสื่อสารด้วยเลเซอร์นั้นมีมาก่อนหน้าการสาธิตเทคโนโลยี DSOC หลายปี ยกตัวอย่างเช่นในปี 2013 ที่นาซาทดสอบการส่งข้อมูลระหว่างโลกและดวงจันทร์โดยนาซา หรือในปี 2021 ที่นาซาใช้เลเซอร์ในการถ่ายทอดสัญญาณสื่อสารจากดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (Geostationary)
DSOC แตกต่างจากภารกิจเหล่านี้ในด้านระยะทางของการทดสอบ เนื่องจากไม่เคยมีการทดสอบการสื่อสารด้วยเลเซอร์กับภารกิจการสำรวจอวกาศห้วงลึกมาก่อน DSOC จึงจะเป็นครั้งแรกของการทดสอบ
ที่มาภาพ: NASA
ที่มาข้อมูล: NASA
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech